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在这样的假说里,病毒就是细胞生命那胎死腹中的孪生同胞,但这死胎从未放弃留在世上的野心,它们一直依附在我们身上,以种种可怖的方式与我们共存了40亿年,永远也无法被驱散。
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至于生命起源的各个阶段是什么,每个阶段的半成品是什么样,在不同的研究者那里又有许多不同的版本,但总的说来,都与RNA世界假说脱不开关系。这听起来多少有些新鲜,然而病毒与RNA的联系,甚至要比中心法则更早建立起来。
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人类发现的第一种病毒是烟草花叶病毒,它早在1886年就被德国农业学家阿道夫·迈耶(Adolf Mayer)粗糙地提取出来,但人们一直搞不清楚它是什么东西。直到半个世纪之后,1935年,美国生物化学家温德尔·斯坦利(Wendell Stanley)才终于确定了这是一种蛋白质和RNA共同组成的微粒。而当时也正是遗传学的突破关口,重大的发现接踵而至:1935年到1944年,人类发现DNA是细菌的遗传物质;1946年,斯坦利因分离烟草花叶病毒的RNA和蛋白质荣获诺贝尔化学奖;1953年,DNA双螺旋和中心法则问世;1956年,普朗克研究所证明了烟草花叶病毒的遗传物质就是RNA。也正是因此,1958年,弗朗西斯·克里克才在中心法则上画出了“RNA复制”的箭头III,而这个箭头,也正是RNA世界假说的核心思想:RNA可以自我复制,单独构成一个遗传与代谢的闭环。
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所以,把病毒加入RNA世界本来就是顺理成章的事情。如果你还记得第七章的结尾处,我们说过威廉·马丁与尤金·库宁共同描绘了一幅宏大的生命起源图景,那么,在那之后的第二年,也就是2006年,尤金·库宁又给出了一个生命与病毒的共同起源图景IV,把它概括起来,大概就是下面这个样子:
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最初的世界是严格的“RNA世界”。这些RNA既能编码遗传信息,也能催化复制自己。所以最初的中心法则就只有“RNA复制”那一个箭头,这虽然非常简单,却已经是个完整的闭环,足以启动分子尺度上的进化了。在这个世界里,最初的细胞很可能已经出现了,而某些亚病毒因子甚至比细胞出现得还早。
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图4—2 蓝色箭头形成于“RNA世界”,红色箭头形成于“RNA-蛋白质联合世界”,绿色箭头形成于“逆转录世界”,黄色箭头形成于“DNA世界”。
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之后,RNA进化出了催化合成蛋白质的能力,并且将大部分的催化职能让渡了给蛋白质。这让中心法则发展出了右半边,也让RNA世界发展成了“RNA-蛋白质联合世界”,在这个世界中,细胞的功能逐渐开始完善,最初的RNA病毒也可能在此时出现了。
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在那之后,出现了能催化逆转录过程的蛋白质,开启了一个“逆转录世界”。原本记录在RNA上的遗传信息转移到了化学性质更稳定的DNA上,RNA的遗传功能由此让渡给了DNA。第四章定义的末祖,就生活在这个世界里,逆转录病毒和一部分DNA病毒的最初祖先,也可能是在这个时代出现的。
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但中心法则还没有最终完工,在细胞进化出独立生存能力的同时,DNA的复制机制也终于完善了,细胞中的RNA彻底卸下了遗传物质的责任,一个漫长的“DNA世界”由此开始,绵延30多亿年至今。当然,病毒也亦步亦趋,双方从未停止对彼此的影响,它们之间的关系,早已不再是“致病”和“抵御”这样简单的措辞能够概括得了的。对此,我们会在这一整幕里慢慢体会。
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乍听起来,这样的RNA世界假说实在有些传奇,一个分子要自己催化自己,自己复制自己,这难道不是不可思议的事情吗?但生命本来就是宇宙中最不可思议的奇迹,它留给我们的奇怪线索,以及那些分子生物学上奇怪的事实,引诱我们情不自禁地踏上了这条应接不暇的山阴道。
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[1]2020年2月11日,国际病毒分类委员会将此病毒正式命名为“Severe Acute Respiratory Syndrome Coronavirus 2”,简称“SARS-CoV-2”,中国大陆的正式译名是“严重急性呼吸系统综合征冠状病毒2”。
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[2]但又必须强调,凭今日的医学,HIV检出后积极配合治疗,按时服药,可以终生不发病,预期寿命与健康人一样,且不具有传染性。
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[3]“变形虫”(amoeba)又译“阿米巴虫”,长期以来被误认为是单细胞动物,所以有个“虫”字。但正如第七章第一篇“延伸阅读”结尾处描述的,我们现在发现它们既不属于动物界也不属于植物界,更不属于真菌界,而需要划入一个另外的“变形虫界”。与变形虫界关系最近的界是动物界,其次是真菌界。
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[4]不过,即便反过来,真的是先有转座子再有病毒,那也不是完全违反进化规律的事情。因为进化的对象是基因,而不是个体,而基因能否在进化中占据优势,唯一的标准就是它能在世代传递中制造多少复本。显然,自私流氓就是个极好的策略。
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生命的起源:所有生命的共同祖先在40亿年前是怎样诞生的? 第十二章甲醛聚糖和热泳
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RNA与遗传的起源
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RNA世界假说要想成立,首先要解决RNA的起源问题。为此,我们需要把RNA拆解成三种主要的原料:磷酸、核糖和碱基。其中,磷酸是随处可见的无机物,不需要考虑。核糖可以来自一种甲醛聚糖反应,也非常可能在白烟囱的环境下自然生成。但碱基的来源就存在很多争议了,不同的研究者对此提出了不同的假说。
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接下来,关于这些物质要如何组成长链的RNA,白烟囱假说又提出了非常独特的解释:热泳效应能够让这些物质在白烟囱的毛细管道里聚合成长链,这还可能附带解决一些其他的问题。
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要让RNA世界假说在理论上成立,我们起码要证明一件事:RNA这种东西的确可以出现在没有生命的原始地球上。这并不是太难的事情,尤其对于那些已经熟悉了第三幕,掌握了许多简单却活跃的有机物的知识的读者,这将是水到渠成的一章。
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·拆解核酸·
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在RNA世界假说中,头号重要的反应无疑是制造了RNA的反应。但经过了整个第三幕,最初的固碳作用,或者说地质化学版本的乙酰辅酶A路径,就只给我们制造了甲酸、甲醛、甲醇、乙酸之类的最简单的小分子有机物。而RNA是极其复杂的生物大分子,你在第六章见过它们的图示,那可是盘结扭曲的一大长串,拥有复杂的三维形状。乍看起来,这两者之间有着不可逾越的鸿沟。
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