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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？ 第十四章施皮格尔曼怪
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竞争的RNA世界
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对于“进化的起点在哪里”这个问题，“与生命的起源一同开始”似乎已经是个极致的回答。但是，我们却在实验室里证明了，既然有了资源、复制、变异和竞争，进化完全可以出现在生命诞生之前的RNA世界。
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在那里，有的RNA在进化中日趋复杂，却有另一些RNA发展成了寄生者，而这些寄生者，很可能就是第一批病毒，或者更准确地说，是一类亚病毒因子。
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经过前两章的讨论，对于RNA世界的早期面貌，我们大致有了这样的构想：白烟囱里海绵似的毛细管道具有热泳浓缩的效果，这可以促使核苷酸随机聚合成RNA。后来，这些RNA中涌现出了具有催化能力的酶RNA，尤其是一些RNA复制酶RNA，它们构成了自我复制的团体，呈指数级扩增。
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而在这个宇宙中，任何指数级的自我复制都意味着同一件事——进化。
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本来，自我复制意味着信息的世代传递，也就是遗传的建立。但在这个宇宙里，任何信息传递都不能保证永远准确[1]，RNA的复制也不例外。考虑到早期的酶RNA未必能有多精密，那些数量惊人的自我复制的产物想必充满了随机突变。那么可以想见，有些突变会提高酶RNA的催化效率，因此加快团体的扩增，而有些突变就会反过来妨碍扩增。而且，白烟囱的环境再好，也没有无限的资源供给，RNA的指数级扩增迟早会超过核苷酸的产出速度，到那时，不同的团体就会相互竞争，只有扩增最快的团体才能延续下去，这是一种简单却又不可避免的自然选择。
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于是，加快扩增的突变会累积增多，妨碍扩增的突变会不断被淘汰。在那些自复制RNA团体中，进化的车轮悄悄启动了，其中的重大意义，无论怎么强调都不过分。
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现如今，在小小的试管里，杰拉德·乔伊斯只用24轮模拟进化就获得了已知最好的RNA复制酶RNA，在40亿年前那永不停歇的白烟囱里，进化又会给我们带来怎样的惊喜呢？我们似乎已经可以想象，一个个自我复制的RNA团体会争先恐后地攫取白烟囱里的核苷酸，在激烈的竞争中进化出越来越复杂的代谢机制，然后顺利地发展成了的生命……
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但是，回头仔细推敲一些细节，进化又好像不那么顺利了。
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·极端自私的RNA·
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RNA世界里刚刚启动的进化与今天的进化并没有根本的不同，一段碱基序列能否逐渐成为群体的主流，只看它能否在世代更替中复制得更快。
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那么，怎样的碱基序列才能最快地复制呢？
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像我们刚才设想的那样，那些催化效率更高的酶RNA能在同样的时间内复制更多其他的酶RNA，而更多的其他的酶RNA又反过来能更快地复制这种催化效率更高的酶RNA。这固然是个办法，但太迂回了，显然不是最好的办法。
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至于最好的办法，想必一些机智的读者已经看透了：正所谓先下手为强，只要能以最快的速度结合到RNA复制酶上，就能优先抢占复制资源，最快地复制自己，除此之外越短越好，什么都不需要，什么都不该管，什么物质代谢能量代谢，让别的RNA去催化吧，我只需坐享其成，套用理查德·道金斯经典之作的名字，这就叫“自私的碱基序列”。[2]
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而且这可不只是“推敲”而已，在已知的实验中，我们早就见过吻合的事实了。
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1965年，DNA重组技术的奠基人索尔·施皮格尔曼[3]正在尝试人工扩增RNA。他在试管里加入了目标RNA、各种核苷酸以及从细胞里提取的RNA复制酶，放置在恰当的温度下一段时间之后，再把复制产物提取出来，投入新的试管，重新加入各种核苷酸和RNA复制酶，开始新一轮的复制。[4]
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就这样循环往复了许多轮，施皮格尔曼惊讶地发现，无论最初加入试管的目标RNA是什么，经过许多轮的循环复制，最终的产物都是同一条218个碱基的RNAI——换句话说，在施皮格尔曼的人工扩增体系中，这条RNA就是“进化的终点”，依据发现者的名字，它被命名为“施皮格尔曼怪”（Spiegelman’s Monster）。
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至于施皮格尔曼怪何以成为进化的终点，正如我们刚才推敲的，它是结合RNA复制酶最快的短序列。
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后来，作为对这个实验的验证，在1997年，普朗克研究所的生物化学家们也做了一个类似的实验，他们采用了更加高效的RNA复制技术，先在装有目标RNA的试管中加入逆转录酶[5]，把目标RNA逆转录成大量的DNA，再把这些DNA提取出来与RNA聚合酶在新试管中混合，获得更大量的新一代目标RNA。如此循环往复，他们得到了两种更加短小的施皮格尔曼怪，一种有54个碱基，一种有48个碱基，分别是RNA聚合酶和逆转录酶的结合序列。II
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这样的事实似乎意味着，在生命出现之前，纯粹由酶RNA构成的复制团体会将进化中的“自私”放大到极端的程度，从根源上阻止进化。但这样的怀疑是站不住脚的，因为极端自私作为一种策略，固然可以获得短期的优势，却也酿成了长远的孤立和破坏，迟早成为致命的劣势。
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再说得具体些，施皮格尔曼实验为RNA的复制提供了极尽理想的环境，在这样的环境下，一条RNA能以多快的速度扩增下去，唯一的决定因素就是它能以多快的速度结合到RNA复制酶上。但是，白烟囱，或者任何可能的生命起源环境，都不是“极尽理想的环境”，没有人来提取复制产物，更没有人源源不断地添加RNA复制酶和各种核苷酸。之前的故事固然常用“持续”“充沛”“源源不断”之类的措辞形容白烟囱里的有机化学反应，但那都只是相对而言，地质化学反应的物质产出要比生物化学反应低下太多了，任何资源都没有可靠的保证。
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所以，如果某个RNA团体充斥着施皮格尔曼怪，那么所有的核苷酸都会被施皮格尔曼怪迅速垄断，这将使其他所有的RNA，包括RNA复制酶RNA，都失去复制的材料，于是，整个自我复制的团体就因此消亡了。
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这就像是深入无人之境的拓荒团，如果队伍里充满了流氓和小偷，那么很快就会资源耗尽而集体饿死。反过来，如果某个RNA团体发展出了施皮格尔曼怪的抑制机制，那就像拓荒团做到了纪律严明，每个成员都有希望幸存下来了。在此基础上，如果这个团体像第十二章末尾畅想的那样，继续发展出了能够催化固碳作用和能量代谢的酶RNA、催化有机酸变成氨基酸的RNA、催化氨基酸连接成蛋白质的RNA……拓荒团就终于开始卓有成效的生产经营，可以成长壮大起来了。
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