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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？ 第十五章三个世界的变换
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RNA、蛋白质与DNA的过渡
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从RNA世界到细胞，最关键的变化是一层封闭的脂质膜，它们把一些大分子的RNA包裹起来，就形成了第一批原始细胞。在原始细胞内，日渐复杂的RNA将会开始合成蛋白质，由此，RNA世界就将过渡到一个RNA与蛋白质的“联合世界”。
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蛋白质的多样性远远强于RNA，可以催化各种复杂的化学反应，由它接替RNA的代谢功能可以极大地加快进化的速度。此后随着逆转录酶的出现，RNA又会把遗传功能让渡给性质更加稳定的DNA，由此进入一个“逆转录世界”。但是，要从逆转录世界发展到延续至今的DNA世界，却在进化上有一些难度了。
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经过前两章，我们构建了一个存在于白烟囱里的繁荣的RNA生态系统。在那里，各种各样的酶RNA拥有各种各样的催化能力，它们互相协作，利用白烟囱里的有机物壮大自己的团体，并且在竞争中变得越来越复杂。从此以后，“进化”这个措辞将会越来越频繁地出现在我们的故事里。
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但在继续后面的故事之前，我们先要回过头，重新思考一些已经讨论过的事情。在最初的序幕以及第四章关于生命定义的讨论中，我们说过，生命不是进化的起点，而是进化在复杂性上的拐点。
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这些RNA的自我复制团体，正是位于起点与拐点之间的东西。依照第四章的定义，它们当然是一组化学上的耗散结构。因为它们正在混沌的原始地球上制造高度有序的核酸和蛋白质，施展着竞争与协作的生存策略，进化得越来越复杂，越来越繁荣，明显远离了平衡态。但是，这个耗散结构还没有发展出任何的控制功能，我们还不能将它们称作生命。
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我们曾在遥远的第四章里概括过，最初的生命只需三种基本的控制功能，也就是物质和能量代谢、中心法则以及边界控制。物质和能量代谢的起源已经在上一幕里露面，中心法则的起源是这一幕的重点，但生命是一个整体，如果没有恰当的边界控制，没有细胞膜，其余两种也无法走得太远。
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·边界控制与联合世界·
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早在本书的第一章，介绍原始有机汤假说的时候，我们就说过，细胞膜在原理上非常简单：足够浓度的双极两亲分子溶解在水里，自然而然地就会聚集成团簇和小泡。而所谓双极两亲分子，就是一端亲水一端疏水的细长分子。比如，脂肪酸就是个典范，它结构简单，性质稳定，而且是现代细胞膜的主要成分，从20世纪70年代开始，人们就推测，最初的细胞膜是由脂肪酸构成的。
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至于脂肪酸是从哪里来的，这也并不是难回答的问题。在第三幕里，我们已经看到，铁硫矿催化合成了许许多多的有机物，十几个碳原子构成的脂肪酸也能以这样的方式在其中产生。而且在白烟囱的毛细管道里，脂肪酸，抑或任何双极两亲分子，都能像RNA一样通过热泳作用浓缩起来，聚集成团簇和小泡。
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从概率上讲，要让某些小泡包住一个完整的RNA团体，同样并不是太难的事情。因为RNA团体的成员大多只有几十、上百个碱基，盘绕起来只有几纳米，在毛细管道里浓缩了不计其数的复本，而小泡却可以彼此合并，长到微米尺度，差不多一个细菌那么大，很随意就能容下前者。
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那么，这样的事情一旦发生了，第一批细胞也就诞生了。当然，这是一些极端原始、极端简单的细胞，它们还没有完整的中心法则，没有化学渗透，一切物质能量代谢都仰赖矿物管道里的地质化学作用。这些有机体如果出现在今天，恐怕没有任何生物学家会把它们当作真正的细胞，所以，让我们姑且把它们称作“原始细胞”（protocell）。
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原始细胞的诞生标志着生命的出现，进化进入了全新的阶段。在第四章的“纲领”一节里，我们区分过元祖、共祖和末祖的概念，在这里，请让我们更明确地表述，原始细胞构成的集合就是“元祖”，是生命之树最深的根尖。
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但是，进化为什么会进入这个全新的阶段呢？
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今天的细胞固然是一刻也离不开细胞膜了，但是在RNA世界里，那些自我复制的团体自己活得好好的，为什么会钻进这样一层细胞膜里去呢？当然，自我复制的团体没手没脚没脑子，它们完全是被脂肪酸的薄膜包裹住，才困在了细胞膜里面。我们才刚刚结束了“竞争激烈”的一章，这些被细胞膜包裹住的RNA团体，究竟获得了什么样的好处，比那些裸露的RNA团体强在哪里，才在进化中脱颖而出，成为生命的主流？
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这就让我们不得不再倒回去一些，看看细胞膜出现之前的RNA团体有着怎样的处境。
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在这些RNA团体当中，每一个RNA都是一个基因，所有RNA汇总起来就是团体的基因组。于是你会发现，在细胞膜出现之前，这些RNA团体的基因组实在是“不成体统”。
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在今天，别说细胞，哪怕是最简单的病毒，都有一个确定的基因组，其中包含了所有的可遗传信息[1]。但没有细胞膜的RNA世界不是这样的，所有的RNA都在矿物管道里自由扩散，稀里糊涂地混在一起，一条RNA属于哪个团体，一个团体包含了哪几条RNA，一条毛细管道里有几个团体，统统说不清楚。
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像这样“不成体统”的散装样式在RNA世界的初始阶段很有好处。因为热泳先生随机凑成的诗句绝大多数都是一堆胡说八道的乱码，只有零星的句子才能发挥一点催化作用。它们全都这样打散了混在一起，恰好促进了意义与意义的组合，带来一些妙趣横生的东西，成为进化的原始素材。这就好比从不计其数的汉字当中，选出最常用的那些字凑一本《千字文》给孩子启蒙，有心人又能从《千字文》里继续择出115句，编一篇《道觋》给林黛玉启蒙。
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但是随着RNA团体进化得日渐复杂，有意义的RNA比例越来越高，RNA之间的配合越来越密切，这种混乱就成了祸害。不同RNA团体的RNA在矿物管道里到处乱漂，热液与海水的流动速度又不稳定，基因之间好不容易形成的协作关系随时都可能被打乱，严重限制了RNA团体的复杂化。
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不仅如此，在一个所有RNA都到处乱漂的世界里，不同的RNA团体也实在谈不上你的还是我的，绝大多数酶RNA都是逮到什么就催化什么，不做选择。所以那些胡说八道的垃圾RNA，那些妨碍扩增的有害RNA，还有那些施皮格尔曼怪，都有机会加倍复制，然后自由自在地徜徉到周围的RNA团体中去。这不但浪费了宝贵的核苷酸资源，更抹平了RNA团体之间的差异，削弱了自然选择的力量，降低了进化的效率。
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所以，反过来，如果哪个RNA团体能够获得一层膜，把所有成员都包围起来，成为一个原始细胞，只允许核苷酸和氨基酸之类有用的小分子通过，而不允许大分子的RNA序列通过[2]，就将在进化上占据极大的优势。首先，那些无意义的RNA和有害的RNA会被隔绝在外，不再干扰团体的正常秩序。其次，这个团体的每一个后代也会拥有包膜，彼此之间明确地区分开来，有利突变更多、有害突变更少的后代就会扩增更快，占据更大的优势。这样，经过许多代的扩增之后，团体内部原本存在的有害序列和自私序列，也会被自然选择逐渐淘汰了。再次，在此基础上，团体中的RNA拥有了稳定的合作关系，可以进化得更加专一高效，这个酶RNA专门水解这一个序列，那个酶RNA专门连接那两个序列，许多复杂的功能就渐渐诞生了。
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