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而这也正是所有生命起源假说都不得不面对的最艰巨的难题：40亿年前，碱基序列是如何与氨基酸建立起严格的对应关系，形成遗传密码的？RNA根据遗传密码催化合成蛋白质的复杂系统，又是如何建立起来的？
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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？ [:1700256343]
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·冻结的偶然？·
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遗传密码是碱基序列与氨基酸的对应方式。具体来说，就是碱基每3个一组，构成一个“密码子”，对应1种氨基酸。碱基一共有4种，可以形成64个密码子，而细胞直接用于合成蛋白质的标准氨基酸却只有20种，所以遗传密码必然有所冗余，大部分的氨基酸都对应了多个密码子——这些内容已在第六章里详细讲述过。
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图2—44就是标准密码子的图示，所有已知的细胞和病毒，都是根据它建立碱基序列和氨基酸的对应关系的。这显然是一份来自末祖的遗产，也是我们追溯遗传密码起源的最重要的第一手资料。
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面对这样一份标准遗传密码，我们萌生的第一个疑问当然就是“密码子与氨基酸为什么会有这样的对应关系”，比如说，“GGU”为什么对应甘氨酸，“CUU”为什么对应亮氨酸，“GAG”为什么对应谷氨酸？
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对此，第一个重要的意见来自弗朗西斯·克里克，他是遗传学奠基时代的灯塔人物。1953年，他与富兰克林等人共同发现了DNA的双螺旋和碱基互补配对原则。1957年，他提出了中心法则的标准流程[1]。1961年，他又确定了密码子是3个碱基一组，连续且不重叠。在此基础上，1966年，人类破解了全部遗传密码，才得到了上面那份标准遗传密码。
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1968年，面对这份标准遗传密码，弗朗西斯·克里克提出，它的起源只是个偶然。碱基序列与氨基酸反正得有个对应关系，不是这样也得是那样，在生命诞生的极早期，不同的元祖完全可以有各不相同的遗传密码。但只有极少数幸运的元祖留下了存活至今的后代，如今所有的生命越发可能只来自同一个最幸运的末祖，当然就都偶然继承了其中的某一套遗传密码。而遗传密码又是遗传的根本，任何微小的变动都可能把所有遗传信息变成乱码。所以，这个偶然就被后世的每一个细胞严格固定下来，墨守成规，历经40亿年的进化也绝难改变。反过来，如果当年是别的元祖发展成了延续至今的生命，标准密码子就会是另一副模样了。
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原本只是一个偶然，但偶然在至关重要的地方，一旦发生就无法改变——这被克里克形象地称为“冻结偶然假说”I。
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当然，在生命这样的涨落系统上，我们几乎说不出任何绝对的东西，遗传密码也不例外。标准遗传密码固然涉及遗传的根本，但是某些不那么关键的冗余密码子，却可能在进化中出现一些细小的变化，成为“非标准遗传密码”。比如“UGA”在标准密码表里是“终止”，表示翻译结束，但在高等哺乳动物体内却编码了色氨酸；“AGG”本来编码了精氨酸，但在绝大多数真核生物的线粒体内却表示“终止”；而“CUG”本来是亮氨酸的编码，却在某些真菌体内编码了丝氨酸。
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凡此种种，囿于篇幅和主题，我们就不做过多的介绍了。但仍然要强调的是，非标准遗传密码虽然是些例外，但也只是标准遗传密码的极其细微的局部修改，而不是另外一套独立的遗传密码。所以，一切外星病毒感染地球生命的科幻故事，全都是无稽之谈。哪怕抛开生命的各种可能性全都不谈，后退无穷步非要假设外星病毒的遗传物质也是DNA和RNA，也用这4种碱基3个一组编码20种氨基酸，那也意味着超过1084种编码方案，这个数字恐怕比可观测宇宙中的原子总数还大，外星病毒与我们采用同一套遗传密码的概率实在太低了。它们要用我们的细胞制造有生化功能的蛋白质，就好像一个从来没有接触过中文的英国人要把“东边日出西边雨，道是无情却有晴”翻译成地道的英语，还要保留所有的平仄、韵脚和修辞，这是根本不可能的事情。
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在今天看来，冻结偶然假说在很大程度上是正确的，体现了一切进化现象的原则性问题。毕竟，进化建立在随机突变上，偶然本来就是进化的左腿。但是，进化又不是个纯粹的偶然，自然选择无处不在，所以密码子的起源又恐怕不是这么简单。如果把所有密码子与它们对应的氨基酸用不同的方式排列起来，我们又会发现，这三位密码子中的每一位都有独立规律。
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首先，早在20世纪70年代和80年代，生物化学家们就发现，密码子的第一位碱基与氨基酸的合成原料[2]有着显著的对应关系II：
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◆ 第一位碱基是A的7种氨基酸中，有5种的合成原料是α-酮戊二酸；
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◆ 第一位碱基是C的5种氨基酸中，有3种的合成原料是草酰乙酸；
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◆ 第一位碱基是U的6种氨基酸，合成原料全都包含丙酮酸[3]；
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◆ 第一位碱基是G的4种氨基酸没有统一的合成原料，但全都能以同一类的有机酸[4]为原料，以相同的反应合成出来。
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图4—33 标准遗传密码第一位碱基与氨基酸的对应关系。横行代表密码子的第一位，竖列代表密码子的第二位，氨基酸名称后括号里的是密码子的第三位，左侧的三种α-酮酸是三种主要的氨基酸合成前体。除了密码子第一位是G的氨基酸以外，其他氨基酸都与用来合成它的α-酮酸拥有相同的背景色，黑色圆点代表氨基酸与α-酮酸对应的碳原子。这幅图实际上与图2—44是一样的。（作者绘）
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如果考虑密码子的冗余性，排除重复的密码子，比如排除C开头的亮氨酸、A开头的丝氨酸和精氨酸，我们会更惊讶地发现，除了组氨酸[5]，所有的氨基酸都服从这种对应关系。第一位碱基就对应了它们的合成原料，至于那几种原料就更有意思了，如果你除了丙酮酸就再没有听说过别的，不妨对照一下图2—13或者图3—2，就会发现这几种α-酮酸全都是三羧酸循环的成员。在第三幕里，我们反复强调过三羧酸循环是物质代谢的中央环线，说的就是这件事，还畅想过逆三羧酸循环一旦启动就能成为氨基酸的来源，说的也是这件事。
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接着，密码子的第二位与对应氨基酸的亲水性有关。
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所谓亲水性，就是氨基酸除去羧基和氨基之后，余下的部分是亲和水分子，还是排斥水分子，这是氨基酸最重要的性质之一。对照标准密码子和各种氨基酸的亲水性，我们发现，密码子第2位是U的氨基酸总是疏水性最强，是A的亲水性最强，C和G居中，而C又要略强一点——当然，这个规律就没法那么绝对了，我们可以看到很多例外。
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至于密码子的第三位，它就是那种“冗余”的集中体现了：20种标准氨基酸里，有8种氨基酸的第三位密码子随便是什么都行，只有甲硫氨酸的第三位密码子必须是G。
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这是很容易理解的事情，因为前两个密码子只能编码16种氨基酸，不够20种，而有了第三位，就能编码64种氨基酸，远远超过20种，当然会有大量的重复。但是，这第三位的冗余又不是完全随机的，除了8种任意的和1种唯一的，其余13种氨基酸的第三位普遍都是同种碱基，要么都是嘌呤，A或G，要么都是嘧啶，U或C，只有异亮氨酸是个例外，它与那个唯一的编码相邻，所以第三位碱基可以是A、U、C。
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以上讨论的，就是标准遗传密码里的规律了。既然所有的生命都遵循这套密码，显然，这些规律也必然出现在末祖身上，很可能就关系着遗传密码的起源。从这些规律出发，生物化学家们提出了“冻结偶然”之外的多种假说，2009年，第七章里提到的启发了白烟囱假说的尤金·库宁集中评价了其中影响最大的三个假说IV。
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