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图4—36 正常红细胞与镰刀状红细胞。（来自美国国家心肺血液研究所）
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当然，标准遗传密码虽然很出色，却还不是最出色的，即便人类都能设计出错误影响更小的遗传密码。对此，我们倒不难给出一个非常合理的解释：自然选择从来不追求完美，而只需够用。如果标准遗传密码对突变的抗性已经足够高，那就已经可以保证使用它的细胞不被淘汰，至于那些细胞能不能在竞争中脱颖而出，成为万世的元祖，那要看整个细胞的综合素质，并不只看密码质量一件事。
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但是排除了这一点，这个假说也仍然有一些理论上的缺点：它实际上是在解释遗传密码起源之后的早期进化，而不是遗传密码本身的起源，对于密码子第一位碱基的规律，这个假说也缺乏解释力。所以，错误最小化假说目前更多地被看作一个“补充”，而不是真正的“解释”。
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20世纪出现的第三种假说，是“协同进化假说”，这个假说并不认为遗传密码从一形成就会被“冻结”，而认为它与生命的一切特征一样，是在进化中变得复杂的。
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这个假说进一步提出，遗传密码的进化与氨基酸的进化有着紧密的对应关系。也就是说，最初得到编码的氨基酸并没有20种这么多，而只有区区几种，所以每种氨基酸都对应着许许多多的密码子。而当细胞合成了一种新的氨基酸，就会把某种氨基酸的密码子腾出来一部分，重新分配给这个新的氨基酸。至于是哪种氨基酸的密码子被腾出来，研究人员推测通常是合成反应类似的氨基酸，尤其是作为新氨基酸原料的氨基酸。
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第一个系统整理这个假说的，是本书正文提及的唯一一个中国生物学家，来自香港科技大学的生物化学家王子晖教授。图4—37就是他在1975年提出的密码子重新分配过程X：每一个箭头的两端，都只改变了一个碱基，同时，每一个箭头所指的氨基酸都能由前一种氨基酸合成出来。
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比如说，王子晖教授推测，最初的谷氨酸不只有今天的GAA和GAG，还占据了CAA和CAG。后来，细胞用谷氨酸改造出了谷氨酰胺，就把这两个密码子重新划给了谷氨酰胺。再后来，细胞又以谷氨酸为原料合成了精氨酸和脯氨酸，就又把一字之差的CGX碱基全都划分给了精氨酸，CCX碱基全都划给了脯氨酸。
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就这样，随着细胞的生化反应越来越复杂，密码子的分配也越来越精细。这不但强有力地解释了密码子第一位的规律，而且新分配的密码子当然是不要招致灾祸的好，这又能与错误最小化假说完美地兼容，有效解释了其他两位密码子的规律。
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于是，理论与现象的高度吻合让协同进化假说收获了广泛的认可。当然，同之前的三种假说一样，协同进化假说也有自己的缺点：那些箭头代表的并不都是现代细胞真实的生化反应，有许多是推测中的元祖生化反应，而这是存在争议的XI。但这又或许是因为图4—37的注意力完全集中在了氨基酸的相互转化上，如果把氨基酸当作有机酸的产物，那种关联性也就增强了许多，更何况，那些生化反应虽然存在争议，但元祖与现代细胞有着不同的生化反应，却是完全合理的推测。
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所以总的来说，协同进化假说是一个非常有希望的假说，将遗传密码的进化与生化反应的进化结合起来，这是高屋建瓴的见解。时至今日，绝大多数的研究者都认可“遗传密码最初只编码了少数几种氨基酸，然后才在进化中不断扩大到如今的20种”。至于最先得到编码的是哪几种，G开头的4种，即甘氨酸、丙氨酸、天冬氨酸和缬氨酸，又是最被认可的，因为它们的合成反应最简单，而且的确位于密码子扩充路线的起点上。甚至，也有假说认为这4种也有先来后到，结构最简单的甘氨酸曾经独占所有G开头的密码子XII。
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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？ [:1700256345]
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·密码倒过来·
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在上一节的三个经典假说之外，时至21世纪，我们还有许许多多关于遗传密码起源的年轻假说，新兴的信息论和博弈论都曾给我们开启过新的视角。不过，我们没有那样多的纸面展开讨论，眼下，让我们针对上一节的遗憾，再介绍一个“密码子催化假说”。
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这个假说是在2005年（这真是重要的一年，你可以找找看，本书里已经出现了多少个2005年）由科罗拉多大学博尔德分校的分子生物学家谢莉·科普利（Shelly Copley）、圣菲研究所的生物化学家埃里克·史密斯和乔治·梅森大学的生物力学家哈罗德·莫罗维茨三人合作提出XIII，它针对的是一个最直接却迟迟未曾得到回答的问题：最开始的时候，氨基酸到底是怎么与密码子关联起来的？
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图4—37 “协同进化假说”中的密码子重新分配关系图。箭头表示不同氨基酸的相互转化，同时，每一个箭头两端的一组密码子都只改变了一个碱基。另外，虚线框住的密码子可能原本属于谷氨酸和天冬氨酸，但转给了它们的酰胺。（作者绘）
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而这个假说的答案也非常直接：氨基酸就是被RNA上的密码子直接催化出来的！
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简单地说，这个假说的主角是两个核苷酸组成超短的RNA[7]，而其中第一个核苷酸的核糖，就能用那个特别活跃的2号羟基再去结合一个有机酸。这是非常合理的一步，直到今天，许多转运RNA也都是利用这个羟基去结合氨基酸的[8]。
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但随后就发生了假说中最有趣的事情：这个超短RNA上的两个碱基会“前后夹攻”这个有机酸，真的把它催化成一个氨基酸。而4种碱基拥有各不相同的催化能力，它们组合起来，催化出来的氨基酸也会各不相同。
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比如说，α-酮戊二酸如果夹在G和A之间，就会被催化成谷氨酸，如果夹在C和A之间，就会被催化成谷氨酰胺，如果夹在两个C之间，就会被催化成脯氨酸，如果夹在C和G之间，就会被催化成鸟氨酸-鸟氨酸不是标准氨基酸，但却是细胞制造精氨酸的直接原料。你看，这些催化产物，竟与第一位密码子的规律一模一样（参见图4—33）。
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根据科普利三人的推演，这两个碱基可以催化出20种标准氨基酸中的15种，而且近乎完美地吻合了标准遗传密码的前两位。作为一种科学假说，这的确是令人振奋的构想。这个假说目前虽然没有获得足够扎实的实验证据，但在化学机制上是明晰的，很容易设计实验检验一番。如果氨基酸与密码子在化学上的直接联系最终得到了证明，哪怕只有一部分得到了证明，我们也几乎可以肯定那就是进化极早期的事情，然后以此为线索，我们可以串联起许多的事情。
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首先，我们本来是在现代的生化反应里，从蛋白质催化的生化反应中总结出了第一位密码子的规律，如果这样的规律在RNA的催化反应中就已经出现，那么蛋白质的催化反应就很可能是接管并优化了RNA的催化反应，这与整个RNA世界假说非常的一致。
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