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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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图4—38 一种α-酮酸结合在二核苷酸的第一个核糖的2号羟基上,然后被前后两个碱基共同催化成某种氨基酸。这个变化示意图省略了包括氨在内的其他反应物和生成物。这里出现了一个“α-酮酸”,本章之后的“延伸阅读”会介绍它。(作者绘)
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其次,这个假说又能良好地兼容协同进化假说,因为两者都在构造一种发展变化的遗传密码。稍有不同的是,遗传密码在协同进化假说中是随着细胞的生化反应逐步发展起来的,而在密码子催化假说中是在密码子本身的催化反应中直接建立起来的。但考虑到上一点,这种区别并没有那么重要。
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而且,这个假说甚至能与完全脱离了RNA世界假说的蛋白质世界假说呼应起来。在第六章结尾的时候,我们说过,在生命起源的图景中,还有一类代谢先行的主张认为,是蛋白质而不是RNA率先实现了自我催化复制,RNA反而是这些蛋白质的催化产物。其中比较重要的,又一次是在2005年,日本奈良女子大学的池原健二提出了一个“GADV蛋白质世界假说”XIV。这个假说注意到,最初的蛋白质不但不需要20种,连15种氨基酸都用不了,而只需甘氨酸、丙氨酸、天冬氨酸和缬氨酸4种最容易合成的氨基酸,就能折叠出形态丰富的蛋白质,满足一般的催化需求了。[9]咦,这不是上一节末尾,协同进化假说认可的最早的4种氨基酸吗?在这里,它们也是密码子催化假说里最先产生的一批氨基酸,因为碱基G是这个催化假说里首先发挥作用的,而这4种氨基酸的密码子全都是G开头的。
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这些假说的分歧与印证让我们俨然面对着一场登临庐山的奇遇,不同的研究者沿着不同的道路去探索进化的源头,从各自的位置上看到了远近高低各不同的山景。奈何40亿年来的浮云尽遮望眼,谁也不能认识庐山的真面目。然而当我们哪一天抵达了最高层,一定会发现那些纷争的假说原来描述了同样的事情,明白RNA与蛋白质如何编织出最复杂的耗散结构,“仰观势转雄,壮哉造化功”。
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更妙的是,这个密码子催化假说不只关联起了许多已知的事情,还给另一个悬而未决的问题带来了启发:上面的一切假说都在讨论氨基酸与密码子是如何建立起的对应关系,但在真实的细胞内,氨基酸是由转运RNA携带的,而我们早就介绍过,转运RNA上的是反密码子,并不是密码子(参见图2—48),既然如此,我们在这里讨论氨基酸与密码子的关系,又有什么意义呢?
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然而,有了密码子催化假说,这个问题就有了无数的解决方案。比如就按科普利等人提出的,如图4—39,只有两位的原始密码子催化出了氨基酸,然后就带着这个氨基酸去和原始的反密码子互补配对。这样一来,这个氨基酸就很容易通过一种简单的酯交换反应,转移到原始的反密码子上了。我们似乎还可以继续设想,当这些原始的反密码子又带着氨基酸去和原始基因互补配对,那些氨基酸也就按照基因的顺序排列了起来,有了翻译的机会。
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哈,这像极了一种名叫“阿特巴希码”的加密法:第一步,信息用一套字母写成明文;第二步,所有字母通过一种互补配对的规则交换位置,明文就变成了密文,信息也被藏了起来;第三步,知道互补配对规则的人把字母还原回去,密文就又变成了明文,信息也就顺利地读出来了。唯一不同的是,密码中的信息是抽象的,而遗传密码携带的氨基酸却是具体的,而且直接连接在密码上。
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图4—39 带着氨基酸的二核苷酸与某条RNA链互补配对,氨基酸就会与RNA链上对应的2号羟基交换位置,即“酯交换反应”,由此,出现了原始密码子和原始反密码子,它们都只有两位。其中,原始密码子相当于前两位,原始反密码子相当于后两位。(作者绘)
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“还有一个更简便的方法。”索菲把笔从提彬的手里拿过来:“它对所有反射性的替换式密码,包括阿特巴希码都很管用。这是我在皇家霍洛威大学学到的小把戏。”她先从左到右写了前一半字母表,又在下面从右到左写了剩下的一半。“密码分析专家把它称作‘对折’,理解起来事半功倍。”
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提彬看了一眼索菲写的东西,笑着说:“你说得对,霍洛威大学的后生们也能办点儿正事,我很欣慰。”
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兰登看着索菲画的替换矩阵,不禁打了个寒战。遥想当年,学者们终于用阿特巴希码破译著名的“示沙克城之谜”,恐怕也是这样振奋。多年来,宗教学者们一直对《圣经》上的“示沙克城”困惑不解。因为查遍所有的地图,翻遍所有的文献,也找不到这个城市,但它却多次被《圣经》中的《耶利米书》提及,如示沙克城的国王啦,示沙克城啦,以及示沙克城的臣民等。最后,有位学者把阿特巴希码用在这个单词上,结果让人大吃一惊。示沙克城原来就是另一座特别有名的城市的代名词,解码的过程也非常简单:
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示沙克城,在希伯来语里拼作“ששך”[10];“ששך”用以上的密码矩阵替换,就变成了“בבל“;”בבל”,在希伯来语里,就是巴比伦。
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所以神秘的“示沙克”就是通常所说的巴比伦。这引起了一场《圣经》考据热,几周之内,通过阿特巴希码的分析,《旧约》里好几个令人费解的词又相继找到了解释,使原先学者连想都没想过的许多隐藏的含义浮出了水面。
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