1700261430
1700261431
不过，这种霉菌与基因组标签假说的联系和它们的单倍体特征一点儿关系都没有，因为是不是单倍体是细胞核里的事情，而我们关心的是这种霉菌的线粒体里的逆转录质粒。XXVII质粒是我们在中学生物课上就很熟悉的东西，第十一章里还重温过。一般来说，它们是一些环状的小型双链DNA，自主地复制出许许多多份，分散在细胞的基质中。逆转录质粒也是如此，唯一不同的是，其他质粒都是通过DNA聚合酶直接复制自己，逆转录质粒却是先转录成RNA，再逆转录回DNA的。而这些质粒最令韦纳夫妇感到兴奋的是，它转录出来的RNA的3’端竟然也是一个带着CCA尾的迷你螺旋，它会展现出酶RNA的本领，在CCA尾的末端自我剪切，使每一个单体互相分开。XXVIII
1700261432
1700261433
不仅如此，这些RNA单体还可以发挥信使RNA的功能，在核糖体上翻译出一些蛋白质来，这其中又包括一个专门的逆转录酶，这个逆转录酶会专门识别这个迷你螺旋，结合上去，从CCA开始把整条RNA逆转录成许许多多环状的双链DNA，也就是许许多多新的逆转录质粒。
1700261434
1700261435
1700261436
1700261437
1700261438
图4—55 逆转录质粒的复制过程。（作者绘）
1700261439
1700261440
也就是说，逆转录质粒的RNA可以利用自身的迷你螺旋启动逆转录。如果你觉得这与转运RNA的迷你螺旋联系不够直接，还只是“像”而已，那么不妨往下看，在进一步的实验中，人们发现这两种质粒的逆转录酶真的可以结合转运RNA的迷你螺旋，然后从那里开始，把整个转运RNA都逆转录成DNA。XXIX既然已经谈到了“逆转录”，韦纳夫妇的第三块碎片的确藏在逆转录病毒里。几乎所有的逆转录病毒，都要劫持宿主的转运RNA，用那个迷你螺旋上的CCA尾启动逆转录。
1700261441
1700261442
最大名鼎鼎的逆转录病毒当然就是HIV，这是一种RNA逆转录病毒，基因组记录在一条单链RNA上。当它们嵌入人体的细胞，就要利用自身携带的逆转录酶，把这条单链RNA逆转录成一条双链DNA，插进细胞自身的染色体中，从此再也无法被免疫系统清除。
1700261443
1700261444
其中，把单链RNA逆转录成双链DNA是一个非常复杂的过程，下一篇“延伸阅读”会简述这个过程。在这里，我们只需记住一件事：HIV的逆转录酶不能凭空逆转录一条RNA，而必须有个什么东西事先结合在RNA上，给它开个头，而那个“东西”，就是转运RNA的迷你螺旋，它们开的头，就是那个CCA。
1700261445
1700261446
另外，逆转录病毒也不都是以RNA为遗传物质，比如乙肝病毒和花椰菜花叶病毒（CaMV），它们都是逆转录病毒，但遗传物质却是环状的双链DNA。进入宿主的细胞后，它们会先把自己的DNA转录成单链的RNA，再把单链的RNA逆转录成环状的双链DNA，整个过程与逆转录质粒的复制过程非常类似。但不同的是，它们转录出来的RNA自己没有迷你螺旋，必须像HIV一样盗用宿主的转运RNA，启动逆转录。[14]
1700261447
1700261448
第四块关键的拼图碎片，就藏在我们自己的身体内，它就是端粒酶。
1700261449
1700261450
人类以及真核域的一切成员最主要的遗传物质都是线状的双链DNA，它们被封装在一条条的染色体里，通过一次次的细胞分裂世代传递。但是，细胞的DNA复制系统有一种先天缺陷：DNA的头尾两端都会有一小截复制不下来，直接丢失掉，复制的次数多了，整个DNA就散架了。
1700261451
1700261452
对此，我们的细胞有一系列的对策。首先就是让DNA的两头更加“耐磨”：每条线状DNA的两头不安排任何基因，而是一大段无意义的重复序列。而且这段重复序列会与特殊的蛋白质结合起来，缠得紧紧的，好像鞋带两端的铁皮包头一样——这个结构，就是著名的“端粒”。在真核细胞中，只要端粒尚未耗竭，DNA复制就不会伤及正经的基因。可惜这又只是缓兵之计。显然，一次次的细胞分裂总有耗尽端粒的一天，等那一天到了，DNA不只有两端的基因会被破坏，整个染色体也会像拿掉了橡皮筋的发辫一样，在细胞的水环境中迅速解体，整个细胞也就不得不凋亡了。
1700261453
1700261454
所以，真核细胞还会合成一种端粒酶，专门用来延长端粒。
1700261455
1700261456
我们今天已经知道，“端粒酶”也是一种逆转录酶，而且是一种自带RNA模板的逆转录酶。DNA复制之后，细胞只要能够激活端粒酶，就能利用那个内置模板，及时地恢复端粒长度了。[15]
1700261457
1700261458
那么，端粒酶究竟要怎样延长端粒呢？这个过程如图4—57所示，看着有些复杂，原理却是很简单的：端粒序列，就好比一个循环的故事，“从前有座山，山里有个庙，庙里有个老和尚，他在讲：从前有座山，山里有个庙，庙里有个老和尚，他在讲：从前有座山，山里有个庙，庙里有个……”奈何DNA聚合酶却是个傻子，完全参不透其中有什么规律，每次复制都只能死记硬背，还背不全，总会漏掉头几句，背来背去，就全忘光了，端粒也就耗尽了。
1700261459
1700261460
1700261461
1700261462
1700261463
图4—56 2009年的诺贝尔生理学或医学奖颁给了伊丽莎白·布莱克本（左）、卡罗尔·格雷德（中）和杰克·绍斯塔克（右），因为他们“发现了端粒和端粒酶如何保护了染色体”。（来自Science History Institute.Conrad Erb、Gerbil、Prolineserver）
1700261464
1700261465
好在端粒酶内部携带了一条“端粒酶RNA”，刚好蕴含了端粒的重复序列，它总能结合在端粒的开头处，把漏掉的那几句提醒出来。DNA聚合酶再来依样画葫芦，补全整个端粒。就这样，端粒就恢复了长度，甚至，如果端粒酶足够活跃，提醒得够多，端粒还会比原先更长。
1700261466
1700261467
第四块碎片到此为止似乎都和前文没什么联系，既没有迷你螺旋，也没有CCA尾。但是追究起来，端粒酶RNA上的重复单元大多是C，有少许A，偶尔夹杂很少的U，比如酿酒酵母是CCCA，四膜虫是CCCCAA，疟原虫是CCCUAA，拟南芥是AAAUCCCC，哺乳动物是CCCUAA，粉红面包霉菌是CCCUAA……[16]这就不禁让人推测端粒酶RNA与CCA尾有什么渊源了。从现代细胞内的机制来看，DNA上的端粒完全是端粒酶RNA逆转录的产物，将此倒回去，倒回到端粒最初起源的时候，那想必也同样是一次特殊的逆转录。所以，端粒酶RNA上的重复序列，应该比端粒本身的DNA序列更能说明问题。
1700261468
1700261469
所以，韦纳夫妇提出，最初的端粒是一个酶RNA，这个酶RNA带有迷你螺旋，而且迷你螺旋挂着一串重复的CCA尾。它能以自己为模板，在DNA的断口上启动连续多次的逆转录，也就形成了最初的端粒，这个过程就像转运RNA的迷你螺旋启动了逆转录病毒的逆转录一样。但是在漫长的进化中，这个酶RNA的大部分序列都一点一点地退化，替换成了功能更加强大的蛋白质，恰似那艘忒修斯之船的木头一片片地坏掉，然后换上了新的、更好的硬木。最后，当初的酶RNA就只剩下一串重复的CCA了，而且由于CCA能够重复即可，具体序列并不重要，所以在不同的真核细胞里，端粒酶RNA中的CCA也突变成出了各异的版本。[17]
1700261470
1700261471
1700261472
1700261473
1700261474
图4—57 端粒酶的工作原理示意图。注意，核酸链上的碱基序列要从5’端向3’端读。（作者绘）
1700261475
1700261476
1700261477
1700261478
1700261479
图4—58 这些拼图碎片构成的线索。（作者绘）