1700258437
·先迈哪只脚？·
1700258438
1700258439
这个恼人的难题就是分子生物学版的“先有鸡还是先有蛋”：
1700258440
1700258441
最直接的问法是，核酸和蛋白质，到底谁先出现？
1700258442
1700258443
乍看起来，蛋白质的氨基酸序列全都预存在核酸的碱基序列中，所以是先有核酸再有蛋白质。可再一看，中心法则的每一个箭头，又都是在各种蛋白质的催化之下才得以实现的，尤其是DNA的复制，竟然需要几十种蛋白质来协调，所以看来是先有蛋白质，再有核酸。
1700258444
1700258445
更进一步，遗传和代谢，到底是谁先出现？
1700258446
1700258447
在这一章的前半部分，我们用生命的信息描述了一切生命活动，当然也包括一切代谢活动，而生命的信息归根结底全都来自遗传，所以看来是先有遗传，后有代谢。但是简述了中心法则之后，我们又发现，只有代谢活动已经完善并确立，能维持物质和能量的恰当供应，整套遗传活动才能周而复始地循环起来。所以，是先有代谢，后有遗传。
1700258448
1700258449
就这样，在探索生命起源的道路上，遗传和代谢究竟应该先迈哪只脚，似乎成了一个尴尬的死循环。
1700258450
1700258451
但事实毕竟是事实，无论人类觉得多么困惑，总会有一个正确的答案。当我们对物种的进化有了充分的认识，“先有鸡还是先有蛋”就根本不再是个问题[13]。同样，我们会觉得“遗传先行还是代谢先行”是个死循环，也只是目光狭隘的结果。在20世纪60年代到70年代，人类沉浸在发现DNA双螺旋的喜悦中，顺理成章地把注意力全都集中在了DNA上，把DNA看作核酸的唯一代表。毕竟，在中心法则中，DNA存储了一切的遗传信息，而RNA只是在DNA和蛋白质之间“跑腿”的辅助角色而已。同时，我们也高估了蛋白质的复杂性，认为20种氨基酸的序列必定存在精密的模板。
1700258452
1700258453
所以，当我们对细胞内部的世界有了越来越深刻的了解，有机大分子的奥秘越来越清晰地展现在我们面前，遗传与代谢的脚步也就渐渐有了章法，这让我们在探索和回溯的道路上接连不断地发现一条又一条宝贵的线索，循着它们越走越远。
1700258454
1700258455
有关遗传先行的主张，我们已经在介绍白烟囱假说的章节的结尾处听闻了那个最热门的假说，“RNA世界假说”——DNA和蛋白质既然谁也离不开谁，那就一起都离开吧！
1700258456
1700258457
这个假说之所以兴起，是因为我们观察到RNA具有一种可贵的“全能性”：它一方面能像DNA一样用碱基序列编码遗传信息，足以成为称职的遗传物质；另一方面能像蛋白质一样折叠出复杂的三维形态，并展现出丰富的催化活性。那么，在细胞诞生之前，或许就存在着一个奇妙的“RNA世界”，其中的RNA千变万化，既能互相催化复制，又能在此过程中遗传变异。后来时机渐渐成熟了，RNA才把遗传的任务交给了更加稳定的DNA，把催化的任务交给了更加多变的蛋白质，自己则功成身退，只负责中心法则的衔接任务了。
1700258458
1700258459
毫无疑问，这是一个激动人心的假说，问世至今获得无数分子生物学上的事实的支持，在这本书中，我们将在第四幕中集中展示它的精彩表现。
1700258460
1700258461
而对代谢先行的主张，我们同样提出了许多版本的蛋白质世界假说——RNA世界固然很奇妙，但是在它之前，或许还存在着一个更奇妙的“蛋白质相互作用世界”。
1700258462
1700258463
这些假说注意到，蛋白质那种千变万化的催化能力并非来自哪种具体的氨基酸，而是来自氨基酸的酸性、碱性、疏水性和亲水性，这些性质让蛋白质折叠出了任何可能的形状，拥有了几近无穷的多样性。那么，在RNA世界开始之前，或许就存在着一个蛋白质相互作用世界，在那里，简单的有机化学反应只产生了几种最普通的氨基酸，但这些氨基酸已经足以产生功能复杂的原始蛋白质[14]。这些原始蛋白质相互催化，促进了彼此的增殖，也带来了越来越复杂的副产物，而在这些副产物中，RNA无疑是最重要的那一类，因为RNA与蛋白质颇有亲和性，能够形成更加复杂的团体，这样一来，RNA世界才更加容易启动。
1700258464
1700258465
就目前而言，这类假说更多地走在探索的路上，更多地依赖计算机的模拟。它们虽然没有成为主流，却也给我们带来了新的视野——我们会在第四幕中穿插着让它们出场。
1700258466
1700258467
但这并不是代谢先行主张的全部内容，因为无论RNA还是DNA，都已经是大分子的有机物，那么在这些大分子出现之前，又存在着一个什么样的世界呢？
1700258468
1700258469
这就给我们留下了两个问题：原始的地球是如何产生种种有机物的？这些有机物的分子是如何越变越大的呢？
1700258470
1700258471
对于前一个问题，我们会留在第三幕仔细地讨论，而对于后一个问题，我们却可以先来复习一下：有机大分子是由成百上千乃至上万的化学单体聚合起来的物质。然而形成这样的物质在热力学上是不利的，或者说，这些有机大分子重新水解成化学单体的反应，才是熵增反应。
1700258472
1700258473
在生命内部，这可以解释为生命的“负熵”特性，但是在细胞诞生之前，在这些大分子组装起来进入生命内部之前，又是什么力量“浓缩”了它们呢？
1700258474
1700258475
所以生命诞生的环境必然存在着某种大分子浓缩机制，可以促进那些化学单体的缩聚反应，而这又一次体现了白烟囱假说的优点：那些海绵状矿物沉积中存在狭长的管道，其中如果生成了什么有机物，也会随着管道中的液体流动。但这些管壁并不十分通透，还常常出现阻碍，小分子的有机物偶然发生了缩合反应，分子就会变大，很容易被困在某个洞里，浓度越积越高，化学平衡将使它们更容易缩合成更大的分子，也就更有可能被困在这个洞里。
1700258476
1700258477
在第四幕，我们会仔细讨论这种浓缩机制的重大作用。
1700258478
1700258480
延伸阅读胚胎如何确定发育的方向？
1700258481
1700258482
在这篇文章里，我们打算用最简单的语言，简述一下多细胞的生物是如何从卵细胞开始确定“什么地方该长什么”，或者说，生命是如何从零开始，给机体建立“坐标系”的。
1700258483
1700258484
那么，先从简单的下手吧。
1700258485
[
上一页 ]
[ :1.700258436e+09 ]
[
下一页 ]