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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？ [:1700256358]
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·假说与图景·
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在核糖体、转运RNA和信使RNA构成的蛋白质翻译系统里，信使RNA总是最少叫人好奇的。因为在大多数的场合里，它都被描述成磁带似的东西，上面极其单调地写满了密码子，远不像放音机似的核糖体那样耐人寻味。但也恰恰是因为它看起来如此简单，像磁带一样，就是一条“线”[6]，我们才不得不提出一个关键的问题：这条线要怎样把线头穿进针眼似的核糖体里面去？
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虽然大多数科学读物的插图和科学节目的动画会把信使RNA呈现得像条黄鳝一样摇头摆尾游动着就钻进了核糖体，但实际情况并不是这样的。我们曾在第六章里讲述过，核糖体的大小亚基平时并不聚在一处，而是分开来随机漂散。其中，小亚基负责识别信使RNA上的翻译起点，结合上去；接着，起始密码子的转运RNA也会结合到小亚基和信使RNA上；最后才是大亚基覆盖一切，装配成完整的核糖体，启动真正的翻译工作。[7]
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可见，在今天的细胞里，并不是信使RNA钻进了核糖体，而是核糖体在信使RNA上组装了起来，这依赖于信使RNA上一段标识性的碱基序列[8]，也依赖一大群辅助性的蛋白质。那么，在RNA世界里，既没有这些辅助性的蛋白质，也还没有进化出这些标识性的碱基序列，最初的蛋白质翻译系统凭什么认定一条RNA就是未来的信使RNA，然后组装上去呢？
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当然，我们可以说最初的信使RNA选择完全是随机的，那个原始的小亚基3’端附近结构仅仅凭着自己未成对的序列，优先亲和某些特定的互补序列，久而久之，拥有这段互补序列的RNA就会发展成专门的信使RNA，或者更准确地说，凡是需要翻译成蛋白质的RNA都会进化出这段序列，也就是那段标识性的碱基序列。至于那些辅助性的蛋白质，那就是水到渠成的事情了，在原则上并无难以理解的地方。
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图4—75 左侧是转运RNA，右侧是转运信使RNA，红色部分是迷你螺旋，粉色部分是密码子序列，橙色部分是一段结构性的RNA，蓝色部分是一个协助转运信使RNA工作的蛋白质。（David Goodsell绘）
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但在这中规中矩的推测之外，还有一些有趣的新假说同样值得我们注意，比如在2016年，法国雷恩第一大学的分子生物学家雷纳尔德·吉莱针对信使RNA的起源问题提出了“转运信使RNA假说”，这个假说认为最初的信使RNA与转运RNA是同一个RNA，实际上，信使RNA就是转运RNA的内含子。
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同一个RNA，既是转运RNA，也是信使RNA，这听起来有些离奇，但它却拥有真实存在的证据。
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早在1979年，我们就在大肠杆菌的细胞内发现了这种奇怪的“转运信使RNA”，它的上半部分是转运RNA的小螺旋和CCA尾，能够正常携带氨基酸，下半部分却不是反密码子臂，而是一张弓，绷直了一小段单股RNA，而这段单股RNA就像信使RNA一样，是一串密码子序列。
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而且，这种RNA也兼具转运和信使的双重功能，专门负责抢救意外中断的翻译工作。
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因为蛋白质翻译系统像极了那种名叫“鲁班锁”的小玩具：信使RNA、转运RNA与核糖体的大小亚基虽然是几个独立的构件，但只要组装起来就非常结实，不按照特定的顺序一块块地拆解根本不会解体。这就是为什么标准遗传密码会有一个“终止子”，核糖体只有读到了它，才能启动一系列按部就班的收尾工作，结束翻译，把肽链、转运RNA和信使RNA全都释放出去，自己同时解体成大亚基和小亚基。所以，如果翻译工作出现了某种意外，比如终止子突变丢失，甚至信使RNA干脆断掉了，那核糖体就会在断口处不知所措，尴尬地悬置下去了。
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遇到这种情况，转运信使RNA就要大显身手了VI。如图4—76，它首先以转运RNA的身份进入核糖体，在那里把自身携带的氨基酸——通常是丙氨酸——连接在半途而废的肽链上，然后像正经的转运RNA那样向着核糖体内部移动，顺势把自己的密码子序列带进核糖体。这样一来，整个核糖体就可以根据这个密码子序列，给那个半途而废的肽链补上一个特殊的结尾了；而这个密码子序列以终止子结束，核糖体由此正常结束了翻译工作，解散成了大小亚基，释放了肽链和转运信使RNA。
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至于那个半途而废的蛋白质，它已经成了严重的残次品，不能用了，所以转运信使RNA给它续上的“特殊结尾”就是一个“销毁标志”，细胞里的蛋白酶很容易就能结合上去，及时地把这个残次品水解掉，拆成氨基酸，重新制造有用的蛋白质。
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雷纳尔德·吉莱注意到，转运RNA上那段密码子序列的位置，恰好与转运RNA的内含子的位置非常一致。而这个内含子，就是第十七章里，转运RNA成熟时必须剪掉的那个内含子，那个关系到转运RNA起源的内含子，所以，他提出了这样一幅信使RNA的起源图景VII。
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最初，迷你螺旋在进化中重复加倍，发展成了原始的转运RNA和原始的肽基转移酶中心——这兼容我们此前的一切图景。
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接着，原始的转运RNA与原始的肽基转移酶中心结合起来，开始聚合简单的肽链——大多数假说认为最初的相互作用只能制造一些随机的肽链。
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不过，想想看，那次重复加倍很可能给原始的转运RNA留下了一串冗余序列，也就是今天被细胞当作内含子剪切掉的部分，但在当时，一些特别长的冗余序列却可能与其他转运RNA交互作用，与它们末端的反密码子互补配对，提供排序的模板，就像今天在图4—76中发生的那样。
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图4—76 转运信使RNA工作原理：当信使RNA因为某种原因断裂了，最后一个转运RNA就会悬置在P位点上，残缺的肽链也无法移除，整个翻译系统因此卡死。此时，转运信使RNA就会填补到A位点上，用一段编码了“销毁标志”的序列接续在信使RNA后面。而这个有“销毁标志”的序列带有正常的终止子，翻译工作也就能够顺利结束了。你不妨与第六章里“三种工具”那一节对照一下。（作者绘）
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不同的，只是当时的“冗余序列”或者叫“密码子序列”要比今天丰富得多，核糖细胞所需的各种蛋白质，都可能写在上面，并不只有“销毁标志”而已。
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所以，转运RNA和信使RNA都来自原始转运RNA，前者在进化中剪除了内含子，专职运送氨基酸，后者在进化中失去了迷你螺旋，只管编码多肽链，而转运信使RNA就保留了原始转运RNA的基本面貌。雷纳尔德·吉莱还特别提及，今天的转运信使RNA全都携带着丙氨酸，而且它们编码的肽链也总是以丙氨酸开头和结尾，而丙氨酸恰恰是大多数假说里最早参与编码的4个氨基酸之一。
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在这个假说获得充分的讨论之前，我们姑且只将它当作一种可能性，但这个假说又有一些特殊的美感，因为它实在吻合了太多的线索。而当这些相互吻合的假说交织在一起，我们也得到了一幅至少在这本书里堪称宏大的中心法则起源图景。
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最初，地质化学作用产生了RNA的单体，它们被白烟囱里的热泳作用浓缩起来，产生了越来越长的RNA。