第四節　最初的生命是核糖核酸（RNA）的世界

地球表面很早就有水，氨基酸、嘌呤、嘧啶、核糖這些分子都可以溶解在水中，開始它們創造生命的歷程。淺灘里的水蒸發時，跑到空氣中的主要是水分子，氨基酸、脂肪酸、嘌呤、嘧啶、核糖等分子是不會蒸發的，而是留在剩余的水中，濃度也會隨著水的蒸發而大大增加。高濃度使分子之間靠近，有利于它們之間發生化學反應，形成更復雜的分子。例如，前面提到的科學家福克斯，在合成氨基酸的基礎上，又把氨基酸的溶液在溫暖無氧的環境中讓水自然蒸發干，結果發現，在這個干燥過程中，氨基酸會連在一起，形成長鏈，類似于現在的蛋白質。

在淺灘里面的水蒸發干，形成較復雜的分子后，降雨或者浪花又可以帶來水，使這些分子溶化在水中。在再次干燥的過程中，又會形成更加復雜的分子。這樣反復地干燥-溶化，就會形成越來越復雜的分子。2019年，由德國、英國和日本科學家組成的團隊表明，反復的干-濕循環不僅可以從簡單分子形成嘌呤和嘧啶，還可以形成與核糖相連的嘌呤和嘧啶，這就是核苷（苷是與糖分子相連而形成的化合物）。在有磷酸鹽存在的情況下，核苷中的核糖還可以和磷酸相連，形成核苷酸。在溶液干燥的過程中，核苷酸也可以彼此相連，形成長鏈，這就是核糖核酸，即RNA（圖1-7）。

圖1-7　RNA分子的構成

蛋白質和RNA都是非常復雜的分子，有了這樣的分子，就已經走到生命的門檻邊了，但是由復雜分子組成的東西還不是生命。生命是一個能夠自我維持的動態系統，而不是一個靜態結構。生物與非生物的一個重大區別，就是生物能夠進行新陳代謝，即不斷地合成新的分子以取代老的分子，實現自我更新。剛剛死亡的動物身體構造和死前一樣復雜，但是新陳代謝停止，動態變成靜態，也就失去了生命。

新陳代謝需要不斷生產出新的生命分子，但是像蛋白質和RNA這樣高度復雜的分子在自然環境中形成的速度是非常緩慢的，如果有一種分子能夠加速自己的生成，這個分子就有了主動性。幸運的是，RNA分子就具有這種能力，所以RNA分子形成后，就逐漸擺脫自然形成的緩慢過程，而開始自己制造自己，形成的速度大大增加了。被動的自然形成過程不是生命現象，而主動制造就是最初的生命活動。

一個分子要復制自己，需要有兩種能力，一種能力是能夠結合組成自己的“零件”，把它們的位置固定，相當于是一個工作臺，而RNA分子就有這樣的能力。RNA是由A、G、C、U這4種核糖核苷酸相連組成的，由于它們中的堿基能夠分別與T、C、G、A脫氧核苷酸中的堿基配對而結合（見“引言”），RNA分子就可以與溶液中的脫氧核苷酸T、C、G、A配對，這樣就把溶液中合成新RNA分子的“零件”固定在RNA分子附近。

“零件”固定后，還需要把它們連接在一起。在自然狀態下，這個過程是非常緩慢的，但是RNA分子還有一種能力，可以加快這個過程，這就是催化。第一種RNA分子結合固定核苷酸“零件”后，另一種RNA可以將這些核苷酸連接起來，成為新的RNA分子。這個過程已經被科學家用實驗證實，例如，具有催化能力的RNA分子tc19Z，就能夠以核苷酸為“零件”，以其他RNA為模板，在24小時內合成有95個核苷酸單位長的新RNA。

新合成的RNA分子和模板RNA分子在序列上是互補的（見“引言”中DNA雙螺旋部分），如原來的A變成了U，原來的C變成了G。但是新的RNA又可以被當作模板，合成第三代RNA分子。在第三代RNA分子中，U又變回A，C又變回G，序列就和原來模板RNA分子的序列一致，相當于把模板RNA分子復制了。擔任催化作用的RNA分子，也可以用同樣的方式被其他有催化功能的RNA分子復制，這就相當于所有的RNA分子都能夠被復制。

蛋白質分子雖然功能強大，在現今的生物體內，幾乎所有的生命活動都是由蛋白質來執行的，但是蛋白質分子中的氨基酸卻沒有和其他氨基酸配對的能力，不能像RNA分子那樣固定組成自己的“零件”，蛋白質分子也就不能復制自己。早期生命中可以沒有蛋白質，但是不能沒有RNA，所以早期的生命，很可能是RNA的世界。