38億年前……
“RNA世界假說”我想大家都應該很熟悉了,因為其具有催化活性和記錄遺傳性息的功能,從而背負著破解先有蛋白還是先有DNA的蛋雞問題,但是大家忽略的一點是RNA的催化效率非常之低,我不認為它能催化形成如今的細菌細胞代謝結構,哪怕是原始的露卡也幾乎不可能。答案應該是蛋白質(zhì)與RNA的共進化,共進化的秘密就在細胞膜上的微孔中。由于前文分析有穩(wěn)定的碳流和能量流,所以合成核酸(RNA)應該很容易。你可以想象這樣一幅場景,一條平行的雙通道共用的礦質(zhì)薄壁上,鑲嵌著無數(shù)這樣的原始細胞,它們就像一個個微小的化學煉化池一般,在數(shù)億年間的時間鍛造露卡的各部分“軀體”,并且通過胞外微流交流遺傳信息(自發(fā)連接RNA)。必須指出密碼子與氨基酸關系的建立應該早于功能蛋白的合成。所謂三聯(lián)密碼與氨基酸的關系是我開始學習大學生物課程以來最困惑的地方,當時的我在想到底RNA與氨基酸定下了怎樣的契約關系,這是多么神奇的進化,甚至我開始相信有上帝的存在?!渡M化的躍升》這本書中講到:所有由α-酮戊二酸所合成的氨基酸,其三聯(lián)密碼子第一個字母是C,所有由草酰乙酸合成的氨基酸第一個字母都是A,所有由丙酮酸合成的氨基酸第一個字母都是T,最后所有簡單前體通過單一步驟所合成的氨基酸,第一個字母都是G。而第二個字母和氨基酸是否容易溶于水有關,也就是氨基酸的疏水性。疏水性最強的六個氨基酸里有五個,第二個字母是T,所有親水性強的氨基酸第二個字母都是A,介于中間的有些是G,有些是C??偨Y來說,不管是什么原因,三聯(lián)體密碼的前兩個二字母和它翻譯的氨基酸有關。而最后一個字母毫無規(guī)律意義,是造成密碼簡并的主因。
曾有科學家試想,可能開始是二聯(lián)體密碼,他們想象,小片段RNA也是具有催化功能的,這在一些內(nèi)含子剪切中已被證實。它們假設一對字母組成的RNA催化劑和氨基酸前體結合,然后催化它們成為氨基酸,至于催化成哪一種取決于雙核苷酸的字母是什么。理論上第一個字母決定氨基酸的前體,第二個決定氨基酸的疏水性。而且科學家已經(jīng)證明含有比較多反密碼子的小段RNA與正確氨基酸結合的能力比其他任何氨基酸結合能力要強好幾百萬倍。所以這可能是解開建立氨基酸與密碼子之間契約關系的線索。
那么tRNA又是如何和氨基酸建立關系的尼?我想有沒有這樣一種可能,tRNA的祖先由于自身的三維結構,使得自身只有三個核苷酸與雙核苷酸能夠配對,并且其氨基酸臂隨后剝奪了雙核苷酸上的氨基酸,之所以第三位密碼字母簡并,可能是尾部的氨基酸遮擋了tRNA祖先的第一個字母的位置,tRNA在反密碼子處突變,可以捕獲所有氨基酸。由于巖石內(nèi)部的溫度呈加熱、冷卻的循環(huán),像極了天然的PCR儀,通過原始細胞的交流,使得RNA遺傳信息延長,tRNA開始與RNA模板結合,當然,這些雙核苷酸也可以與其他RNA模板結合,同時這些氨基酸在被掠奪形成蛋白質(zhì),當然這時的核糖體還沒有演化出來,所以翻譯的信息通?;靵y,但是無數(shù)反應池的交流,最終演化出氨酰tRNA合成酶。可能值得一提的是N-甲酰甲硫氨基酸,從此規(guī)定了氨基酸翻譯的起始位點。
DNA的出現(xiàn)可能也是交流的結果,DNA的誕生一方面創(chuàng)造了“天使”,一方面也創(chuàng)造了“惡魔”,因為這和逆轉(zhuǎn)錄酶有關,我們可以想象這樣一幅場景,一段RNA翻譯出逆轉(zhuǎn)錄酶,DNA誕生,使得遺傳物質(zhì)轉(zhuǎn)向穩(wěn)定,不再像RNA那樣活躍。DNA就像天使一樣,開啟了生命的快車,但是編碼逆轉(zhuǎn)錄酶的基因從此刻進露卡祖先的基因組,這樣的信息交流讓如艾滋病毒樣的逆轉(zhuǎn)錄病毒偷偷藏了起來。同時形成一些編碼的自私基因(Ⅱ型自剪接內(nèi)含子),不要以為我在這里是做簡單介紹,這為以后的進化埋下伏筆。