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对于提倡RNA世界的先驱来说,重点不在于RNA从哪里来,而在于它们能做什么。
当然还是有人对RNA的合成过程感兴趣,然而他们却很快地陷入各自的小圈子里,循环往复地为自己所拥护的假说争辩。
或许RNA是在外太空由氰化物合成的,或许它们是闪电击打地球上的甲烷和氨气合成的,又或许它们是在海底火山口冶炼愚人金时一起产生的。
这些假设都各有各的优点,但是也都面临一个非常基本的问题,那就是“浓度问题”
。
要制造单一的RNA字母(核苷酸)并不容易,不过如果核苷酸浓度够高,它们会很快形成聚合物(也就是RNA分子)。
大量的核苷酸分子会自动聚在一起变成RNA长链。
但是当核苷酸浓度降低时,逆反应就会发生,RNA会自己降解成单一核苷酸。
问题就在这里,RNA每自我复制一次,就会消耗核苷酸,因此导致核苷酸浓度降低。
除非有办法持续快速地生产核苷酸(且一定要比消耗速度快),否则RNA世界不可能行得通,当然也无法解决任何问题。
这样当然不行。
所以,任何人如果想要在科学上获得一点实质的进展,那最好先把RNA当作天赐的礼物。
不过碱性热泉还可以做得更多。
理论上较长的RNA链或DNA链,因为体积较大更容易填满孔洞,会比单一核苷酸累积更多。
据估计,100个碱基大小的DNA分子可以累积到起始浓度的1000万亿倍。
如此高的浓度足以让我们前面讨论过的各种反应发生,比如RNA分子彼此结合之类。
最有趣的是在这里忽高忽低的温度环境中(如热循环一般),可以发生全世界实验室里随处可见的聚合酶链式反应(简称为PA分子复制。
在进行PA分子解旋,然后DNA就可作为模板,等温度较冷时就有一条单链可以开始复制。
结果导致分子复制的速度呈指数级增加。
[7]
总结一下,热泉区的温度梯度可以让核苷酸浓度增加到某种程度,从而促进RNA分子形成。
同样的梯度也会增加RNA的浓度,有利于分子接触。
而忽高忽低的温度可以促使RNA复制。
我们恐怕很难找到一个比这里更适合形成RNA世界的地方了。
那么关于第二个问题,我们如何让RNA分子从自我复制、彼此竞争的世界,走向一个比较复杂,并开始制造蛋白质分子的世界呢?同样,热泉也许可以给我们答案。
如果在试管里加入RNA,然后再放入一些材料以及所需的能量(比如ATP),它就会自我复制。
事实上,除了自我复制以外,它还会开始进化,这是20世纪60年代美国分子生物学家索尔·斯皮格曼和其他人所观察到的现象。
RNA在试管里面复制几代之后,复制速度会越快来越快,近乎疯狂。
虽然实验过程有人工参与,但它们自发变成了会不断加速自我复制的RNA链,超乎想象,简直就是“斯皮格曼的怪物”
。
有趣的是,你可以从任何东西开始反应,不管是如病毒那样复杂的RNA,或者是人工合成的简单的RNA。
你甚至也可以只加入一些核苷酸外带一些聚合酶去把它们连在一起。
不管你从哪里开始,它们最后都会趋向相同的结果,就是变成一样的“怪物”
,一样疯狂自我复制的RNA链。
这些斯皮格曼怪物很少超过50个字母,就像分子版的《土拨鼠之日》[8]。
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