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我们已经看过RNA可以完美地解决DNA和蛋白质谁先谁后的问题,那么现在谁来打破RNA出现的问题?其实答案就在眼前,那就是碱性热泉已经做好的无机矿物细胞。
这样的矿物细胞大小恰好和真的细胞一样,而且热泉区又无时无刻不在制造它们。
所以如果一个细胞内包含的所有分子,可以源源不断地产生新的材料帮助自我复制,那么这个细胞就会开始“繁殖”
,也就是说,细胞内的材料会集体侵入其他无机细胞的空腔。
相反,如果是一群只晓得尽快复制自己的“自私”
RNA,那最终它们就会输掉竞争,因为它们不会持续产生复制自我所需的新材料。
换言之,碱性热泉环境会渐渐地淘汰只会快速复制自我的RNA分子,而选择出具有完整代谢功能、能独力运作的完整细胞。
毕竟蛋白质才是真正能够支配代谢的主角,不可避免地,它们一定会取代RNA。
不过蛋白质当然不会突然出现,最早的代谢一定是由矿物质、核苷酸、RNA、氨基酸和一些复杂一点的分子(比如接在RNA上的氨基酸)共同协力完成。
这里的重点是,原本只是简单的分子间化学亲合力,在这个允许细胞自由增生的环境中,变成筛选复制整体的能力,也就是说,筛选出能够自给自足,最终可以独立自主的生命。
而DNA起源的最后一条线索,正是从已经自主的生命里找到的。
细菌之间有一道巨大的鸿沟,将它们分成两群。
在第四章里我们将会看到这鸿沟对进化来说有多重要。
在此,我们只要关注它和DNA起源的关系即可,不过这关系也够深厚了。
鸿沟的一边是真细菌(eubacteria,希腊文的意思为“真正的”
细菌),另一边是一群从许多方面来看都和真细菌一样的细菌。
这第二群细菌现在叫作古细菌,或简称古菌。
古细菌之所以得名,是因为当初认为它们存在已久非常古老,不过现在有部分学者认为,古细菌未必比真细菌古老多少。
如果该主张不是来自聪明又严谨的计算遗传学家尤金·库宁,那我大概会满腹怀疑地掉头走开。
库宁是位俄裔美国科学家,现在任职于美国国立卫生研究院。
库宁的团队并非一开始就试图去证明这个全新的观点,他们是在系统地比对真细菌与古细菌的DNA复制系统时,无意间发现的。
细致比对真细菌与古细菌的基因序列之后,库宁他们发现这两种细菌使用的蛋白质合成机制大同小异。
比如说,它们从DNA转录到RNA,再从RNA翻译成蛋白质的过程非常类似,而且使用的酶也显然来自同一个共祖(这是基因序列比对的结果)。
但是它们复制DNA所使用的酶就不是一回事了,这两者之间几乎没有什么共通性。
我们只能用这两种细菌分异太久来解释这一奇怪的现象,但是问题就是,为什么分异时间一样久的DNA转录和翻译系统,却没有产生这样极端的差异呢?最简单的解释,就是库宁所提出的那个全新假说:DNA的复制系统曾经进化过两次,一次在古细菌里,一次在真细菌里。
[9]
该假说对大多数人来说十分骇人,不过对一位杰出而个性温和、在德国工作的“得克萨斯人”
来说却正好满足需求。
我们在第一章提到过生物化学家马丁,此时他已经和罗素一起合作在探索碱性热泉的生化反应了。
马丁和罗素在2003年发表了一篇完全不合当代主流意见的论文,提出他们自己的独到见解。
他们认为古细菌与真细菌的共祖,并非可以自由生活的有机体,而是受困在多孔矿物岩石区的某种会自我复制的东西,但它们尚未逃离迷宫般的热泉矿物细胞腔。
为了支持自己的观点,马丁和罗素还列出了一长串古细菌与真细菌之间难以理解的差异。
特别是两者的细胞膜和细胞壁的构造完全不同,似乎暗示了两群细菌为了从相同的岩石禁锢里出逃,各自进化出了不同的逃离机制。
这样的假说对大部分的人来说都太过新异,但是对库宁来讲,简直就是为他的观察结果量身定做的。
很快马丁和库宁就开始合作,讨论基因与基因组起源于碱性热泉的可能性,然后在2005年发表了那些充满启发性的想法。
他们认为古老矿物细胞的生命周期,或许与现在的反转录病毒十分类似,比如艾滋病毒。
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