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基因和蛋白质,哪个才是生命的起源?

   1
   DNA的奥秘,使科学家们目瞪口呆
   
   
   “先有基因还是先有蛋白质”是21世纪科学家的最大难题之一。50多年前,自从科学家发现细胞内部的DNA(脱氧核糖核酸)结构,生命内部的奥秘“一览无遗”。这不是简单的“一览无遗”,而是细胞内部的无限复杂,精确功能瞬间展现在科学家面前,使他们目瞪口呆。人身上有60万亿个细胞,每一个都比最强劲的计算机要强过千万倍!不可思议的是,人的细胞能自我复制,计算机望尘莫及。更不可思议的是,DNA不是20世纪科学的产品,而是亘古以来就存在的生命蓝图。很多大科学家好像做了一场美梦,吟诗著书,为他们科学研究的圈子突然变得天高地远而自我陶醉。也有些科学家看到这无法解释的神迹,顾不得害羞,赞叹超自然造物主的设计。


   
   
   作为职业科学家,他们除了感叹之外,还得设法解释细胞内部的奥秘。走不了两步,他们就碰上了“先有基(因)还是先有蛋(白质)这个难题”。以下我们非科学家用三言两语来述说基因和蛋白质的关系,必定是挂一漏万,请科学家们多包含。
   
   
   2
   基因和蛋白质,孰先孰后?
   
   
   先说“基”。每个人体细胞核内含有总长达一米的DNA,卷成一个直径仅有0.0002毫米小球。所谓遗传单位“基因”,就是细胞染色体上面排列的DNA的一小部分。人体的25000基因掌管2000000蛋白质的密码。DNA不但拥有蛋白质生产的密码,而且运用酵素调控蛋白质生产的起止和过程。一旦DNA开始制造蛋白质,第一步是把DNA上面的基因密码,转录成为一个模板,称为mRNA(messenger RNA,信使核糖核酸)。然后,两种不同的RNA–tRNA(转译RNA)和rRNA(核糖体RNA)--合作转译成为(构成蛋白质的)胺基酸链。所以,先有基(因),再有蛋(白质)。
   
   
   再说“蛋”。每个人身上有5万种不同的蛋白质,总数达200万。蛋白质不但是细胞的构造者,又是运行者,不但不能缺少,也必须各就各位,互相配合。蛋白质除了构成血肉之外,还能摇身一变成为结实的头发,坚硬的牙齿,强韧的筋腱,或透明的眼角膜。因为细胞内的各种化学反应和身体的运作,都需要各种由蛋白质组成的酵素来调整。酵素乃是效率极高的催化剂,每秒能运作100万次。蛋白质和酵素最重要的功能是制造和供养DNA。一个细胞“自我”复制过程的第一步,便是复制它的信息密码库(DNA)。所以,先有蛋,再有基。
   
   
   这么说,那制造DNA的蛋白质原来是DNA(编码)的产物;而那为蛋白质编码的DNA原来是蛋白质的产物。这就是难分难解,“先有基还是先有蛋”的谜。
   
   
   3
   RNA的出现,仍无法解释生命的起源
   
   
   科学家耗资亿万,不知从何解释生命之起源。无奈之下,有些科学家杀基砸蛋,另寻出路。他们猜想,是不是那夹在基因和蛋白质中间的RNA才是生命的起源?1968年,以奥格尔(Leslie E. Orgel)和吉尔伯特 (Walter Gilbert)为代表的几位科学家提出了所谓的RNA世界(RNA world)假设:在基因和蛋白质之前,就有了既含有生命密码,又能自我复制的RNA。奥格尔半认真地说,第一个RNA的出现可谓神迹。有些科学家将RNA世界比作科学幻想:在那死寂无声的世界里,忽然出现一个万能的RNA,它复制又复制,成了充满RNA的美好世界。
   
   
   但是,新的问题又来了:第一个RNA从哪儿来?奥格尔等承认,从无生命的原始羹到第一个RNA之间,有一不可跨越的鸿沟。所以,描绘RNA世界假设的墨水未干,他们已在追想一个“先RNA世界”。他们说,前者可说是生物学家的美梦,后者岂非化学家的恶梦(nightmare)。
   
   
   40年来,RNA世界成了生物学界最时髦的研究题,是美梦还是恶梦尚未分晓。2007年2月,纽约大学化学家夏皮罗(Robert Shapiro)在著名《科学美国人》(Scientific American)杂志撰文责异“RNA世界”之假设。夏皮罗说,我们面临的问题确实是“先有鸡,还是先有蛋?”:DNA拥有制造的蛋白质的密码,但是,唯有蛋白质才能取得和复制这密码。所以,“蛋白质”这头鸡怀了DNA这颗蛋,哪一个才是生命的起源?是先有鸡还是先有蛋?
   
   
   夏皮罗说,DNA和蛋白质乃是两种大分子,都不可能是生命起源。他说,奥格尔所说的无生命原始汤的汤罐原来是空的。诺贝尔奖得主,细胞学权威德杜甫(Christian de Duve)评论RNA起源时说,“难道上帝创造了RNA?”。他认为,如此不合理的,高度不可能的说法应该称为神迹,不属于科学研究范畴。接着,夏皮罗推出他化学家的假设。他说,这个问题应该是“先有基因,还是先有代谢?”。他认为,生命并非起源于基因,而是出于由一系列化学作用构成的“代谢途径”。可惜,夏皮罗和奥格尔一样手中无牌,说不出一点底细。
   
   
   2008年,被称为“RNA世界之父”的奥格尔虽然年迈体弱,凭他最后一口气,写了“无生命世界代谢周期之不可能性”一文来批判夏皮罗。他说,夏皮罗所主张的代谢途径至少需要6种不同的催化作用,而多种催化剂同时同地存在于那原始无生命世界的假设十分不近情理。他讥笑说,以“也许猪会飞”为假设的化学,能得出些什么有用的答案呢?
   
   
   遗憾的是,到目前为止,唯一没有被推翻的生命起源论来自圣经。科学家们要卧薪尝胆,继续努力。
(2017/02/20 发表)
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