互动科普

如今的生命靠的是作为“设计图”的DNA和作为“制造装置”的蛋白质两者互相支持来维持生命活动。可是，如果有一种既是“设计图”又是“制造装置”的某种物质的话，那么它就有可能单独完成复制。因此，科学家把目光投向了存在于DNA和蛋白质之间的那种物质—RNA。

RNA是什么？

RNA同DNA一样，也是由大量的4种字母（碱基）排列而成的长链分子，也是一种能够起到“设计图”作用的物质。不过，现在生物具有的RNA大多都比DNA短，而且只有一条链。

RNA与DNA的最大不同，是有一部分RNA能够像蛋白质那样起到完成化学反应的装置的作用。1982年，美国的分子生物学家托马斯·切赫和加拿大的分子生物学家西德尼·奥尔特曼果然发现了这种“能够起到制造装置（酶）作用的RNA”。这种RNA叫做“核酶”。

基于这一发现，沃尔特·吉尔伯特认为在原始地球上“有可能存在着能够复制RNA的核酶”，并在1968年提出了一种被称为“RNA世界假说”的理论。这种RNA世界假说的要点是：“先是出现RNA（核酶），然后才有蛋白质和膜，从而诞生出最初的生命”。现在，这种RNA世界假说已经成为说明生命起源的最有说服力的一种理论。

RNA世界假说（1〜4）

这里图解按照RNA世界假说绘出了最初的生命的诞生过程。1.核酶出现，开始增殖。2.有时，有一部分核酶会进入膜内。3.摄取膜内的营养物质将其分解，获得能量。RNA利用这部分能量不断增殖。4.在RNA不断增殖的过程中，一部分核酶进化为原始核糖体，获得制造蛋白质的能力。有了RNA、蛋白质和膜，这时就诞生出了最初的生命。后来，核酶将“装置”功能移交给蛋白质，将“设计图”功能移交给DNA。现在，RNA已经只限于担负一部分生命活动。

据认为，RNA是海洋和火山气体中的分子在滩涂这样的环境中发生化学反应形成的。到目前为止虽然已经发现了具有各种不同功能的核酶，但是还没有发现，像图解中画出的这种能够完全自主复制RNA的核酶。

RNA如何在自然界形成的？

在原始地球上如何能够制造出RNA呢？关于这个问题，科学家们提出了各种假说，并设法用实验来检验在原始地球上是否能够诞生出RNA。

把3种物质按照一定的规则组合起来就可以得到RNA。这3种物质分别是是构成长链的“磷酸”、“糖”（核糖），以及像字母一样记录信息的4种“碱基”。这些构件，只要条件合适，全都可以在初期地球的海洋中形成。

假定在初期地球的海洋中已经有了这些组成RNA的构件，那么，这些构件分子只需要按照一定的规则组合起来就可以形成RNA。但是，在初期地球的海洋中，这些分子十分分散，它们偶然聚集起来发生化学反应是一件很不容易的事情。更何况RNA不耐热，在容易发生化学反应的热环境，在连接成长链之前就会解体。

为了搞清楚这个问题，以佐斯塔克教授为代表，许多研究者都在用实验来模拟初期地球上可能有的各种环境，希望找出适合于形成RNA长链的那种环境。实验结果表明，只有在落潮后比较温暖的滩涂、粘土层之间等少数地方，RNA才不会解体。

不过有许多科学家认为，与生物体内和在严格控制的实验室里不同，海洋中混杂有许多不相干的物质，很难想象在那样一种环境真的能够诞生出由确定的化学分子按照一定的规则排列形成的RNA。

（本文发表于《科学世界》2011年2期）