互动科普

一种早就流行的观点认为，在出现具有复杂结构的RNA以前早就出现了蛋白质。这就是“蛋白质世界假说”。按照这种假说，“先是海洋中的氨基酸互相碰撞，连接起来，形成了具有各种不同功能的蛋白质。那以后再制造出RNA，才出现了最初的生命”。

所有的蛋白质都是由20种氨基酸分子所组成。连接氨基酸的方式不同，于是就有各种各样具有不同特性的蛋白质。氨基酸比构成RNA的核苷酸稳定得多，比较耐热。因此，在初期地球的各种各样的环境中都比较容易形成。

米勒所进行的火花放电实验就是一个例子。不过，初期地球的大气并不是米勒在他的实验中所模拟的那种大气，按照现在的观点，初期地球大气的主要成分应该是二氧化碳、一氧化碳和氮气等。重做的实验表明，在这样的大气中也能够生成氨基酸，尽管生成的数量要比米勒的实验条件下少得多。此外，在有陨石坠入的海域和海底火山近旁的热水喷出孔附近也都有可能形成氨基酸。甚至在宇宙空间也存在着各种氨基酸，例如在坠落到地球上的陨石上就发现过氨基酸。总之，在原始地球上，到处分布着构成蛋白质的氨基酸。

可是，蛋白质假说也遇到了难题。那就是，氨基酸即使通过彼此碰撞随机形成了蛋白质，但是它们几乎全都没有生命功能。要形成生命所必需的蛋白质，概率非常低。现在还无法肯定，氨基酸是否可以通过随机碰撞诞生出最初的生命。

蛋白质世界假说

这里图解表现了蛋白质世界假说所设想的最初生命的诞生过程。1.雷电和陨石撞击产生的热量，还有海底热水喷出孔附近的高温，都有可能产生构成蛋白质的材料氨基酸。2. 氨基酸互相碰撞，形成蛋白质。如此形成的蛋白质，几乎没有对于生命有用处的。形成可以起到酶的作用的蛋白质的概率非常低。3. 蛋白质被包裹在膜的内部。即使在膜内，蛋白质也在不断发生化学反应。4. 在蛋白质不断增殖的过程中终于制造出了RNA。最初的生命由此诞生。

氨基酸通过互相碰撞形成蛋白质，可是在此之中，出现真正有用的蛋白质的概率究竟有多大呢？

在2001年，美国分子生物学家安东尼·基夫博士和佐斯塔克教授等人试着将100个氨基酸作随机排列，结果排列出了约1万亿种不同的蛋白质。而且，这还只是再现了“蛋白质世界”的一部分可能性。他们进行这种排列的目的是为了解氨基酸通过碰撞随机产生出具有特定功能的蛋白质的可能性究竟有多大。

事实上，在大约1万亿个不同的蛋白质中，能够在生物体内发挥作用的蛋白质（有用蛋白质）仅有数个而已。换句话说，在1千亿个中还不到1个，概率极低。既然如此，那么在蛋白质世界如何能够得到生命所必需的许多种蛋白质呢？

研究蛋白质进化的日本应庆义塾大学的柳川弘志教授认为，这有赖于存在着一种“借用”已经出现的那极少一部分有用蛋白质的机制。在这种“借用”中起到关键作用的是RNA。

（本文发表于《科学世界》2011年2期）