沙漠里的生命之源在哪里(生命最初是一条拉链)

从早期地球上毫无生气的空气、水、矿物质和尘土,到第一个能够繁殖自己、壮大种群的原始生命诞生之间,存在着一个千古谜团:生命是如何从无机世界中逐渐演化出来的?

沙漠里的生命之源在哪里(生命最初是一条拉链)(1)

浓汤里堆不出宫殿

对于这个重大的问题,科学家已经有了部分答案,前生命世界是由核糖核酸即RNA统治的。在一个RNA的世界中,存在着大量的RNA基本“砖块”——核苷酸,这些“砖块”不断地组合在一起,形成RNA分子,向着生命诞生的方向进发。

然而,在无机世界和RNA分子之间,还是存在着巨大的鸿沟。与无机世界那些简单的化合物,比如氧气、碳酸钠相比,RNA分子的分子量很大,它包含了若干个核苷酸“砖块”,每些“砖块”又是由更小的“砖块”——几种小分子构成的,所有的“砖块”彼此连接,形成了RNA精巧的立体结构。

人们最初设想,RNA分子可能形成于地球早期的原始“浓汤”中,浓汤中的“砖块”随机组合,碰巧形成了RNA。但在自然环境中要自发地形成如此复杂的分子结构,从概率上看,是根本不可能的。不论我们随意地把砖块扔在地上多少次,它们也不会垒出宏伟的故宫太和殿。

播下龙种,收获跳蚤

那么,第一个能够复制自身的RNA分子到底是怎样产生的?当时地球环境中存在着大量的“砖块”,有些“砖块”对形成RNA分子是有用的,而更多的“砖块”其实对形成RNA分子没有用处,当开始组合RNA分子时,那些没用的“砖块”也会来捣乱,进入RNA分子长链里,这样形成的长链就无法发挥复制自己的功能了,RNA分子还是无法形成。

根据估计,地球最早产生的RNA分子,它们在复制自身的时候,其错误率可能会达到20%。换句话说,对于RNA分子上的每一个核苷酸“砖块”,有五分之一的概率会复制错误,被无用的“砖块”替换掉。一般的RNA长链会由十几个到几十个核苷酸“砖块”组成,这就意味着,早期的RNA分子几乎都会出现复制错误,复制一次就会面目全非,又怎么会产生后来功能运转良好的RNA,进而产生出生命呢?

知错能改,善莫大焉

最近,美国科学家用一些DNA短链做实验,把它们放到模拟的早期地球浓汤中,浓汤中有各种各样的有机小分子“砖块”。结果当DNA复制出现错误时,它们的复制过程会停顿下来。

原来,当这些捣蛋的“砖块”参与DNA组合时,DNA的分子结构与正在复制出来的DNA的结构不匹配了。这就好比我们日常使用的拉链,拉链的两边相互咬合在一起,可以顺利地拉上,但是如果拉链的一侧有一个锯齿变形或者毁坏了,拉链拉到这个有缺陷的位置时,就无法再继续拉上了。

DNA短链和RNA分子的性质是类似的,所以科学家猜测,早期地球上出现的那些RNA分子,也会在发生复制错误时停顿下来,而不是将错就错地复制出一个“怪胎”来。停顿就意味着纠正错误,直到正确的“砖块”取代了错误的“砖块”之后,复制工作才会继续进行,最终成功地复制出和原来的RNA分子一样的分子结构。

有了纠错的能力,RNA和DNA分子不断地改善自身,最终原始的生命诞生了。生命正是从不断改正错误中诞生的,那么面对我们日常的一些错误,我们是否也该向祖先学习,勇于承认,有错必改呢?

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