关于遗传材料的进一步研究

7.关于遗传材料的进一步研究

由于化学家们在似是真实的生物前条件下合成核苷酸和实现RNA的复制是如此的困难，所以存在另一种可能，即RNA在原始地球上不是最早自我复制的分子，而是先产生的一个较简单的复制系统。

在原始的地球上，反应的核苷酸结合起来形成随机的多聚体之后，有一种多聚体是一种催化剂，按照一个脚本，这样就最初开始了RNA的复制。接着游离的核苷酸在催化剂上排列成行——同时也在其他多聚体上排成行，并结合形成互补链，催化剂与其互补链分开后，催化剂就着手“拷贝”，于是就产生了自我复制，催化剂及其之后的互补链确保了两条链的反复复制。与这种观点相一致的是，研究人员已实现了模板直接将互补链合成短的多聚体，但还没有人在没有蛋白质的帮助下复制出最原始的多聚体。

格兰汉姆·凯恩斯·史密斯是最早推测这类遗传取代的学者，他大约在20世纪60年代就提出了最早的复制系统是无机物。他观察了黏土矿物结构的不规则性——例如，阳离子（带正电荷的离子）的不规则分布——作为遗传信息的贮存库。在这个例子中，只要在预先形成的黏土层中给阳离子以重排指令与大致相同分布的阳离子合成新黏土层，就会实现复制。假如能够有效地确定一层中阳离子的分布，那么此层就会被复制，选择也就会取得进展。虽然迄今还没有人在实验室试验过这一大胆的假说，可是作为理论基础来说，这假设是难以置信的——复杂到足以指令RNA出现阶段的黏土中的结构不规则性，或许对精确的自我复制未必是适合的。

其他研究人员同时已经在开始着手寻找可替换的遗传材料。这里有一个令人感兴趣的例子，艾普莫斯创建了一个叫做吡喃糖基（p－RNA）的分子。该分子与RNA密切相关，但结合的是不同类型的核糖。在天然的RNA中，核糖含的是4个碳原子的五原子数环，而艾普莫斯结构中的核糖进行了重排，在环中多一个碳原子。艾普莫斯发现，吡喃糖RNA的互补链能够用标准的沃森－克里克配对来结合，在结构上比正常的RNA有可能允许少数不需要的变异存在于所结合的双链单位中。此外，这些链彼此围绕时不绞合，因为它们是在双链RNA中绞合的，在缺乏蛋白质酶类的世界中，绞合（缠绕）作用在准备复制而完全分开的链中可能得以阻止。当时，在许多方法中，吡喃糖RNA看来比RNA本身更适合于复制，如果找到了合成含四碳糖的核苷酸的简便方法，那么就有理由可以这种形态的RNA居先于更熟悉的RNA的形态。

在形形色色的方法中，彼特·尼尔森已使用计算机辅助模型组合设计了一个多聚体，该多聚体结合一个在其侧链上具有核酸碱基的蛋白质状骨架，称为肽核酸（PNA）。实际上能够稳定地互补的PNA相结合，这一结果暗示，实际上标准的RNA、PNA都可能作为构建它的互补链的模板。具有相关骨架的许多多聚体可以以相同的方式工作，在它们之中，也许就会有早期的遗传系统。

此外，研究人员在致力于发现较简单的遗传系统中也在试图组建互补分子，这些分子不依靠核酸碱基而进行模板直接拷贝。可是，迄今尚无充分的迹象表明，由这些组成区域构建的多聚体能够复制。对生物前化学家来说，寻找RNA的先驱可以预料将成为实验的最主要的焦点。

不管RNA是自发出现，还是取代某些早期的遗传系统而来的，但它的成长也许是在生命发生过程中的阶段间隙处，这非常相似于引起蛋白质合成、DNA形成和成为生命的最后共同祖先的细胞之出现的情况。至于RNA得以出现的准确情况至今仍然不清楚。正如我们所看到的，研究人员已经提出了许多假设，但支持这些假说的证据绝对不是完全的，RNA世界和生命出现的全部细节在近期内仍不可能阐明。尽管如此，由于有化学家、生物化学家和分子生物学家在愈来愈精密的试验方面的合作，他们是保证能够填补生命起源的许多空白的。