RNA世界学说

RNA世界学说（英语：RNA world hypothesis）是一个关于生命起源的理论，认为地球上早期的生命分子以RNA先出现，之后才是DNA。且这些早期的RNA分子同时拥有如同DNA的遗传讯息储存功能，以及如蛋白质般的催化能力，支持了早期的细胞或前细胞生命的运作。^[1]

RNA世界假说的提出

关于独立的RNA生命型态概念，是在1968年由卡尔·沃斯（Carl Woese）所著的《遗传密码》（The Genetic Code）一书中所建立。此外亚历山大·里奇（Alexander Rich）也曾于1963年提出类似想法。“RNA世界”一词则是由诺贝尔奖得主沃特·吉尔伯特（Walter Gilbert）于1986年提出，是依据现今RNA具有各种不同型态的催化性质所做的推论。

所谓的“RNA世界”学说与以下两个假设有关：①RNA是地球早期的生命形式唯一使用的具有遗传编码性质的生物催化剂，②RNA作为自身遗传编码分子的生命形式就是地球上最早出现的第一种生命形式，也是能够对达尔文进化论提供支持的第一种化学体系。第二个假设所需要的证据是，RNA的生命属性是直接从无生命的物质中演变而来的，这一过程要早于所有生命形式的出现。

一个假想的“RNA世界”情景如下

：①从原始大气成分形成包括核苷酸的前生物汤，机缘地产生了具有随机序列的短链RNA分子→②一些RNA片段碰巧获得了能催化自身复制的功能（称为自复制RNA），就获得了选择的机会，即自我复制效率最高的核苷酸就会获得更多延续下去的机会，反之就被淘汰了→③进一步，自复制RNA的突变体还获得了催化氨基酸缩合成肽的能力，之后，形成的肽类偶然又反过来强化了RNA的自复制能力，这样，RNA分子和协助的肽类开始协同演化，不断产生出更有效的复制系统→④原始的转录系统不断发展，并伴随着RNA基因组和RNA—蛋白催化功能的发展， ⑤RNA基因组开始拷贝到DNA上，DNA基因组不断发展，并在蛋白的催化下，转录到RNA-蛋白复合体（内质网）上（图1）。

总的来说，在这种原始的蛋白合成系统中，与自复制RNA互补的DNA分子承担下保存“遗传”信息的功能，RNA分子逐渐向担负蛋白质翻译与合成功能的方向演化，而蛋白质则变成了生化反应的催化能手。最后，原始汤中类似于脂类一样的物质围绕自复制分子的聚集体形成相对不通透的分子层，而这些脂质隔室中的蛋白和核酸的浓度更有利于自复制分子间的相互作用。

支持RNA世界学说的观点

Cech列举了支持RNA世界学说的六个方面的原因：①RNA既是信息分子又是生物催化剂—既是基因型又是表型—而蛋白质传导信息的能力极为有限，因此，RNA应该能进行自我复制，而事实上RNA也确实能完成为了RNA复制所需要的某种化学过程，②从同时在同一地点进行随机化学反应的角度来看，设想一个能自我复制的单一分子类型比设想两种不同的分子（譬如一个核酸和一个能复制该核酸的蛋白质）要更为合理，③在所有现存的生物中，核糖体利用RNA的催化作用完成蛋白质合成的关键生化过程，因此在所有现存物种的共同祖先（the Last Universal Common Ancestor，LUCA）那里也必定如此，④RNA的其它催化活动—在一个RNA世界中RNA所需要的但在现代的RNA中没有被发现的—一般也在RNA序列的大的组合文库（large combinatorial libraries）中存在了，能通过SELEX的筛选方法来确认，⑤RNA明显先于DNA，因为RNA的核苷酸前体的生物合成需要多种酶的催化，而脱氧核苷酸的生物合成衍生自核苷酸的生物合成，仅添加了两个额外的酶促反应步骤（胸苷酸合成酶和核苷酸还原酶），⑥一个原始的RNA世界具有出色的特征连续性，它能通过先前的事件进化到现在的生命之中。但是，Cech承认并不清楚一个基于完全不相关的化学过程的自复制系统是如何被RNA所取代的。

Cech描绘了一个假想的RNA世界模型（图2），许多被隔离开来的复杂有机分子的混合物没能获得自复制，因此消亡了（如虚线所示），而通向自复制RNA的路线作为现代的祖先而被保存下来，在自复制RNA左边的数个箭头表示RNA之前可能存在过的自复制系统。大到可以折叠并具有有用功能的蛋白质只有在RNA能够催化肽类片段连接或氨基酸聚合才开始出现，虽然氨基酸和短肽在最左边的混合物中就存在了。DNA担负起基因组功能是更加后期的事情，虽然仍然大于10亿年前。现存物种的共同祖先已经具有了一个DNA基因组，能够利用蛋白酶以及核糖核蛋白酶（譬如核糖体）和核酶来进行生物催化。

Benner等指出，“在今天的地球上，假如真有一些来自现代生命的生物催化剂，RNA就是其中具有指导自身复制功能的一种独特催化剂……RNA的这种独特功能使得有机化学体系成为达尔文进化理论的有力支持者，这是目前化学领域中唯一已知的天然产物产生功能行为的化学过程。只有一种另类分子—DNA，具有相似的特殊性”。

反对RNA世界学说的观点

为何在地球生命演化的一开始就出现了这种复杂而神奇的RNA分子？莫非是神造的分子？当然，RNA世界假说根本无法说明细胞是如何得以产生的。不少学者坚决反对RNA世界假说。譬如，雅荷雅就无情地抨击道，“在每一个环节上拼凑起来的、不可能的链接，即这个不可信的假想，对生命的起源远远没有做出解释，只是扩大了这一问题，并引出许多没有答案的问题”。其实，在关于生命起源的太多环节上依靠主观臆想的情节拼接是不可避免的事实，不光RNA世界学说，其它学说也大抵如此，没有人能发现比这更幸运的方式。

纽约大学的化学家夏皮罗（Robert H. Shapiro，1935年－2004年）曾说：“根据化学运作原理，要形成这样一种分子绝不可能。在这个领域里，这是不可能的事。要接受这个观点，除非你相信我们有难以置信的幸运。Horgan问道，“RNA最初是怎样出现的？RNA及其成分难以在实验室最好的条件下合成，它在真正的似是而非的条件下更难合成了”。

雅荷雅质问道，“即使我们假设它是偶然形成的，那仅仅由核苷链组成的RNA，又如何‘决定’自我复制，并根据哪一种来实现自我复制呢？又从哪里获得自我复制时所需的核苷呢？”。笔者喜欢雅荷雅的质疑方式，但不喜欢他把问题引向“真主”！Joyce和Orgel说，“从某种意义上来讲，这一讨论集中到稻草人上了：RNA分子自我复制的神话—重新从随意的、多聚核苷酸汤引发的神话。这个概念不仅不切合目前我们所理解的生命起源以前的化学概念，同时也损伤了RNA通过自我复制而成为分子的乐观派的观点”。

法国生物化学家、诺贝尔生理学或医学奖得主莫诺指出，“如果不翻译，密码（DNA和RNA的信息）就毫无意义。现代细胞密码翻译器，至少由50个大分子组成，且在DNA中自我编码：密码不能翻译，而靠产品自己的翻译。这种循环何时、以何种方式才会密切起来？这是极难想象的”。因此，雅荷雅进一步质疑道，“在原始地球上，RNA链怎能做出决定，并用何种方法来‘制造’蛋白产品—自己替代50种专门粒子的功能？进化论者对此无言以答”。

丹麦生物化学家Monnard PA认为，“人们依然可以质疑，要产生一个RNA世界，RNA本身是否足够？……我们所知的生命提示，从很早开始就有了独立的代谢结构，这对创造基于RNA的前细胞是必须的，仅仅由于两者的同时出现和相互反馈调节才使得它们存活了下来……可能曾经存在一种基于自我装配网络的系统，具有相互联系的催化作用，而没有RNA或其替代物介入，它可能起始了一系列的进化步骤，带来生命的产生。尽管如此，这个代谢世界的进化最终一定会产生一个遗传信息或催化-多聚物系统”。这是一种代谢在先的思想，但是，如果没有领悟生命演化之合理目的性，Monnard也不可能迈入正确之道。

现代生命中的DNA—RNA—蛋白质已经形成了一个相互依存、无法撕裂的圆圈，使人们难以甄别谁才是演化的起点。一些人认为RNA才是生命的开端，也即这个圆圈的起点。但是，许多疑问依旧存在。第一，谁会相信在地球生命演化的一开始，就会出现复杂而神奇的RNA分子呢？除非那就是哈荣·雅荷雅所说的神造的分子了！第二，RNA世界假说依然无法说明细胞是如何产生的，而只有细胞（或前细胞）才是真真意义上的生命！第三，为何同时具备信息与催化功能才可作为生命的开端，其依据何在呢？第四，生物个体是达尔文选择的基本单位，那对大分子来说，什么才是选择的方向性呢？第五，虽然生命的起源充满随机性，但不能没有方向性，必须受到目的性或动因的牵引。那什么才是生命起源最原始的动因呢？

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