每次你身体里的一个细胞分裂时，它都必须将其 DNA 份额加倍，以便每个子细胞都能获得一套完整的 DNA。DNA 是一种复制子——一种可以精确复制的分子，尽管需要蛋白质的帮助。DNA 已经这样做了数十亿年，远在人类出现之前，远在动物存在之前，甚至可能远在第一个细胞进化之前。但是 DNA 之前是什么呢？可能是 RNA，一种相关的分子。某些类型的 RNA 可以像 DNA 一样储存遗传信息。而且，就像蛋白质一样，它们可以折叠成三维形状以加速化学反应，以及其他功能——这些被称为核酶。主流理论是，“RNA 世界”先于生命的起源。地球上第一个真正的复制子可能是 RNA 分子，它们可以折叠起来以加速自身的复制。它们自我复制。它们复制得不完美，产生了序列略有不同的子代分子。其中一些更有效地复制自己，并留下比同类更多的后代。渐渐地，整个种群进化出越来越高效的复制。但这个故事有一个问题。我们所说的 RNA 分子应该很长，并折叠成复杂的核酶。但科学家今天能制造的核酶是简单的，由非常短的 RNA 片段制成。你可以想象一个简单的分子逐渐生长并进化成一个更复杂的分子，但这个想法也有问题。数学模型预测，这个蓬勃发展的复制子将无法足够精确地复制自己，并开始积累错误。一段时间后，它将面临一场“错误灾难”，其中错误的积累使其瘫痪。但如果不是只有一个 RNA 复制子自我复制呢？如果，相反，有一个完整的网络呢？这个想法最初由诺贝尔奖获得者化学家曼弗雷德·艾根在 1971 年提出。“他得出结论，单个复制子无法长期存在，并提出了超循环的概念，”波特兰州立大学的尼尔斯·莱曼说。也就是说，分子 A 帮助 B 复制自己。B 帮助 C，C 帮助 D，依此类推，最终循环回到 A。艾根用数学预测了超循环的存在。现在，莱曼在试管中创造了类似的东西。这是一个人工设置，它并不能证实这些网络确实参与了生命的起源，但它表明它们可以形成，并且随着时间的推移变得更加复杂。正如剑桥大学的詹姆斯·阿特沃特和菲利普·霍利格在随附的文章中所写，这项研究“有力地证明了合作的好处，即使是在生命的这个萌芽阶段。第一个基因可能毕竟没有那么自私。”在早期的一项研究中，莱曼表明一种名为偶氮弧菌的细菌含有一种核酶，它可以分解成独立的片段，然后这些片段可以重新组装。现在，他发现这些片段可以创建一个看起来像艾根超循环的网络。莱曼的学生尼莱什·瓦迪亚对原始核酶进行了调整，创建了三个版本，它们只在一个字母上有所不同。然后他将每个版本分成两部分。每对片段都可以组装成完整的核酶，但效率很低。它们作为网络工作得更好。瓦迪亚专门设计了核酶，使得当第一对半部分组合在一起时，它们会加速第二对的组装。这个第二个完整的核酶加速了第三对的组装，而这个第三个核酶加速了第一对的结合。当他将所有六个片段混合在一起时，这正是发生的事情。它们相互组装成完整的核酶的速度比每对单独组装的速度快 6 倍，并且产生了 125 倍的成品。其中相互组装的“合作”循环战胜了自我组装的“自私”循环。这六个片段是精确设计的，而早期的 RNA 池几乎没有那么具体。为了表明网络可以从更多的混乱中形成，团队创建了许多不同片段的池，这些片段可以组装成 48 种偶氮弧菌核酶变体。“我们把它们都扔进试管里，让它们自己运行，”莱曼说。实验结束时，团队得到了一试管数百万个核酶，包括所有 48 种可能的版本。其中一些只能通过网络产生，而且它们数量远远超过那些能够自我组装的核酶。团队发现，随着时间的推移，网络变得更加复杂。起初，片段以简单的对形式组合，但这些后来被由三个成员组成的循环取代，最终形成了涉及几乎所有片段的巨大网络。从“自私的复制子”到“合作系统”有一个演替过程。但匈牙利罗兰大学的进化生物学家埃奥尔斯·萨特马里表示，这篇论文“在概念上存在严重缺陷”。他对莱曼关于 RNA 分子相互合作的说法提出异议。在一个真正的合作系统中，一个核酶会加速另一个核酶的复制。通过第一个核酶的作用，你最终会得到两个其他核酶的副本。这在莱曼的设置中并没有发生。他的分子正在加速彼此的形成。没有新的副本；只有原始的融合版本。“谈论复制子的合作是没有意义的，”萨特马里说。莱曼承认存在区别，但他将他的组装片段视为我们今天熟悉的复制子的先驱——其中 RNA 分子由其组成“字母”一点一点地串联起来。他的论点是，这种自我构建的分子可能从他在实验中看到的日益复杂的网络中产生。伦敦大学学院的生物化学家尼克·莱恩表示，RNA 网络能够以这种方式产生是“令人印象深刻的”，但他不相信这种网络实际上能够在我们的原始星球上形成，或者存在足够长的时间以发挥作用。问题在于能量。即使在今天，在蛋白质的帮助下，制造 RNA 也需要大量的能量。莱恩认为这些网络无法通过自我催化来复制。它们需要矿物质和其他化学物质的帮助。“这不可避免地使得 RNA 世界有些‘脏乱’，”他说。“我想象这种脏乱的催化作用可能会对整洁的 RNA 网络造成严重破坏。我的总体感觉是，这很有趣，但可能过于干净整洁，无法在任何现实的早期地球环境中真正有意义。”参考文献：Vaidya, Manapat, Chen, Brunet, Hayden & Lehman. 2012. Spontaneous network formation among cooperative RNA replicators. Nature http://dx.doi.org/10.1038/nature11549更多关于起源：
