探索生命起源(圖片來源：作者繪制)

生命可能起源于RNA？

關于生命起源的猜測有很多，其中沃特·吉爾伯提出的 “RNA世界學說”得到了諸如克里克等人的支持。RNA世界學說認為：生命最初可能是以RNA的形式出現，隨著環境的改變，進化出現了如今的DNA和蛋白質。最初的RNA具有與如今DNA分子一般的儲存遺傳信息的功能，以及如蛋白酶一般的催化功能，為早期的細胞或者生命運動提供了一切所需的前提條件。

一個假想RNA世界的起源模式(圖片來源：百度百科)

很多科學家對“RNA世界學說”堅信不疑，因為現存生命的一些跡象表明RNA可能是更為古老的生物大分子。

在如今生物世界的核心——中心法則中，RNA占據了中心位置，起到了“承上啟下”的橋梁作用；

根據演化由簡單到復雜的規律，具有更為簡單結構的RNA很可能是生物大分子的起源；

RNA功能多樣，能夠承擔DNA遺傳信息載體的功能(如：復制)以及蛋白質的生命執行功能(如：催化)；

DNA的合成也離不開RNA的協助。

可以看到，種種跡象都在提示我們一種可能性：RNA是生命的起點。

作為原始遺傳物質的必備“技能”

RNA的“存儲技能”

RNA在結構上與DNA十分相似，而且也能夠進行自我復制，這使得二者對于遺傳信息的存儲是類似的。在“RNA世界學說”中，它之所以被認為是生命的起點物質，主要是因為在生物合成途徑上的先后順序——從化學角度以及分子結構來看，DNA與RNA的差別就在于羥基(-OH)的有無，可以認為DNA是通過移除RNA上的羥基所形成的。所以，很多科學家就認為，合成DNA的前提是RNA能夠先在細胞中生成。

DNA(脫氧核糖核苷酸)和RNA(核糖核苷酸)結構式(圖片來源：作者繪制)

RNA通常以較為簡單的單鏈形式呈現，這種結構使得它就像初生沒有完全發育的幼鳥，它掌握的技能不多也不夠精確，但它對一切充滿好奇，“性格活潑”但又 “體質”虛弱，所以面對外界環境的沖擊比較容易受到“傷害”，稍有不慎可能半路“夭折”——被降解。

然而，這并沒有限制住RNA儲存遺傳信息的能力。作為結構簡單的“新生兒”它具有無限可能，通過環境的塑造，它可以做出各種改變，這也使得進化成為可能。從進化的角度看，簡單的分子總是最先出現，從不穩定向更穩定的方向進化，從功能簡單廣泛向專一化發展，所以RNA可能是先于DNA出現的遺傳物質。

RNA的“催化技能”

具有催化能力的RNA，被稱作核酶。如今已知的天然RNA催化劑大部分參與RNA的加工從而形成成熟的RNA分子。核糖體RNA(rRNA)和核糖核酸酶P(RNase P)便是具有催化能力的RNA，即核酶。

rRNA是核糖體的組成成分之一，除此之外還有核糖體蛋白質。其中rRNA在所有活細胞中都有發現，它負責催化，將所有的氨基酸元件一個接一個的按照模板組裝，形成具有特定功能的蛋白質。

RNase P，是蛋白質以外第一個被發現具有催化能力的分子。最開始，人們發現有一種RNA能夠給自己進行“化妝”，通過修改自己的結構讓自己以更“完善”的形式存在于細胞中。后來，又發現有的RNase P還十分的樂于助“人”，通過對一些不能產生蛋白質的RNA進行“打扮”，使它們能夠以更有效的狀態去行使其它功能。比如說：tRNA(轉運RNA)作為體內重要的一類RNA分子，其“初生”鏈的兩端(5’和3’端)是一種不成熟的狀態，其5’端就需要RNaseP進行“打扮”才能以一種“成熟”的姿態隆重出場！

RNaseP對tRNA前體進行“打扮”——剪切5’末端，成為“成熟”的tRNA行使轉運氨基酸的功能(紅色箭頭為識別剪切位點)(圖片來源：作者繪制)

RNA的“調控技能”

核糖開關是mRNA(信使RNA，蛋白質合成模板)上無法產生蛋白質的一些序列，在這些位置存在一個區域叫做“適體域”可以結合一些小分子配體。與配體結合后，核糖開關序列會像變形金剛一樣“折疊”、“變形”，從簡單的單鏈狀態變為另一種形狀。折疊后的序列會改變與下游RNA相互作用的狀態，有的可能會使結合更加“密不可分”，有的可能會從此“分道揚鑣”，以此達到在翻譯水平調控的目的。

核糖開關示意圖(圖片來源：作者繪制)

RNA溫度計是一類對溫度敏感的RNA，這部分RNA通常不能用來產生蛋白質，但是能隨溫度變化調控基因表達。這個調控功能的發揮一般是某一部分的RNA序列結構對溫度變化做出反應，通過“變形”使RNA上核糖體結合位點等重要區域被暴露或遮蔽，進而改變對相應基因的可及性，從而產生蛋白質生成速率有快有慢的不同結果。

比如說，在一種能夠引起流感的利斯特菌中，其mRNA的某一部分在非體溫環境下會折疊成扁平的發夾狀結構，從而導致蛋白表達不發生；但是一旦在人體正常溫度37℃左右的條件下，該菌株中的這種RNA的發夾結構會改變，使得“障礙物”消失，蛋白表達正常進行，進而導致疾病發生。

所以，我們或許可以做出這樣的假設：最初，生命起源于RNA，隨著進化的發生，逐漸產生了DNA分子和蛋白質分子。其中，結構更加穩定的DNA分子履行信息的儲存功能，而專門催化具有酶活性的蛋白質取代了催化功能，構成了現代生命體系的架構。

從中心法則出發：“夾心”不好做

中心法則(圖片來源：作者繪制)

從1961年Jacob和Monod證明在DNA和蛋白質中的“夾心”是mRNA起，中心法則日趨完善：遺傳信息儲存在能夠自我復制的DNA中，通過轉錄將信息傳遞到了RNA，最后翻譯形成了生命功能的執行者——蛋白質，雖然RNA也能夠自我復制，并且逆轉錄形成DNA，但信息傳遞的起點是從DNA開始，到蛋白質結束。

直至今日，RNA的地位似乎都有些“不上不下”的尷尬，在DNA和蛋白質面前都顯得“低人一等”：大多數生命將遺傳物質儲存在DNA中，而生命活動的直接執行者是蛋白質 。

然而，從RNA世界假說的眾多跡象來分析，RNA很可能是大BOSS級別的存在。因為在地球生命誕生伊始，它很可能是生物大分子的起源。即使在經過漫長的進化的如今，它的作用仍是舉足輕重。沒有它，DNA的遺傳信息沒法繼續流傳；沒有它，蛋白質無法合成。或許，一切都是RNA一手操控，DNA只是它的“傀儡”，而蛋白質是它的陣前大將軍！

緣來“飾”你——RNA修飾

常見的RNA修飾類型(圖片來源：作者繪制)

其實，即使作為“夾心”，RNA也是不可或缺的一員，畢竟，它實在是“牽一發而動全身”的典型啊，稍加修飾，結局就可能會被改寫。

所謂RNA修飾，就像人們在不同場合穿不同衣服，畫不同妝容一樣，就是對RNA分子進行一些小小的改動，或許是直接改變外表“服飾”，或許是添加一點“裝飾品”等等。

近年來，多種RNA修飾陸續被研究者發現，如：6-甲基腺嘌呤(m6A)、5-甲基胞嘧啶(m5C)、假尿嘧啶(Pseudo U)等，它們都具有十分重要的功能。比如說：m6A修飾在神經系統的發育以及功能的行使中發揮不可替代的調控作用，并且能夠調控造血干細胞的定向分化，當某段特定的RNA序列有m6A修飾時，生物體能夠正常發育，若缺少修飾，可能會導致神經系統發育不完善、功能不全等后果。

隨著對RNA修飾的研究逐漸深入，人們對轉錄后調控也有了更多的了解，RNA表觀遺傳學也越發興起。表觀遺傳就是指：在基因的序列不變的前提下，基因的轉錄或者表達出現了差異，繼而形成不同類型的組織、細胞，不同的修飾會在不同的生理過程中發揮不同的功能。小小的改變產生大大的不同，實在是“細節決定成敗”啊！

寫在最后

生命的起源問題是人們無窮無盡的好奇心的發源地，它就像是一個永恒的問題制造機，不斷拋出誘餌，驅使我們去探索、去辯論、去研究！RNA世界假說、小行星假說、神創論等等，至今仍然沒有定論，有的研究人員通過研究提出RNA和DNA可能最初是以一個整體的形式存在的，后來才分開履行各自的功能；也有的研究人員提出，最初的起點或許不是中心法則中的任何一種物質，而是硫脲(CH4N2S)這種含硫化學物質……

一切的一切，正如一些科學家所說的那樣：“在生命起源問題上打上一個句號本身就是對這個問題的輕視。”

這個世界的真相有待我們進一步去追尋……

(圖片來源：VEER圖庫)

作者單位：中國科學院青島生物能源與過程研究所

總結

以上是生活随笔為你收集整理的反驳生命的起点是rna_“RNA世界学说”中的主角到底有多厉害？的全部內容，希望文章能夠幫你解決所遇到的問題。

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