鸡生蛋还是蛋生鸡?

来源:互联网发布时间:2009-11-03

这是一个古老的问题,没有鸡何来鸡蛋?但没有鸡蛋又何来鸡呢?如果把思维始终局限在这一个圈子里,是不能解决这个问题的。因此必须探讨鸡和鸡蛋存在以前的情况。对于分子水平上的“鸡生蛋还是蛋生鸡”的问题,即先有核酸还是先有蛋白质的问题,情况也是这样。蛋白质需要核酸的编码才能合成,而核酸的合成也需要蛋白质的催化,即信息和功能分别由两类不同的生物大分子执行。因此,关键是要解决两者的这种相互依存的关系是如何建立起来的问题。作为蛋白质和核酸,它们都有可能在原始地球的条件下自发形成。在这种情况下,讨论先有核酸这种物质还是先有蛋白质这种物质这个问题本身的意义并不大,但对于核酸如何能编码出可以催化它本身复制的蛋白质这个问题的探索则是解答现代生命系统起源之谜所必不可少的。“超循环论”为解决这一个生物进化的难题提供了很有意义的启示。早在1970年,德国科学家艾根就提出了超循环的思想,一年后他在德国的《自然杂志》上发表“物质的自组织和生物大分子的进化”一文,正式建立了超循环理论。此后,艾根又发表了很多有关的论文和著作,并和其他科学家合作,不断发展这一理论。到现在,超循环论已成为现代科学中的一个重要理论,可以应用于探讨自然科学中很多方面的问题,尤其是生命起源这一生物进化的重大问题。什么是超循环呢?顾名思义,它是超级的循环,因此首先也是一种循环。但与一般的循环不同的是,超循环中的每一个环节都对下一个环节的产生提供足够的帮助,因此一旦建立起来,便会永恒存在。艾根认为,生命起源既要产生、保持和积累信息,又要能选择、复制和进化,这个过程只能采取超循环的形式。与生命起源有关的超循环是催化的超循环,即自催化系统的建立。一个催化的超循环,是一个由自催化或自复制单元通过循环连接而联系起来的系统。作为其中的一个自复制单元,首先能对其自身的复制提供指令,同时又能对下一个自复制单元的复制提供催化支持。当这些自复制单元形成了特定的耦合,最后的一个单元能够对第一个单元的复制提供催化支持,超循环就产生了。当超循环产生后,哪里是超循环的开始,哪里是超循环的结束这个问题已变得无关重要了。概括地说,超循环是一个自然的自组织原理,它保证了一组功能上相关的自复制单元的共存和一起进化
     。催化的超循环在现实中,原始的多聚核苷酸就是一种自复制单元,它们通过碱基的配对而提供自复制的信息。设想这些多聚核苷酸与氨基酸分子间的相互作用导致原始密码子的产生,从而能指令形成一些只含少数几种氨基酸的蛋白质。由一种多聚核苷酸指令产生的蛋白质有可能对其他的某种多聚核苷酸的复制有一定的催化作用,这样就形成了一种多聚核苷酸与另一种多聚核苷酸的耦合。而这另一种多聚核苷酸又可指令另一种蛋白质的产生,后者又可对某种多聚核苷酸的复制有催化作用。如此下去,就有可能使得某种多聚核苷酸指令生成的蛋白质能促进第一种多聚核苷酸的复制,这样就形成了一个闭合的超循环,循环中各种多聚核苷酸的复制都得到了强化。超循环的建立使得生命大分子系统的进化成为可能。因此,超循环组织本身是起源于随机过程,但是在合适的条件下,它的出现是不可避免的,只是一个或迟或早的问题。生命若起源于超循环系统,则同样也是必然发生的事情。超循环学说强调进化起始于随机事件,而且在超循环自组织的过程中,也包含了很多随机事件,因此并不能揭示进化历史的具体过程,特别是核酸如何编码出蛋白质这一过程。不过,艾根在他的理论中,充分强调了RNA的作用,认为最初的超循环组织中的信息分子是RNA。随着对RNA研究的深入,这种看法得到了肯定。此外,科学家还发现了RNA分子的一系列新功能,这些发现导致了对生命起源研究的进一步突破。

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