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文 |
Michel Cassé
天体物理学家，原子能委员会研究主任
；Marie-Christine Maurel
巴黎第六大学教授，分子古生物学专家
译 |
成家桢
复旦大学-巴黎高等师范学校联合培养哲学博士，主要研究领域为生物学哲学，人类学-社会学，法国哲学
Xénobiologie: Vers d'autres vies
Paris：Odile Jacob, 2018
这还不是生命，但已经很像了
通过模拟原始地球的化学条件，我们获得了分子在不同于周围环境的空间中聚集的微结构。氨基酸受热时会自发形成原细胞（protocellules）或凝聚体（coacervats）。通过显微镜观察这些凝聚体，可以看到直径为0.5至700微米的球状物，它们通常成对或成串聚集。
脂质体（liposome）是由能吸收光线的脂质分子形成的囊泡，它模仿了携带原始色素的细胞的行为。
人们构造的结构和形状与活细胞相似。人们可以在没有细胞壁的细菌上看到脂质体出芽和气泡或膜突起。它们的形状相似，工作原理也似乎相同。然而，人们最关心的仍然是以这种方式制造出来的物体的耐久性、可复制性和繁衍。
在细胞内，双链核酸进行复制，并将其序列从一代传给下一代。两条互补链分离，以便各自再生缺失的链。在细胞中，这些动作是由高度复杂的蛋白酶完成的。但在原始地球上，并没有酶。
从1967年开始，先是卡尔·沃斯（Carl Woese），然后是1968年的莱斯利·奥格尔（Leslie Orgel）和弗朗西斯·克里克（Francis Crick），将研究重点放在了一种开创性的生物大分子，即RNA上。
20世纪60年代，莱斯利·奥格尔在试管里，通过人工激活的核苷酸来模拟复制核酸链的过程。鸟嘌呤作为含杂质的化学亚基，自发地排列在胞嘧啶碱基的对面，并在一个核苷酸的磷酸和相邻核苷酸的醇之间建立联系（磷酸二酯键）。事实上，所有能想到的化学组合、配对和反应机制都已经过测试。
但是，在原始条件下从零开始制造第一个RNA分子的工作至今仍未完成。部分原因在于核糖的不稳定性，核糖是每条RNA链中的“铰链”糖。
此外还有糖、核碱基和磷之间用以形成核苷酸的不同化学键造成的困难，以及在水中形成磷酸二酯键的困难，尽管反应需要消除一分子水！
然而，生物学家的梦想正在一步步变为现实。加州拉荷亚（La Jolla）的斯克里普斯研究所的拉玛纳拉扬·克里希纳穆尔西实验室（le laboratoire de Ramanarayanan Krishnamurthy au Scripps Research Institute, à La Jolla en Californie）的一项发现似乎可以追溯生命起源的化学根源。研究人员在试管中的水中加入了前生物基质磷酸盐。磷酸二铵（DAP）是一种由三偏磷酸产生的前生物制剂，可作用于溶液中的核苷酸、氨基酸和脂质前体。低聚核苷酸、小蛋白质（肽）和脂质体由此形成了！
利用现有材料，人们还可以制作其他支架，其中一些支架正在实验室中进行测试。
由甘油制成的聚合物几乎可以完全复制核酸链。羟基酸、氨基酸、磷酸化醇和含硫基团的分子被认为是前生物单体，我们可以用它们来构建信息聚合物。
在选择的作用下，分子群能够共存，放大其序列中所包含的信息，并产生使其能够根据变化无常的环境而演化和发展的错误。
我们有很多理由相信，在演化过程中，RNA的出现要早于DNA。这一假说的主要论据是生物化学和新陈代谢。RNA是DNA合成和复制的基本引物。每个活细胞都用组成RNA的核苷酸制造DNA的化学亚基。RNA中的核糖被还原（脱氧）成DNA中的脱氧核糖，脱氧核糖以修饰后的RNA的形式出现，随着时间的推移，其化学稳定性增强，这对储存和保存遗传信息至关重要。
RNA的所有特征都被视为历史痕迹，也就是说它们记录了RNA在第一代细胞生命中的重要作用。
近年来，RNA的地位发生了变化。随着研究的不断深入，RNA已经从一个简单的分子，变成了一个具有多种新陈代谢功能的分子。除了信使RNA，细胞中还含有多种非编码RNA。
细胞RNA在受到物理压力（温度升高、压力骤变、化学因素）的影响后，会通过重新排列来获得新的特性。然后，新的片段就会执行与母体分子不同的功能。这种“蜕变”揭示了RNA的创新能力、无与伦比的流动性、灵活性，和可塑性。
生命是否只有一个起源？
选择这个选项就等于想象一个原始的地球，在这个地球上，前生物化学从RNA逐步发展到 DNA。这种设想带有强烈的目的论色彩。
设想生命有多个起源（在时间和空间上）会使我们认为生命出现过好几次，但却从来没有质疑过它的基础。不同类型的聚合物在一个未完成的世界中施展了它们的才能，并将继续施展它们的才能。这就是自然选择的作用和生物多样性的繁荣。当前的生命形式之所以占上风，要么是因为RNA在生存所需的资源竞争中是“最好的”，要么是因为历史上的“意外”导致了不同的生命形式消失或沉睡，或最终选择了我们今天所确定的这些生存方式。
如果是这样的话，那么RNA只是顺应时代潮流的一种机会主义选择。
一个假设了原始演化的RNA世界，描述了第一批RNA在原始地球上指导自身复制的场景。随后，各种序列的分子竞相获取可用于自身构建的前体材料。在新生系统的演化过程中，速度和执行的保真度是决定性因素。催化剂作为不可或缺的精密工具，能够促进特定类型分子的复制。如果RNA本身具有能够加速自身复制的反应位点，那么它就具有相当大的优势。如果没有，它就必须发明一种能够帮助它复制的系统。这就是第二阶段，即原核糖体（proto-ribosome）的发明、蛋白质的合成、“量身定做的”酶的出现，以及对其在生存斗争中占据优势的长期保证。
简而言之，RNA世界的情景是可以想象的，在这个原始世界中，核糖核酸催化了所有生物形式所共有的前体的生存，以及复制所需的所有反应。而这一场景的前提是前生物的RNA具有如下两个特性：
a) 在没有蛋白质帮助的情况下进行复制的能力；
b) 能够催化蛋白质合成的所有阶段。
这种非常乐观而又可信的设想是分子生物学家的梦想。
因此，RNA的世界充满了希望。如今使用的组合方法最适合用来探索核酸和肽的大量组合。它们能让我们重建生命的最初阶段吗？令人兴奋的模拟可能会出现，从而开辟出未知的或自然界尚未探索过的演化新途径。
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