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Rna生命故事
http://www.100md.com 2000年12月17日 医学空间
     伴随着千年狂欢逐渐远去,20世纪已开始蒙落尘埃。然而纪元的更迭并不能带走一切。新世纪里,一些亘古以来就在人类心头萦绕的问题依然在困惑着我们,比如地球上何时、何地以及怎样诞生了生命。

    自从有文明以来,人类从来就没有停止过对生命起源的探求和追问。中国古代的哲学家曾把生命的产生归结为气,说“人之生也,气之聚也,聚则为生,散则为死。”随着时代的发展,不同的文明曾提出过各种生命起源假说。但直到现代科学技术的兴起,特别是分子生物学的涌现,人们才逐渐认识到,地球上的生命,很可能是由非生命物质经过长期演化而成。

    在原始地球的条件下,无机物转变成有机物,有机物发展成生物大分子和多分子体系,然后形成最初的生命体,这种所谓的“化学进化论”,已逐渐为绝大多数科学家所接受。

    现代生命科学使人们了解到,各种生命体虽然千差万别,但它们本质上都是以DNA、RNA和蛋白质等大分子为骨架构成。但这些大分子谁先谁后而催生出最早的生命体,也就是说,生命的故事究竟是如何开场的,至今仍是悬念。
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    “RNA版”生命故事

    科学家们曾为生命的故事设想了各种版本。由于DNA是遗传信息的载体,因此起初的尝试都围绕DNA或蛋白质展开。但20世纪80年代以来,生命故事的“RNA版”开始流行。

    具有自我复制能力的分子的出现,据认为是原始生命诞生的标志。“RNA版”的故事认为,RNA可能是地球上最早出现的能自我复制的分子。美国学者切赫和奥尔特曼在80年代初所进行的研究,为此提供了直接的佐证。切赫和奥尔特曼发现,某些RNA自身可以起到酶的作用,把它们自己一分为二,并把分开的部分又再次结合起来进行自我复制。

    切赫和奥尔特曼将所发现的这些RNA称为RNA聚合酶,这一重要成果帮助他们赢得了1989年度的诺贝尔化学奖。

    1986年,一位名叫瓦特的学者又进而提出了“RNA世界”的概念,进一步充实了生命的RNA“剧本”。这个“剧本”提出,在生命演化的早期,所有的生命形式都以RNA为基础。瓦特认为,地球上最初诞生的生物体,主要由简单自我复制的RNA分子组成。随着进化,它们学会了合成蛋白质和脂类,并形成细胞壁或膜,最后这种RNA生物体产生DNA。
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    生命起源的RNA“剧本”出台后,曾受到不少质疑。批评者指出,RNA本身虽然可以携带复制所需的遗传信息,但在复制过程中,它必须要有蛋白质的催化作用才能工作;但相反,没有RNA提供的遗传信息,酶等蛋白质根本就无法形成。这个类似“先有鸡还是先有蛋”的悖论,一直是笼罩在“RNA世界”上空的乌云。

    开“RNA世界”上空的乌云

    切赫和奥尔特曼等发现某些RNA可以起到酶的作用,为解决生命起源的“鸡和蛋”问题提供了突破口。这一发现表明,某些RNA实际上是“鸡”和“蛋”二位一体,兼具DNA和蛋白质的双重功能,也就是说既能携带遗传信息、又能发挥酶的催化作用。

    而在2000年,美国耶鲁大学和霍华德·休斯医学研究所的科学家在核糖体结构研究上获得的突破性进展,为“RNA版”的生命故事提供了更为有力的支撑。正是这项研究,在《科学》杂志评出的2000年十大科学成就中占据了“亚军”的位置。这项研究,被誉为是一项“攀登珠穆朗玛峰”式的成果。
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    理解这项研究,不能不简单介绍一下核糖体。核糖体被称为细胞的“蛋白质加工厂”,乃生命不可缺少的一个要素。它由RNA和蛋白质组成,早先的研究揭示,核糖体中实际上包含一大一小两个亚单位。蛋白质的生产组装工作主要在较大的亚单位中进行。

    耶鲁大学和霍华德·休斯医学研究所的科学家们利用高能的X射线束对核糖体进行研究后,成功地获取了有关核糖体中较大的那个亚单位的三维高清晰度原子结构图。对这张图进行分析后所获得的结果,使科学家们感到莫名的兴奋。

    他们发现,尽管核糖体较大的亚单位中既包含RNA,也包含蛋白质成分,但蛋白质在其中的加工过程却只与RNA有关。这不仅再次证明不需酶等蛋白质的参与,RNA自身就能“身兼二任”合成蛋白质,而且也表明核糖体实质上可看成是一种能催化自身化学反应的RNA。

    科学家们的这项新研究,虽然进一步驱开了“RNA世界”上空的乌云,但“RNA版”的生命故事还远谈不上完整。新世纪,故事仍将继续。

    《北京晚报》, 百拇医药