宇宙生命起源

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• 细胞结构的本质是，细胞是一个区室——一组局域化的分子，以某种方式与环境的其他部分隔离开来。在一个非常基本的层面上，我们很容易看出为什么这是必不可少的。毕竟，我们自己也是一个个体，我们不希望自身的组成部分会轻易地溶解在环境中，并随风飘散。这同样适用于细菌等单细胞生物，也适用于最早的细胞，在这些细胞中，防止单个细胞的成分发生“遗失”是很重要的。然而，细胞作为生命单位的重要性还有一个更微妙、更根本的原因，那就是空间局域化。空间局域化是达尔文进化论出现的必要条件，也是我们周围所有不同生命形式进化的必要条件。为了理解为什么会出现这种情况，我们来考虑一个原始RNA分子。RNA的序列赋予了它催化某种代谢反应的能力。例如，我们可以想象这种代谢活动是核苷酸的合成，用于制造更多的RNA。现在，让我们进一步想象这种原始RNA的序列在复制过程中发生了错误，于是这个RNA分子的后代就是原始序列的突变版本。这种突变RNA或许能比原始核酶更快地催化核苷酸的合成。如果所有这些都发生在自由漂浮的RNA上，那么这种代谢反应的产物将扩散到周围环境中，可能有助于其他需要核苷酸完成复制的RNA。实际上，突变RNA不会受益于其优越的催化能力。现在考虑另一种情况，原始RNA存在于某种局部区室，而其他RNA存在于它们各自的单独区室。在这种情况下，碰巧获得更有效代谢活性的突变RNA将能够利用其优越的催化活性，因为其产物（在本例中为核苷酸）也将保持在同一区室内。在那里，它们可以促进突变RNA的复制，但不能促进其他RNA的复制，从而使突变RNA具有适应性优势。 (查看原文)

  闻夕felicity 1赞 2025-04-17 17:37:24

• 这种关于分区进化优势的论证几乎适用于任何突变的结果。再举一个例子，考虑这样一个RNA分子，它作为RNA聚合酶发挥作用，可以帮助复制自身序列。这个想法并不像听起来那样异想天开，因为这些分子是在实验室的实验中进化出来的。正如我们在第2章提到的，能够帮助复制自身序列的RNA分子叫作RNA复制酶。这种RNA在生命的早期进化中起着至关重要的作用。在这个例子中，我们需要考虑这样一个事实，即RNA分子必须折叠成特定的三维形状，才能像蛋白质酶一样充当催化剂。但另一方面，为了完成自我复制，RNA分子还必须展开，以便进行复制的酶在合成副本时可以沿着其线性序列行进。也就是说，要让RNA分子进行自我复制，我们需要两个具有相同序列（或互补序列）的RNA分子协同工作。其中一个分子必须展开，以便它可以成为被复制的模板，而另一个分子则被折叠并用作复制酶。这一要求立即凸显了区室化的必要性，否则这两个RNA会因漂移而分离，致使复制过程很难发生。现在想象一个RNA分子，它是一种RNA聚合酶，但在溶液中可以自由漂移，其周围环绕着许多其他无关RNA。它可能会忙于复制其他RNA。更糟糕的是，作为高级RNA聚合酶（核酶）的突变版本，它在复制其他无关RNA方面会表现得更优越，其本身却不会从其较高的RNA聚合酶活性中受益。而在细胞中，具有增强复制能力的突变RNA则会受益于其优势，因为它会自我复制，或者至少是复制与其有共同祖先的后代的相关分子。 (查看原文)

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