2014年2月25日 星期二

體內的太古之海-4

很多人都知道,

蛋白質是由胺基酸組成的,DNA跟RNA則是由核甘酸組成的。

換句話說,蛋白質跟DNA或RNA,都是像火車一樣,可以拆成一節一節的結構。每一節車廂外表看起來很像,但卻又不盡相同。

再進一步就是,每個蛋白質之所以不一樣,就是因為這些車廂的組成不同。同理,DNA跟RNA也是如此。

這樣可以拆成單獨一個一個小單元的構造,在生命的起源以及演化上,是一種很重要的特性。執行生命現象的主角(蛋白質)和生命的核心(核酸)都有這樣的類似結構,這真的太神奇了。




老實說,真正體會到這點,並且開始思考這系列文裡的一些觀念,正是讓我大學那時修的分生沒被當掉的轉捩點。因為,教分生的教授也剛好都特愛考這纇DNA、RNA、蛋白質的比較。所以,多讀書,然後做做白日夢,也是對學科學有幫助的。

...言歸正傳,有本老書叫作「自私的基因」(The Selfish Gene)。

在這裏,我想要借用該書作者Dawkins博士提出的概念,加上一點自己的想法,來聊聊生命起源的問題。

簡單來講,在Dawkins的假設裏,所有目前存在於地球上的生物,都只是其基因(遺傳物質的)「載體」或「生存機器」。這些載體生存的目的,就是為了確保能夠讓體內的遺傳物質繼續複製下去。

這說法帶來的衝擊在於,以前人們認為遺傳物質只是構成生命體的一部份,是做為生命體的繁殖「工具」而存在。現在卻反客為主,宣稱遺傳物質才是生命的「本體」,整個生命體只不過是為了複製遺傳訊息而存在的工具。

當原始的遺傳物質在太古之海出現的時候,它們或許可以自行由這太古之海裡取材料來合成,讓自己「變大」(就像火車加長)。

時間久了,各種不穩定的結構逐漸被淘汰,被淘汰掉的結構,自然分解而回歸汪洋之中。前面說過,蛋白質和遺傳物質都像火車,都是一節節的車廂構成的。這些分解掉的車廂,可以再跟其他車廂組合,成為一列新的火車。久而久之,相對比較穩定存在的那些結構體,會漸漸變成主流。

但是,那太古之海裡用來組成這些結構的「原料」(車廂) 也是有限的。於是,「競爭」開始了。

這「競爭」無關所謂意志,因為我們今日所定義的「生命」在那時根本還不存在。

有的遺傳物質結構跟某些蛋白質有很好的親和力,它們很容易結合在一起,讓這遺傳物質結構能更穩定,存在更久的時間。

逐漸地,這太古之海裡的遺傳物質,每個都能跟蛋白質有很好的結合。

後來,出現了某群蛋白質(用今日的眼光來看應該是酵素),可以用來破壞這種組合。這可能掀起了這太古之海裡的第一場「大滅絕」。無數的遺傳物質結構因此被摧毀。這時,或許有些包埋於一層脂質裡的結構因為多了一層保護而倖免於難,或許這就是細胞膜與胞器的最古老原型。

還有一個非常重要的關鍵是,在某些蛋白質的幫助下,遺傳物質開始能夠把自己的結構,與蛋白質產生對應。前面講過,遺傳物質跟蛋白質都像是火車,都是車廂一節節組合起來的。現在出現了一種系統,能夠把這遺傳物質的車廂,轉換成蛋白質的車廂,進一步做出一列完整的(蛋白質)火車出來。

這樣做有何好處?淺白的擬人化說法就是:既然這蛋白質對我的存續如此重要,那我自己來合成不是更方便?

這個關鍵步驟的達成,使得原本各自複製的兩個系統(蛋白質與遺傳物質)開始連在一起,也就是最原始型態的轉譯(translation)。

雖然沒人知道,發生了這麼多神奇事蹟的「太古之海」到底長什麼樣子,但我們可以確定的是,地球環境一直在變化。

也許在某個時間點,海裡的環境也慢慢改變,變成讓各種複製作用變得比較難以隨機進行。此時,這些用膜包覆各種蛋白質與遺傳物質的原始細胞,藉由在膜內保存了原本太古之海的環境與特性,讓自身的複製得以繼續下去......

當然,以上的只是純粹想像,沒人確定到底怎麼發生、還有確切發生的時間順序。每一個看似簡單的步驟,單純依機率來走的話,也許都要花上數百、數千萬年的時間。

真的去想想這些東西,才會體會到什麼叫做自己的「渺小」。

到最後,我們所熟知的生命終於出現了。單細胞生物開始可以在地球上留下化石,留給古生物學家考證的基礎 (傳說結束了,歷史才剛剛開始)。

話說回來,若是以Dawkins的觀點加上演化論來看,那些在遠古海洋裡形成的DNA,其實至今都未曾消逝。它們藉由精準的不斷複製,超越了本身存在的物理限界,能夠橫越數十億年不滅。

而那個孕育著原始生命的太古之海,至今仍舊在你我的細胞內翻騰著。

(全文完)