自我复制的RNA可能缺乏产生生命所需的保真度
“RNA世界”是地球上所有生命的起源，这个假设已经伴随我们30多年了，这个术语是由生物学家沃利·吉尔伯特(Wally Gilbert)在1986年提出的。你可能会认为，这在很大程度上解决了DNA复制如何避免“先有鸡还是先有蛋”僵局的难题:DNA复制需要蛋白质酶，但蛋白质必须被编码在DNA中。中间RNA打破了这种依赖循环，因为它既能编码遗传信息，又能像酶一样发挥催化作用。催化rna，被称为核酶，在细胞中发挥多种作用。
这是一幅诱人的画面——催化rna作为分子复制因子偶然出现在早期的地球上，逐渐进化成能够编码蛋白质、代谢系统和最终DNA的复杂分子。但这几乎肯定是错误的。因为即使是基于rna的复制过程也需要能量:它不能推迟新陈代谢。虽然已经制造出相对简单的自我复制核酶，但它们通常只有在提供正确的寡核苷酸成分时才能起作用。更重要的是，持续的复制和增殖周期需要特殊的条件来确保RNA模板可以从它们上面的副本中分离出来。
这是一幅诱人的画面——催化rna作为分子复制因子偶然出现在早期的地球上，逐渐进化成能够编码蛋白质、代谢系统和最终DNA的复杂分子。但这几乎肯定是错误的。因为即使是基于rna的复制过程也需要能量:它不能推迟新陈代谢。虽然相对简单的自我复制核糖酶已经做出了，1它们通常只有在提供了正确的寡核苷酸成分才能发挥作用。更重要的是，持续的复制和增殖周期需要特殊的条件来确保RNA模板可以从它们上面的副本中分离出来。
在汤里
也许最大的问题是，自我复制的核酶是高度复杂的分子，似乎不太可能在生命起源前的汤中随机聚合。而那些认为它们可能是由分子进化产生的观点只是本末倒置。一旦你承认任何合理的“生命起源前汤”都是一团复杂的化学物质，问题就更难解决了。如果没有集中和分离益生元分子的机制，几乎不可能看到任何类似生命的东西是如何产生的——例如，让制造rna的核酶有任何复制自己的希望，而不仅仅是制造垃圾。
简而言之，一旦你仔细观察，RNA世界提出的问题和它回答的问题一样多。即使是它的主要倡导者之一，加州斯克里普斯研究所的杰拉尔德·乔伊斯，建议最近可能有必要考虑到RNA世界之前有“其他一些复制、进化的分子”，比如肽-核酸杂交分子。2当然，这可能只是推迟了一些问题，而不是解决它们。
乔伊斯和他的同事们现在发现了一个核酶它有可能将可遗传的“前遗传”信息复制到比以前所见过的更复杂和结构更复杂的rna中。3.这个分子是通过一个过程发现的在体外在进化过程中，每一轮的选择标准是能够不断向“引物”RNA片段中添加单个核苷酸以形成长链——也就是说，充当RNA聚合酶。
简而言之，一旦你仔细观察，RNA世界提出的问题和它回答的问题一样多。就连该理论的主要倡导者之一、加州斯克里普斯研究所(Scripps Research Institute)的乔伊斯(Gerald Joyce)最近也提出，可能有必要考虑到，在RNA世界出现之前，存在着“其他一些正在复制、进化的分子”，比如肽-核酸的杂交分子。当然，这可能只是推迟了一些问题，而不是解决它们。
乔伊斯和他的同事们现在发现了一种核酶，它有可能将可遗传的“前遗传”信息复制到比以前所见过的更复杂和结构更复杂的rna中。1这种分子是通过体外进化过程发现的，每一轮的选择标准是能够不断向“引物”RNA片段添加单个核苷酸以形成长链——也就是说，作为RNA聚合酶。
乔伊斯和同事们从一种已知的称为I类连接酶(将核苷酸片段连接在一起)的核酶开始研究。经过14轮进化后，他们表现最好的核酶能够将核苷酸连接成三个独立的rna，然后(在纯化后)自发地组装成原始的连接酶。换句话说，它能够合成产生它的RNA分子——制造它自己的祖先。乔伊斯和他的同事们说，这是“核酶从单核苷酸合成的功能最复杂的RNA”，他们相信，随着时间的推移，这一结果将越来越明显在体外通过进化，它们可能获得一种具有类似复杂性的核酶，这种核酶真正能够自我制造。
复制错误
这是否有助于我们理解RNA世界是如何产生的呢?相反，它指出了另一个问题。研究人员用这种方法获得的最好的RNA聚合酶有大约8%的几率错误地插入任何核苷酸，任何这种错误都增加了分子编码的完整链无法复制的几率。更重要的是，制造原始的I类连接酶更容易出错，效率也更低——每个核苷酸添加错误的几率为17%，加上每个位置添加虚假额外核苷酸的几率很小。
这些错误对分子进化的前景至关重要，因为存在一个阈值错误率，超过这个阈值，复制分子就会失去相对于其他群体的达尔文优势——换句话说，进化依赖于足够好的复制。因此，复制的保真度可能是一个问题，迄今为止还没有充分认识到，一个自我维持的、进化的基于RNA的系统的出现:也就是说，一个RNA的世界。
也许这个障碍是可以及时克服的。但我的直觉是，任何益生元分子都太低效、不准确、稀释和噪音太大，无法扫清障碍。相反，我们需要寻找嘈杂的、异质的、可能被分隔的分子集体自力更生获得生命的方式。毕竟，当你认识到这正是细胞的本质时，这就完全说得通了。
参考
1 kf Tjhunget al。，国家科学院学报美国, 2020,117， 2906 (DOI: 10.1073/pnas.1914282117)
参考文献
保罗和乔伊斯，国家科学院学报美国, 2002,99， 12733 (doi:10.1073 / pnas.202471099）
2罗伯逊M P，乔伊斯G F，冷泉港远景。医学杂志。, 2012,4， a003608 (DOI:10.1101 / cshperspect.a003608）
3 kf Tjhunget al。，国家科学院学报美国, 2020,117， 2906 (doi:10.1073 / pnas.1914282117）
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