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盲眼钟表匠 · 第二十六节

《盲眼钟表匠》第二十六节

更好”指复制效率更高。作者以“黏度”为例:复本脱离模型快的品种,复制速率高,会在族群中占优势,形成朝向低黏度的演化潮流。

更好”指复制效率更高。作者以“黏度”为例:复本脱离模型快的品种,复制速率高,会在族群中占优势,形成朝向低黏度的演化潮流。

科学家在试管中观察到类似过程。Q-beta病毒寄生在大肠菌中,其RNA携带制造RNA复制酶的蓝图,劫持细菌的蛋白质制造机器大量复制自身,最终使细菌破裂释放病毒。分子生物学家施皮格尔曼与同事将RNA复制酶和RNA从生物体中抽出纯化,放入试管溶液,两者恢复了复制过程。实验方法是:一排试管都注入复制酶和原料,向第一根试管加入微量RNA,复制出许多复本;再从这根试管取一滴溶液滴入下一根试管,如此反复。随机复制失误会产生突变RNA,若突变种复制效率更高,就会在后续试管中占优势,形成不折不扣的演化。从最终试管中可收集到最具竞争优势的变异RNA,例如V2,它比正常的Q-beta RNA复制效率高很多。

奥格尔为V2设计了艰困环境:在试管中加入抑制RNA合成的毒性试剂溴化乙锭,从稀薄毒剂开始,每经几根试管转移就加重一倍剂量。经过约100根试管的转移,最终演化出在10倍浓度毒液中仍能复制的RNA V40。奥格尔还发现,在没有复制酶的条件下,RNA分子能借助锌等催化物质自动自我复制,只是速率较慢,这暗示生命史初期复制子可能尚无酶协助。

1976年,艾根领导的团队做了互补实验:试管中放入复制酶和原料,但不播种RNA。结果一个特别的RNA大分子自然演化出来,且在独立实验中反复出现同样分子,排除了污染的可能。这个RNA分子与施皮格尔曼的产物大小结构相同,只是起点不同——一个源自Q-beta RNA,一个几乎无中生有,说明它们由环境选择,通过累积演化抵达同一终点。

这些实验揭示自然选择的自动、非蓄意性质:复制酶和RNA分子都没有动机或策略,只是分子结构使然。任何恰好擅长自我复制的实体,其复本都会自动不断产生;加上偶尔出错,累进演化就会使新版本青出于蓝。

作者指出,试管中RNA的成功关键在于某种直接的内在性质,类似前述的“黏度”。但复制子还可通过长因果链间接影响自身复制机会——在现代生物中,眼睛、皮肤、骨骼、本能等都是DNA复制的工具,DNA通过身体特质影响自己的复制前景。

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