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天生自私?缺乏核糖體或許是主因

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自從基因編碼遺傳訊息被發現後,對生命進化的研究主要著重在它的遺傳起源。跟隨這個「基因優先」的指導方針,牛津大學進化生物學家,理查德·道金斯在他的「自私的基因」一書中指出,細胞和生物體進化只是為了不斷地更有效保護和傳播基因。

但是這個以基因為先決條件的觀點忽略了很多其他的東西。所有細胞除了含有基因的染色體外都有三種細胞內部結構:含有翻譯遺傳信息機制從而能使蛋白質執行細胞任務的核糖體Ribosomes; 能選擇性允許物質進出的細胞膜(Cell Membrame); 和存儲與控制生命中的化學反應離子的酸性鈣離子體(Acidocalcisomes)。

我們挑戰「自私的基因」的概念,提出替代的想法,如果一個細胞成分是「自私的」,那它必定是核糖體。我們認為細胞 – 和DNA本身 – 的演變,是為了優化核糖體的功能。這顛覆了一切,我們認為我們了解細胞生命的進化和核糖體本身。

DNA想要什麼?

這個想法要回朔到一個父女的合作上,當Meredith重新閱讀Robert1989年的書: 「發現」。閱讀到一半時,Meredith停下來問自己:「DNA到底想要什麼?」

雖然人格化一個分子聽起來很奇怪,但事實上這是Robert的書提出的發現策略。更重要的是,科學家們往往將自私基因的理論以科學化的說法簡單描述為:「DNA想要複製自己。」

化學家使用不同的比喻來人性化分子。他們會說,分子「想要達到他們的最低能量構造」。這意味著,就像是人類一樣,精力充沛的分子移動通過多處位置,但最終總是回歸到靜止狀態。

DNA的靜止位置是非常緊密捲曲的,使它的基因無法移動。休息的DNA非常穩定,它可以保護這些基因一萬年甚至是萬年以上,所以科學家才能從冰凍的長毛象身上採取到DNA。這不是一個嚮往驅散它的基因的分子,而是一個希望通過維持蜷縮狀態保護基因的分子。

我們的理論是,想要複製基因,並把它們變成構成正常細胞中的蛋白質的細胞結構是核糖體。核糖體的靜止狀態是:「我準備好要翻譯DNA成為蛋白質囉。」核糖體「想」將基因轉換成可以工作的分子。

核糖體想要什麼?

採取「自私的基因」這個理點所呈現出最大的問題是:或許核糖體「想」複製自己?如果核糖體想複製自己,那麼他們亦擁有這樣做的手段。

為了理解核糖體需要什麼來複製自己,了解一點核糖體結構和功能的信息是必要的。核糖體是由蛋白質和RNA組成,其在結構上類似於DNA並且以三種不同部分組成。一個是核糖體RNA,或稱ribosomal RNA/rRNA基因,它形成一個骨架的結構,讓蛋白質在這個之上排列而成功能性的核糖體「機器」。這個「機器」能使用其他兩種類型的RNA形成蛋白質。訊使RNA(messenger RNA),或稱mRNA,從DNA轉錄遺傳信息並將之攜帶到核糖體。轉運RNA (transfer DNA),或稱tRNA,則能轉譯mRNA訊息成能串在核糖體上形成蛋白質的氨基酸。

如果核糖體「想要」複製自己,形成核糖體機制核心結構的rRNA將必須是功能性的。為了實現這個條件,rRNA基因必須包含三件要素。首先,它必須擁有包含其自身核糖體蛋白的「基因」編碼,指示它們如何形成一個能運作的「機器」。其次,它必須包含能攜帶自己的遺傳信息到「機器」的mRNA。最後,它必須編碼必要的tRNA好將mRNA翻譯成有功能的蛋白質。

理論生物學雜誌在最近的一篇文章中提到,我們已經闡明,rRNA基因確實包含能編碼其自身蛋白質的結構和功能的mRNA,tRNA基因殘餘和「基因」。核糖體不是簡單如教科書中所述的基因被動譯者。我們相信他們是地球上最早的生命,共同的祖先: 簡單的前生物分子和單細胞LUCA之間的缺失環節。

DNA進化是為了保存和保護原始編碼rRNA的信息。細胞和生物體進化則是為了優化核糖體的複製,而幾乎所有物種的核糖體都是相同的。也許是自私的核糖體提出一個新的論點,拉近我們與其他生物的親屬關係。我們對核糖體而言,都只是不同類型的家。

http://www.iflscience.com/chemistry/never-mind-selfish-gene-ribosomes-are-missing-link

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