關於RNA世界假說的不精確複製是否有利及膜蛋白在其中的作用的假說

看《基因VIII》，裡面提到了RNA世界假說，恰好我看過這本書，然後基於本書裡面描述的蛋白質合成過程，認為傳統的RNA世界假說的某些不確定環節可能有一個比較簡單的解釋。

過去的中心法則是信息從DNA（到自己）到RNA（到自己）到蛋白質，雖然多了一些反轉錄病毒做成的RNA->DNA或者朊病毒的蛋白質->蛋白質之類的特例，但是主要還是從核酸到蛋白質。這裡有一個小問題：蛋白質合成必需要有核酸，核酸合成也必須要蛋白質，這樣就變成一個雞生蛋、蛋生雞的循環。

RNA酶的發現給這個循環一個起點：RNA本身就可以作為一種酶來催化化學作用，特別是RNA自己的分割和拼接。這樣看來DNA是RNA的變種，作為容易分解和錯誤合成的核酸的穩定高保真保存的形式；蛋白質也是RNA的延伸，擴展和替代RNA酶的作用。核糖體等古老結構也都支持RNA是非常古老的，這樣看來所有生命起源於RNA，生物起源於RNA世界似乎成了一個非常合理的假設。

但是從米勒試驗等，我們可以看到，實際上，膜和膜上蛋白質是更為簡單、初始濃度更大的單獨循環體系，可以形成類細胞。光有RNA哪來獨立類細胞？如何改變類細胞的外形和營養吸收也就是小分子穿透？更別說RNA的大部分形式都是在膜上完成的，這說明RNA的早期形式必然是和膜，以及膜上蛋白質（因為幾乎不存在膜上RNA）有關的。核糖體、某些離子轉運蛋白（比如轉運氫離子的ATP水解酶）都是膜上的蛋白質和RNA的結合物暗示了這一點。

這樣看來，蛋白質很可能是和RNA一起存在、進化的。蛋白質不能攜帶信息如何解釋？很可能，早期RNA的作用必須間接通過蛋白質，但是並不需要特定的蛋白質。膜起到抓獲、富集氨基酸/核酸的作用，而RNA用來把膜外的氨基酸、核酸等轉移到膜內。

也許，早期的RNA通過和膜蛋白結合以保持自己的穩定性（類似於核糖體，和一些接受ATP的膜運輸蛋白，都是蛋白質和RNA結合的形式）。同時，這些RNA有自我催化複製的功能，同時能夠識別和切割特定的蛋白質局部結構，並與之結合為核糖體等。

在一鍋原始濃湯內（可能是海底火山口，可能是海水在岸邊形成的水窪等），裡面化學物質不滅，不斷循環。

1 首先存在大量類細胞，不斷破裂又重新形成。

2 有蛋白質的膜更穩定不易破裂,有短期優勢。

3 有自我複製能力的類細胞顯然具有長期優勢，長期數量呈指數增加。類細胞的自我複製能力首先在於吸取營養的能力，而早期膜蛋白大家差不多，吸取能力就取決於往細胞內轉移小分子的能力，從而間接取決於把小分子營養合成大分子聚合物的能力。這種能力以減少細胞內小分子濃度的方式推動膜外向膜內自發滲透。

4 蛋白質和核酸的單體都是能自發聚合的，特定結構的RNA還能夠有自我催化聚合的能力（開始這種催化不一定是要特化的，隨便錯誤催化都行，只要能聚合>分解都是有用的，有了模板催化合成之後自然就會發展出精確複製了），蛋白質卻很難有（蛋白質合成酶比核酸酶複雜多了）。所以有核糖自催化聚合能力的RNA首先被進化出來，其次就是和蛋白質、糖類結合的能力，以保護比起蛋白質來脆弱易變得多的核酸序列。

核酸和蛋白質被作為生命物質，原因之一就是因為是足夠複雜的雙親分子，有鏈內吸引，同樣的合成方式可以同時有親水/疏水等不同性質。之二就是其合成和分解溫度恰好在室溫範圍內。合成溫度太高則合成緩慢，溫度太低則分解太快

為什麼是核糖？因為5碳糖是滿足條件的糖類中最簡單，從而也就是隨機合成中濃度最高的。為什麼是核苷酸？因為核糖核嘌呤或者嘧啶結合形成的核苷酸（嘌呤和另外幾種糖類也行）能夠接上一個、二個、三個焦磷酸形成AP,ADP甚至ATP。這樣一個反應可以儲能，從而有利於加速複雜高能的化學反應。沒有ATP的存在，光靠熱運動，RNA或者蛋白質作為催化劑需要非常精確的構型才能起到作用，而靠RNA接上的磷酸根存儲的熱能，大量隨機序列也可以快速催化一些高能的化學反應。（除了核糖外，也有UTP等儲能結構……但是只有核苷酸的螺旋度大小合適，也就是U能儲能但是無法形成穩定螺旋）

ATP的存在是第一步加速。RNA很容易進化出能夠催化聚合隨機RNA鏈的功能是第二步加速。RNA進化出模板合成是第三步。到了第三步，RNA就已經擺脫隨機合成的情況，成為最簡單的生命了。

但是這三步，都是在細胞內發生，不能提高細胞攝取外部營養的能力，是沒有前途的。所以最早期的RNA必然的催化功能，除了合成DNA自己外，肯定就是細胞壁內外的分子離子滲透控制，而這個控制必然涉及到蛋白質。RNA除了遺傳功能以外，存在的場合就是核糖體和轉運RNA（蛋白質合成）、ATP相關酶（例如利用膜內外氫離子濃度差合成ATP的ATP酶）、RNA切割就是暗示。

5 進一步，能夠主動幫助蛋白質聚合的RNA/蛋白質複合結構就得到極大地優勢（類核糖體）。這個時候的核糖體合成蛋白質可能還是隨機的，但是只要能夠幫助蛋白質合成，即使是隨機的，也存在巨大的進化優勢。當然進化出模板合成就更好了

6 最後，幫助膜上氨基酸/各種離子如氫離子等進入膜內結構就是下一步的進化方向，這就需要RNA對蛋白質進行精確地辨認，以及利用ATP克服熱力學的濃度障礙。

7 對於序列的進化優勢，要記住，蛋白質和核酸分解為小分子的過程是在自然而不斷的進行的，核酸/蛋白質不需要主動去合成某種序列，只要保護某種序列更穩定，本身就能使得這種核酸或者蛋白質成為主要成分。

也就是說，RNA仍然是進化的基礎腳手架，萬能進化源泉，但是這個進化路線上，除了自催化合成的第一步以外，每一步都是作用於蛋白質/膜而不僅僅是核酸自身的。同時，進化並不需要精確地複製，不精確複製，僅僅是改變單體/聚合物濃度比，本身就是極大有利的。也就是說，RNA->蛋白質的精確信息傳遞，一開始很可能根本不需要，是由RNA自己通過酶作用來挑選和保護（而不是合成）目標膜蛋白的。
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