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蛋白穩定的原理

圖文 更新时间:2024-07-31 04:17:45

蛋白穩定的原理(生命起帆的物質)1

編著:該文章屬于“科學閑話”專欄,很難避免主觀觀點,望周知!

很多朋友可能不會像我這麼熱衷于RNA。情有可原!因為我們人類及現在大部分物種的遺傳物質是DNA,RNA完全是小弟的角色。RNA除了在細菌、病毒等古老物種中還保留着原始地位,但是在高等物種早已失去了它的“江山”。

但是,即便如此,RNA在曆史中的地位是不容置疑的。因為它雖然結構功能相對簡單,但是這也是它很可能是生命真正的“始祖”!

蛋白穩定的原理(生命起帆的物質)2

根據最新的科學理論介紹,地球在形成之初,其環境是極其惡劣的,地球處于熱核狀态,四處都是火山爆發,平均地表溫度在幾百攝氏度以上。在這樣一種狀态,根本别說生命,連很多生命正常所需的有機物分子都沒法存活下來。

蛋白穩定的原理(生命起帆的物質)3

直到經過億萬年,地球逐漸由原來的熱核期冷卻下來,水分子的形态由原來的水蒸汽變成了液态水,液态水的聚集形成了現在海洋的雛形。又經過億萬年,在海洋和火山交界處,冷和熱、紫外線、閃電、宇宙射線等刺激下,一些簡單的無機分子發生化學反應,形成了簡單的生命有機分子。

于是又經過了億萬年時間,海洋中的這些有機分子越來越多,成“濃湯”狀态,有機分子空間的變小,自然有機分子之間就會發生碰撞,當然有機分子也帶有電荷和極性,但是碰撞占了主導地位,而且碰撞幾乎是随機性的,各種方向的碰撞。如果一次兩次碰撞可能我們不會在意,但是在這億萬年過程中,碰撞的次數是非常驚人的。在億萬年碰撞等其他因素刺激下,有機分子形成了我們現代意義上我們稱之為RNA的雛形。

蛋白穩定的原理(生命起帆的物質)4

講到這,很多人會存在很多疑問,因為經過億萬年或者無數次碰撞就必須要而且一定形成現在的RNA?為什麼不形成ANA、BNA、CAN或者其他我們不知道的物質呢?在這裡必須得解釋幾點:


  • 首先,億萬年是個什麼概念?

我們在上面的内容裡很多次用到億萬年這個詞,我們的讀者不仔細思考會覺得億萬年是一個很簡單的概念或者說很簡單的原因,我們中國人即使包括傳說中的炎黃帝時期也就史前5千年,算現在到現在也就7千年,而在其他的類似文明中也發現不超過1萬年,往1萬年之前大多數人類一直都處于原始部落處于沒有文字和符号的時期,即使包括現在能被稱之為現代人之前的智人等一些列考古發現也不過20-30萬年。

蛋白穩定的原理(生命起帆的物質)5

我們可以想想一下這個時間跨度,這足以說明十幾億年是什麼概念,這個時間内可以發生的事情又多少,哪怕一點點幾乎可以不算是變化的變化累加起來也非常恐怖。生命正是在這段時間裡,分子之間随機反反複複碰撞過無數次,即使是類似這種1/1000000000000000000000000000數量級的概率事件,在各種反反複複的不斷嘗試的幾乎無數次的撞擊事件後都是極有可能發生的。

  • 其次,為什麼最終形成RNA,而不是其他不知名的物質?

我們知道,我們對生命的概念最小的劃分應該是以病毒為界限的,病毒這種東西很奇特,因為他們和其他生命的組織形式非常不一樣,他們不需要以細胞為基礎,但是他們具有生命所具有的所有屬性。病毒的遺傳物質絕大多數組成都是RNA、少數是DNA和蛋白質,不得不提其中以蛋白質為移轉物質的病毒,比如朊病毒,他的組成就全是蛋白質,但是這種以蛋白質為遺傳物質的病毒并不是一開始就存在的。換句話說,RNA病毒形成時,蛋白質病毒還不知道在哪個娘胎裡呢。

當然,有一派學者認為,蛋白質應該是地球上最早的遺傳物質載體。但是在原始地球的惡劣環境中,蛋白質是極其脆弱的,遇到高溫變性、遇到酸堿變性、遇到重金屬離子變性。如此具有脆性的物質根本無法在原始海洋中存在,但是不得不說,氨基酸分子在原始海洋中極有可能大量存在,但是氨基酸結合後以蛋白質形式存在并攜帶遺傳信息的可能性是非常小的。

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人類做過模拟原始地球環境,看其在能否形成RNA等物質,但是發現RNA極其難以合成。但是,很多人就以此為結論斷言,在早期地球形成RNA的概率為0,這簡直就是謬論。RNA之所以難形成,這也是為什麼生命進程會花費億萬年的重要原因。我們知道蛋白質很好形成,隻要氨基酸相互間配對就極有可能形成,但是就像上面說的一樣,蛋白質極其脆弱,蛋白質壓根走不遠,一遇到惡劣環境就被分解成氨基酸。直到非常簡單的單鍊RNA的出現,地球才出現以前從未有過的局面。

  • 為什麼不形成DNA?

我們知道RNA多是單鍊,而DNA是雙鍊,而且DNA的分子等級要遠高于RNA,自然DNA的複雜性更高,顯然不是一開始就有的物質。宇宙有一些非常簡單的傾向性法則,比如由簡單到複雜。當然,我們也知道這種法則不是永遠的法則。但是,如果簡單點來說,宇宙大緻可以分為有序法則和無序法則,有序法則傾向于有序發展,無序法則則從頭到尾都是雜亂一團。

如果按照平行宇宙的說法,我們的宇宙還是傾向于一個有序法則的宇宙,但是在有序法則的過程中自然有其無序的成分,否則有序本身毫無含義(因為沒有無序這麼一說,有序也沒有對應的概念了)。所以,為什麼在早期地球RNA是最終的遺傳物質的代言人?

因為宇宙有序規律的賦予,以及當時原始海洋的物質基礎的,比如氨基酸、六碳糖等等有機小分子,在加上胡打亂撞過程等無序成分,最終在概率論的限定下(概率論本身就說明我們的宇宙就是一個有序的宇宙),一些以某種方式搭建起來的物質,RNA,成為了生命信息的代言人。

蛋白穩定的原理(生命起帆的物質)7

如果從宇宙角度來說的話,我們現在的生命形式,完全是地球原始的物質基礎在加上“生命信息“的賦予在導緻地球生命的出現。

同理,我們可以想象,在其他與地球原始物質不同的星球,他們的物質基礎恰好也能将這種“生命信息”表達的話,他們也會出現生命現象!就不拿别的星球來說,我們在将來可以預見的未來,一種全新的“生命信息”表達方式就會出現:人工智能!

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