根据现代的理解，我们所知的生命的前身是RNA世界。这个概念是由杰出的科学家、分子生物学的奠基人之一、俄罗斯科学院院士A.S. Spirin提出的。

RIA新闻社请求他的学生和同事，俄罗斯科学院蛋白质研究所的病毒RNA生化实验室主任、俄罗斯科学院通讯院士Alexander Chetverin和生物科学博士Elena Chetverina，讨论这个问题。采访人是Tatiana Pichugina。

Chetverin说：“三种主要的生物聚合物构成了生命 —— DNA、RNA和蛋白质。DNA储存着遗传信息，就像一个保险柜。我们得到了一个成功的变体，并将其转化为DNA的形式，它在许多代中保持不变。在这个序列中，RNA是一种独特的分子。和DNA一样，它携带遗传信息，但除此之外，它也能快速进化。RNA可以作为合成蛋白质、DNA和自身的模板。与DNA和蛋白质不同，RNA是自给自足的。1982年发现，它可以催化生物化学反应，即加速反应。2000年确定：正是RNA催化形成肽键的反应，导致蛋白质的合成。所以对于亚历山大·谢尔盖耶维奇·斯皮林来说，显然，生命是以RNA的形式诞生的，并且他开始发展他的理论。”

“那么，到底是谁提出了这个想法？”

“人们普遍认为，最早在1968年，英国科学家弗朗西斯·克里克和双螺旋DNA的先驱之一的美国科学家莱斯利·奥尔格尔提出了这个想法。然而，比他们早11年，苏联生物化学家、斯皮林的导师，俄罗斯科学院院士安德烈·尼古拉耶维奇·别洛泽尔斯基就提出了同样的想法。尽管这件事发生在一次关于生命起源的国际研讨会上，但在西方却没有引起注意。”

“首先需要核苷酸（RNA和DNA由其中的有机化合物组成。）。它们可能在无氧气氛下的雷暴中自发合成。1992年，人们发现，修饰过的核苷酸能自行组合成短的寡核苷酸。然后我们在普什奇诺发现，RNA分子之间可能发生自发的重组，导致它们的结合和片段交换。斯皮林假设，这个反应可能是RNA分子最初形成的一种方式。通过自发重组，短寡核苷酸连接成长的RNA分子。但是，要让偶然形成的RNA分子产生后代，需要它们的复制 —— 根据互补原则进行复制。”

“斯皮林提出了这样一个机制。形成了一个长的模板，然后通过我们发现的自发组合反应，从短寡核苷酸中组合出互补链。但是存在一个问题。结果形成了双链RNA，就像DNA一样，是双螺旋。然而，这种RNA是惰性的，它的所有编码价被占据。因此，它无法充当模板。需要单链分子。因此，双链RNA需要解开成组成链。斯皮林得出结论，这需要分子机器。”

“这是什么分子机器？”

“通过研究核糖体，斯皮林提出了分子机器的概念 —— 这是细胞内合成蛋白质的细胞器。它们由两个部分组成 —— 小亚单位和大亚单位。根据斯皮林在1968年提出的模型，每个新的氨基酸聚合周期都伴随着这两个亚单位的打开和关闭，并且核糖体沿着模板RNA移动一个三联序列 —— 编码该氨基酸的三个核苷酸。但是核糖体是一个质量约三百万道尔顿的巨大粒子。作为对比，水分子的质量是18道尔顿。是什么让这个“机器”工作？它的能源是什么？”

“人们推测，这是通过鸟苷三磷酸（Guanosine triphosphate，GTP）完成的，它像肌肉收缩时的三磷酸腺苷（Adenosine triphosphate，ATP）一样被核糖体消耗。然而，结果表明，核糖体即使没有GTP也能

唯一可用的能源是溶剂分子的热（布朗运动），主要是水，对核糖体的轰击。此外，发现核糖体从这些冲击中获得的总功率是来自鸟苷三磷酸（GTP）的数十亿倍。但这些冲击是混乱的，只有一部分是有用的。因此，需要一种类似于费曼的“咔哒器”，用于“过滤”冲击并确保核糖体沿着模板RNA在特定方向上移动。

斯皮林表明，合成多肽本身就是这样一种“咔哒器”。这是一个不可逆的单向过程。可以将其比作交叉口的调节器。

从原理上讲，可以用另一种方法解决这个问题。例如，在广泛应用于诊断感染等领域的聚合酶链反应（PCR）过程中，利用周期性的温度变化。在相对较低的温度（50-60摄氏度）下，DNA链被复制，而在高温（约100摄氏度）下，形成的双链分子被解开，从而确保在下一个循环中DNA合成过程的继续进行。

很可能，在宇宙体中，RNA世界诞生的地方存在必要的日温波动，而这个宇宙体本身就是一个巨大的PCR机器的类比。然而，这样的机器运转非常缓慢 —— 一天一个循环。进一步的演化需要加速，并且需要分子机器。

首先成为这种机器的可能是RNA分子，能够催化与模板互补的链的组装，这是现代RNA聚合酶的雏形。起初，初级RNA聚合酶很小，必须等待一天，直到由它合成的双链RNA被解开。

在这里需要指出的是，由于溶剂分子对其的撞击总能量增加，双链DNA或RNA在温度升高时会解开。这不仅可以通过提高温度来实现，还可以通过增加靶标的尺寸来实现。

随着RNA聚合酶逐渐进化并增大尺寸，它开始转变成一种分子机器，能够像帆一样捕捉布朗运动，并解开与之相关的双链RNA。渐渐地，解开过程发生在越来越低的温度下，最终在恒定温度下整个RNA复制过程变得可能。在这种情况下，不可逆合成互补链起到了咔哒器的作用。

— 这些过程非常复杂。

— 是的，这些过程复杂，但斯皮林的出发点是，生命存在，因此它必定产生过。这一切需要花费巨大的时间。要发展，需要保留并繁殖具有有用性质的分子。换句话说，需要进化。达尔文认为，生命起源于一个温暖的小池塘。然而，在那里不会进行RNA分子的优胜劣汰。例如，如果池塘中出现了RNA聚合酶，它将复制不仅是具有有用特性的RNA分子，而且还有大量的无用分子。

— 这意味着需要原细胞吗？

— 是的，需要细胞区隔化，即分子集合的分隔。这样，主要是那些性质相辅相成的分子集合才会主要繁殖。苏联生物化学家、学术院士亚历山大·伊万诺维奇·奥帕林首先提出了这个想法。他认为，初级的区隔化是在蛋白质凝块——凝聚液滴中实现的。他通过实验获得了这些滴块。但在RNA世界中，还没有蛋白质，因此无法形成凝聚液滴。后来获得诺贝尔奖的美国科学家杰克·施斯塔克提出，分隔发生在由脂质膜包裹的小泡中——脂质体中。但在RNA世界中也没有脂质。此外，脂质膜对于水溶性物质，包括构成RNA分子的核苷酸是不渗透的。在现代细胞中，这一障碍是通过特殊的蛋白质，形成传输通道来克服的。但当时这种机制并不存在。

这时，我们的另一个发现——分子团——也派上了用场。它们的形成方式与细胞相同，当细菌播种到琼脂上时。只是我们在琼脂中添加了聚合酶（与Qβ病毒复制酶一起工作），并播种了RNA分子。每个陷入凝胶矩阵的分子位置上，都长出了它的准确复制品团。我们证明，分子团可用于RNA和DNA的克隆，以及诊断。而且，其诊断精度比液体PCR更高。现在我们的方法被应用于新一代基因测序技术中。

— 斯皮林假设，在RNA世界中最自然的区隔化方式是在达尔文式池塘的底部的泥土中生长的分子团。假设，偶然形成了核酶（具有酶功能的RNA。—注），池塘干涸，分子渗入泥土，形成了分子团。然后下雨，分子团部分溶解，当池塘再次干涸时，它们占据了泥土的其他位置，开始在其他地方生长。这里自然选择可能已经起作用了。

— 这在地球上发生了吗？

— 斯皮林认为，可能性不大。更有可能的是，RNA被陨石带来。

— 来自另一个行星吗？

— 不清楚。来自太空的某个地方。

— 但假设这确实发生在地球上。地球的年龄是45亿年。起初它是一个炽热、沸腾的球体，具有强烈的火山活动、含有硫的大气层，尚不清楚是否有水。

— 据说，水是由彗星带来的。

— 大约40亿年前，出现了第一个生物体。这意味着生命仅仅在不到5亿年内就产生了。这足够吗？

— 实际上，时间更少，大约1亿年左右。这太短了。斯皮林倾向于认为，到达地球的是经历了相当长时间的演化的发达RNA分子。

— 那么，我们在陨石、彗星物质中应该看到什么，才能相信RNA世界的存在？那里发现了相当多的有机分子，原始砖。

— 我们在那里可能只看到一些物质的集合。这不是斯皮林理解的RNA世界。假设，是短链寡核苷酸。这并不能证明什么。如果我们分析具有时间标度的陨石，我们会看到一些趋势，接近我们所认为的RNA世界。但我们分析了许多陨石，不知道它们来自何处，年龄如何，以及它们是如何形成的顺序。

— 实验证实了RNA世界的理念吗？

— 这些过程非常缓慢、低效，需要数百万年。在实验室中无法实现。

— 但是时不时会发表实验性的研究。在最近的一项研究中，来自索尔克研究所的杰拉尔德·乔伊斯提到了一种RNA酶，它可以精确地复制RNA链，并且促进了演化。

— 实验者使用了在早期地球上并不存在的方法。他们扮演了上帝的角色。这不能被称为自然过程。

— 难道他们不是在展示这种演化的可能性吗？

— 如果那里有乔伊斯或施斯塔克这样的人，他们会对具有积极特征的分子进行选择，那将是人为选择。而在哪里呢？潜在的起源地是整个宇宙，没有人知道哪里出现了最优条件。斯皮林的贡献在于他阐明了可能启动演化的原则。

"生命起源是一个非常感激的话题，因为思想在运作，但证人却没有。而我们中没有人亲眼见证过。就是这样。这是思想的食粮。"（俄罗斯科学院院士A·S·斯皮林）

— 他是怎么想证明这一点的？ — 对他来说，建立一个逻辑上不矛盾的理论很重要，这个理论要依据已知的事实。

— 但实验证据呢？ — 没有人知道如何获取。一旦实验者介入，这就不再是自然过程。而自然过程需要的时间如此之长，以至于无法在实验室中重现。这是一个逻辑上的悖论。目前只能测试理论中的一些片段。 我们可以采取反向思维。其他分子不适合作为原始世界的组成部分。它们无法自我复制、进化、自发形成结构或具备必要的属性。如果假定生命是自然而非超自然产生的，那么我们唯一已知的能够实现这一切的生物聚合物就是RNA。 斯皮林的理论构想周密且逻辑一致。对我们来说，这是最具说服力的。最有趣的是，这个理论完全是在俄罗斯开发的。