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王根喜的三联数字博客

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生命的大设计师——基因  

2012-06-21 19:46:26|  分类: 数字中医类 |  标签: |举报 |字号 订阅

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遗传密码是一组规则,将DNARNA序列以三个核苷酸为一组的密码子转译蛋白质氨基酸序列,以用于蛋白质的合成。几乎所有的生物都使用同样的遗传密码,称为标准遗传密码;即使是非细胞结构的病毒,它们也是使用标准遗传密码。但是也有少数生物使用一些稍微不同的遗传密码。

由于存在从RNA到DNA的逆转录机制,使我们有了这样的推论:遗传密码可能起源于RNA,在生命初始的RNA世界里,分子间的相互作用可能不是很精确,4种碱基的组合有可能是随机的,其组合形式可能一个碱基或二个碱基或三个碱基或更多个碱基,随着大分了生命的逐步进化,碱基的组合形式以三个碱基的组合为最佳,这就是三联密码子的雏形。后来,由于蛋白质的介入,使负责操作的RNA分子逐渐被蛋白质所取代,分子间的相互作用才变得精确起来,遗传密码也完成了由简到繁的分步进化。最后,DNA彻底取代了负责信息遗传的RNA,生命完成了在组成元要素上的升华,作为表达生命信息的64种遗传密码才被固定下来。在64种遗传密码中如何从理论上证明第一个诞生的密码子呢?我们可以采用倒推法,通过三联遗传数字倒推64种遗传密码的结果:UAG是第一个诞生的遗传密码子。确定了第一个诞生的遗传密码子,就等于从理论上找到64种遗传密码的起源,所以,我们可以提出这样的假设:遗传密码起源于第一个诞生的遗传密码子UAG。

论证了遗传密码的起源,我们再来探索生命的起源,生命最本质的特征是,每一个生物体都拥有一份控制其结构和功能的“设计图”,这份“设计图”还可以一代代地遗传下去。在孟德尔和摩尔根时代,这份“设计图”被称为“遗传因子”或者“基因”,而在后基因组时代则被称为“基因组”。如果说达尔文的进化论关心的是物种起源,那么今天的进化论研究者则把视野聚集在基因组的起源上。寻找最早基因组的工作又引出了另外一个非常重要的问题:维持一个能够独立生存的生物个体的基因组应该有多大?换句话说,能否得到一个满足生命活动最低需求的最小基因组?答案应该是肯定的。对于几十亿年前的生命,人们通常用化石来证明它们的存在。而对于建立在基因平行转移机制上的“第一个基本的共同祖先(群体)”,从逻辑上讲则不可能得到直接的证据。然而,寻找基因平行转移机制上的“第一个基本的共同祖先”,有助于我们理解“基因平行转移”在生命进化中扮演的角色,同时它使我们在理解最小基因组时有一种新的思路。最小基因组的确定不仅有助于研究生命的起源,而且有助于人工合成全新的生命,后者对今天的生命科学工作者意义更为重大。在宇宙的演化长河中,由于出现H、N、O、P等化学元素,这些化学元素在一定条件下首先生成第一个遗传密码子UAG,UAG开始也不是终止信号,只是不能编码氨基酸。UGA在自我催化下形成生命起源的第一条RNA片段:UGCGCACAUAUGUGG,而这个15联体很有可能是生命第二遗传密码的编码形式,也有可能是所有生命共同的始祖。

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