走出基因论的误区

gl19860312

本文刊于《生物科学进展》1997；（6）：16-21。
周慕瀛
山东肥城矿务局中心医院
271608
摘要

基因只是蛋白质分子的规格信息，它远不是物质本身．性状却必然意味着性状物质以及它的四维分布。从规格到实际物质的分布欠缺着有时、空坐标的物质制造活动．可见，基因根本决定不了性状的全过程。基因论的失误起始于孟德尔，延续到摩尔根并直至如今．生命的最大特色是主动性．牢记这一事实既易于走出基因论的误区，也易于找到生物最原发的物质——活素(liven)．分子生物学和现代化学向人们提供的资料其实已足可揭开生命(遗传)之迷。作者认为：1只有能促建RNA聚合键的Ribozyme以及RNA的其它—些性能可以逾越聚合系列过程中的寡聚障碍形成一个多聚“RNA世界”；2、信息只起源于功能体上，作为储存体的DNA的信息只可能由RNA贮入；3、只有RNA能组建出生物界特有的信息大分子(DNA、RNA．蛋白质)的复制系统。

1. DNA的误区

基因论的根本命题是：基因是决定生物性状的遗传因子．在DNA生物里，更可具体为：DNA是决定生物性状的遗传物质．当涉及众多性状时就会产生它们的相互关系问题：谁先谁后，谁东谁西，还是大家同时产生而随机乱挤?基因论能回答这个问题吗?答案是否定的．生物在时空出现的全部性状总和其实就是我们所看到的生物的一生．就人而言，人一生中每一时相都是个立体，故各性状在立体内就有一个空间坐标的问题，即空间三维分布问题；同时还有个时相问题，所以性状至少有个四维分布问题．但DNA能发出何种活动去决定四维分布呢?颜料齐全后可用来画蝴蝶，但也可以画果蝇。颜料能决定是蝴蝶还是果蝇吗?果蝇何以与蝴蝶有别，与蚊子有别?摩尔根的遗传学说无法说明这些，也无法说明整个个体结构的遗传机制，如身体的背腹、前后的决定，器官位置的安排等等[1]．控制颜料四维分布的是主动的人(画家)．那么性状物质四维分布的调控者在哪里?所谓的调控基因或顺式作用元件都不足以说明这个问题。基因论所丢弃的是操作运用DNA的主动要素．把一种生物的基因组DNA理解为电子计算机里的磁盘——贮存有一个生物工程的各种材料制造、结构关系、工程管理直至时空程序的信息，那么基因论丢弃的就是会操作运用这一磁盘并实施工程建造的主动要素——人，各种工程技术人员．

2. 陷入误区的轨迹——孟德尔的疏误

基因论的失误起源于孟德尔，在他提出孟德尔因子(后来被定名为基因)时，他的结论是：决定豌豆性状的就是这种因子——基因．他没有特别提醒自己或别人：基因可能只是参与决定性状的遗传因子之一．这自然会给人印象：遗传因子（就是基因）是决定性状的唯一内因．20世纪里盂德尔定律被重新发现并逐步应用于豌豆之外的许多物种，却没有人提请学界注意：孟德尔在逻辑上是不应该排除基因之外的遗传因子存在的可能．因为证实一种因素有作用并不等于其作用是包办性和排他性的，古代人目睹过女人分娩当然证实了女人对孩子形成要负责，但是就此以为孩子就是女人包办造成的(这是母系社会发端基础)却在逻辑上犯了错误．因为虽见到了孩子形成的结果(孕妇腹部隆起及分娩)，却对此以前的发端经历（排卵、受精和胚胎发育等）一概不知，有何根据把女人之外（如男人）的因子排除掉呢？看清基因的作用是有条件的，即：（1）排除非基因因子的干扰，（2）进行杂交的双亲有等位基因差异．孟德尔只选中豌豆作实验正是因为豌豆客观上可满足上述条件．豌豆杂交中正、反交子代没有差异，这证明正反交形成的两种受精卵在非基因因子方面无差异．在正反交无干扰的背景下反映等位基因差别的性状分离就暴露出来了．同理，要看清非基因因子的作用也是有条件的，即(1)基因机率应均等，(2)杂交双亲有相当明显的非基因因子差异．由于非基因因子的固有特性(它们涉及的是细胞生命因果连续性的程序控制，不像基因那样单个缺陷多数不会危及细胞生存，单个非基因因子缺陷每每导致细胞终止生存)，能满足上述条件且能杂种存活的例子就较少，但并非没有．例如：

(1)马(F)x驴(M)——骡(mule)；驴(F)×马(M)——驴骡(hinny)

(2)柳叶菜属：Jena(F)×Munchen(M)杂种植株很高；

Munchen(F)：×Jena(M)-杂种植株很矮

(3)蟾蜍：Bufo comnunis(F)×Bufo vividis(M)——杂种发育良好

Bufo vividis(F)×Bufo comnunis(M)——杂种发育不良

(4)果蝇：D.W.Willistoni(F)xD.W.Quechna(M)——可育杂种

D.W.Quechna(F)×D.W.Willistoni(M)——杂种雄性不育

(5)植物中，特别在禾本科里正反交杂种之一出现雄性不育的例子更为多见

所有这些例子都不能用豌豆实验的结论来予以解释，其中有些事实(如马驴互交差异)即使在孟德尔时代也是众所周知的，可见无视非基因不仅在逻辑上而且在事实上都是疏误。

3．RNA永远是生命的主角，而蛋白质及DNA则是主角创造的二类工具

至今为止，在基因论框架里最激进的观点只是：RNA曾经是最初的遗传物质，但后来则是DNA的信使；或者说生命起源时RNA曾经起过中心作用，曾经有过“RNA世界”，但后来总是不敌DNA，因为人们根本没有怀疑过当今DNA的主角地位．

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3.1 RNA序列是自然界中唯一能自发越过寡聚障碍的聚合序列

3.1.1 寡聚障碍——寡聚平衡规律

在有机单体分子之间建起聚合键均须耗能．从各个单体走向聚合分子是从无序走向有序，属减熵，热力学上不属于自然趋势．当一个有机体系的单体分子众多、外部供能充沛、聚合条件具备时，当然会发生聚合；产生二聚体、三聚体，甚至十聚体、数十聚体都有可能．但聚合键一旦出现，则解聚马上随之而来．这是热力学自然(增熵)趋势．所以聚合键都存在半衰期，即经过一个时期将有50％的聚合键被解聚．设历史上某序列(如DNA序列)聚合键的最高年产量为M，而该序列聚合键的半衰期为Y年(每个半衰期内的产量不超过MY)，那么只要没有特殊力量打破平衡，自然界该序列的聚合与解聚必会达到一种平衡，使聚合键保持为有限数，其总量不会超过MY(2n-1-1)2n-2)(即不超过2MY)．这就是寡聚平衡规律．由于聚合是从单体起步的，三聚要在二聚以后才会有，每高一聚都在前低一聚的基础上才会出现，所以每高一聚物其数量都按几何级数较前一聚物递减．此外，愈高聚物被解聚的靶键就愈多，而且二末端键解聚机会远比众多中间键解聚断裂的机会小，所以总键数限制在2MY前的聚合平衡实际上意昧着序列聚合物普遍集中在低聚水平，从最低聚物开始呈金字塔形向高聚物延伸．脱离金字塔孤立地涌现出可观的高聚物是不可能的．这一平衡意味着像工业中的聚氯乙烯、酚醛树脂等多聚物以及自然界里即使如病毒基因组的DNA多聚物都不可能在自然界自发产生，意味着自然力在寡聚与多聚之间有着不可逾越的障碍．

3．1．2RNA依靠Ribozyme逾越寡聚障碍

若有催化剂，则有逾越寡聚障碍的可能性；聚氯乙烯和酚醛树脂就是靠催化剂取得的．但是，催化剂还应源源不断地供应，甚至扩增性供应才行，否则多聚突破仍不能持久．自然界里几乎不可能发生这类事，但RNA发生了．RNA在寡聚水平就出现了Ribozyme[5-8]，Ribozyme最大的功能就是促成RNA聚合键的建立(含RNA的拼接和剪接)，这就使RNA序列在寡聚水平就自供了许多聚合催化剂．上述功能使二个寡聚体有了连接从而打破了聚合体逐级成几何级数的限制，而且新增长的高聚体还可出现新的甚至更优质的Ribozyme，不仅扩增了而且发展了聚合催化剂，故而更扩增了逾越寡聚障碍的能力并可反复循环不已．RNA还有碱基互补配对性能。所以二条RNA聚合链若有互补部分而配成局部双链，那么就存有由Ribozyme促成其单链部分也配上互补核营酸形成二条更长的链之可能．Ribozyme甚至还能以寡聚片段为原料制出很长的RNA来，包括制出很长链的Ribozyme自身来．如果外界提供一条互补链的话．这几乎有点像繁殖或自复制了[9](但这毕竟不是自复制，因为Ribozyme无法以自身链为摸板制出互补链；这与RNA病毒是不同的．病毒的RNA+既制造出RNA复制酶，还能以自身RNA+为摸板制出互补的RNA-，所以它复制RNA+时无论是摸板RNA-还是制造工具RNA复制酶都是自供而非外源的这才是自复制)．所以上述性能使得RNA多聚物不是消极地等待解聚，而是既能保持原聚合水平地扩增，还能逐步增加多聚等级，两者反复循环，便有可能打破金字塔形的寡聚障碍，形成一个多聚的“RNA世界”．当这个“世界”发展出tRNA(含为tRNA装卸氨基酸的Ribozyme)、rBNA以及编码RNA复制酶的mRNA并且制出了复制酶之后，RNA创建的第一个生物便终于诞生了．

3.2生命信息只在RNA上起源

3.2.1信息只起源于功能体上

我们所说的信息是指可导致某种实际效应(功能)的(单元的)空间排列顺序．例如英文字母线性排列成“Good moming!”，核苷酸单体线性排列可得到tRNA、rRNA以及mRNA这些有功能分子的顺序．由于自然界不是有意识体，它不可能意识到功能体的可得而预先编好单纯(有信息而无功能)的信息体以供备用．也就是说，“ Oood Moming!”绝不会先起源于羊皮纸上，因为羊皮纸不会有祝福的行动；它必起源于有祝愿能力的古代人脑中．tRNA的排列顺序绝不会起源于DNA上，因为tDNA没有为多肽编码的能力；它只能起源于RNA，只有RNA排列成如此顺序时会产生功能，这种功能在自然界有价值而被选择才得以保存甚至发展，其顺序才可能成为信息(即一种顺序标准或摸板)．可见，无功能却有信息的单纯信息体(如书、DNA)必是继发的是由原发信息体贮入信息而成的，是贮存性信息体．贮存信息体一旦出现并能广泛流行或扩增也自有其原由——有其优越性，有其作为原发信息体之贮存工具的优越性，例如，书比起人脑来就有信息量大、保真性好、易长期保存，还可安排众多信息的四维程序程式(人脑的条理、程序决不可能如此固定、刻板)等等许多优点．DNA比之RNA也有相同的优点．但是再伟大的书与再伟大的DNA一样，工具毕竟是工具，书从属于人脑与DNA从属于RNA是一样的．

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3.2.2脱离功能的随机组合形成信息体的可能是不存在的

有不少人想象核苷酸的有义顺序可以脱离RNA的功能而随机地自然发生，那样，信息就不一定先要在RNA上形成，DNA也有可能会首先记录信息。DNA根本逾越不了寡聚障碍暂且不说，持上述想法的荒谬性也大致与认为牛顿定律可以首先在随机打字机上获得的想法一样．随机打出“Good Moming!”的可能性是28-13(28为字母26、空格1及惊叹号1之和)．DNA自发编成有义信息的机率就更小，可见DNA靠随机编码之渺茫．再说，即使编出了一条有义链，由于它无功能，除了等待被降解哪有第二条出路呢?正如打字机上即使真的打出牛顿定律的陈述句，由于它不是人脑的认识，谁会保留它并不断扩增它呢?“Good Moming!”绝不仅仅依靠字母随机组合，它显然先有两个核心，即“Cood”和“Moming”．两个核心各自有自己起源和发展的过程，而核心形成之后，又有自己明显的功能，故而在人脑中得到保留、应用及向外传输、推广而不是面临失散之前途。在核心得到巩固并推广的基础上，两个核心相遇并连接起来的机会就持久地存在着，也即信息量有着逐渐积累叠加的持久可能性，所以终于连接起来而产生新的祝愿功能是比随机组合远为容易．一旦新功能形成，它又有了保留、应用、传输和推广的前途了．如此循环进行不已信息量愈积愈大当然就很自然了．RNA功能信息体的取得势必也是经历类似的过程，只是它的核心并非由意识体(人脑)确定而是由分子链的折叠、构型等决定的．

3．3只有RNA能组织信息大分子的复制体系(各体系分子自复制性能比较)

生物(物质)资源属可再生资源．一切细胞生物都拥有的物质是DNA、RNA和蛋白质，阐明这三类物质何以得到定向制造当然有助于了解生命的渊源．复制属定向(即限定产品规格的)制造．任何一个制造主体(如一个工厂或生物)若要定向制造某种物质产品就必须具备两大要素：制造者和制造模板(如药品分子式、船舶图纸、铸塑品模型或印刷品模板等)．这三者对原料——单体还有选择余地，如RNA有四种单体，而四种单体的选取与线性顺序的差异就导致聚合产物质量差异．促成聚合键建立的诸因素并不对这种选取与顺序作出规定．实际是在制造这三系物质时制造主体不仅仅要提供制造者而且要有产品规格模板，让单体单体按模板规定而排列．下面就对这三者负责定向制造的能力作一比较．

3.3.1DNA

制造者  所有生物里DNA的制造者直接地看都是DNA聚合酶，共有二类，即逆转录酶(以RNA为模板)和DNA聚合酶(以DNA为摸板)．但由于聚合酶本身是由RNA(tRNA．rRNA和mRNA)包办制出，所以它只是工具，真正对制造负责的是RNA．正如书本的直接制造者是印刷机、复印机或机器人，但由于这些机器都是人制出的，所以真正的制造者是人．

制造模板  有二种：即RNA及DNA．这是由RNA与DNA的碱基可以互补杂交这一化学性质决定的．

根据以上事实可知DNA不能自供制造者，故不能实现自复制，它是靠RNA来制出的．但是由于它有碱基互补配对本性故而可以作为复制自己的模板，更关键的还在它的碱基可与RNA的互补杂交，两者的信息可——对应地兑换。这便使它有了可利用价值．也就是说，RNA一旦把信息传递给DNA，RNA就可以把由自己提供信息模板(以完成物质定向制造)的任务交给DNA代为承担．正如，当人脑知识传输给书后，就可把由人自己提供知识信息的任务交给书代为承担．即DNA可以在生物物质(重复)制造时充当RNA的信息模板工具．

3.3.2蛋白质

制造者  蛋白质的制造者不是自己而是RNA——tRNA和rRNA，其中tRNA把合适的零配件——氨基酸装配到mRNA提供的模板上，而rRNA则建起聚合(肽)键把零配件连成一条多肽链．

制造模板  蛋白质的模板也由RNA(mRNA)提供．

所以蛋白质甚至比DNA更逊色，在复制自身时连模板都不能提供，任何独立性都没有，是RNA的十足工具．不过蛋白质是个不可或缺、有广泛用途的工具．随着RNA编码出愈多、愈优的蛋白质来，RNA组织起来的生物就愈趋高级．正如人类掌握发明的物质文明工具愈多、愈优，人类社会就愈发达．

3.3.3RNA

制造者  RNA的制造者是RNA，一些特殊的RNA，即tRNA、rRNA以及编码聚合酶的mRNA．它们通过制出聚合酶这种工具，由工具直接执行制造RNA的工作．共制出过三套工具．每一套均可制得RNA．第一套是RNA复制酶(至今噬菌体MS2等仍用此工具制造RNA)．第二套含逆转录酶及RNA聚合酶两类工具(逆转录病毒及嗜肝DNA病毒——Hepadnaviridae就用这套工具来复制RNA)。第三套含DNA聚合酶及RNA聚合酶两类工具(从痘病毒到一切细胞生物直到人类基本都用此套工具去复制历史上创造本物种的RNA)．

制造模板  RNA模板也由自己提供．自供方式适配于上述三套工具也有三种．第一种直接以有功能的RNA+为摸板，先制出互补的RNA-来再以RNA-为模板，制得RNA+。第二种虽也以RNA+为模板，但信息贮存到工具DNA那里，再以DNA为模板制得RNA+。在第三种方式里，不再像第二种里那样每经过一代反复地制造DNA工具了；而是把上代制出的DNA工具直接扩增一次就传给下一代使用，从此省略了每代重制DNA工具的步骤。

纵览DNA、蛋白质、RNA三系的制造能力可知，自然界里只有RNA能自复制，只有RNA能制造出蛋白质、能制造有义DNA．所以生物界特具的信息大分子定向复制除了RNA能组织造就之外别无其它可能。

4.RNA——生命的主人

经过本文论证，笔者敢于说，走出基因论的误区，世人将发现，生命迷宫已大门敞开。地球上的生物都是RNA组织缔造的，它们的生命是RNA给予的．造成生命的物质主要是tRNA(含为其建、拆氨基酸酯键的Ribozyme)、rRNA及编码各种聚合酶及有关转录因子的mRNA，它们就是生命原(Liven)．蛋白质是RNA的性状工具，由RNA编就其质量模板，把这些模板储存到基因中并在需用时再从基因处取回、最终按模板制出性状物质来的所有工作都是生命原负责的。DNA是RNA的信息储存工具，把信息储入DNA并在需要时再取出以及扩增DNA等工作也都是由生命原负责的。所以替代基因论根本命题的正确命题应该是：生物的(每个)性状都是(有关)生命原操作(有关)基因后按所取出之模板制出性状物质而得以决定的。制出性状物质事件的时空坐标决定了性状在生物体内表达的时空坐标．在特定例子里，DNA生物的第一要素可由生命原的蛋白质工具——转录酶替代(例如在痘病毒中就是如此)．此时二个要素全属工具，而生命原只在生命活动“开始”后才出现：但这并不能改变生命原的主人地位．

参考文献

l童第周，生物科学与哲学  中国社会科学出版社. pp、36、1980

2Morgan，T.H.(芦惠霖译)，基因论，科学出版社，pp.21，1959

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7.Cech.T.R. Science，236:1532-39,1987

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