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RNA世界學說的深度思考:意識驅動信息複製


探索貓生命進化的早期,沒有蛋白質(酶),某些RNA可以催化RNA的複製——也就是說RNA是唯一的遺傳物質,是生命的源頭。生命起源理論中,源於上世紀年代的「RNA世界」學說是至今為止被認為最重要的「理論」之一。世紀年代初,美國科學家切赫發現RNA也可成為生物催化...

- 2017年10月13日01時26分
- 科學文摘 / 探索貓

探索貓

生命進化的早期,沒有蛋白質(酶),某些RNA可以催化RNA的複製——也就是說RNA是唯一的遺傳物質,是生命的源頭。

生命起源理論中,源於上世紀80年代的「RNA世界」學說是至今為止被認為最重要的「理論」之一。20世紀80年代初,美國科學家切赫發現RNA也可成為生物催化劑。最近,另一位美國科學家愛爾特曼也證明了這一點。切赫提出,原始的RNA分子就可以完成生命最主要的特徵———繁殖過程。由於RNA催化劑的發現,切赫和愛爾特曼獲得了1989年度的諾貝爾化學獎。同年,諾貝爾化學獎獲得者吉爾伯特提出了「RNA世界」的假說。它指的是「在生命起源的某個時期,生命體僅由一種高分子化合物RNA組成。遺傳信息的傳遞建立於RNA的複製,其複製機理與當今DNA複製機理相似。此時,作為生物催化劑的由基因編碼的蛋白質還不存在。」RNA是惟一的既能攜帶遺傳信息又可以是功能分子的生物高分子化合物。

RNA 和 DNA 的關鍵組成都是核苷酸,核苷酸長鏈中的序列決定了 DNA 和 RNA 所攜帶的信息。眾所周知DNA通常是雙鏈螺旋結構,而 RNA 在外觀上更為多樣,最常見的是單鏈

RNA,能自我摺疊成非常複雜的形狀。RNA由於其五碳糖2′位是羥基,化學活潑性遠大於DNA,再加上其他原因,就特別容易發生突變,因此在攜帶遺傳信息的能力方面,RNA不如DNA;RNA又由於組成沒有蛋白質複雜,不可能形成如蛋白質那麼多樣的結構,因此在功能分子的作用方面,RNA又不如蛋白質。但RNA是唯一的既能攜帶遺傳信息又可以是功能分子的生物高分子化合物。核糖體是核酶的發現大大支持了RNA世界的假說。

RNA 對於生命來說至關重要,它所具有幾個關鍵特性使其能被列為在細胞出現之前更早期更原始的生命形態的候選者,更不必說多細胞生物了。其中最重要的屬性就是能進行自我複製,一個 RNA 可以聚集正確的核苷酸並將其排列成自己的副本。

1871年物理學家麥克斯韋設計的一個頭腦實驗—麥克斯韋妖,如圖所示。起初兩側溫度相同,當高速分子由A向B運動或慢速分子由B向A運動時,妖魔就打開閥門令其通過,反之,當高速分子由B向A運動或慢速分子由A向B運動時,妖魔就關閉閥門。久而久之,高速分子都跑到了B區,慢速分子都跑到了A區,於是這個封閉系統的有序性大大增加,而熵就大大減少了。這是一個思想實驗,後來的科學家發現,即使找到了「麥克斯韋妖」,但無一例外的這個封閉系統都參與了與外界的能量交換。也就是說在更廣義上,還是擺脫不了熱力學第二定律。

法國物理學家L.布里淵(L.Brillouin)1956年發表《科學與資訊理論》專著,從熱力學和生命等許多方面探討資訊理論,把熱力學熵與信息熵直接聯繫起來:由於容器是密閉的孤立系統,妖處於絕對黑體中,它是不可能看清任何東西的,當然也就無法分辨分子運動的速度和方向,系統只能繼續處於原來的平衡態中。除非外面提供光亮,它才有可能看清楚並正確控制閥門,從而增加系統的有序性並使熵減少,即熵減過程必須伴隨著能量的消耗。注意,布里淵提出的信息熵理論,麥克斯韋妖就是藉助外界的光,同時熵減過程伴隨能量消耗。

這個「麥克斯韋妖」有可能就是RNA內的複製酶(replicase),這是一種具有自我複製能力的分子。

俄羅斯量子生物學家普普寧和格瑞爾菲曾經做了一個實驗,發現DNA可以影響光量子,也就是說DNA不僅可以接受光量子,還可以影響光量子,我認為這就是亞宏觀尺度下物質對微觀量子的雙向感應,即亞宏觀尺度下的「意識」,具有量子力學上的意識特徵,而且是雙向的互為影響才能稱之為意識。另外,也有實驗上發現長段的DNA可以影響電子自旋。一項由以色列與德國研究所共同進行的研究卻發現,體積遠遠超出微觀層面且通常在常溫下運作的DNA,竟然有著分辨基本粒子的量子自旋狀態的能力。這項研究的論文發表在去年的《科學》雜誌上。據化學教授Ron

Naaman介紹:DNA與一類電子會有激烈的反應,而對另一組電子則幾乎毫無反應。可以說完整、長段的DNA是優良的自旋過濾器。

我對「意識」有一個自己的理解:意識就是「感應」,是各種尺度下物質對微觀量子的感應,而且這種感應是雙向的,只有雙向的才叫意識。宇宙萬物都有這種能力,可以從物質尺度上分成三大類:1、微觀尺度上的感應,即量子之間的感應;2、亞宏觀尺度物質對量子的感應,這就是生命的意識;3、整個宇觀尺度對微觀量子的感應,即整個宇宙就是一個「意識主體」。

RNA重要的屬性就是能進行自我複製,一個 RNA

可以聚集正確的核苷酸並將其排列成自己的副本。為什麼能複製?我認為很有可能就是對光量子的雙向感應,這種雙向感應能力讓RNA在「聚集」能量與物質時按照它內部的結構序列進行重組,從而實現複製。也就是亞宏觀尺度物質具有的「意識」,可以參與操作RNA吸收能量和物質時按其原本信息進行複製。換句話說:意識的作用,就是操作智慧信息的複製和傳播。

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