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RNA世界学说的深度思考:意识驱动信息复制

生命进化的早期,没有蛋白质(酶),某些RNA可以催化RNA的复制——也就是说RNA是唯一的遗传物质,是生命的源头。

生命起源理论中,源于上世纪80年代的“RNA世界”学说是至今为止被认为最重要的“理论”之一。20世纪80年代初,美国科学家切赫发现RNA也可成为生物催化剂。最近,另一位美国科学家爱尔特曼也证明了这一点。切赫提出,原始的RNA分子就可以完成生命最主要的特征———繁殖过程。由于RNA催化剂的发现,切赫和爱尔特曼获得了1989年度的诺贝尔化学奖。同年,诺贝尔化学奖获得者吉尔伯特提出了“RNA世界”的假说。它指的是“在生命起源的某个时期,生命体仅由一种高分子化合物RNA组成。遗传信息的传递建立于RNA的复制,其复制机理与当今DNA复制机理相似。此时,作为生物催化剂的由基因编码的蛋白质还不存在。”RNA是惟一的既能携带遗传信息又可以是功能分子的生物高分子化合物。

RNA 和 DNA 的关键组成都是核苷酸,核苷酸长链中的序列决定了 DNA 和 RNA 所携带的信息。众所周知DNA通常是双链螺旋结构,而 RNA 在外观上更为多样,最常见的是单链 RNA,能自我折叠成非常复杂的形状。RNA由于其五碳糖2′位是羟基,化学活泼性远大于DNA,再加上其他原因,就特别容易发生突变,因此在携带遗传信息的能力方面,RNA不如DNA;RNA又由于组成没有蛋白质复杂,不可能形成如蛋白质那么多样的结构,因此在功能分子的作用方面,RNA又不如蛋白质。但RNA是唯一的既能携带遗传信息又可以是功能分子的生物高分子化合物。核糖体是核酶的发现大大支持了RNA世界的假说。

RNA 对于生命来说至关重要,它所具有几个关键特性使其能被列为在细胞出现之前更早期更原始的生命形态的候选者,更不必说多细胞生物了。其中最重要的属性就是能进行自我复制,一个 RNA 可以聚集正确的核苷酸并将其排列成自己的副本。

1871年物理学家麦克斯韦设计的一个头脑实验—麦克斯韦妖,如图所示。起初两侧温度相同,当高速分子由A向B运动或慢速分子由B向A运动时,妖魔就打开阀门令其通过,反之,当高速分子由B向A运动或慢速分子由A向B运动时,妖魔就关闭阀门。久而久之,高速分子都跑到了B区,慢速分子都跑到了A区,于是这个封闭系统的有序性大大增加,而熵就大大减少了。这是一个思想实验,后来的科学家发现,即使找到了“麦克斯韦妖”,但无一例外的这个封闭系统都参与了与外界的能量交换。也就是说在更广义上,还是摆脱不了热力学第二定律。

法国物理学家L.布里渊(L.Brillouin)1956年发表《科学与信息论》专著,从热力学和生命等许多方面探讨信息论,把热力学熵与信息熵直接联系起来:由于容器是密闭的孤立系统,妖处于绝对黑体中,它是不可能看清任何东西的,当然也就无法分辨分子运动的速度和方向,系统只能继续处于原来的平衡态中。除非外面提供光亮,它才有可能看清楚并正确控制阀门,从而增加系统的有序性并使熵减少,即熵减过程必须伴随着能量的消耗。注意,布里渊提出的信息熵理论,麦克斯韦妖就是借助外界的光,同时熵减过程伴随能量消耗。

这个“麦克斯韦妖”有可能就是RNA内的复制酶(replicase),这是一种具有自我复制能力的分子。

俄罗斯量子生物学家普普宁和格瑞尔菲曾经做了一个实验,发现DNA可以影响光量子,也就是说DNA不仅可以接受光量子,还可以影响光量子,我认为这就是亚宏观尺度下物质对微观量子的双向感应,即亚宏观尺度下的“意识”,具有量子力学上的意识特征,而且是双向的互为影响才能称之为意识。另外,也有实验上发现长段的DNA可以影响电子自旋。一项由以色列与德国研究所共同进行的研究却发现,体积远远超出微观层面且通常在常温下运作的DNA,竟然有着分辨基本粒子的量子自旋状态的能力。这项研究的论文发表在去年的《科学》杂志上。据化学教授Ron Naaman介绍:DNA与一类电子会有激烈的反应,而对另一组电子则几乎毫无反应。可以说完整、长段的DNA是优良的自旋过滤器。

我对“意识”有一个自己的理解:意识就是“感应”,是各种尺度下物质对微观量子的感应,而且这种感应是双向的,只有双向的才叫意识。宇宙万物都有这种能力,可以从物质尺度上分成三大类:1、微观尺度上的感应,即量子之间的感应;2、亚宏观尺度物质对量子的感应,这就是生命的意识;3、整个宇观尺度对微观量子的感应,即整个宇宙就是一个“意识主体”。

RNA重要的属性就是能进行自我复制,一个 RNA 可以聚集正确的核苷酸并将其排列成自己的副本。为什么能复制?我认为很有可能就是对光量子的双向感应,这种双向感应能力让RNA在“聚集”能量与物质时按照它内部的结构序列进行重组,从而实现复制。也就是亚宏观尺度物质具有的“意识”,可以参与操作RNA吸收能量和物质时按其原本信息进行复制。换句话说:意识的作用,就是操作智慧信息的复制和传播。


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