本文發表於 大眾科學 以前的部落格網路，僅反映作者的觀點，不一定反映 大眾科學 的觀點
二十世紀生物學最偉大的突破之一是發現 RNA 可以作為催化劑，驅動一些生命必需的化學反應。這一發現榮獲諾貝爾獎，併為理解核酶、剪接以及核糖體的結構和功能鋪平了道路。它還推動了所謂的“RNA 世界假說”的構想，該假說認為 RNA 是最早的酶。此後，各種形式的這一假說都被認為是生命起源最合理的假說。
這篇文章的目的是假設，儘管 RNA 世界假說令人震驚且重要，但一個聰明的（誠然是非常聰明的）高中生或大學生，只需對化學、生物學和進化論有基本的瞭解，就可能推匯出它。這種練習絕非旨在貶低這一發現的意義或難度；相反，它突出了該假說的美麗簡潔性和邏輯性。
讓我們從一個早熟的大學生可能會問的基本問題開始。“如果 RNA 如此不穩定，為什麼它仍然是遺傳裝置的一部分？”。這個問題實際上概括了 RNA 世界假說的整個本質。RNA 的不穩定性從其化學結構中顯而易見——RNA 的核糖糖上有兩個相鄰的羥基 (OH) 基團。在有機化學中，親核試劑是一種富含電子的化學基團——通常但不總是帶負電荷——它可以攻擊缺電子原子並裂解鍵。羥基是很好的親核試劑。問題在於 RNA 中的羥基可以用作親核試劑，並斷裂磷酸二酯鍵，如本文頂部所示；事實上，這正是 RNA 在核酶中催化的反應。鎂離子有助於加速反應。
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因此，RNA 中的磷酸二酯鍵（相對而言）非常不穩定。DNA——顧名思義，脫氧核糖——缺少 2' OH 基團，因此更穩定。這清楚地表明瞭為什麼 RNA 不能作為原始遺傳物質 (DNA)，而只能作為信使；原始遺傳物質資訊儲存和傳遞的保真度至關重要，RNA 根本太不穩定而無法勝任這項工作。進化只能委託 DNA 承擔作為生命藍圖的核心功能。
到目前為止一切順利，這是一個很好的論據，說明為什麼 DNA 而不是 RNA 是遺傳物質的儲存盤。但是，問題隨之而來；為什麼要使用 RNA 呢？DNA 在細胞核中發揮作用，而 RNA 轉移到細胞質中並執行蛋白質合成的關鍵功能，這一事實更加突出了這個問題。從化學角度來看，細胞質比細胞核更具敵意，其中有幾種氧化酶、蛋白水解酶和其他可能破壞生物分子的酶等待著吞噬生物分子。將遺傳資訊在如此具有破壞性的環境中翻譯給像 RNA 這樣不穩定的分子，聽起來像是進化不負責任的危險之舉。
但是等等！RNA 的不穩定性使其無法獲得原始遺傳物質的令人垂涎的功能，但也賦予了它一種具有重要意義的奇妙能力——催化能力。但是，為什麼首先要考慮催化呢？嗯，進化的本質是對權衡的仔細權衡。如果 RNA 作為遺傳物質過於不穩定，那麼它可能具有一些其他特性，可以彌補這種明顯的致命缺陷。
此時，我們大膽的大學新生將不得不撓撓頭，回憶起一些酶催化的基本知識。稍微思考一下就會得出完全合理的假設，即酶催化至少需要兩個催化基團。即使這個假設是錯誤的，兩個催化基團肯定比一個好，這也是事實，我們必須記住，進化是一個貪婪的守財奴，它可以貪婪地抓住任何微小的增量優勢，無論多麼微小。想想任何涉及電子流的酶催化反應，例如蛋白酶裂解肽鍵（氨基酸之間的鍵）。至少，您需要一個親核基團來攻擊肽鍵，以及另一個基團（帶正電荷的基團）來穩定由此產生的負電荷濃度。
有了這個推理，我們年輕的思想家不難得出兩個重要的真理
真理 1：在 RNA 中，有兩個羥基。
真理 2：這些基團彼此相鄰。這很重要。我們對酶的瞭解告訴我們，接近度可以大大提高反應速率，有時甚至提高几個數量級。
這一最終的思維鏈頂石最終引導我們早熟的年輕冒險家編譯了一套簡潔的步驟，透過紙上談兵的推測得出 RNA 世界假說
1. DNA 是原始遺傳物質，因為 RNA 會太不穩定。但是，為什麼 RNA 仍然存在呢？
2. 進化的本質是權衡。也許 RNA 可以發揮另一個非常重要的功能，可以彌補其不穩定性？
3. 生命起源的關鍵步驟之一是化學催化的能力。酶促反應可能需要至少兩個彼此靠近的催化基團。
4. RNA 具有兩個彼此相鄰的羥基，可能可以充當催化劑，這與 DNA 只有一個這樣的基團形成鮮明對比。這種微小但至關重要的結構差異將彌補因不穩定性造成的損失，並將導致 RNA 跨越對生命起源至關重要的障礙——引發化學反應的能力。證畢。
當然，根本的心理障礙仍然是想到蛋白質以外的東西充當酶。但是，這個障礙可能沒有我們想象的那麼難以逾越。在 RNA 世界被人們瞭解的一百年前，大型化學工業已經在使用金屬基催化劑來加速具有巨大經濟意義的反應——哈伯-博世法只是其中之一。如果低等金屬可以引發如此多種多樣的反應，那麼想到與蛋白質無關的簡單分子也能做到這一點就不足為奇了。
有一些轉變對地球上生命的興起負有責任。新增到 RNA 中的單個羥基的微小修飾可能位居榜首。套用羅伯特·弗羅斯特的話，樹林裡分出兩條路，我選擇了有羥基的那一條。
我們早熟的年輕人當晚安然入睡。她夢想著 RNA 世界中的生活。
這是我之前在 Fieldofscience.com 部落格上發表的一篇文章的修改版本。