1953年,克裡克和沃森提出中心法則——唯一以法則命名的生物學理論。自問世以來,這條法則經十餘年反覆驗證,被寫入初高中生物學教材,其重要性足以與萬有引力定律媲美。萬有引力解釋了宇宙中星辰的神秘運轉,而中心法則負責解釋地面上生命世界的代代相傳。
當中學生們被法則所困擾的時候,科學家們卻正在實驗室中悄悄地改寫它,這緣於法則對RNA的角色定位出現了重大誤差。
法則中包含三大巨頭:DNA、RNA和蛋白質。 RNA顯得十分尷尬,它只是承上啟下溝通DNA和蛋白質的世界,難以獲得人們的尊重。然而,當「市儈」的分子生物學家們將研究的目光從簡單的大腸桿菌那裡轉向更加複雜的真核生命世界後,RNA開始熠熠生輝。第一個帶來諾貝爾獎的RNA,是如今被稱為核酶的一類特殊RNA,它擁有曾被認為蛋白質才具有的催化能力,這一發現對研究生命起源十分重要。我們從何處來向何處去,這樣的終極問題總是能引來關注的目光,即便這目標過於宏大,生老病死總是難以迴避。而RNA角色的新定位,和這兩大問題都密切相關。
巨大的頭部是人類立足世間的根基,其實也是哺乳類動物的重要特徵。如何發育出一個大腦袋來,其中當然涉及到一些關鍵基因的出現,不過科學家們也發現了一類特殊的RNA,它們和其他RNA相比很短,屬於微RNA,卻擁有控制相關蛋白質合成數量的功能。這一發現立刻讓此類RNA身價倍增,因為蛋白質數量的變化和太多疾病相關聯。如果我們能人為幹預這個過程,一些不可能治療的疾病,也就有可能獲得一種簡單的解決方案。
這一切和大頭兒子以及環狀RNA又有何關係?科學家們發現,哺乳類動物大頭的發育基礎之一,依賴一種被稱為微RNA-7的分子,如果沒有它在關鍵時刻抑制某些基因的表達,哺乳類動物就無法得到它們賴以稱霸世界的智力。在實驗室中把正在發育的大腦皮層中的這類RNA幹掉,你就會得到一隻小頭老鼠。實驗結果告訴我們,在演化的歷程中,要想獲得一個大頭,並不是簡單地獲得一些新的基因就行了。還涉及到抑制某些基因的表達——一些重要的但關鍵時刻不應該發言的「老古董」基因。
不過,「老古董」能夠傳承下來,當然也有其存在的價值。即便對人類而言,頭也並非越大越好,這不僅僅是美學問題,更關涉生死。過大的頭容易引發致死性的難產,而作為「耗能大戶」,在食物供應匱乏時更是增加了餓死的風險,除非大腦的消耗小於它能夠找到的食物,否則擁有一個太大的頭是非常不合算的。
哺乳類動物的身體如何來控制這一過程,以獲得大小合適的頭顱?誰來控制這些微RNA的功能呢?是其他微RNA嗎?讓科學家們大吃一驚的是,生命系統使用了另外一類獨特的RNA——環狀RNA。一般來說,只有原核生物的DNA是環狀結構,而RNA無論在真核、原核中都是線狀結構。研究發現,它們像海綿吸水一樣,可以吸附細胞中出現的微RNA。
環狀RNA系統的發現,給我們提供了一個控制微RNA的工具。對RNA世界了解的逐步深入,不僅可以解決一些演化論上的重大難題,也必然會給大多數人的生活帶來影響。比如在疾病的治療和預防上,以及如今爭論不休的轉基因作物育種技術上。如果不需要轉入任何新的基因就能改良作物,阻力就會更小一些吧。
(作者為瀘州醫學院副教授、科普作家。「三思逍遙」關注生命科學領域的動態和熱門話題。)