本文发表于 大众科学 以前的博客网络，仅反映作者的观点，不一定反映 大众科学 的观点
二十世纪生物学最伟大的突破之一是发现 RNA 可以作为催化剂，驱动一些生命必需的化学反应。这一发现荣获诺贝尔奖，并为理解核酶、剪接以及核糖体的结构和功能铺平了道路。它还推动了所谓的“RNA 世界假说”的构想，该假说认为 RNA 是最早的酶。此后，各种形式的这一假说都被认为是生命起源最合理的假说。
这篇文章的目的是假设，尽管 RNA 世界假说令人震惊且重要，但一个聪明的（诚然是非常聪明的）高中生或大学生，只需对化学、生物学和进化论有基本的了解，就可能推导出它。这种练习绝非旨在贬低这一发现的意义或难度；相反，它突出了该假说的美丽简洁性和逻辑性。
让我们从一个早熟的大学生可能会问的基本问题开始。“如果 RNA 如此不稳定，为什么它仍然是遗传装置的一部分？”。这个问题实际上概括了 RNA 世界假说的整个本质。RNA 的不稳定性从其化学结构中显而易见——RNA 的核糖糖上有两个相邻的羟基 (OH) 基团。在有机化学中，亲核试剂是一种富含电子的化学基团——通常但不总是带负电荷——它可以攻击缺电子原子并裂解键。羟基是很好的亲核试剂。问题在于 RNA 中的羟基可以用作亲核试剂，并断裂磷酸二酯键，如本文顶部所示；事实上，这正是 RNA 在核酶中催化的反应。镁离子有助于加速反应。
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因此，RNA 中的磷酸二酯键（相对而言）非常不稳定。DNA——顾名思义，脱氧核糖——缺少 2' OH 基团，因此更稳定。这清楚地表明了为什么 RNA 不能作为原始遗传物质 (DNA)，而只能作为信使；原始遗传物质信息存储和传递的保真度至关重要，RNA 根本太不稳定而无法胜任这项工作。进化只能委托 DNA 承担作为生命蓝图的核心功能。
到目前为止一切顺利，这是一个很好的论据，说明为什么 DNA 而不是 RNA 是遗传物质的存储盘。但是，问题随之而来；为什么要使用 RNA 呢？DNA 在细胞核中发挥作用，而 RNA 转移到细胞质中并执行蛋白质合成的关键功能，这一事实更加突出了这个问题。从化学角度来看，细胞质比细胞核更具敌意，其中有几种氧化酶、蛋白水解酶和其他可能破坏生物分子的酶等待着吞噬生物分子。将遗传信息在如此具有破坏性的环境中翻译给像 RNA 这样不稳定的分子，听起来像是进化不负责任的危险之举。
但是等等！RNA 的不稳定性使其无法获得原始遗传物质的令人垂涎的功能，但也赋予了它一种具有重要意义的奇妙能力——催化能力。但是，为什么首先要考虑催化呢？嗯，进化的本质是对权衡的仔细权衡。如果 RNA 作为遗传物质过于不稳定，那么它可能具有一些其他特性，可以弥补这种明显的致命缺陷。
此时，我们大胆的大学新生将不得不挠挠头，回忆起一些酶催化的基本知识。稍微思考一下就会得出完全合理的假设，即酶催化至少需要两个催化基团。即使这个假设是错误的，两个催化基团肯定比一个好，这也是事实，我们必须记住，进化是一个贪婪的守财奴，它可以贪婪地抓住任何微小的增量优势，无论多么微小。想想任何涉及电子流的酶催化反应，例如蛋白酶裂解肽键（氨基酸之间的键）。至少，您需要一个亲核基团来攻击肽键，以及另一个基团（带正电荷的基团）来稳定由此产生的负电荷浓度。
有了这个推理，我们年轻的思想家不难得出两个重要的真理
真理 1：在 RNA 中，有两个羟基。
真理 2：这些基团彼此相邻。这很重要。我们对酶的了解告诉我们，接近度可以大大提高反应速率，有时甚至提高几个数量级。
这一最终的思维链顶石最终引导我们早熟的年轻冒险家编译了一套简洁的步骤，通过纸上谈兵的推测得出 RNA 世界假说
1. DNA 是原始遗传物质，因为 RNA 会太不稳定。但是，为什么 RNA 仍然存在呢？
2. 进化的本质是权衡。也许 RNA 可以发挥另一个非常重要的功能，可以弥补其不稳定性？
3. 生命起源的关键步骤之一是化学催化的能力。酶促反应可能需要至少两个彼此靠近的催化基团。
4. RNA 具有两个彼此相邻的羟基，可能可以充当催化剂，这与 DNA 只有一个这样的基团形成鲜明对比。这种微小但至关重要的结构差异将弥补因不稳定性造成的损失，并将导致 RNA 跨越对生命起源至关重要的障碍——引发化学反应的能力。证毕。
当然，根本的心理障碍仍然是想到蛋白质以外的东西充当酶。但是，这个障碍可能没有我们想象的那么难以逾越。在 RNA 世界被人们了解的一百年前，大型化学工业已经在使用金属基催化剂来加速具有巨大经济意义的反应——哈伯-博世法只是其中之一。如果低等金属可以引发如此多种多样的反应，那么想到与蛋白质无关的简单分子也能做到这一点就不足为奇了。
有一些转变对地球上生命的兴起负有责任。添加到 RNA 中的单个羟基的微小修饰可能位居榜首。套用罗伯特·弗罗斯特的话，树林里分出两条路，我选择了有羟基的那一条。
我们早熟的年轻人当晚安然入睡。她梦想着 RNA 世界中的生活。
这是我之前在 Fieldofscience.com 博客上发表的一篇文章的修改版本。