SARS病毒的RNA

SARS病毒的RNA⁺是基因组吗——生命揭秘之一

周慕瀛（Email:fckzmy@21cn.com）

生命奥秘 生命是由能制造转录酶的RNA⁺集团起源、发展和控制的，生命的一切信息起源于RNA并由RNA⁺的自复制机制来运转。转录酶是RNA⁺创造的^[1~8]从RNA⁺到基因及从基因到RNA⁺的翻版（自复制）工具，而基因就是转录酶从RNA⁺翻版制出的贮存RNA⁺信息的模子。基因载体为RNA^-的RNA⁺集团为I型ΣRNA⁺。细胞生物都由II型ΣRNA⁺起源得来，其基因载体为DNA。各种生物的基因组贮存的首先是ΣRNA⁺内诸分子的信息，其次则是进化史里积累的各种RNA⁺（含编码各种结构或功能蛋白质的mRNAs以及能调控它们转录时空程序的诸RNA）的信息。生物（或细胞）的一生就是由RNA⁺制造出来的转录酶对基因组进行（程序性、因果连续性转录）操作使历史上形成该生物物种的RNA⁺分子群按固定时空程序重新出现一遍并显示功能（包括翻译），也即重新制出本物种的个体，并把基因组及转录酶系复制若干份传给后代，使物种延续下去。

导言：科学发展到20世纪末已积累了破解生命谜底的足够知识，阻碍突破的障碍只是人的思想。笔者在1998年发表的《是RNA创建了生物界》^[9]揭示了生命的谜底，但是几乎没有人知道这篇文章，更谈不上知道它的价值。眼前有着艰难的解释工作。SARS流行使相关知识广为流传。这是个契机，因为SARS病毒能透露生命的许多秘密，对它的误解又正好暴露了旧思想的谬误。

1 从SARS病毒应该获得的生命知识

1.1 遗传物质不一定都是基因，SARS病毒的遗传物质RNA⁺就不是基因（组）

1952年AD. Hershey 和M. Chase用实验证明T₂噬菌体的DNA是噬菌体的遗传物质^[10]；1956年H. Fraenkel-Conrat 用实验证实植物病毒TMV的遗传物质是RNA^+[11]。像TMV一样，SARS病毒的遗传物质也是RNA⁺。

人们认为上述实验是基因论的胜利，并把上述的DNA及RNA⁺都认定为是病毒的基因（组）^[12]。今天只探讨TMV或SARS病毒的RNA⁺是不是基因组，因为这个问题的澄清将揭示生命的秘密。要把正链RNA病毒的遗传物质RNA⁺说成是基因组必须建立在以下两个命题上：①（RNA⁺）既是遗传物质就当然是基因（组），这一说法有依据吗？②（该类病毒不含DNA）化学上与DNA相似的RNA是DNA的当然顶替者，这又是哪个上帝的规定？下面来确认一下这两个命题的真伪：

第一个命题。首先在逻辑上不可靠。“基因是遗传物质”是有无数事实（也包括AD. Hershey 和M. Chase的实验）证明的，但不等于其逆命题“遗传物质是基因”自然成立。正如“男人是人”并不意味着“人是男人”。其次，RNA⁺与基因原义不符。什么是基因？基因最初指两倍体（其配子是单倍体）生物符合孟德尔定律的遗传因子，最后则被证实是一段有信息的DNA。有信息的DNA不是功能体，没有与信息相联系的功能，例如具有mRNA信息的DNA不是合成蛋白质的模板，具有rRNA信息的DNA不会建立肽键，具有tRNA信息的DNA也不能为mRNA装配氨基酸。总之，基因（组）属信息贮存体，信息学上与人类的书本、图纸类同，特点是不具有所含信息本身的功能但贮存有（信息功能体所需要的）信息并可被动地输出。从基因（组）那里输出的RNA⁺（含mRNA、rRNA、tRNA及ribozyme等）就完全不同了，它们的信息是功能的基础，有什么样的信息便有什么样的功能，具有rRNA信息的RNA就有建立肽键的功能^{[1、3、5~8]}，不具tRNA的序列就没有tRNA功能；这如同接受书本信息的大学生：有造船知识的是造船工程师，没有电机知识的就不是电机工程师；这是信息功能体。而蛋白质是信息功能体制造的产品（或产物）。三者的区别是清楚的。在中心法则（DNA→RNA⁺→蛋白质）里基因是起端，mRNA等是基因信息的接受体，位于中段，蛋白质在末端。正链RNA（含SARS）病毒的RNA⁺是mRNA，怎么会是基因呢？可见这个命题是假的。

第二个命题。在逻辑上同样不可靠。“在没有DNA的情况下，RNA是DNA的当然顶替者”与“在没有女人的情况下，男人是女人的当然顶替者”同样地毫无必然性。科学上按这样的逻辑来推理是荒唐的。两者事实上也不同：两者信息互补，但DNA是信息贮存体，而mRNA （RNA⁺）是信息功能体，基因不参与蛋白质合成，而mRNA参与；基因的转录物是mRNA，而mRNA的转录物是RNA^-或DNA；基因在中心法则源头，而mRNA在中央。所以这个命题同样是假的。

可见把SARS病毒等正链RNA病毒的遗传物质RNA⁺说成是基因（组）是没有根据的。

1.2 生命的本原是RNA⁺，基因是RNA⁺制出的工具（充当RNA⁺的模子）

SARS病毒的生命周期是这样的：RNA⁺作为mRNA先制造出RNA复制酶，再由这个产品以RNA⁺为模板制造出RNA^-，有了这两样工具就能复制RNA⁺，（以后RNA⁺又制造工具，工具又制造RNA⁺，循环不止）于是形成了所谓的“蛋-鸡”样循环，笔者称这种循环为“生命环”，即：RNA⁺→RNA^-╳复制酶→RNA⁺。若把RNA⁺一方称之为正（本原）方或原形，复制酶及RNA^-一方称之为反（工具）方。那么可以看到：反方是正方制出的工具（作为原形的反模板RNA^-是模子，它藏有原形的信息，但不具原形的功能；而复制酶则为浇注器，它能在原形上浇注出模子，在模子上浇注出原型），却又是正方实现自复制所必须；正是由于RNA⁺能制造出如此奇妙的工具，才建起了“蛋-鸡”样循环复制，成为制造出有生命物的本原。

人们已知，病毒有着与细胞生物共通的mRNA及蛋白质（包括共通的密码翻译字典），那么在SARS病毒那里，基因在哪里呢？基因信息与mRNA互补，其转录物是mRNA；基因是信息贮存体，它不参与合成蛋白质；具有这些特征的是RNA^-，可见它就是基因。所以SARS病毒揭露：基因本不是能派遣“信使” mRNA的源头，相反基因原本是mRNA（RNA⁺）制出的贮存自身信息的工具。这才与信息学原理相符了：信息都起源于功能体，绝对不可能起源于贮存体^[13]；以前那种把mRNA视为基因信使的想法等于是说：故事剧情是电影拷贝片的“信使”，学业有成的知识分子是书本的“信使”。其实，拷贝片、书本及基因才更像是些“信使”，是信息本原流传（遗传）万代的信息中介。

1.3 由基因组╳复制酶取代RNA⁺成为遗传物质乃是生命环技术发展的必然结果

SARS病毒的生命环一旦建成后，正方可制造反方，但反方也能制造正方，正、反双方地位已成对等。正方可充当遗传物质，那么能制出正方的反方当然也能充当遗传物质，使生命环表达成：RNA^-╳复制酶→RNA⁺→RNA^-╳复制酶。让生命环如此开端不仅在基因工程实验室里是可行的，而且在（如弹状病毒等）负链RNA病毒那里有着事实证明的。能把弹状病毒子制造出来的物质是RNA^-及RNA复制酶，两者合作（即RNA^-╳复制酶）制造出各个RNA⁺，RNA⁺又制造出RNA^-及RNA复制酶。这里我们又看到了一个中心法则：RNA^-→RNA⁺→蛋白质，可谓是第二套中心法则，这是RNA^-取代DNA充当基因的结果。了解RNA^-是由RNA⁺制造的历史后就会懂得：中心法则显示的信息流向只是割断历史后的一种假象，就像割断历史看到的人类知识流向是：书本知识→人（学生）的知识→社会生产产品这样一个“中心法则”。其实，书本只是人类的工具，用来贮存知识，以利后来回输给人类。人类发展史是如此，生物发展史同样如此。各种负链RNA病毒的RNA^-不靠历史上RNA⁺（像SARS病毒RNA⁺）制造产生而靠自发起源的可能性就如同世界上的胶片不靠摄制而能自发地形成一部电影（如《走向共和》）拷贝的可能性一样（更不用说还要同时自发起源一架适配的电影放映机——RNA复制酶）。

正链RNA病毒选用RNA⁺为遗传物质是由于这对它最为简单：携带一条RNA⁺比携带一条RNA^-加上复制酶要简单；而负链RNA病毒选用基因组╳复制酶为遗传物质同样是出于最简单原理：当生命环建立后，外源的RNA便可以加入进来且得到复制^[9]（这就是人类转基因技术的自然基础）；以外源mRNA为例，它们一旦接近生命环依靠复制酶（从正方到反方为）反转录就有了自己的模子——基因（mRNA^-），再靠复制酶从基因（从反方到正方为）正转录就可重新得到该mRNA。生命环就像汽车的发动机，而外源RNA就是附加其上的配件——车架、底盘、车厢、车座……各种各样的汽车其共性是拥有发动机而成为机动车，其个性是“搭载”了各不相同的配件而成为客车或货车、轿车或面包车、冷藏车或铲车……各种各样的生物其共性是拥有生命环而具有（复制能力^[14]）生命，其个性是“搭载”了各不相同的RNA（也就会有各不相同的基因）而成为病毒或细菌、动物或植物、昆虫或鱼类、恐龙或麻雀、白人或黑人……随着加入RNA的增多（基因也增多），信息功能体要具有功能必须依然保持各自的分子状态——数十、数百、数千个RNA⁺活性分子作为遗传物质就有了技术上的困难，特别是很难保持固定的出场时空程序；而信息贮存体则无此必要，几百、几千个基因可以贮存在一条DNA（RNA^-比DNA要差得多，但毕竟也能贮存一定数量的信息）上，并且最重要的是能保持固定的（各个RNA⁺被转录登场的）时空程序。这就像拍一部电影当然要靠人物、场景、道具及情节，但是一旦拍成，保留并重演故事的最简办法是保留胶卷拷贝和放映机，而决不是重拍电影。因为重新集结当初的人及场景道具已非常困难，而重复当初的出场程序细节那几乎是不可能的了。所以，除了在最原始的生物，后来的生物中生命环因技术缘由必然会采用基因组╳复制酶为遗传物质（即作为生命环的启动物质）的形式。事实上，基因组的优点还不仅这些；由于它能固定正转录的时空程序，所以一旦建成基因组，就没有必要让RNA⁺在下一周期里再通过反转录重制基因组（这种重制只能干扰已固定的时空程序），于是重制基因组的工作就被基因组拷贝所替代：RNA^-型基因组拷贝分两步走，第一步从RNA^-制出与基因组等长的RNA⁺（这种RNA⁺是基因组RNA^-的“反转片”，即负版基因组^[9]，作此判断的依据是：它没有mRNA等信息功能体的活性，实例仍可见于弹状病毒），第二步从负版基因组制出正版基因组。以DNA为贮存体的生物更以正、负联合版dsDNA形式存在，拷贝只须一步，于是dsDNA就持续存在了，每个周期只须由DNA复制酶为它扩增一次就行了；“蛋-鸡”循环中只留下正转录，反转录由于在固定物种那里已经无所作为而遭淘汰。这就是当今大多数生物的生命环形式（没有生命环的生物是不存在的）。

2 从第二套中心法则联想到第一套中心法则，从RNA^-联想到DNA

这种联想是不可避免的，因为信息学原理不可能有两套。信息贮存体RNA^-不可能自发起源，DNA同样不可能自发起源；第二套中心法则是割断历史的假法则，则第一套中心法则同样不可能是真法则。还有：同样机理的RNA⁺→蛋白质翻译系统在两套中心法则中都存在又该如何解释呢？解释之一：RNA⁺的信息既可贮存在RNA^-上又可贮存在DNA上，就像一个故事既可有摄影记录又可有摄像记录，这是很合理的；若作相反解释：世界上不仅先诞生了RNA^-及DNA，而且两者派遣出相同的RNA⁺信使，这种RNA⁺的行为又完全一样，用同一种办法、同一种密码制造蛋白质……其不可信就要加倍了。这相当于：世界上不仅一卷胶片自发起源了某些影像，而且另有一盒摄像带竟也自发起源了一些影像，还同时起源了放映机与放像机，放出来一看，两者竟是同一故事《走向共和》。所以基因为DNA的生物应该与基因为RNA^-的生物有着类似的发展史。

我们马上找到了制造DNA基因的原始生物，那就是反转录病毒（如Rous鸡肉瘤病毒RSV及HIV等）。RSV的遗传物质也是RNA⁺，也是mRNA。RSV的生命周期是：RNA⁺制造出反转录酶，该酶为RNA⁺制出DNA基因组（模子），靠了宿主的转录酶从模子重新制得RNA⁺，形成生命环。我们还能找到RNA⁺制造的基因组╳复制酶（现在是正、反转录酶了，但由于其宿主细胞内不乏正转录酶，所以病毒的正转录酶已遭淘汰）顶替RNA⁺成为遗传物质的最早例证，那就是乙肝病毒等嗜肝DNA病毒组及植物病毒中的花椰菜花叶病毒CaMV所属病毒组。这一类生物明显地留有过渡型的遗迹：DNA基因组须从RNA⁺反转录得来提示它们与反转录病毒的亲缘关系；而dsDNA成为遗传物质则为从痘病毒到人类都采用的dsDNA自拷贝的出现提供了进化基础。

3 病毒与细胞

当今病毒为什么必须与细胞联系在一起？为什么不能独立生存？第一个原因：病毒是起源生物。自复制循环（生命环）刚建立，不可能已“搭载”了“乘客”（即编码各种蛋白质的mRNA），更不可能搭载了足以构建一个细胞的众多（相当于300个基因以上）“乘客”。如同机动车的起源首先是发动机，它出现时也不可能配有车架、车座等。生命起源的根本是生命（自复制能力）而不是细胞模样的形态。生命环最初运行所需的原料、能源、化学介质、场所、离子及其它条件等（其总和就是合适环境）只能由（自然）机遇提供，也就是说，原始病毒只能在“原始汤”内起源并生存。其后的生物进化（包括细胞的出现）当然也在那里进行。而细胞乃是生命环已搭载了足以建起“合适内环境”的生物。细胞不再对“原始汤”绝对依赖了。细胞出现使后来“原始汤”消失时生物进化可维持下去，病毒也有了延续下来的机会，那就是进入细胞，向寄生发展，发展出寄生变种。因为只有细胞的内环境可以取代“原始汤”成为病毒的合适环境。所以依赖细胞与依赖“原始汤”的意义是相同的。第二个原因：长期寄生后的现代病毒早已把能省略的成分都省略了，只要宿主有的。正如寄生的绦虫几乎只保留自己的生殖系统而把其他系统都省略了，这种省略使它已无法在其原始种能生存的环境中生存；现代病毒同样不能在“原始汤”里存活了。

3.1 原始病毒的必要成分 也就是生命起源的本原组成。根据现代病毒可以推算出来。

3.1.1 以RNA^-为基因的病毒 以SARS病毒为例。如今病毒的RNA⁺只是编码RNA复制酶的mRNA，单靠它是不可能制造出复制酶来的，还必须有能把氨基酸带到mRNA模板上并合成RNA复制酶的诸RNAs^[1~8]（现代病毒不具备这些物质是由于这些物质的功能早被宿主细胞核糖体、tRNAs、ribozymes等所顶替故而自身已遭淘汰）。据此可推定起源物质是包含有编码RNA复制酶的mRNA加上tRNAs以及能建立氨酰酯键和肽键的RNAs共同组成的分子集团。这些RNA分散各处时，并没有什么生命现象，与普通的化学分子无异；尽管它们有着各自的功能，却都不是生命功能。但当它们聚集在可合作范围内时，突然就能表现出像SARS病毒所表现的那种生命了。这个分子集团被取名为I型ΣRNA^+[9]。

3.1.2 以DNA为基因的病毒 根据3.1.1所述的原理推定出RSV原始祖种的起源物质是另一个RNA分子集团，取名为II型ΣRNA⁺，其成员有：编码正（即从DNA至RNA）、反转录酶的mRNAs、tRNAs以及能建立氨酰酯键和肽键的RNAs^[9]。

4 生命奥秘（代摘要，已列于本文文前）

参考文献及注解：

[1]Noller HF, Hoffarth V and Zimniak L . Unusual resistance of peptidyl transferase to protein extraction procedures. Science,1992,256:1416~1419

[2]Piccirilli JA, McConnell TS, Zauget AJ，Noller HF and Cech TR. Aminoacyl esterase activity of the Tetrahymena ribozyme. Science ,1992,256:1420~1423

[3]Dai X, Mesmaeker AD and Joyce GF. Cleavage of an amide bond by a ribozyme. Science, 1995,267:237~240

[4]Illangaskare M, Sanchez G, Nickles T and Yarus M. Aminoacyl-RNA synthesis catalyzed by an RNA. Science, 1995,267:643~647

[5]Joyce GF, Dai XC and De Mesmaeker A. Amide cleavage by a ribozyme correction. Science, 1996, 272:18~19

[6]Lohse PA and Szostak JW. Ribozyme-catalysed amino-acid transfer reactions.Nature,1996,381:

442~444

[7]Zhang B and Cech TR Peptide bond formation by in vitro selected ribozymes. Nature,1997,390:96~100

[8]Ban N, Nissen P, Hansen J，Moore PB and Steitz TA. The complete atomic structure of the large ribosomal subunit at 2.4Å resolution. Science ,2000,289:905~920

[9] 周慕瀛。是RNA创建了生物界。医学与哲学 1998；19(2)：62~67

[10] Hershey AD. and Chase M. Independent functions of vital protein and nucleic acid in growth of bacteriophage ,J.Gen. Phisiol. 1952 , 36:39~56

[11] Fraenkel-Conrat H. The role of the nucleic acid in the reconstitution of active tobacco mosaic virus, J.Am.Chem.Soc, 1956, 78:882~883

[12]注解：当代所有学术文献凡涉及SARS病毒等正链RNA 病毒遗传物质RNA⁺的都称它为病毒的基因组，没有人提出过异议。

[13]周慕瀛。走出基因论的误区。生物科学进展 1997,；1(1):16~21

[14]周慕瀛。漫谈生命的定义。医学与哲学 1984；5（6）：11~14

有关著作有：

1. 生命及其渊源。潜科学杂志 1983；3（2）：12~14。

2. 漫谈生命的定义。医学与哲学 1984；5（6）：11~14。

3. 细胞是生命的基本单位吗。全国第一届医学交叉学科论文研讨会陕西耀县1987.10. 证字187号。

4. 从细胞能复制看生物该是什么物。湛江科技 1989；37~40转42。

5. 生物的秘密是什么。潜科学杂志 1990；10（5）：52~55转44。

6. 谁控制生命。全国第一届青年遗传学家会议 1992.9.开封河南大学。

第17届国际遗传学大会 1993.8. 英国伯明翰。

7. 谁把生命给予了生物。生物学杂志 1993；（6）：11~13。

8. 走出基因论的误区。生物科学进展 1997；1（1）：16~21。英文译文：22~27。

9. 是RNA创建了生物界。医学与哲学 1998；19（2）：62~67。

本人的以上工作得到过下述学者的认同和支持：

刘祖洞复旦大学生物学教授，复旦大学遗传学研究所前所长，中国遗传学会名词委员会前主任委员。

叶天星第二军医大学微生物学教授。

陆德源上海第二医科大学微生物学教授。

周光炎上海免疫学研究所研究员。

于宗翰中科院上海生理所研究员。

李振刚中国科技大学生命科学院教授。

莫鑫泉中科院发育生物所研究员。

劳为德中科院发育生物所研究员。

韩贻仁山东大学生物系教授。

王身立湖南师范大学生物系教授。

此外，自认为学识上没有把握，不敢定论，但鼓励本人告知学术界的有：

邹承鲁中科院生物学部院士。

洪国藩中科院生物学部院士。

陈章良北京大学副校长，生命科学院前院长，生物学教授。近又调任中国农业大学校长。

本人认为，《漫谈生命的定义》及《是RNA创建了生物界》已解开了生命之谜。只因本人地处偏僻，远离世界科学论坛，像当年孟德尔《植物杂交实验》一样不易被世界科学所接受（首先是不被重视、被怠慢）。世界在经历误解转折后，最终还是要回到正确终点上来的。

本人由于对伪科学的本能性厌恶，故忍不住参与了反伪科学的斗争，有关著作有：

1. 全息生物学的质疑。医学与哲学 1993；14（3）：54~56。

2. 答“关于《全息生物学的质疑》的异议”。医学与哲学 1994；15（11）：56。

3. 对全息生物学的质疑。中国科学报 1995.5.3：2版。

又收编入：何祚庥主编。伪科学曝光。中国社会科学出版社。北京 1996：214~218。

4. 生物全息律殊难回天——答叶永在教授。医学与哲学 1995；16（8）：445~446。

5. 驳“科学多元论”。科学时报 1999.6.14：3版。

6. 发现《黄帝内经》不科学。见于：何祚庥主编。伪科学再曝光。中国社会科学出版社。 1999：183~191。

7.“原始意识论”能成立吗。医学与哲学 2000；21（2）：61~62。