在伽莫夫的(de)設想里(li)，細胞(bao)合(he)(he)成(cheng)(cheng)(cheng)蛋(dan)白質的(de)場面就像舞(wu)會后(hou)的(de)姑(gu)娘們各自尋找自己的(de)套鞋。氨基酸在雙(shuang)螺(luo)旋的(de)小孔上(shang)到(dao)處試探(tan)，最(zui)后(hou)踩進了(le)最(zui)適合(he)(he)自己的(de)孔里(li)，按(an)照DNA上(shang)的(de)堿基序列(lie)站(zhan)成(cheng)(cheng)(cheng)了(le)一(yi)隊(dui)。接著(zhu)，它們只需彼此縮(suo)合(he)(he)，就能(neng)變成(cheng)(cheng)(cheng)一(yi)個大(da)分子(zi)的(de)蛋(dan)白質了(le)。

那(nei)(nei)么最妙(miao)(miao)的(de)部(bu)分來了(le)：4種(zhong)氨(an)基(ji)酸分布在(zai)前后左右4個方向(xiang)上，真的(de)剛(gang)好形(xing)成20種(zhong)不同形(xing)狀(zhuang)的(de)孔，與構成蛋白質的(de)20種(zhong)標準氨(an)基(ji)酸在(zai)數字上完全(quan)匹(pi)配！這(zhe)真是太驚人了(le)，這(zhe)美妙(miao)(miao)的(de)契合讓(rang)伽(jia)莫(mo)夫如同發現了(le)灰(hui)姑娘的(de)王子，迫(po)不及待地把(ba)它發表在(zai)了(le)1954年的(de)《自然(ran)》雜志上，那(nei)(nei)些設想中的(de)“◆”形(xing)狀(zhuang)的(de)孔，就因此有了(le)“伽(jia)莫(mo)夫鉆(zhan)石”這(zhe)個名字。

結(jie)果，在短短幾年之內，分子生物學(xue)的(de)(de)新發現證明，這套(tao)“伽(jia)莫(mo)夫鉆石”美則美矣，實則沒有一點(dian)兒是正確的(de)(de)。但(dan)是，堿基的(de)(de)立(li)體結(jie)構與(yu)20種氨基酸相互吸引的(de)(de)想法，卻并非全無道理，特(te)別是當時的(de)(de)人們正在深(shen)入了解(jie)酶的(de)(de)催(cui)化原理，發現酶總是形(xing)成某種特(te)定的(de)(de)三維形(xing)狀，從而(er)特(te)異性地結(jie)合(he)某種物質。

所以標準(zhun)遺傳密(mi)碼才剛剛破譯，基(ji)于RNA的(de)(de)(de)立體(ti)化學假說就(jiu)應(ying)運(yun)而生(sheng)了。新版本的(de)(de)(de)假說繼續(xu)猜測RNA密(mi)碼子上的(de)(de)(de)3個堿基(ji)能(neng)形成(cheng)特異(yi)的(de)(de)(de)三維(wei)結構，能(neng)與對應(ying)的(de)(de)(de)氨基(ji)酸相互吸引，而這種相互吸引就(jiu)是(shi)遺傳密(mi)碼的(de)(de)(de)起源。

在某些實(shi)驗中，研究者把各(ge)種(zhong)氨(an)基(ji)(ji)酸與各(ge)種(zhong)堿基(ji)(ji)序列混合(he)(he)在同(tong)一份溶(rong)液里，使它們隨意組合(he)(he)，結果發現許(xu)多(duo)(duo)氨(an)基(ji)(ji)酸都與標(biao)準密碼子有更大(da)的(de)(de)組合(he)(he)概率，這立(li)刻(ke)吸引(yin)了許(xu)多(duo)(duo)人(ren)的(de)(de)目光。然而，遺憾(han)的(de)(de)是，進一步的(de)(de)統計(ji)卻(que)發現，那(nei)種(zhong)“更大(da)的(de)(de)組合(he)(he)概率”更接近(jin)實(shi)驗不足帶來的(de)(de)統計(ji)偏(pian)差(cha)，就(jiu)如同(tong)扔1元硬幣連(lian)續五次“1”向上，并不代表(biao)“1”向上的(de)(de)概率就(jiu)比“菊花(hua)”向上的(de)(de)概率大(da)。

但是總的(de)來說，立(li)體化學假(jia)說到目前為止都還缺乏切實的(de)證(zheng)據支(zhi)持。稍晚的(de)第(di)二個(ge)假(jia)說是“錯誤最小化假(jia)說”，故事里多次露面(mian)的(de)卡爾·沃斯(si)就是這個(ge)假(jia)說的(de)重(zhong)要(yao)創建者。

這個假說認為，遺傳密碼(ma)(ma)最初在不同的(de)(de)(de)元(yuan)祖身(shen)上形(xing)成了(le)許許多多的(de)(de)(de)編碼(ma)(ma)方案(an)(an)，但是(shi)不同的(de)(de)(de)方案(an)(an)有著不同的(de)(de)(de)適應性(xing)，一個方案(an)(an)把突變造成的(de)(de)(de)錯誤降得越(yue)(yue)低(di)，就越(yue)(yue)能在競爭中勝出，而我們目前(qian)的(de)(de)(de)標準遺傳密碼(ma)(ma)，就是(shi)其中的(de)(de)(de)佼佼者。

所謂“突(tu)(tu)變(bian)(bian)(bian)造成(cheng)的錯誤”，很好理解：無論DNA還是RNA，它們(men)在任何(he)一次復制(zhi)、轉錄或翻譯過程中(zhong)都(dou)可能發生堿基突(tu)(tu)變(bian)(bian)(bian)，一個閃失，C就變(bian)(bian)(bian)成(cheng)了(le)U，U就變(bian)(bian)(bian)成(cheng)了(le)A，A就變(bian)(bian)(bian)成(cheng)了(le)G，這種突(tu)(tu)變(bian)(bian)(bian)在所難免(mian)。

這(zhe)(zhe)樣的(de)突變一(yi)旦(dan)發生(sheng)，這(zhe)(zhe)個(ge)密(mi)(mi)碼(ma)子(zi)就變成了那個(ge)密(mi)(mi)碼(ma)子(zi)，如果這(zhe)(zhe)兩個(ge)密(mi)(mi)碼(ma)子(zi)對應(ying)著性質懸殊(shu)的(de)兩種(zhong)氨基(ji)酸，就很(hen)有(you)可能合成出來一(yi)個(ge)存(cun)在(zai)嚴重缺陷的(de)蛋(dan)白質。關于(yu)這(zhe)(zhe)種(zhong)錯誤，一(yi)個(ge)最(zui)經典的(de)例(li)子(zi)是人(ren)類的(de)“鐮狀細胞貧血”。人(ren)體的(de)紅細胞里裝滿了血紅蛋(dan)白，用來給(gei)全身運輸氧氣。

而鐮狀細(xi)胞(bao)貧血(xue)，就(jiu)是(shi)患者(zhe)的血(xue)紅(hong)(hong)蛋白基因中有(you)一個(ge)A變成了U，把原本編碼(ma)了谷氨(an)酸的GAG變成了編碼(ma)纈氨(an)酸的GUG——這就(jiu)麻(ma)煩(fan)了：谷氨(an)酸是(shi)非(fei)常親水的氨(an)基酸，折疊的時候本來位于蛋白質(zhi)的表面，幫助血(xue)紅(hong)(hong)蛋白溶解(jie)在紅(hong)(hong)細(xi)胞(bao)的細(xi)胞(bao)質(zhi)里；纈氨(an)酸卻是(shi)非(fei)常疏水的氨(an)基酸，非(fei)常討厭暴露在水溶液里。

這種突(tu)變了的血紅(hong)蛋白在(zai)氧(yang)氣充(chong)裕(yu)的時(shi)候還好(hao)，一旦人(ren)體因為(wei)劇烈(lie)運(yun)動或者情緒緊張(zhang)進(jin)入缺氧(yang)狀態，它們的三維形態就會扭曲起(qi)來，然(ran)后(hou)一個(ge)個(ge)首尾相接地粘連成一長串。

我們的(de)(de)紅細(xi)胞原(yuan)本是(shi)中間略扁的(de)(de)圓餅形，這(zhe)下卻被又長(chang)又硬(ying)的(de)(de)突變血(xue)紅蛋白凝聚物(wu)撐成了鐮(lian)刀形，不但運(yun)輸氧氣(qi)的(de)(de)能力大(da)幅下降(jiang)，還會卡在毛細(xi)血(xue)管(guan)的(de)(de)拐彎處，形成大(da)范圍的(de)(de)栓塞，肝臟(zang)(zang)、脾(pi)臟(zang)(zang)、紅骨髓等毛細(xi)血(xue)管(guan)豐富的(de)(de)組織都將(jiang)受到嚴重(zhong)的(de)(de)損傷。所以，那些(xie)從父(fu)母雙方繼承(cheng)的(de)(de)基因都有這(zhe)個突變的(de)(de)“純合(he)”患者(zhe)，常(chang)常(chang)會有生命(ming)危險。

回到(dao)錯誤最小化假(jia)說上(shang)，這(zhe)個假(jia)說的研究(jiu)者(zhe)用復雜的統計學模型評(ping)估(gu)了標準遺傳(chuan)密碼(ma)(ma)在一(yi)切可能的遺傳(chuan)密碼(ma)(ma)中表現如(ru)何，然(ran)后發現只有萬分之一(yi)甚至百萬分之一(yi)的遺傳(chuan)密碼(ma)(ma)方案能比(bi)標準遺傳(chuan)密碼(ma)(ma)更加出色。

我(wo)們(men)這套標準遺傳密碼的(de)突(tu)(tu)變后果的(de)確(que)是驚人地小(xiao)(xiao)，即便一種(zhong)(zhong)氨(an)(an)基(ji)(ji)酸(suan)換成(cheng)了另一種(zhong)(zhong)氨(an)(an)基(ji)(ji)酸(suan)，也大多是換成(cheng)各種(zhong)(zhong)性質(zhi)非常接近的(de)氨(an)(an)基(ji)(ji)酸(suan)，而不給最(zui)終的(de)蛋白質(zhi)帶來強烈的(de)影響。尤其顯著的(de)是，密碼子三位堿(jian)(jian)基(ji)(ji)的(de)突(tu)(tu)變概(gai)率(lv)并不相(xiang)等，第二位的(de)突(tu)(tu)變概(gai)率(lv)最(zui)小(xiao)(xiao)，所以我(wo)們(men)看到，氨(an)(an)基(ji)(ji)酸(suan)親水性這個最(zui)重(zhong)要的(de)特征就集中與這一位堿(jian)(jian)基(ji)(ji)關(guan)聯。

這樣一(yi)來，即(ji)便其他(ta)兩位(wei)(wei)堿基(ji)發生(sheng)了突變(bian)，氨基(ji)酸(suan)的親(qin)水性也大概沒什么變(bian)化，最后(hou)的蛋(dan)白質不至于壞掉。而密碼(ma)(ma)子的第(di)三位(wei)(wei)那(nei)樣冗(rong)余(yu)，則與翻譯的細節(jie)有關：轉運RNA帶著(zhu)氨基(ji)酸(suan)在信(xin)使RNA上匹配(pei)密碼(ma)(ma)子并非(fei)一(yi)蹴而就(jiu)，是一(yi)位(wei)(wei)一(yi)位(wei)(wei)試(shi)探著(zhu)踩出來的，其中最先試(shi)探的就(jiu)是第(di)三位(wei)(wei)密碼(ma)(ma)子。

而(er)這貿然的試探出錯(cuo)率非常高，甚(shen)至不(bu)能(neng)保證(zheng)符合那套“互補配(pei)對原則”。這種事情在密碼子的第(di)三(san)位(wei)上太平常了，只要(yao)一(yi)個是嘌呤(ling)，一(yi)個是嘧(mi)啶，差(cha)(cha)不(bu)離(li)就能(neng)匹配(pei)上。所以，密碼子的第(di)三(san)位(wei)占(zhan)據的信息(xi)量越少越好，能(neng)分(fen)清嘌呤(ling)和嘧(mi)啶，也就差(cha)(cha)不(bu)多了。

當然(ran)，標準(zhun)遺傳(chuan)密(mi)碼(ma)雖然(ran)很出(chu)色，卻(que)還不(bu)(bu)(bu)是最出(chu)色的(de)(de)(de)，即便人類都能(neng)設計(ji)出(chu)錯(cuo)誤影響更小的(de)(de)(de)遺傳(chuan)密(mi)碼(ma)。對此，我們(men)倒(dao)不(bu)(bu)(bu)難(nan)給出(chu)一(yi)個非常(chang)合(he)理的(de)(de)(de)解釋：自然(ran)選擇從(cong)來不(bu)(bu)(bu)追(zhui)求完(wan)美(mei)，而只(zhi)需夠用。如果標準(zhun)遺傳(chuan)密(mi)碼(ma)對突變(bian)的(de)(de)(de)抗性(xing)已(yi)經足(zu)夠高，那就已(yi)經可以保證使用它的(de)(de)(de)細(xi)胞不(bu)(bu)(bu)被(bei)淘(tao)汰，至于那些細(xi)胞能(neng)不(bu)(bu)(bu)能(neng)在競(jing)爭中脫穎而出(chu)，成(cheng)為萬世的(de)(de)(de)元祖(zu)，那要看整個細(xi)胞的(de)(de)(de)綜合(he)素質，并不(bu)(bu)(bu)只(zhi)看密(mi)碼(ma)質量一(yi)件事。

但是(shi)排除了這一(yi)點，這個假說(shuo)(shuo)也仍(reng)然有一(yi)些理論上的(de)(de)缺點：它實際上是(shi)在解釋(shi)遺傳(chuan)密碼(ma)起(qi)源之后的(de)(de)早期進化(hua)，而(er)不是(shi)遺傳(chuan)密碼(ma)本(ben)身的(de)(de)起(qi)源，對于密碼(ma)子第一(yi)位堿基的(de)(de)規(gui)律，這個假說(shuo)(shuo)也缺乏解釋(shi)力。所以，錯誤最(zui)小化(hua)假說(shuo)(shuo)目前更(geng)多(duo)地被看作一(yi)個“補充”，而(er)不是(shi)真正的(de)(de)“解釋(shi)”。

20世(shi)紀出(chu)現的第三種假說，是“協(xie)同進(jin)(jin)化假說”，這(zhe)個假說并不(bu)認為遺傳密碼從一形成就會被“凍結”，而認為它與(yu)生(sheng)命的一切特征(zheng)一樣(yang)，是在進(jin)(jin)化中變得(de)復雜的。這(zhe)個假說進(jin)(jin)一步提出(chu)，遺傳密碼的進(jin)(jin)化與(yu)氨基酸的進(jin)(jin)化有著(zhu)緊密的對應關系。

也就是說，最初得到(dao)編碼的(de)氨基(ji)酸并沒有20種這么多(duo)，而只(zhi)有區區幾(ji)種，所以每種氨基(ji)酸都對應著(zhu)許許多(duo)多(duo)的(de)密碼子(zi)(zi)。而當(dang)細(xi)胞合成了(le)一種新(xin)的(de)氨基(ji)酸，就會把某種氨基(ji)酸的(de)密碼子(zi)(zi)騰出來一部分(fen)，重新(xin)分(fen)配給這個新(xin)的(de)氨基(ji)酸。

至(zhi)于是(shi)哪種氨基酸(suan)(suan)的密碼子被騰(teng)出來(lai)，研究人員推測通常是(shi)合成反(fan)應類似的氨基酸(suan)(suan)，尤其(qi)是(shi)作為新氨基酸(suan)(suan)原料的氨基酸(suan)(suan)。第一個系統整(zheng)理這個假說的，中(zhong)國一位(wei)生物(wu)學(xue)家(jia)，來(lai)自香港(gang)科(ke)技大(da)學(xue)的生物(wu)化學(xue)家(jia)王子暉教(jiao)授。

他在1975年提出的密(mi)(mi)碼子重(zhong)新分配過程：每(mei)一(yi)個箭頭的兩(liang)端，都只改變了(le)一(yi)個堿(jian)基(ji)(ji)，同時，每(mei)一(yi)個箭頭所指的氨(an)基(ji)(ji)酸(suan)都能由前一(yi)種氨(an)基(ji)(ji)酸(suan)合成(cheng)出來(lai)。比如說(shuo)，王子暉教授推測，最(zui)初的谷氨(an)酸(suan)不只有今天的GAA和GAG，還占據了(le)CAA和CAG。后來(lai)，細胞用谷氨(an)酸(suan)改造出了(le)谷氨(an)酰胺，就把這(zhe)兩(liang)個密(mi)(mi)碼子重(zhong)新劃給了(le)谷氨(an)酰胺。

再后(hou)來，細(xi)胞又以谷氨(an)酸(suan)為原(yuan)料合成(cheng)了(le)精氨(an)酸(suan)和脯氨(an)酸(suan)，就(jiu)又把一(yi)字之差的CGX堿基全都劃分(fen)給(gei)了(le)精氨(an)酸(suan)，CCX堿基全都劃給(gei)了(le)脯氨(an)酸(suan)。就(jiu)這(zhe)樣，隨(sui)著(zhu)細(xi)胞的生化(hua)反(fan)應(ying)越(yue)來越(yue)復雜，密(mi)碼(ma)子(zi)的分(fen)配也越(yue)來越(yue)精細(xi)。這(zhe)不(bu)(bu)但(dan)強有力(li)地解(jie)(jie)釋了(le)密(mi)碼(ma)子(zi)第一(yi)位的規(gui)律(lv)，而且新分(fen)配的密(mi)碼(ma)子(zi)當然是不(bu)(bu)要招致災禍的好，這(zhe)又能(neng)與錯誤最(zui)小化(hua)假說(shuo)完(wan)美地兼容，有效解(jie)(jie)釋了(le)其他兩位密(mi)碼(ma)子(zi)的規(gui)律(lv)。

于是(shi)，理(li)論與現(xian)象的(de)(de)高度吻合(he)讓協(xie)同(tong)進(jin)(jin)化(hua)假說收獲了廣泛的(de)(de)認可。當然(ran)，同(tong)之前的(de)(de)三種假說一樣，協(xie)同(tong)進(jin)(jin)化(hua)假說也有自己(ji)的(de)(de)缺(que)點：那些箭頭代表(biao)的(de)(de)并不都是(shi)現(xian)代細胞真實的(de)(de)生化(hua)反應，有許多是(shi)推測中的(de)(de)元(yuan)祖生化(hua)反應，而這是(shi)存在爭(zheng)議的(de)(de)。

如果把氨基酸當作有機(ji)酸的(de)(de)(de)(de)產物(wu)，那(nei)種關聯性也就增(zeng)強了許多，更何況，那(nei)些生化反(fan)應雖然存在爭議，但(dan)元祖與(yu)現代細(xi)胞有著不同(tong)的(de)(de)(de)(de)生化反(fan)應，卻(que)是(shi)完全合(he)理的(de)(de)(de)(de)推測。所以總的(de)(de)(de)(de)來說(shuo)，協同(tong)進化假說(shuo)是(shi)一個非常(chang)有希望的(de)(de)(de)(de)假說(shuo)，將遺傳密碼的(de)(de)(de)(de)進化與(yu)生化反(fan)應的(de)(de)(de)(de)進化結合(he)起來，這是(shi)高(gao)屋建瓴(ling)的(de)(de)(de)(de)見解。

時至(zhi)今日，絕大多數的(de)(de)研究者(zhe)都認可“遺(yi)傳密(mi)(mi)(mi)碼(ma)最初(chu)只編碼(ma)了少數幾種(zhong)氨基酸(suan)，然后才在進化(hua)中不斷擴(kuo)大到如今的(de)(de)20種(zhong)”。至(zhi)于(yu)最先得到編碼(ma)的(de)(de)是哪(na)幾種(zhong)，G開頭(tou)的(de)(de)4種(zhong)，即甘氨酸(suan)、丙氨酸(suan)、天冬氨酸(suan)和纈氨酸(suan)，又是最被認可的(de)(de)，因為(wei)它們的(de)(de)合成反(fan)應最簡單，而且的(de)(de)確位(wei)于(yu)密(mi)(mi)(mi)碼(ma)子擴(kuo)充(chong)路線的(de)(de)起點(dian)上。甚(shen)至(zhi)，也有假(jia)說認為(wei)這4種(zhong)也有先來后到，結構最簡單的(de)(de)甘氨酸(suan)曾經(jing)獨占所有G開頭(tou)的(de)(de)密(mi)(mi)(mi)碼(ma)子。