第十讲 君不见黄河之水天上来——信息流向

古希腊的的大哲学家苏格拉底曾有千年之问：

我是谁？从哪里来？到哪里去？

在发表了DNA分子的双螺旋结构之后，克里克一直在思考相似的一个问题：既然DNA中包含的是遗传信息，那么，这些信息从哪里来？到哪里去？是怎么流动的？是怎么参与到生物的繁殖的？怎

控制你成长，成为“你”，比如让你的脸上长出那个醉人的酒窝？

1957年，他根据当时已有的遗传学实验和知识，提出了遗传信息流动的一个理论，称为“中心法则”。法则这个词是绝对正确、毫无争议的教条的意思，克里克用这个词有点托大了，他的理论在

时更多的是一种假设和猜想。

当然，中心法则在遗传学上的地位是非常崇高的，它指出了遗传信息流动的方向，对后来的遗传学研究具有非常重大的指导意义——武林至尊，双旋掌控。法则不出，谁与争锋？

遗传信息的第一个流向是从DNA到DNA，这就是DNA的复制。

在细胞分裂过程中，细胞核里的DNA分子结构，从一个双螺旋复制出两个双螺旋。克里克和沃森推断，双螺旋的复制过程是这样的：

首先，DNA的双螺旋解开，成为两个单螺旋的母链，然后，每个母链根据碱基配对原则，生成另一个单螺旋子链，母链和子链结合起来，新旧搭配，组成两个双螺旋——用通俗的说法就是，梯子

中间截开，然后，两个半截梯子各自修补另一半，变成两个梯子。

复制的具体过程，我们有一讲专门介绍。

DNA是非常大的分子结构，细胞核没有足够大的孔洞允许它从中出来的。那么，细胞核外有关遗传的活动是怎么获得遗传信息的呢？

遗传信息的第二个流向是从DNA到RNA。

在核酸研究中，我们已经知道有脱氧核糖核酸（DNA）和核糖核酸（RNA）。克里克猜想，RNA在其中扮演了传递信息的角色。

DNA和RNA相比，有三个不同之处。

第一，DNA 是长的双链，RNA一般是短的单链（也存在双链RNA病毒）。

第二，RNA在核糖的2号位置上有一个氧原子，而DNA在这个位置上的氧原子已经被丢掉了，去氧化了。

第三，DNA 中和腺嘌呤A配对的是胸腺嘧啶T，而RNA中和腺嘌呤A配对的是尿嘧啶U。

因为这三个原因，RNA相对来说不够稳定。但是，即使不够稳定，也是相对生命时间而言，在短时间内传递信息还是绰绰有余的。这就是中心法则所描述的遗传信息的第二个流向：从DNA

到RNA的转录。

中心法则的第三个信息流向是从RNA到蛋白质。克里克大胆猜测基因的序列决定了氨基酸的序列，也就是蛋白质的特性！ 这个过程，称为翻译。

从DNA复制到DNA，从DNA转录到RNA，从RNA翻译成蛋白质（氨基酸），这便是克里克最初的中心法则所定义的遗传信息流向。 这三个词在英文里相当地押韵：replication, transcription,

translation。

随着分子生物学研究的深入，科学家发现了其他的遗传信息流向，中心法则的内容有了新的发展。

第一个新发现是RNA到RNA复制

很多RNA病毒，如小儿麻痹症病毒、流行性感冒病毒、新冠病毒，在感染宿主细胞后，以RNA为模板进行RNA复制。相比DNA，RNA灵巧多变，复制更快，变异也更快。

第二个新发现是逆转录：信息从RNA到DNA

克里克最初认为遗传信息在不同的大分子之间的转移都是单向的，从DNA到RNA，是不可逆的。1970年，科学家发现一些RNA致癌病毒，先以病毒的RNA分子为模板，逆转录合成一个DNA分子，再以

NA分子为模板，合成新的病毒RNA。

遗传信息并不一定是从DNA单向地流向RNA，RNA携带的遗传信息同样也可以流向DNA。

我们用于新冠病毒检测的“核酸检测”，就是从体液中提取RNA，再合成DNA进行检测。如果体液中有病毒RNA，就能通过这种技术检测到。

因为这些新的发现，于是，克里克在1970年补充提出了更为完整的中心法则。

不过，克里克认为DNA和RNA中包含的遗传信息只是单向地流向蛋白质，遗传信息一旦转移到蛋白质分子之后，就不能再从蛋白质分子中转移给蛋白质，或由蛋白质转向DNA或RNA。迄今为止还没

发现蛋白质的信息逆向地流向核酸。这种遗传信息的流向，就是克里克概括的中心法则的遗传学意义。

不过，这一点在近年来被不断挑战。挑战者是阮病毒。

如果你觉得朊病毒比较生僻，那么，你大概听说过疯牛病吧？疯牛病就是一种朊病毒。

“朊”，本意是“蛋白质”。严格来说，朊病毒算不上传统定义的“病毒”，因为它不具备自我复制和传染性的核酸物质。它仅仅只是蛋白质家族的一个异类，是一种出现了错误折叠的蛋白质。如果把正常的蛋白质看作是建造高楼搭建的脚手架，那么，朊病毒就是搭歪了的脚手架。可怕的是，搭歪的脚手架会像多米诺骨牌一样，把相连的方方正正的脚手架拉歪。被拉歪的脚手架继续拉歪其

脚手架。

朊病毒“蛋白质到蛋白质”过程，在一定程度与中心法则的“信息不能从蛋白质转移到蛋白质”发生冲突。

不过，整个过程中朊病毒并没有创造蛋白质数量，而仅仅是异化常规蛋白质以实现信息传递。从某种角度来说，朊病毒可以作为一个特例补充，进一步完善中心法则内容。

如果看清了洋流的走向，就能探索海洋气候变化和生物迁徙的秘密。

如果看清了货币流通的渊源和取去向，就可以解析金融起伏和经济荣衰的规律。

在克里克提出中心法则的时候，他只是了解DNA的分子结构，并隐约知道基因与蛋白质之间的关系。但是，遗传学界对于整个大势的理解是模糊不清的。克里克的中心法则具有高瞻远瞩的意义

之后的六十多年，人们才慢慢理清了遗传信息流动的方向。我们将在后面三讲中详细介绍其中的内容。

中心法则是不是仍有局限？我们在未来会不会发现有违中心法则的生物现象？这些都将是有趣的问题，等待未来的科学家来解答。

借用李白的《将进酒》：君不见黄河之水天上来，奔流到海不复回。对于中心法则而言，君不见遗传信息DNA中来，辗转到protein不复返。这个信息流转的途中，还有DNA复制、RNA复制、朊病

这样在原地的漩涡，更有从RNA到DNA逆转录这样反向的回流。生命的精彩和壮阔，如黄河之水奔流不息。

从远古到今天，从一颗受精卵到现在的你，每一分每一秒，遗传的信息在流转，在复制，在转录，在翻译，虽然你看不到，但是，我知道。

遗传信息DNA中来。那么，DNA又是从哪里来的？亿万年之前最早的DNA来自哪里？是来自天上？还是来自海里？DNA最终的归宿在哪里？是在茫茫宇宙的空间深处，那些未知的星球上吗？