七、遗传密码的起源
DNA双螺旋模型的建立及遗传密码的破译是现代生物学发展史上的两个里程碑。与此形成鲜明对照的是，至今科学界仍不能回答为什么DNA上的三联体密码子或RNA上的反密码子与相应的氨基酸存在着密码关系，即遗传密码的起源问题。它与手性起源是生命起源中的两个主要难题。
1．遗传密码起源假说
早在遗传密码破译以前，盖莫夫（G．Gamow）就曾对遗传密码的起源进行了假设。主要有两种相互对立的遗传密码起源假说：
（1）克里克提出的偶然冻结理论（The accident frozen theory）认为，三联体密码子与相应的氨基酸的密码关系完全是偶然的，而这种关系一旦建立就立即冻结保持不变。由于这种假说难于用实验进行验证，至今尚无有力的证据。
（2）伍斯的立体化学理论（Stereochemical theory）认为，三联体密码子与相应的氨基酸之间的密码关系起源于它们之间特殊的立体化学相互作用。近30年来对遗传密码起源的研究主要是从这个角度进行的。大量的研究结果表明，氨基酸与反密码子的直接作用以及疏水-亲水相互作用在遗传密码的起源中可能具有重要意义。
近10年来，分子生物学特别是核酸化学的一系列进展，证明了从核酸特别是从RNA途径研究遗传密码起源的准确性，为遗传密码起源问题的最终解决提供了可能性。塞克和艾尔麦恩发现核酸酶（Ribozyme）表明，在生命起源的早期，在蛋白质酶的生命系统之前，存在一种基于RNA的自我复制系统，它使著名的“鸡-蛋”悖论倾向于先有RNA。从原则上讲，集催化与信息功能于一身的RNA可能催化自身的复制。且核酸酶不会仅限于自身或自身的互补链作模板。某些 RNA会具有RNA加工酶的活性，如 RNaseP；某些RNA分子可能结合一个氨基酸作为原始的tRNA；某些tRNA分子可能促进邻位的两个tRNA的结合，而在RNA模板上催化肽键的形成。随着多肽与蛋白质形成，其中一些可能与核酸酶相互作用促进或调节其活性。所以，基于核酸酶的作用与功能，可以预见一个较现实的复制翻译过程。以上想法近年来已取得了某些实验证据。
原始tRNA比现代tRNA分子小得多，而且可能是由反密码环与氨基酸接受臂构成。虽然原始tRNA可能是随机形成的，但只要其特定的氨基酸处于正确的位置上，即能识别相应的氨基酸。这些特定的核苷酸就是反密码子。由于酶只能改变反应的速率，不能改变反应的平衡和性质，故在原始tRNA与相应的氨基酸的相互识别中，没有特定酶的催化，以上反应也能进行。原始地球条件下相对长的反应时间以及已经发现的一些原始的催化作用也有可能有利于以上反应的进行，而不是像有的科学家认为的，原始tRNA与相应氨基酸的特异性完全是由特定的氨酰tRNA合成酶决定的。
所以，遗传密码的起源既非偶然的冻结，也非简单的源于三联体密码子或反密码子与相应核苷酸的直接相互作用，而可能来源于氨基酸与相应原始tRNA之间的立体化学相互作用。在这种相互作用中，反密码子决定了作用的特异性并进而决定了它与相应氨基酸的特定密码关系。人们正通过实验检验以上观点，按照己知tRNA的核苷酸排列顺序及识别位点，人工合成各种识别位点的tRNA片段以检验它们与各种氨基酸的亲和性。
2．遗传密码表
现在已经知道，遗传密码是由核苷酸组成的三联体。翻译时从起始密码子开始，沿着mRNA的 5＇→3＇方向，不重叠地连续阅读氨基酸密码子，一直进行到终止密码子才停止，结果从N端到C端生成一条具有特定顺序的肽链。
“遗传密码”一词，现在被用来代表两种完全不同的含义。外行常用它来表示生物体内的全部遗传信息。分子生物学家指的是表示4个字母的核酸语言和20个字母的蛋白质语言之间关系的小字典。要了解核苷酸顺序是如何决定氨基酸顺序的，首先要知道编码的比例关系，即要弄清楚核苷酸数目与氨基酸数目的对应比例关系。
从数学观点考虑，核酸通常有4种核苷酸，而组成蛋白质的氨基酸有20种，因此，一种核苷酸作为一种氨基酸的密码是不可能的。如果两种核苷酸为一组，代表一种氨基酸，那么它们所能代表的氨基酸也只能有42=16种（不足20种）。如果三个核苷酸对应一个氨基酸，那么可能的密码子有43=64种，这是能够将20种氨基酸全部包括进去的最低比例。因此密码子是三联体（triplet），而不是二联体（duplet），更不是单一体（singlet）。
表3列出了国际公认的遗传密码，它是在1954年首先由盖莫夫提出具体设想，即4种不同的碱基怎样排列组合进行编码，才能表达出20种不同的氨基酸。1961年，由尼伦伯格（M．W．Nirenberg）等用大肠杆菌无细胞体系实验，发现苯丙氨酸的密码就是RNA上的尿嘧啶UUU密码子。到1966年，64种遗传密码全部破译。
在64个密码子中，一共有3个终止密码子，它们是UAA、UAG和UGA，不与tRNA结合，但能被释放因子识别。终止密码子也叫标点密码子或叫无意义密码子。有两个氨基酸密码子AUG（Met）和GUG（Val）同时兼作起始密码子，它们作为体内蛋白质生物合成的起始信号，其中AUG使用最普遍。
密码的最终破译是由实验室而不是由理论得出的，遗传密码体现了分子生物学的核心，犹如元素周期表是化学的核心一样，但二者又有很大的差别。元素周期表很可能在宇宙中的任何地方都是正确的，特别是在温度和压力与地球都相似的条件下。但是如果在其他星球也有生命的存在，而那种生命也利用核酸和蛋白质，它们的密码很可能有巨大的差异。在地球上，遗传密码只在某些生物中有微小的变异。克里克认为，遗传密码如同生命本身一样，并不是事物永恒的性质，至少在一定程度上，它是偶然的产物。当密码最初开始进化时，它很可能对生命的起源起重要作用。
3．遗传密码表与《易经》
《易经》是一本中国古代论述变化的书，它指出在阴阳相互作用中，有64种动态状态，《易经》所使用的程序化方法同计算机一样是建立在二进制数码基础上，遗传密码的表示方法与易经有着惊人的相似之处。1996年，首幅大型人类基因图谱的发表绘出了1．6万个基因染色体所在的位置，它说明人的一生的确定性和它们的遗传性程序，是由4个碱基中任取3个，构成64个密码子的基因所控制，用二进制表示“卦”的顺序，并以太阴、少阴、少阳、太阳分别表示尿嘧啶（U）、胞嘧啶（C）、鸟嘌呤（G）、腺嘌呤（A）四个碱基的遗传密码表，发现竟似同一个密码系统。
中国古代的《易经》（周易），它也是一个由64个符号组成的系统（图6），每个符号也是由4个可能的“字母”中的3个组成，它依赖于阴阳极性的基本规律，揭示人的生命和发展受控于一个包含64种可能的状态，每一种状态又有6种可能的变化，使之成为另一个状态的系统所确定的程序。表4是以易经表示的遗传密码表，其中尿嘧啶、胞嘧啶、鸟嘌呤、腺嘌呤分别
通过对比，有人提出是否存在一种规律，它的特征（信息）一方面通过遗传密码表的64种三联体密码显示，另一方面又通过64种可能的状态及发展显示。由《易经》推出的遗传密码表（表5）不仅整体上表现出一种十分严整的顺序，还发现原密码表的缺陷，对于高等生物密码变异情况，全都可以给出解释。两个系统都蕴含有极的原理，一方是阴阳二级，另一方是对称的DNA双螺旋链。两个系统64个符号的一致性，使我们可以合理的假设，有一种既通过非物质的信息、又通过物质的信息表现出来的密码体系，所有生命正是用这个体系的64个符号（密码子）表达出来。我们意识到DNA码与易经码具有同一性。阴阳的世界极由携带64种均衡态力的DNA链通过我们身体中的每一个细胞显示出来。
人类基因图谱的发表，说明生物体的形体、结构、特性都是由遗传密码通过对生命过程的控制而决定的。今天我们可以证明所有生物的与某种能力、某种疾病的产生有关的DNA片段都是相同的。某一生物的生存条件、它离开其栖息地的远近以及它一生的习惯都受其遗传密码所控制。生物遗传密码与易经的数字结构及极性原理一致，大自然以遗传密码的形式提供了生命体发展的程序。
在揭示生命奥秘的今天，科学家发现分子生物学、分子遗传学竟然与古代的易经沟通，并发现易经中的卦是宇宙时空观的符号，表示了宇宙时空的动态平衡及空间结构层次的关系。三元组元是宇宙的基本要素，八卦是空间8个方向的力场，64卦是最优化的省能量的时空状态变化。我们对世界有一种科学的认识，物理学与思维哲学是一个完整的整体。
