所有复杂的生物系统，比如我们细胞内不断被复制和构建的DNA、RNA和蛋白质——都容易出错。这意味着，随着生命进化得更加精密，它也必须进化出纠错策略。

长期以来，科学家们一直认为，花在纠错上的时间对生物体来说仅仅是一种不可避免的成本。但芝加哥大学的物理学家和化学家团队在《科学》杂志上发表的一项新研究中发现，修复错误实际上可以使整个合成过程总体上更快——这表明仅速度本身可能就是驱动纠错机制进化的因素。

"我们发现，校对机制之所以能进化，仅仅是因为生物学想要'快'，而不必在乎准确性。"该研究的共同第一作者 Kabir Husain 说，他在研究进行时是芝加哥大学的博士后研究员，现为伦敦大学学院教员。"这些结果表明，纠错机制的进化比我们之前想象的要容易，并且可能在生命起源的更早期就已经出现了。"

错误的拼图块

生物学中一种常见的纠错机制被称为动力学校对。例如，当细胞制造新DNA时出现错误，酶可以切除不正确的核苷酸。它们也可以在RNA转录过程中回溯修复错误，或者拆解错误组装的蛋白质复合物以重新尝试。

修复这些错误需要时间。科学家们普遍认为，尽管纠错会减慢过程，但也不得不进行，因为错误可能对生物体造成极大危害。然而，这种假设没有考虑到错误"本身"也会固有地减慢过程。

"例如，像核糖体这样复杂结构的组装，当组装过程中的某个步骤出错时，可能会停滞。"该研究的合著者、化学系大学讲座教授 Jack Szostak 说。"在这种情况下，完成组装过程的最快方式可能恰恰是退回几步，重新开始。"

芝加哥大学团队是在物理系和詹姆斯·弗兰克研究所副教授 Arvind Murugan 实验室进行的一项不相关实验之后，对这个课题产生了兴趣。Murugan 的实验室研究生命的基本功能。

Murugan、Husain 和其他实验室成员当时正在进行观察DNA聚合酶突变率的实验。DNA聚合酶是复制DNA的分子机器。他们发现，犯错更多的突变聚合酶反而减慢了整个过程，这与他们直觉认为的"马虎"干活会加速的想法相反。这种效应被称为停滞（stalling），发生在未纠正的错误减慢后续步骤时。

Husain 将其比作在拼图中放错了拼块。"你卡住了，因为下一个拼块真的很难放进去，正因如此，你需要更长时间才能完成拼图。"

大约在那个时候，Murugan 实验室的博士后研究员、论文的共同第一作者 Riccardo Ravasio 加入了团队。Ravasio 开发了一个基于物理学的计算模型，剥离了生物学元素，以测试停滞是否比纠错耗时更长。该模型是50多年前引入的一个基础经典物理学动力学校对模型的扩展。

"我们通过引入错配后停滞这个新要素，彻底颠覆了这个模型，以研究速度和准确性之间是否真的存在权衡。"Ravasio 说。

使用这个模型，团队模拟了DNA聚合酶的进化。他们发现，校对所花费的总时间少于停滞——这表明仅对速度的进化选择就会导致更多的校对和更高的准确性，无论错误的危害如何。

这项研究还引发了关于停滞效应的进一步问题，该效应在生物过程中似乎普遍存在："停滞本身是一种可以进化的特性吗？"Ravasio 问道。"最初是什么驱动了停滞的出现？"

不断增长的基因组

这项高度合作的研究利用了芝加哥大学物理系和化学系、伦敦大学学院、梅努斯大学、加州理工学院和巴黎文理研究大学学者们不同的背景、知识和技能，为芝加哥大学的"生命起源"计划做出了贡献。

这些结果为理解生命如何在地球上发展以及其他地方存在生命的可能性提供了新的进展，这正是芝加哥生命起源中心的使命。该中心联合了化学家、物理学家、天文学家以及地球和行星科学家，共同探究单个学科无法解答的巨大问题。

"关于生命起源和早期进化的众多谜题之一是，基因组复制的保真度如何以及为何会提高，从而使得越来越多的信息能够代代相传。"生命起源中心主任 Szostak 说。"我们研究令人惊讶的结果表明，仅对复制速度的选择就能导致纠错机制的进化，而不依赖于对底层信息维持的选择，这为纠错机制的进化提供了一个新的视角。"

这个项目很好地体现了芝加哥大学将不同类型的科学家聚集在一起时所产生的效果。"我的团队一直只做理论，直到我们尝试了一些湿实验，却无法理解我们的结果。"Murugan 说。"在 Jack 被招募到'生命起源'计划期间，一次偶然的谈话让我们意识到这是一个更大的课题，我们现在已经开展了几个跨越物理学、化学和进化论的后续研究。"（生物谷Bioon.com）

参考文献：

Riccardo Ravasio et al, Evolution of error correction through a need for speed, Science (2026). DOI: 10.1126/science.adt1275.