为什么没有生物直接以 DNA 为模板来合成蛋白质？中间加一个 mRNA 有什么好处？
要理解这点，我们得先看看如果直接用DNA来合成蛋白质，会遇到哪些问题，以及mRNA如何巧妙地解决了这些问题。
直接用DNA合成蛋白质的“麻烦”：
想象一下，DNA就像是细胞的金库里珍藏的原始蓝图，包含了生命的所有信息。而蛋白质则是执行各种生命功能的具体工具，比如酶、结构蛋白、信号分子等等。
1. DNA的脆弱性与保护问题： DNA分子非常庞大，而且是细胞的遗传物质，一旦受损，后果不堪设想。如果每次要合成蛋白质，都得把这个珍贵的DNA蓝图“搬”出来到细胞质（蛋白质合成的主要场所）进行“抄写”和“翻译”，那么DNA暴露在风险中的机会就会大大增加。细胞质环境复杂，充满了各种化学反应和潜在的损坏因素。mRNA作为一个临时的、可以大量复制的信使，可以被制造出来然后带出细胞核（DNA所在地），在细胞质中完成工作，而原始的DNA蓝图则可以安然无恙地留在核内，受到更好的保护。这就像你不会直接把珍贵的建筑设计图拿到工地上去用，而是先复印一份出来交给现场工程师一样。
2. 信息传递的效率与调控的灵活性： 如果直接使用DNA，那么每一次蛋白质的合成都会依赖于同一份DNA模板。这意味着对蛋白质生产的控制会相对死板。设想一下，如果细胞需要大量某种蛋白质，它需要“调动”整个DNA分子来完成这个任务，这效率不高。有了mRNA，细胞可以“制造”成千上万份mRNA副本，每一份mRNA副本都能指导合成一个蛋白质分子。这样，细胞就能根据需要快速、大规模地生产蛋白质。而且，mRNA的寿命是有限的，它会随着时间降解。这意味着细胞可以非常精细地控制蛋白质的合成量。当mRNA降解后，对应的蛋白质生产就停止了，这为细胞对蛋白质的生产提供了极大的灵活性和时效性。
3. 基因表达的调控与特异性： 生物体内的基因很多，但不是所有基因在所有时间、所有细胞里都需要表达。DNA中包含了大量的基因信息。如果直接用DNA合成蛋白质，细胞需要一种非常复杂的方式来确保只有目标基因被读取和使用，这在机制上会非常困难。mRNA的产生过程（转录）本身就包含了基因表达的调控。细胞可以根据自身的生理状态、信号的传递，选择性地转录特定的基因生成mRNA。只有被转录出来的mRNA才会被带到细胞质去指导蛋白质合成。这使得基因表达的调控变得更加精细和有针对性。
4. 多重蛋白质合成的“并行处理”： 细胞需要同时合成多种不同的蛋白质来执行各种功能。如果直接用DNA作为模板，那么在合成一种蛋白质时，其他基因的DNA就无法被用于合成其他蛋白质，这会造成效率瓶颈。mRNA的出现使得“并行处理”成为可能。细胞可以同时转录不同的基因，产生多种不同的mRNA，然后这些mRNA可以在细胞质中同时被核糖体读取，指导多种蛋白质的合成。就像电脑可以同时运行多个程序一样，mRNA让细胞的蛋白质工厂能够同时生产不同的产品。
5. 翻译机器的简化与优化： 将DNA直接转化为蛋白质的过程会比通过mRNA更加复杂。DNA是以双链形式存在的，而且包含非编码区（内含子）。如果直接用DNA，核糖体需要具备识别DNA双链、区分编码区和非编码区、以及处理DNA的庞大结构等一系列复杂的能力。而mRNA是单链的，并且在转录过程中已经去掉了内含子，只保留了编码蛋白质的序列（外显子）。这使得核糖体作为蛋白质合成机器（翻译机器）的设计和运作更加简单、高效。核糖体只需要识别单链的mRNA序列上的密码子（三个碱基一组的编码单位），然后招募对应的转运RNA（tRNA）来输送氨基酸，一步步将氨基酸连接成蛋白质链。
中间加一个mRNA的好处总结：
所以，引入mRNA这个中间体，就像是在原始设计图和生产车间之间增加了一个“工艺图”和“生产指令”。它带来了：
DNA的保护与安全： 避免了遗传物质直接暴露于细胞质的风险。
效率的提升与产量的调控： 可以大量复制mRNA，实现快速、大规模的蛋白质生产，并且可以方便地通过控制mRNA的产生和降解来调节蛋白质的合成量。
基因表达的精确调控： mRNA的生成过程是基因表达调控的关键环节，允许细胞根据需要选择性地合成蛋白质。
多任务并行处理能力： 使得细胞能够同时合成多种不同的蛋白质。
翻译过程的简化与优化： 为核糖体提供了一个更易于读取和处理的模板，降低了翻译机制的复杂性。
可以说，mRNA的存在是生命演化过程中一个非常精妙的“解决方案”，它极大地提高了细胞的生存能力、适应性和功能性。它不仅是一个信使，更是蛋白质合成过程中一个关键的调控和放大器。
网友意见
引一段《The Vital Question》里面的内容来回答这个问题。作者是Nick Lane。翻译者是我。简体中文版明年上市。黑体是我针对这个问题加的。
"所以，最初的真核细胞，是被自己内共生体放出的基因寄生虫大肆轰炸。讽刺的是，这些基因寄生虫“活着”的时候并没有带来多少问题，反而是它们衰退、死亡之后麻烦才来了。因为它们的残骸，也就是内含子，像垃圾一样乱扔在整个基因组中。这时宿主细胞就不得不把它们切掉，不然就会转译成毫无意义的蛋白质。如前所述，剪接体就是专门干这个累活的，它源于移动内含子的RNA剪刀。不过，剪接体尽管是精良的纳米机器，也只能部分解决问题，因为它的速度很慢。直到今天，经过了二十亿年进化的改良，剪接体要切掉一段内含子，还是要花几分钟的时间。偏偏核糖体的工作速度又奇快，每秒钟可以组装10个氨基酸，制造一个标准的细菌蛋白质（长度约250个氨基酸）只需不到半分钟。另外，剪接体要接触到RNA都不容易，因为一段RNA上常常嵌着好几个疯狂工作的核糖体。就算让剪接体接触到了，它慢吞吞的工作速度也来不及阻止核糖体生产大量无用的蛋白质，序列中夹杂着没有切出去的内含子。
细胞如何防止这样的错误灾难发生？马丁和库宁认为，在处理过程中插入一道障碍就行了。细胞核膜就是这道障碍，可以把转录和转译两个过程分开。在细胞核里，基因被转录成RNA转录本；在细胞核外面，核糖体会读取RNA，然后转译成蛋白质。最重要的是，缓慢的剪接过程在细胞核内进行，在核糖体有机会接触到RNA以前，已经处理完毕。这就是细胞核真正的意义：把干劲冲天的核糖体挡在外面。这就解释了为什么真核生物需要细胞核，而原核生物不需要。原核生物根本没有内含子的麻烦。"
Nick Lane写的这一段是探讨一种关于细胞核起源的理论。我认为这个理论很好地回答了本问题。毕竟，生物学中绝大多数问题，只有用进化的眼光来看才能make sense.
简单讲，一个需要日常双链保持稳定，一个需要日常时空上灵活以维持复杂的生命活动。稳定和灵活是矛盾的，所以就分工了。
另外，反对一下高赞提到的RNA世界假说。我向来不信RNA是原始生命形态，因为不稳定。原始生命形态应该是某种XNA，兼具稳定性和较灵活的催化能力，后来分化出DNA和RNA分别承担不同功能。因此说RNA的存在是历史原因造成的我觉得是在暗示RNA世界，未必准确。
原教旨的RNA世界假说已经越来越多人质疑了，我支持XNA world假说。
看了眼答案比较多，但似乎都讲得比较杂，我就做个整合和补充吧
先有RNA还是先有DNA和蛋白质？
首先很多回答都提到了RNA是更早的遗传物质。这是为什么呢？生物考试的时候经常遇到的题目就是“所有酶都是蛋白质”，大家错得多了也就记得了，RNA也可以是酶。而RNA又具有和DNA类似的序列，可以存储遗传信息。
那么关于生命起源的假设也得出了——RNA可能才是最初的源起。这个假说很快站住了脚跟，并且为科学界所认可。
但是这终究只是个假说，但有什么证据吗？
已经有科学家尝试用RNA来合成生命，并且得到了可以自己复制进化，并且行使酶功能的RNA，当然这还只是个非常初始的模型，并不能真正实现，只能说RNA确实可能是生命的起源。
也有从最简单的生命体，RNA病毒的角度来研究的，并且猜测这种像RNA病毒一样的生物，是不是当今生物界的最后一位共同祖先（LUCA）。
最近11月份的报道，科学家从陨石上检测的有机化合物中，检测到了类似氨基酸和核苷酸的物质（分别是蛋白质和核酸的组成部分）。而核苷酸中没有检测到属于DNA的脱氧核糖，而是检测到了属于RNA的核糖，这似乎也是一个有力的佐证。
当然，还有的进一步的假说是RNA世界之前还有“前RNA世界”，即RNA的出现还需要其他的前体物质，这就离我们的问题越来越远了，暂且不谈。
多了RNA的作用反而更高效？
乍一看中心法则，好像确实如果大部分生物没了RNA，直接DNA转成蛋白质，那确实还蛮高效的。但是生物的世界的复杂性不是一个中心法则就能概括完的。中心法则只是提炼了其中的精华所在。
这个转录效率的问题，首先从结构看起，mRNA在翻译过程中，也需要发生一个tRNA和mRNA互补配对的过程，而DNA要实现这个过程，就需要打开自己稳定的双链。
这意味着，DNA形成可以稳定遗传给后代的双链就失去了意义了。为了高效表达蛋白，这个双链反复的开开闭闭，这听起来也不咋地有效率。
更何况，DNA除了双链结构，还有核小体（histone）包裹的二级结构，核小体相互结合的三级结构。这要是一层层打开，然后再让蛋白质翻译出来，这感觉不简单。
另一个问题是，mRNA的表达不是高中学的时候，DNA上一个基因转录成mRNA，mRNA再翻译成tRNA这么简单。为了高效利用mRNA，会有很多个核糖体结合上去，同时翻译。
这就像是，你以为中心法则只是一条流水线（核糖体），但其实是几十上百条流水线，看着同一份说明书（mRNA），没日没夜地赶工（翻译），才能保证细胞中蛋白质的需求。
这要是给双链的DNA来做，恐怕有点困难。如果真的就分开了，那DNA的稳定遗传的作用也不复存在了。
顺带一提，原核生物因为没有细胞核，所以可能那头的mRNA正在转录，另一头的mRNA已经开始翻译了。这是因为单细胞生物的外界环境更复杂，它们需要牺牲稳定性，来获取更快的反应时间，来对外界环境做出反应。
而说到细胞核，DNA存在于细胞核里，有着核孔像安检一样把关，其他的物质不能轻易进去，DNA的稳定性也能得到保证。
还要考虑转录调控的问题
除了效率问题，现实的生物体，不管是小如单细胞生物，或者是复杂的哺乳动物，什么时候，什么地方该表达什么基因，都是由准确的调控的，可不是一个中心法则就能讲清楚的。
我们现在来从胰岛素的角度想想，蛋白质是怎么产生的。这可能和你学过的有点不一样。
首先外界刺激，即你刚吃完饭血糖升高，对胰腺细胞产生刺激，信号进入你的细胞（现在还是曾经学过的还记得吗？）。这时会有一堆叫转录因子的蛋白会先行动起来，像快递员一样跑到核里特定的胰岛素基因前面，通知DNA：该表达基因了！
和转录因子一起到来的，可能还有各种各样的蛋白质，或者复杂的复合物，它们或是帮助DNA转录，或者是促进DNA大量表达，各司其职。
这时一个初始的mRNA诞生了！
但这个mRNA还不能开始发生我们熟悉的翻译，它还需要加工，不编码蛋白的内含子被切掉，外显子拼接起来。同时，不同状态下，剪接的流程也不一样：在这个时候可能就加工成A形态的mRNA去翻译，那个时候就加工成B形态的mRNA来翻译，甚至还有C, D, E...各种形态呢！
mRNA上可能还具有一些修饰点缀，比如为了能识别mRNA并且精确的表达，并保证mRNA的稳定，mRNA前面会有一个一连串A碱基组成的“头部”，还会在“尾部”戴上一个标志性的“帽子”。又或者是可能在核苷酸上有一些基团变化，那么在表达的时候也可以出现一些不同。
这个过程中，还包括了各种可能存在的表观遗传的现象：避免错误的表达，DNA不应该表达的地方，会有各种限制，比如：DNA甲基化像个开关一样死死关上，使得转录因子不能结合；核小体会紧密抱团结合起来，致密的DNA复杂结构使得这些地方打不开不能表达等等。
而RNA除了我们知道mRNA、tRNA、rRNA，还有各种各样的非编码RNA（不参与蛋白表达的RNA）执行着调控功能。
在这之后，胰岛素开始翻译，翻译的过程中到了一定的时候，血糖降下来了，新的信号出现了，mRNA会被降解。后面多出来的mRNA会被某些小RNA结合被清理掉。本来结合着那些转录因子快递员们也纷纷结束工作离开基因。而你也大概吃完饭一两个小时了。
而这，还只是复杂的分子过程中的冰山一角。
（其实也给大家简单介绍了分子生物学和表观遗传学的一些内容了）
回到问题：要是只是DNA到蛋白质，这其中的复杂调控可以顺利进行吗？虽然我们会说，想个办法总是可以的嘛。但是，RNA就是大自然给你的办法。
我们确实希望追求一个简单化的规则，比如中心法则，但是又不能因为其简单化，就想当然的以为这些过程可以轻易改变，这个简单的法则后面，可蕴含着好多复杂的东西呢。
这也是未来生物学要努力探究的内容了。
参考资料：
- Wikipedia相关词条
- Furukawa Y, Chikaraishi Y, Ohkouchi N, et al. Extraterrestrial ribose and other sugars in primitive meteorites[J]. Proceedings of the National Academy of Sciences, 2019, 116(49): 24440-24445.
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