宇宙和生命-第916部分

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　　哪怕只比这里早了1％，也会给生命之种数千万年的时间飞抵地

　　球。

　　20世纪70年代，一群加拿大和英国科学家在胚种说的基础

　　上提出了一种更精致的思想，称为“生命云”理论。这种理论

　　展示了星际尘埃云中含有的有机化学成分如何反应生成核糖体

　　和蛋白质。按照这种理论，当行星穿越这样的云时，生命之种

　　的传播就完成了，一旦行星上的环境变得适宜，生命就开始繁

　　盛起来。他们认为地球很有可能在35亿～40亿年前曾穿越过这

　　样的星云。

　　基于“胚种说”的种种可能的理论都非常有趣，也没有什

　　么科学依据可以完全否定地球生命源于某个遥远世界的假设，

　　但是它同样无法解开生命的起源之谜。这些理论就像移动球门

　　柱一样，将问题的重心转移了一下而已。就算“胚种说”是正

　　确的，它确实解释了地球生命的起源，但老问题仍未解决：生

　　命究竟是怎样在它第一次出现的地方产生的呢？

　　不管某一天“胚种说”会被证实为对或错，如果我们要认

　　真地探究生命起源的话，就应该先把它放在一边。取而代之的

　　是，让我们暂且假设地球上的生命不是来自其他地方，而是在

　　当时的环境条件下，通过某种途径自行产生的。那么，它会是

　　如何产生的呢？

　　1936年，俄国生物学家奥巴林（Aleksandr　Ivanovich）在《

　　生命的起源》一书中首次尝试描述含简单化合物的溶液如何通

　　过一系列生物化学反应形成非常复杂的分子结构。在那本书中，

　　奥巴林提出原始的生物有可能是从已有的有机物中产生的，而

　　那些有机物又是由更为简单的化合物自然形成的。这样，他真

　　正开始将达尔文的进化论放入前生命系统之中。尽管奥巴林可

　　以在实验室中用精密的实验来证实他的构想，但不足为奇，他

　　在当时受到了全体宗教思想家和科学家的怀疑。不过，他的理

　　论得到了英国大生物学家霍尔丹（John　Haldane）的支持。霍尔

　　丹是第一位提出在原始海洋中发现的某些有机化合物或许能合

　　成某种可自我复制的物质形式的科学家。他认为富氢的大气环

　　境会大有帮助，这一系列条件称为“还原性大气”⑥。

　　20世纪40年代和50年代中，认为生命起源于大气中含氢的

　　原始地球的想法相当盛行，并且由于1953年两位美国化学家米

　　勒（Stanley　Lloyd　Miller）和尤里（Harold　Clayton　Urey）　进行的

　　有些传奇色彩的实验而得到了长足的发展。

　　1953年4月，　全世界都为克里克和沃森所揭示的DNA分子

　　“双螺旋”结构所震惊。一时间，关于生命的话题以及如何利

　　用科学技术手段来揭开遗传和进化之谜的各种讨论成为新闻的

　　焦点。在这样的环境下，一个月之后，也就是1953年5月，　米

　　勒和尤里公布了他们的革命性发现。

　　按照试验计划，米勒和尤里决定要验证一下奥巴林和霍尔

　　丹的理论。他们在实验室中做了一个假想生命出现时地球环境

　　的模拟实验。首先将氢、水、甲烷和氨混合成某种气体（为了

　　和史前地球大气的成分相吻合），然后模拟闪电，让这些混合

　　物经受一星期的放电反应。

　　一周之后，他们得到了令人吃惊的结果。在烧瓶底部的红

　　褐色沉淀物中发现了大量的有机化合物。其中包括多种有机酸

　　（脂肪酸和羟基酸）和尿素，此外还有一系列与糖的结构相似

　　的化合物。进一步的研究表明，这种方法可以产生大量生命必

　　需的分子。

　　有了第一次的成功之后，这两位科学家又在先前那种混合

　　气体中加入火山气体中含有的一种简单分子——氰化氢（HCN）。

　　这样，他们最重要的发现诞生了。在沉淀物中出现了氨基酸，

　　它在生物化学反应中起着重要的作用，是生命起源绝对不可缺

　　少的成分。

　　图　5　米勒和尤里的实验

　　自然界中有20种不同的氨基酸，它们能以多种多样的方式

　　形成蛋自质，其中也包括参与形成（组成DNA和RNA的）核苷

　　酸的酶。简单他说，氨基酸是生命的基本砌块，是一种在细胞

　　所有活动中都据关键地位的分子。米勒和尤里在烧瓶中总共发

　　现了不下8种的氨基酸。

　　他们得出的结论是，形成生命的各种分子完全有可能是在

　　地球大气中孕育而成的。最近，米勒更是声称形成足够复杂的

　　结构并产生活细胞的过程大约只要１万年。米勒不顾那些宣称

　　地球生命是宇宙中唯一生命的反对言论，而根据自己的实验结

　　果非常肯定地认为，如果有适宜的环境条件以及恰当的化学混

　　合物，任何一颗行星上就都可以产生生命。

　　8年后，米勒和尤里的研究结果得到了进一步的支持。1961

　　年，在休斯顿大学工作的生物化学家奥罗（Juan　Oro）　尝试用

　　更简单的化合物形成氨基酸。他只采用了米勒和尤里当时用的

　　混合物中的两种成分——氰化氢和氨。结果令他惊奇的是，产

　　生物中除了大量不同的氨基酸外，还有许多腺嘌呤（DNA和RNA

　　的4种基本组成成分之一）。　腺嘌呤同时还是在所有生物的所

　　有细胞活动中提供能量的主要分子腺苷三磷酸（ATP）的组成

　　部分。

　　但是，米勒－尤里模型以及所有相关的后续尝试都存在着

　　一个缺陷。这种缺陷近来更是引起了对基于这些实验的地球生

　　命起源解释的怀疑。在实验时有一个默认的假设，即早期地球

　　大气中含有高浓度的氢和低浓度的氧。现在看来，这种假设是

　　完全错误的。

　　早期地球大气中非但没有米勒－尤里实验（采用富氢混合

　　物）中所有的分子种类，而且地球大气似乎也从未如此稀薄过。

　　我们并不能因此就说尤里和其他一些人所描述的机制不可能发

　　生，不过，它的确给这种早期地球上产生氨基酸的理论敲了警

　　钟。

　　此外，许多陨石中都含有大量与实验结果相同的氨基酸。

　　这使许多评论家更加相信，这些生命之砖在大约40亿年前来到

　　地球，并逐渐演变发展到今天的地步。

　　就像我先前说过的那样，不论哪种过程是正确的，我们的

　　问题仍未解开。简单的氨基酸究竟是如何发展成为生物学物质

　　或简单的生命物质，并进而形成一个自我维持的生态系统——

　　共同生活在地球上的各种各样的生物呢？其中的难点并不完全

　　在于氨基酸如何一步步地形成蛋白质，最后产生像RNA那样的

　　大分子（当然这个转变过程也不应该被忽略）；真正的难解之

　　处在于“无生命的”或前生命的分子（如RNA）是如何发展到

　　一个具有进化能力的系统（如细菌）的。事实上，这才是吸引

　　众多生物化学家和进化生物学家的科学前沿，他们希望彻底揭

　　开生命在地球或其他地方进化发展的奥秘。

　　目前有两种试图解释从前生命系统到生物学系统之转变如

　　何发生的理论。第一种叫做“RNA世界假说”。这一假说是在

　　20世纪60年代后期，由生物化学家沃斯（Carl　Woese）、　克里

　　克和奥格尔（Leslie　Orgel）首次提出的。　他们和当时的其他研

　　究者一样，都注意到了这一转变中一个基本的佯谬——制造DNA

　　和RNA要有蛋白质，而只有DNA和RNA中具有正确的核苷酸序

　　列才能制造出蛋白质。面对这样的情况，我们要么假设蛋白质

　　和DNA、RNA在早期地球上是同时产生的，要么找出一种理论

　　来解释如果两者之中先出现某一种的话，会如何导致生命创生。

　　这些科学家的回答是：在整个过程启动的时候，可能有某

　　种尚不清楚的机制少量地产生了某种类型的RNA。他们猜想这

　　种RNA具有比今天的RNA更多的功能。它或许可以在不存在蛋

　　白质（也许是利用自身结构中的蛋白质）的情况下进行复制（

　　产生其自身的拷贝），而且还能在产生蛋白质的过程中起到催

　　化作用。

　　乍一看，这似乎是不可能的。先前我们已经看到，如今在

　　每个生命的每个细胞中进行的过程是何等复杂，它需要大量各

　　式各样的重要有机分子的共同参与。这个运作系统中包括DNA

　　和RNA，还有既是原材料又是催化剂的蛋白质（起催化作用的

　　蛋白质称为“酶”）。显然，这种理论中所假设的是一种结构

　　上近似RNA，但更加复杂、具有更多功能的分子。

　　自从30多年前提出这种理论之后，科学家已在这一领域中

　　进行了大量的研究工作。1983年，在科罗拉多大学工作的切赫

　　（Thomas　Cech）和耶鲁大学的阿尔特曼（Sidney　Altman）独立

　　发现了一组他们称之为“核糖酶”的分子——一种RNA催化剂，

　　或者说由RNA形成的酶（核糖酶在英语中称为ribozymes，其中

　　ribo…代表核糖核酸（ribonucleic　acid）或RNA，…zymes则是酶（enzymes）

　　的后半部分）。尽管这一发现大大支持了“RNA世界假说”，

　　但是仍没有迹象表明有哪种RNA曾经执行过而如今已不再执行

　　另一项实质性的任务——自我复制。

　　当一部分生物化学家专注地寻找那些特异分子（它们能够

　　完成通常由DNA实施的功能）时，另一部分人也努力尝试着从

　　其他途径找到问题的答案。其主要思想是：原始地球上的RNA、

　　DNA和酶与今天的不同。换句话说，就是希望我们能接受分子

　　也在某种意义上进化的观念。

　　这种观点看起来也不算很牵强附会。一条潜在的原则是，

　　原始的DNA需要原始的RNA和简单形式的酶来催化当时的生物

　　化学进程。如果事实果真如此，那么有可能早期RNA的部分功

　　能已渐渐被其他更适合的分子取代了。而且据估计，催化剂（

　　加快反应速度的化学成分）的角色也可能在相同环境下已由某

　　种无机物质替代了。⑦

　　由于没有切实的证据，也没有人成功地制造出能自我复制

　　的RNA分子，这种理论迄今仍只是地球生命起源众多可能解释

　　中的一种罢了。

　　另一些有力的竞争者将非生命物质到生命物质的飞跃建立

　　在一种完全不同而很有争议的理论上。

　　在克里克、奥格尔和沃斯形成RNA世界假说的同时、另一

　　位生物化学家——格拉斯哥大学的凯恩斯－史密斯（A。　Graham

　　Cairns…Smith）提出了一种令人耳目一新的革命性观点。他认为

　　导致生命形成的有机物最初是从无机物质演化而来的。

　　起初，这听起来有些令人咋舌。毕竟，对于我们大多数人

　　来说，无机物和有机物之间是存在着巨大差异的。一切生命都

　　是有机的，当然包括我们的所有食物在内。遍布全球的森林、

　　动物、植物全都是有机的。而像岩石和组成大气的气体等一般

　　视为“无生命”的东西则均是无机物。

　　尽管碳具有一些与众不同的特性，但对于化学家而言也只

　　不过是元素周期表中100多个元素之一员，　况且有机物（常常

　　与“有生命的”相联系）与无机物（总是与“无生命的”联系

　　着）之间的界限实际上是一个概念问题。

　　凯恩斯－史密斯指出，就像利用DNA和RNA的生物化学系

　　统一样，复杂的无机系统也可以复制和传递信息——虽然是以

　　简单得多的方式。让我们回顾一下现代生物圈的运转过程，DNA

　　携带着一整套复杂得令人难以置信的复制蓝图——遗传密码。

　　我们已详加讨论的RNA和蛋白质则为此各司其职。现在，凯恩

　　斯－史密斯提出的全新观点却是：40亿年前某种更简单的系统

　　在运转，它最初并不需要DNA和RNA，甚至不需要蛋