宇宙和生命-第749章

按键盘上方向键 ← 或 → 可快速上下翻页，按键盘上的 Enter 键可回到本书目录页，按键盘上方向键 ↑ 可回到本页顶部！
————未阅读完？加入书签已便下次继续阅读！



　　来构造蛋白质。

　　整个过程也可以看成工厂中的一条生产线。DNA将“引物

　　核苷酸”——一种体内已预先制备好的有机大分子——正确地

　　连接起来制造出更多的DNA和RNA。用我们的类比来看，引物

　　核苷酸就像是机器的许多小部件，这些部件可以在机械车间的

　　装配线上拼装在一起。要完成这项工作，DNA还必须使用酶。

　　酶是另一种有机分子（蛋白质），它能促成某些化学反应的进

　　行（加快反应的速度，也就是说，它们是生化催化剂）。RNA

　　将DNA的设计指令转送到核糖体，核糖体用较为简单一些的化

　　合物（氨基酸）来制造蛋白质。利用这些蛋白质又可以制造出

　　更多的DNA、RNA和其他大分子，同时另一部分蛋白质以酶的

　　形式共同参与到细胞乃至整个生命体的维持运作中（包括所有

　　以上这些过程）。

　　图　4　DNA如何制造蛋白质

　　这可是一条自给自足的生产线。大脑是公司的总裁，每个

　　细胞的细胞核就是一个生产车间，而这些大分子则是机器，所

　　有的机器和它们的产品是用同样的零件制造出来的。这一切的

　　一切都由我们吃的食物来提供能量。车间由我们呼吸的空气来

　　通风，所有的过程都在水（或一种似水的溶液）中完成⑤。

　　整个过程相当清晰。它展现了生命维持自身运作的机理。

　　但是，在这个生命循环的生化过程中是否有些问题呢？想一下

　　生命的基本要素：生命的定义是能够复制并将变异的信息一代

　　代传下去或通过自然选择而进化的实体。进化是通过复制过程

　　中的遗传变异来实现的。遗传密码由DNA携带，DNA是在细胞

　　内利用RNA生产蛋白质的某种生化过程中产生的。不过，我们

　　陷入了一个左右为难的困境，如果说进化对“生命”乃是必不

　　可少的，而这个过程本身又要求一系列相当复杂的变化，那么

　　生命最初是如何产生的呢？从另一个角度来看，所有能够进化

　　的实体（按我们的定义就是“活的”）都要具有足够复杂的结

　　构来运作自身的遗传机制，从而实现进化过程——即便最简单

　　的细菌也是如此（这就是为什么细菌被认为是有生命的原因）。

　　但一种实体在没有进化的情况下又是如何变得如此复杂的呢？

　　它究竟是怎么开始攀上这进化之梯的呢？这是出名的“先有鸡

　　还是先有蛋”之类令人进退维谷的难题。幸运的是，这个看来

　　无法解答的谜却是有答案的。

　　直至17世纪，所有关于生命起源的思想都深深扎根于宗教

　　而不是自然哲学（现代科学的先驱）的基础上。神被视为所有

　　生命的缔造者；人类是由神通过一种无法（或是不该）了解的

　　神圣方法创造出来的。随着时光的推移，先后出现了一些试图

　　解释其中奥秘的理论。

　　“自然发生论”是最早的理论之一。从很久以前，人们就

　　注意到一些有机物，特别是像奶酪和面包这样的食物，表面常

　　常会无缘无故地长出生命来。例如，一块放置了几天的奶酪上

　　会长出霉茵来。同样的现象也会发生在面包和熟透了的水果上。

　　由此就引出了生命会“自然”产生的想法。

　　一直到1860年，这种想法的势头才得以遏制。巴斯德（Louis

　　Pasteur）证明如果将这些东西装入密封容器中，　它们并不会长

　　出真菌或其他可见的薄膜。即使面对这样的事实，那些“自然

　　发生论”的支持者们仍辩称，巴斯德只是证明了面包或奶酪上

　　自然产生的生命由于缺少空气而窒息并停止生长罢了。巴斯德

　　于是又接着说明真菌或细菌的生长是由于空气中不可见的孢子

　　或微生物引起的。有机物表面出现的那种生命形式正是细菌或

　　真菌的菌落生长到了肉眼可以观察到的地步，而空气、合适的

　　湿度和可靠的食物来源也都是促成这一切发生的必要条件。

　　几乎就在巴斯德的研究成果发表之际，自然发生论的丧钟

　　敲响了——达尔文（Charles　Darwin）和华菜士（Alfred　Russel

　　Wallace）几乎同时创建了自然选择的进化理论。在他的革命性

　　著作《物种起源》中，达尔文证明了生物是如何在一个漫长的

　　时期中，从简单进化到复杂，而且尽管奶酪上的生物非常简单，

　　它们决不是随意突然地产生的。鉴于当时的宗教敏感性，达尔

　　文在《物种起源》中并没有推测生命在地球上产生而不必借助

　　神的力量。他在书中写道：“造物主”呼出了“一种或几种生

　　命”。然而，当私下里与他的朋友和同事胡克尔（Joseph　Hooker）

　　通信时，达尔文表达了自己真实的想法——生命从化学中产生：

　　“从充满了氨、硫酸盐、光、热、电等等所有这一切的某些温

　　暖的小池塘中诞生。”

　　自然哲学家试图依据早期的实验以自然发生论来诠释地球

　　乃至其他星球的生命起源。但是，所有的生命都必须经历进化

　　过程，从定义上来说都要在自然选择法则的支配下运作——它

　　们要卷入代代相传的遗传变异，并且必须变得复杂到能够参与

　　这种过程。虽然我们面临着“先有鸡还是先有蛋？”的问题，

　　自然发生论却不是这个问题的答案，它只是一条死胡同。

　　有一种避开了这一起源问题的理论叫做“胚种说”。它主

　　要由瑞典化学家阿雷尼乌斯（Svante　August　Arrhenius）　之倡导

　　而在19世纪大为流行。阿雷尼乌斯认为生命是从外层空间以孢

　　子的形式传到地球上的，他的这种理论得到当时多位著名科学

　　家的支持，其中包括杰出的物理学家亥姆霍兹（Hermann　von　Helmholtz）

　　和开尔文勋爵（Lord　Kelvin）。从详细的模型中可以看到，　胚

　　种说提出“生命的种子”从一颗行星传至另一颗行星，当某颗

　　行星演化到适宜于生命时，生命就会开始出现。

　　根据胚种说支持者的说法，地球上的生命是在大约35亿至

　　40亿年前，生命种子或孢子来到地球以后开始出现的。当时地

　　球上已经形成了适合这些“种子”生长和进化的大气层和地面

　　环境。

　　迄今为止，这种理论仍相当有争议。现代胚种说的积极支

　　持者霍伊尔（Fred　Hoyle）　和维克拉马辛在过去几十年内一直

　　不懈地进行着论证，而且事实上也没有任何科学推理可以证明

　　这是不可能的。　即便艾伦山84001是第一块被发现含有生物化

　　石的火星岩石，它无论如何也决不是唯一含有有机物质的陨石。

　　我们已经从坠落在地球上的岩石中发现过大量不同的复杂有机

　　分子。这些岩石中有一部分是从太阳系外历经数千万年来到这

　　里的。就像彗星一样，从其他恒星的行星系统中诞生（虽然不

　　常如此），并踏上漫漫旅程前来此地⑥。

　　胚种说的一个疑点在于：细菌作为最简单的生命，经受不

　　住宇宙中以百万年计的漫长旅行。不过，新的证据却使持此疑

　　问的反对者失去了优势。

　　近几年的研究表明，细菌可以在地球上一些环境非常恶劣

　　的地方生存。10年前，科学家在活火山口附近发现了细菌的生

　　长。类似的情况也出现在其他地方。在热泉和南北两极的荒漠

　　地带也都有能够忍受极端温度的细菌的影踪。更有甚者，在核

　　反应堆通风口处也有生命在繁茂生长。不过，这些比起1996年

　　的一项发现来说却又算不了什么了。一群科学家在美国东海岸

　　的海床上钻了一个深洞后惊奇地发现，在水下11　000英尺（约

　　3350米）的沉积物下面2500尺（约760米）　的地方也有细菌存

　　在。

　　很难想象科学家们当时震惊的样子。几乎所有地面上的生

　　物都不能承受海平面以下13　000英尺（约4000米）处的环境。

　　那里的温度大约是170℃，而且压力约是地面上的400倍。虽然

　　这与星际空间中几乎毫无大气压力、并且处在绝对零度（…273

　　℃或0Ｋ）边缘的环境不完全相同，但这无疑同样是很严酷的

　　条件。没有理由说，能够在地表以下13　000英尺（约4000米）

　　处的恶劣条件下生存的细菌，如果在一颗彗星或流星体的中心

　　部分静静地处于休眠状态的话，就一定不能忍受太空中的环境。

　　然而，完全没有必要在“是否可能”这上点上大费周章。

　　在前面的章节里我已说过，DNA和RNA是由一种叫做“引物核

　　苷酸”的大型有机分子或生化物质产生的，“引物核苷酸”镶

　　嵌在一起形成更坚实的单元，它们制造出DNA和RNA的组成部

　　分。有些人认为这种较为简单的“生命前”单元（作为生命前

　　驱的大型有机分子，但其自身并不是“活的”）可以承受星际

　　之旅）将生命之种传播到地球上。

　　这次生命之旅的出发点可能是我们这个太阳系中的某处——

　　也许是火星，假如那里确实先于地球有过生命。要不然，它也

　　可能是从许多光年以外比我们太阳系先有生命的另一个行星系

　　统出发，长途跋涉才来到这里。

　　尽管恒星之间相距遥远，封闭在彗星或流星体中的有机物

　　质往往要在太空中漂泊数百万年，但是生命通过这种方式传播

　　到地球的可能性依然存在。最近的估计表明宇宙的年龄大约是

　　150亿年，而地球上最早出现生命的时间是35亿～40亿年前。

　　可见，　从大爆炸到地球上首次出现生命之间至少有100亿年的

　　时间。很有可能在银河系或其他星系中有某个行星系统比我们

　　的太阳系形成和冷却得稍早一些，如果生命在那里开始进化，

　　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