宇宙和生命-第1031部分
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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，甚至不需要蛋白质。
在这个系统中（在有史以来最受欢迎的科学书籍之一——
《生命起源的七条线索》中有很精彩的描写），凯恩斯－史密
斯展现了地球生命的两条迥然不同的演化途径。第一步是利用
存在于粘土中的晶体结构产生他所称的“低技术”组织，这种
晶体在当时应该（和现在一样）相当普遍。这些粘土在结构上
虽然远不及DNA分子来得复杂，但却能产生自我复制系统，以
此将信息从一“层”传到下一“层”。这与DNA的复制过程有
着异曲同工之妙。
凯恩斯－史密斯相信，从这种“低技术”开始，渐渐演化
出了结合成有机分子的更为复杂的系统。它有可能就像米勒、
尤里和其他人主张的那样，是在早期的地球上产生的，或者也
有可能从另一个已有生命的世界远道而来。这些不甚复杂的结
构经过漫长的时间，进化到今天这种包含了DNA、RNA和蛋白
质的“高技术”组织，从而促成了目前这样通过自然选择不断
进化的遗传机制。凯恩斯－史密斯把从“低技术”迈向“高技
术”的转折点称为“１号基因”诞生。自此之后，地球上生命
的进一步发展都以其为原始模板。这种理论超越了达尔文的生
命起源于“温暖的小池塘”的假说，将我们引向一个甚至不是
有机物的共同祖先。
凯恩斯－史密斯的想法相当大胆，它处在人们通常接纳的
科学范畴的边缘，但事实上它并不见得比RNA世界假说更令人
惊讶，而且也有相当多的证据支持它。关于通往“生命”之途
的最终思考与这两个过程都有联系。
图 6 粘土的“复制”
化石记录告诉我们，在很久以前地球上就开始出现生命了。
1980年，在澳大利亚的沙漠中发现了一种名叫叠层岩或“活石
头”的生物化石，这种生物大约生活在35亿年前，在过去16年
中它一直被视为地球上最古老的生命形式。然而，在1996年底，
圣迭戈斯克里普斯海洋学研究院的科学家们又将这一时间往回
推了一些，他们成功地分离出一种碳的同位素的混合物⑧。据称
这种同位素是由38亿年前的生物产生的。我们知道，地球上的
环境是在大约40亿年前才开始变得适宜生物形成的，所以，这
样看来，在此之后仅仅过了几亿年时间，最简单的生命就已经
出现了。
当然，所有这些并没有给出在地球外的其他行星上也有生
命进化的证据，但它至少向我们表明，一旦有合适的条件生命
就会出现。卡尔·；萨根曾经写道：“现有的证据充分表明，只
要给出初始条件和10亿年的演化时间，就应该会出现生命。在
适宜的行星上产生生命似乎构成了宇宙化学的一部分。”他在
这里所描述的就是自组织原理。
最近的研究表明，某些物理或化学系统可以自发地从较简
单的状态跃变为高度复杂或高度有组织的结构。有些人认为这
种组织原理是“反熵”（一种从有序转化为无序的过程之逆过
程）的一种表现，而且有可能与生命有着某种神秘的联系。
熵是一个系统中的“无序程度”，在自然界中它总是增长
的——放着的水果会渐渐腐败，它的细胞分解开来，“干净”、
“有组织”的新鲜水果就变成了一堆无组织的物质。据信自组
织原理是宇宙中熵不断增长这一趋势的逆过程。由此看来，由
太空中的简单分子或“低技术”无机系统发展出有机分子；尔
后又由这些有机分子最终形成生命的可能性就大大增加了。
由于宾夕法尼亚州立大学的物理学家斯莫林（Lee Smolin）
教授最近的一项提议，生物学界和物理学界正陷入一场激烈的
辩论之中。引起这场骚动的具体原由是斯莫林教授提出，宇宙
也有可能像生命那样通过达尔文的自然选择而演化。他称这项
原理为“宇宙学选择”。按照这一理论，我们所处的宇宙乃是
从时间开端以来一直在演化着的一系列宇宙中年代最近的一个。
更有甚者，我们宇宙中的生命则是黑洞的副产品。在这个达尔
文式的系统中，黑洞的创生乃是真正的动力，斯莫林指出这样
说的依据是：一个宇宙拥有的黑洞数量越多，这个宇宙就越稳
定。
不过最值得注意的是，该理论表明只有存在碳的宇宙才有
可能形成黑洞。根据宇宙学选择理论，生命恰巧也依赖于碳纯
粹只是一种巧合。＇3＇
很显然，要找到生命起源——甚至只是找到地球上生命起
源的确切答案仍有很长一段路要走。假若我们在不久的将来真
能有幸研究外星生命，这就能使我们有更多的机会揭开简单生
命在地球或其他地方发生发展的奥秘。不论最后究竟会是哪一
种理论获胜，也不论最终的解答是本书中已经提及的或是至今
尚未出现的，要解开这个科学史上最大的疑谜之一，找到切实
的证据把现时尚属臆测的想法变为真实的答案，我们要做的工
作还很多很多。
_________
①这自然引起
