地外文明探秘-第7章
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（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
