邵峰

45.5億年前，剛剛成形的太陽系一片混亂。當(dāng)時(shí)的地球頻遭系內(nèi)小行星狂轟濫炸，是一顆熾熱的行星，根本不適宜生物生存。此后的十億年間，太陽系逐漸穩(wěn)定下來，地球表面的環(huán)境也變得越來越適宜微生物生存。今天，生命已經(jīng)遍布地球。那么，是什么導(dǎo)致了生命誕生在地球上？

生命并不神秘

科學(xué)界目前公認(rèn)的最古老的生物化石形成于35億年前，是一種類似現(xiàn)代細(xì)菌的單細(xì)胞微生物。作為生命的基本單元，細(xì)胞有三大特征：細(xì)胞膜、新陳代謝和基因。這些特征的主要成分也已經(jīng)明晰：細(xì)胞膜的主要成分是脂類;新陳代謝的實(shí)施者主要是各種酶（蛋白質(zhì)）;基因則由核苷酸鏈構(gòu)成。

史丹利·米勒和他設(shè)計(jì)的米勒實(shí)驗(yàn)。

20世紀(jì)50年代，一名叫作史丹利·米勒的科學(xué)家在甲烷、氨氣和氫氣組成的混合氣體中進(jìn)行放電實(shí)驗(yàn)，結(jié)果得到了甘氨酸和丙氨酸等氨基酸，這個(gè)實(shí)驗(yàn)也被稱為“米勒實(shí)驗(yàn)”。在他之后，另一些科學(xué)家用不同的簡(jiǎn)單化合物進(jìn)行了類似實(shí)驗(yàn)，合成了包括糖和脫氧核糖核酸等在內(nèi)的更復(fù)雜有機(jī)物。

2001年，科學(xué)家發(fā)現(xiàn)，在蒙脫石的催化和160℃的高溫下，甲酰胺（宇宙中的一種常見有機(jī)物）能形成構(gòu)成RNA（核糖核酸）的基礎(chǔ)成分。不僅如此，甲酰胺在其他條件下還能形成氨基酸。此外，在含有紫外線、水、熱源和簡(jiǎn)單化合物的環(huán)境中，氨基氰（也是一種常見有機(jī)物）可以生成核苷酸、氨基酸和脂類的前驅(qū)物。無數(shù)實(shí)驗(yàn)告訴人們：生命并不神秘，因?yàn)闃?gòu)筑生命的“材料”在大自然中隨處可見。

哪個(gè)特征最早出現(xiàn)？

因?yàn)榧?xì)胞的三大特征十分復(fù)雜，所以許多科學(xué)家認(rèn)為三者并非同時(shí)形成。因此，肯定是最先出現(xiàn)的那個(gè)特征創(chuàng)造出了其他兩個(gè)特征。

一種早期觀點(diǎn)認(rèn)為，蛋白質(zhì)在細(xì)胞中發(fā)揮著舉足輕重的作用，因此蛋白質(zhì)很可能最先出現(xiàn)。20世紀(jì)50年代，美國生化學(xué)家?？怂拱l(fā)現(xiàn)，加熱氨基酸可以得到類似蛋白質(zhì)的肽鏈分子，進(jìn)而形成類似細(xì)胞的球體。這種分子可以催化某些化學(xué)反應(yīng)。他將其稱為“類蛋白質(zhì)”。然而，類蛋白質(zhì)能夠?qū)崿F(xiàn)的功能也僅限于此，并未展現(xiàn)出更多可能性。

因?yàn)榛蜇?fù)責(zé)指導(dǎo)細(xì)胞合成蛋白質(zhì)，所以基因先出現(xiàn)也是有可能的。近年來，許多科學(xué)家開始關(guān)注“RNA世界假說”，也就是說地球歷史上曾經(jīng)存在一個(gè)只有RNA分子的時(shí)期。和DNA一樣，RNA也能攜帶基因，并且某些RNA也具有一定的催化化學(xué)反應(yīng)的能力，這意味著最初的RNA分子或許能夠催化復(fù)制自身的化學(xué)反應(yīng)，并促使生命誕生。不過，科學(xué)家用了幾十年時(shí)間，也沒能合成這個(gè)被稱為“分子生物學(xué)之夢(mèng)”的RNA分子。

細(xì)胞膜為細(xì)胞提供穩(wěn)定的內(nèi)環(huán)境。那么，有沒有可能細(xì)胞膜最先形成？20世紀(jì)70年代，一位美國科學(xué)家發(fā)現(xiàn)。在水中加入氨基氰和甘油這兩種簡(jiǎn)單化合物，并將溶液加熱至65℃，可以得到類似細(xì)胞膜磷脂層的結(jié)構(gòu)。隨后，科學(xué)家將這些物質(zhì)置于鹽水中并充分搖晃，得到了具有雙磷脂層的球形結(jié)構(gòu)——和細(xì)胞膜的結(jié)構(gòu)一樣。這個(gè)實(shí)驗(yàn)表明，常見化合物組合在并不苛刻的條件下可以自發(fā)形成細(xì)胞膜。但負(fù)責(zé)該實(shí)驗(yàn)的科學(xué)家也表示。細(xì)胞膜無法完成基因的工作，也無法構(gòu)成酶。因此。即便細(xì)胞膜最先形成，也無法自我復(fù)制。

在細(xì)胞的三大特征中。哪個(gè)特征最先出現(xiàn)？

三者可能同時(shí)出現(xiàn)

在尋找“原始生命物質(zhì)”的過程中不斷受挫，讓一些科學(xué)家開始反思：細(xì)胞就如同汽車，兩者都是有機(jī)的整體，但汽車底盤不會(huì)自動(dòng)形成輪胎和發(fā)動(dòng)機(jī)，因此，細(xì)胞中的一種物質(zhì)創(chuàng)造其他物質(zhì)的可能性應(yīng)該也不大。

因?yàn)榧?xì)胞的三大特征都可以通過簡(jiǎn)單的碳基化學(xué)反應(yīng)實(shí)現(xiàn)，所以一些科學(xué)家大膽提出：生命誕生之初就集齊了細(xì)胞形成所需的所有要素。這種觀點(diǎn)被稱為“同時(shí)生成論”。在脂類、RNA和蛋白質(zhì)共同存在的情況下，三者能夠互相配合，保持彼此穩(wěn)定：脂類形成的細(xì)胞膜結(jié)構(gòu)有助于RNA和蛋白質(zhì)形成，并幫助RNA復(fù)制，RNA則負(fù)責(zé)保持細(xì)胞膜的穩(wěn)定。三者如果同時(shí)形成，生命會(huì)有更大概率存活下來。

誕生于實(shí)驗(yàn)室的“始細(xì)胞”。

最初的生命可能誕生自火山附近的地?zé)岢亍?/p>

2003年.美國科學(xué)家用脂類搭建出了多個(gè)始細(xì)胞，其內(nèi)部能夠包裹RNA分子。在蒙脫石分子的幫助下，這些始細(xì)胞的形成速度非?？?，而蒙脫石本身也會(huì)和RNA分子一起被包裹在始細(xì)胞中。包含RNA越多的始細(xì)胞長得越大，這些始細(xì)胞之間存在競(jìng)爭(zhēng)。不僅如此。這些始細(xì)胞還能自我復(fù)制RNA，并分裂形成后代。這表明細(xì)胞的生長和復(fù)制可以依靠簡(jiǎn)單的化學(xué)物理反應(yīng)進(jìn)行。

“同時(shí)生成論”唯一無法解釋的是新陳代謝。新陳代謝不像其他兩個(gè)特征可以有簡(jiǎn)化版本，而是必須包含完整的化學(xué)反應(yīng)過程?，F(xiàn)代生物的新陳代謝由大量蛋白酶精準(zhǔn)調(diào)控，第一個(gè)細(xì)胞不可能具備這樣復(fù)雜的調(diào)控系統(tǒng)。不過，近年來科學(xué)家開始尋找如何不依靠蛋白質(zhì)完成新陳代謝。研究表明，新陳代謝的許多重要化學(xué)反應(yīng)可以在鐵等金屬元素（往往還有硫元素參與）的幫助下完成。這無疑是個(gè)振奮人心的消息，因?yàn)榈貧じ缓F元素。

如果“同時(shí)生成論”是正確的，那么我們就能大致描繪出地球生命搖籃的環(huán)境。目前始細(xì)胞研究中涉及的大部分反應(yīng)都需要紫外線參與，一些關(guān)鍵的反應(yīng)步驟需要干燥條件。這表明，要讓生命自發(fā)形成，首先要有固體礦物表面，最好還能有蒙脫石等黏土礦物，然后需要日照來提供一定量的紫外線輻射。環(huán)境溫度不能太低，否則水無法周期性蒸發(fā)，也就無法形成干燥條件。一些支持“同時(shí)生成論”的科學(xué)家認(rèn)為，生命最初形成于化合物豐富的池塘中，比如有小溪流經(jīng)的隕石坑，或位于火山區(qū)域的溫暖的地?zé)岢亍?/p>

雖然“同時(shí)生成論”得到了許多科學(xué)家的支持，但依然有許多問題有待解答。也許，生命起源的真相遠(yuǎn)比我們想象的更復(fù)雜。

隕石補(bǔ)充生命原料

構(gòu)成生命的三大基礎(chǔ)物質(zhì)一核苷酸、蛋白質(zhì)和脂類互相之間差異巨大，因此不少科學(xué)家認(rèn)為，三者不可能同時(shí)生成于同一個(gè)環(huán)境中。不過，隕石可能為生命最初誕生的“原始湯”中補(bǔ)充了必要的生命原料。

2012年發(fā)現(xiàn)于南極地表的“明日香12236”隕石（簡(jiǎn)稱12236）形成于至少45億年前的某次小行星相互撞擊事件?？茖W(xué)家在12236樣本內(nèi)部發(fā)現(xiàn)了包括甘氨酸、丙氨酸、絲氨酸和谷氨酸在內(nèi)的多種氨基酸，其含量甚至是之前一塊名為“巴黎”的隕石氨基酸含量的2倍。

科學(xué)家猜測(cè)，12236的母體小行星為氨基酸的合成提供了完美條件。12236的母體小行星中含有的放射性元素在衰變過程中釋放的熱量融化了小行星上的一些冰，導(dǎo)致適量水滲入小行星內(nèi)部?？茖W(xué)家相信，12236很可能來自一顆小行星溫度較低的外層區(qū)域，這里的溫度和水分剛好符合氯基酸形成所需的條件。