原始生命和原始生物的区别

第三十章　生命的起源

关于地球上生命的起源有许多种理论，现在最流行的或者说权威的理论是生命的化学进化论。是1924年时由苏联生化学家奥帕林提出的，与他提出了类似观点的是英国生物学家霍尔丹。我们现在要讲述的主要就是这个理论。

—生命起源的第一步：从无机物到有机物—

讲生命的起源还得从地球的形成说起。

我们前面讲过了地球形成的过程，地球诞生于约45亿年以前，最开始是一团原始的“均质体”，后来由于受到宇宙间天体的撞击，内部逐渐变热，直达约2000℃。这时候，地球整个成为了熔岩状，由于熔岩的分层活动，冷却后就形成了地球现在大致的分层结构：核心是地核，中间是地幔，最上层是地壳。这是距今大约40亿年前的事。

此后就是地球大气的起源了。这时候年轻的地球还刚刚形成，是非常不稳定的，到处是喷泉一样的眼孔，不停地向空中喷射出各种气体。例如水汽、一氧化碳、二氧化碳、甲烷、氯气、硫化物、氮气、氨气、氢、氦等。这些被喷出来的气体在空中游荡了一阵后，又渐渐地发生了变化。例如水汽冷却下来后就凝结成液态水。久之，大气中主要的组成部分就成了一氧化碳、水汽、甲烷、氨、氢等。我们可以看到，这时候空气中还没有或者极少氧气，这种大气被称为“还原性大气”。

这时，下面关键性的一步又来了。我们知道，这个原始的地球大气内无疑经常有许多剧烈的现象发生，例如闪电、暴风等。更为重要的是，有一种东西正在猛烈地作用着大气，这就是紫外线。

要知道太阳能的主要组成部分之一就是紫外线，每时每刻都有巨量的紫外线射向地球。紫外线虽然对现在已经形成的生命有破坏作用，是生命之杀手，然而它对于原始的大气却不是这样，是提供给原始大气的重要能源。

正是由于有了这些能源——紫外线、闪电、风暴等，它们长久地、一再地作用的结果，终于使得原始地球产生了一样新的东西——有机化合物。我们可以用这样的公式来大致表示：

（一氧化碳、水汽、甲烷、氨、氢等）＋（紫外线、闪电、风暴）＝有机化合物

这个说法可不是科学家们的主观揣度，更不是空穴来风，而是经科学家们用实验证明了的。

1952年时，美国芝加哥大学研究生米勒与其导师尤里合作，进行了模拟原始大气的实验。在实验里，米勒设计了一个模拟原始大气的环境，他先在特制的玻璃器皿里放上与原始大气相仿的一氧化碳、水汽、甲烷、氨、氢等，然后模仿闪电对之进行放电，经过一段时间后，再检查玻璃器皿里的气体，结果发现了多种有机化合物。

我们知道，有机化合物与无机化合物之间有本质的区别，这里的“机”就是生命之意，因此，有机化合物与生命之间的距离较之无机物要近得多。

后来，经过进一步实验，米勒又得到了氨基酸。而蛋白质就是由氨基酸组成的，蛋白质又是组成生命体的主要成分。现在组成天然蛋白质的20种氨基酸中，除了精氨酸、赖氨酸和组氨酸3种以外，其余17种都可以用这样的模拟大气实验的方法产生。

我们上章刚说过，组成生命最重要的成分是核酸，核酸分为两种，即RNA和DNA。

RNA与DNA的结构差不多，两者都是生物大分子，具有复杂的结构，它们都是由碱基、糖、磷酸盐三种成分构成，其中构成RNA的糖是核糖，而构成DNA的糖则是去氧核糖，它们可以被称为生物小分子。组成核酸的这些生物小分子也大都能通过类似的模拟实验形成。

这些科学实验表明，几乎所有组成现存生命的有机化合物都可以从不含这些复杂的有机化合物甚至不含有机物的原始大气中获得，而获得的条件也并不复杂，是原始大气在当时的情况下几乎肯定具备的。

我们可以想象，也可以相信，亿万年之前，与上面类似的过程都曾在原始地球上发生过。到这一步，原始地球上就产生了氨基酸——它是组成蛋白质的基本成分，还形成了核糖、去氧核糖、腺嘌呤、鸟粪嘌呤、胞嘧啶等——它们是组成核酸的主要成分。有了这些可以称为生物单体或者生物小分子的东西之后，形成生命就是早晚的事了。

—生命起源的第二步：类蛋白的形成—

这些生物小分子，或称生物单体，被合成之后，下一步会怎样呢？那时地球的生存环境无疑是严酷的，这些脆弱的小分子如果被紫外线一照射、或者被闪电风暴等一吹打，就会被重新分解成分子甚至原子。

这样的过程的确也发生在绝大部分生物小分子身上，但也有一些却逃脱了这样的命运，这些幸运儿形成后刚好落在了附近的尘土上，这种尘土在当时的地球必定是非常之多的，而且它们的构造也适合于这些小小的有机分子的吸附，例如它们的表面往往凹凸不平，像一个个小避风港一样，这些生物小分子刚好可以钻进去躲灾。当然，这样小的避风港只能暂时帮一下忙，久了就不行了。不过不用很久，那时候，地球表面已经形成了辽阔的海洋，这些微尘很容易掉入大海。这下等于说是找到了一个最可靠的大救星。为什么呢？因为海水能够阻隔致命的紫外线，空中的闪电与风暴也影响不到它们，这样生物小分子们躲在这里就十分安全了。

在原始海洋里这种生物小分子必定是非常非常之多的，甚至会像霍尔丹所言，最后整个原始的海洋都是一锅由生物小分子构成的“热而稀薄的汤”了。

请想想吧，在占据地球表面大部分面积的辽阔海洋里，这锅由氨基酸、核糖、去氧核糖、腺嘌呤、鸟粪嘌呤、胞嘧啶等组成的汤，在太阳照射下、在奔腾咆哮的波浪里怎么会不产生某种反应呢？的确会。正如科学家们在实验中所得到的结果，他们在稀释的水溶液中，即类似于原始无生命海洋的环境，将这些生物小分子放进去，发现它们可以形成长链状的生物大分子，例如蛋白质、核酸、多醣类、脂肪等。

由于原始海洋中经常有大风大浪，这些风浪会将海水与氨基酸一起冲上岸边，在岸边可能有一些坑坑洼洼，海水就留在了这里，同时，它附近可能有火山口、地热或者温泉之类，不久这些热量便将池子里的水蒸干了，温度将继续升高到120℃左右，这时氨基酸就会被变成像蛋白质的聚合物。以后，再一次大潮又将海水送到了这个坑里，于是已经变成某种类蛋白的氨基酸再次进入了大海。它们在大海里将可以与那里的无数生物小分子或者别的类蛋白之间发生无数可能的反应，而这反应的结果之一将是生命的萌芽。

类蛋白产生之后，还有一个过程必须完成，那就是过渡到真正的生物大分子，乃至过渡到真正的细胞。这一过程是怎么完成的呢？

这是由类蛋白自己完成的。

这些类蛋白具有这样的性质，就像上面的自我催化一样，它们也能够自我聚合，形成一些特殊的小球状物质。奥帕林和美国化学家福克斯都成功地做过这样的实验。

也许到这里您会产生这样一个疑问：为什么这些并不是生命的东西会这么聚在一起呢？这个问题看起来很复杂，其实并不如此。这种将不同物质与不同元素结合在一起的力量我们在前面讲化学时就已经说过了。即19世纪中期凯库勒提出的键与价这两个有机化学中关键的概念。所有化合物的分子都是由不同元素的原子组成的，它们是由其组成的原子通过“键”结合而成的，键可以用一条小横杠来表示，即“－”。在这里不妨把键设想成为一条绳子，是它将不同种类的原子捆缚在一起的。而生命形成过程中所有这些与生命有关的有机化合物的形成过程，归根到底都是一些化学反应，因此它们都必须遵循化学反应的本质特征。即依然是元素之间互相取舍电子后，结合在一起形成了各种各样的化合物，从最简单的水到最复杂的、由少则数十、多则数十亿个核苷酸通过特定的途径形成的一种长链状的生物大分子——核酸，就其本质而言都是这样构成的。

前面已经形成了类蛋白，这个类蛋白已经有了类似于生命的迹象，例如有了类似于细胞膜的届膜，能够自我繁殖等。有的人认为它们已经是生命了，即一种非细胞的生命。但至少，类蛋白已经算得上是生物大分子了。

它要成为真正的生命还要具备一个基本条件——成为真正的细胞。我们知道，细胞是构成生物体的基本单位，生物是由细胞构成的，从微生物到植物到动物一直到人都是如此。因此，一旦真正的细胞诞生，那么就可以宣告生命已经诞生了。

—生命起源的第三步：真正的细胞—

类蛋白要成为真正的细胞，即由生物大分子进化成原始的生命，还必须解决两个重要的问题：

一是产生生物膜。我们知道，类蛋白已经有了界膜，界膜与生物膜——也可以称为细胞膜，有些相似，然而毕竟不是真正的生物膜，只有界膜真正变成了生物膜，类蛋白才可能真正演变为原始的细胞。

现在科学家们一般认为，一种“脂质体”可能是原始生物膜的模型。脂质体是一种人工制造的细胞样结构，由脂质分子双层包围着一个含水的小室构成。如下图：

脂质体用人工方法不难得到，只要将磷脂放在水中进行一些处理就成。磷脂是广泛分布于动植物组织中的一种有机化合物，属于含磷的类脂化合物，之所以称为“类脂”，是因为它们的分子结构都与脂肪相似。一般磷脂分子中都含有一分子饱和脂肪酸、一分子不饱和脂肪酸、一分子磷酸和一分子甘油。这些并不是复杂的化合物，科学家们一般认为原始海洋中肯定有磷脂形成，有了磷脂就容易形成脂质体。脂质体如果再嵌入已经形成了的类蛋白，经过长期演变就可能发展为原始的生物膜。

生物膜的出现，使生命有机体的内环境与外环境之间建立起一层半渗透性的屏障，提高了生命有机体的内部结构的稳定性，对外界环境具有更大的相对独立性。这就是具有生命的细胞产生的正式前奏。

但仅有生物膜是不够的。我们知道，对于一个生物体而言有两样东西最为重要，一是蛋白质，它是构成细胞体的主要材料；二是细胞核中的核酸，即DNA与RNA，它们具有遗传的功能，能够将生命的信息代代相传，这是生命延续与进化之基础。现在蛋白质可以说已经形成，剩下的就是核酸了。

前面说过，一度整个原始的海洋都是一锅由生物小分子构成的“热而稀薄的汤”，科学家们认为，事实上，在这个时候，海洋里并不仅仅在形成类蛋白。由于那时海洋中已经充满了各种有机化合物，各种有机化合物都可能碰到一块，如果有可能结合或者产生化学反应的话，就会结合或者产生化学反应。这些结合形成的有机化合物之中就包括蛋白质与核酸，并且还有蛋白质与核酸之间相互结合以及产生的新物质，当然还会有无数种别的化学反应或者化合物之间的结合并且产生的无数各种各样的新物质，它们具有各种各样的结构与特性，但有的由于不大适应环境，从而被淘汰了，但有的却被保存下来。这保存下来的最重要的一种就是由蛋白质与核酸结合起来而形成的原始细胞。

在蛋白质与核酸结合之后，就共同组成了一个新的、有强大生命力的东西——细胞。

细胞产生之后，它不但有了自己复杂而独特的结构，是一种与以前地球上的任何物质完全不同的新物质——生命，而且能够将这个特色一代一代地遗传下去，并且在遗传之中还会不断地完善自己——这就是生命的演化。

由上可见，蛋白质与核酸的结合可谓天作之合，它们互相补充、共同形成了地球诞生以来最伟大的一次新的诞生——生命之诞生。