取一些物质，一边搅拌一边加热，并等待着…这心引力、电磁力及强核力、弱核力等“原动力”来完成。就是对于生命起源的时新的看法，并设想其他就由地成。通过这些原动力的作用形成了各种元素，并使之反应产生构成生命的化学砖块：如由糖与碱基组成的核酸、由氨基酸组成的蛋白质以及脂类与碳水化合物等。然后特异的核酸就开始指导合成出特异的蛋白质，核酸与蛋白质共同作用使自己再生繁茂，并不断地变化以适应环境。它们逐渐为膜所包裹，进而进化成复杂的细胞，乃至最终出现了人类。

但这一编织精巧的故事，究竟有多少证据确凿？又有多少仍不过是充满希望的推测？事实上，对于从化学前体物到第一个可辨认的轴胞的进化过程中，几乎每一主要进化阶段的机理都有争论或还根本不清楚。

我们已知道充满宇宙的恰恰是组成生命所最需要的一些化学元素。元素碳、氢、氧、氮构成了生命物质的98%，也是宇宙中含量最多的四种元素（除了氦以外）。1969年以后，射电天文学研究就已揭示，在外星球的大气层内及星际间茫茫无际的太空中存在有许多种生命化学所必需的理想前体物。在太空中发现了氢氰酸、氨、甲醛与水等分子，在此以前，已证实这些分子能在与原始地球条件相当的模拟实验中生成氨基酸、碱基与糖等。

芝加哥的史坦里 · 米勒（Stanley Miller）最早开始进行生物前化学的模拟实验。五十年代初，他就发现，如将原始大气中可能存在的诸如甲烷、氨及水蒸汽等混合气体置于电火花形式的“电闪雷鸣”之中，就可生成相当多的能被现代生物所利用的各种氨基酸，米勒本人及其他许多研究者如康纳尔的卡尔 · 塞根（Carl Sagan）、休士顿的乔安 · 奥罗（Juan Oró）已在进一步的模拟实验中生成了为构成生命所需的其他大部分“建筑砖块”。尽管仍留有疑点（如已证实核苷酸的生成十分困难，生成不同的重要产物所需的条件也常常互相矛盾），但即使是对现有这些理论的批评者们也已接受了原始地球中可能存在有构成生命所需的简单的建筑砖块的设想。已在来自外太空的陨石中发现了多种氨基酸、嘌呤、嘧啶（均为组成核酸的原料）与其他有机化合物，这进一步证实了上述设想。

当人们想将氨基酸、核酸*、脂肪和碳水化合物置于被认为曾在原始地球时盛行过的条件下，进行进一步的模拟实验时，困难就接踵而来。基因、酶、转运RNA分子和活细胞当然并不像它们的基本化合物那样容易生成。我们并不能获得有关生命起源的现代理论的最终证据——即由“试管”中产生出生命，至少在目前还不能。

从试管中产生新的生命的极端困难是并不令人感到惊奇的，想通过几十年的小规模模拟实验就能重现漫长的进化史也是近乎荒谬的。即便是想着手进行重现从分子进化到人类的其中某几个过程这样更为现实的工作时，困难也会很快堆积如山。

例如，生命要求核苷酸连接成长链的核酸以组成能指导所有现代生命形式产生的基因。很少有人像加利福尼亚沙尔克研究院的莱史里 · 奥杰（Leslie Orgel）和乔安 · 奥罗那样，在这一问题的研究上花费了这么多的时间。他们已获得了某些成功，例如，他们发现在可信的生物前条件下（模拟周期性岩石池或湖的枯竭）使核苷酸溶液蒸发，可以生成由6 ~ 8个核苷酸相连而成的短链，但还未发现有更长的核酸链的形成。

对怎样才能形成核酸长链的最好解释涉及到周期性的洪水期和干旱期的交替出现。干旱期所生成的短链，在洪水期就可能由于偶然的碱基配对，以前后交错的形式形成配对，随后又在下一次干旱期相连成更长的链 · 就像有关生命起源的众多的看似合理的设想一样，目前还没有人能在生物前条件下实现这一看来相当简单的转变过程。

由氨基酸链组成的蛋白质倒确可在模拟干枯的池及湖床的生物前条件下形成，但更进一步的要求，一些分子就必须能够自我复制。不管某一原始分子是一种多么好的催化剂，如果不能自我复制，终将很快地被降解。一旦出现了能进行自我复制的分子群体，导致其能进行复制的变化就将通过自然选择在群体中保存下来。

核酸如DNA和RNA的结构使得它们似乎能十分理想地适合于进行自我复制。所有现代生物的再生都由核酸的“自我复制”调节的。例如DNA双螺旋能够“解链”以便能按照华生（Watson）与克里克（Crick）的碱基配对原则合成两条新的完全相同的双螺旋。单股或双股的RNA也能通过同样的碱基配对过程进行复制。但是现代核酸的超效率的复制是由在生命起源初期并不存在的各种复杂的酶所催化的。最古老的核酸在没有酶的任何帮助下也可能进行低效率的复制。但旨在为重现这一过程而设计的实验至今还未取得很大的成功。这种在酶缺乏的条件下，DNA或RNA的复制就是一个典型的例子，即某些从理论上看似简单的过程，要想证实它实际上是否确实发生过是异常困难的。

在最近的实验中，莱史里 · 奥杰将核酸长链加到四种核苷酸衍生物的混合液中。他已获得了提示自我复制的最初阶段可以十分有限地进行的有力证据，实验中有很短的链形成，但奥杰承认，“这并不相当于原始地球时曾发生过的任何事件，因为实验所用的前体物并不一定存在于生物前汤内。”

令人沮丧的事实是还没有人能在生物前条件下，不用酶就使具有一定核苷酸顺序的核酸得以复制。核酸的适宜于进行自我复制的独特结构，加上它们确实调节着现代生物的再生这一事实提示，它们很可能就是第一个能进行复制的分子形式。但到目前为止，这一推断还未得到任何实验的证实。

核酸鸡和蛋白质蛋

我们在这里要设法解决的是“鸡与蛋”的难题。合成蛋白质需要核酸参与，而合成核酸也需要蛋白质参与，同时蛋白质还使得核酸能指导蛋白质本身的合成。怎样才能首先出现具有功能的蛋白质，并且不要编码它们的核酸的参与而进化呢？核酸又怎样才能不需要蛋白质的催化帮助而忠实地进行复制与进化的呢？

有些研究者，如迈阿密大学的西德尼 · 福克斯（Sydney Fox）提出某些在原始汤中自发形成的蛋白质有可能催化一些如核酸的合成等有用的化学反应。与许多其他的有关生命起源的假说一样，有一些很有限的证据支持这一观点，但从未令人信服地重现出所要求的反应过程。

科罗拉多大学的托马斯 · 赛奇（Thomas Cech）与耶鲁的西德尼 · 阿特曼（Sydney Altman）提供了解决鸡与蛋难题的另一 · 可能途径。他们最近发现；核酸，如RNA，本身就能有效地起催化剂的作用。这提示简单的核酸不仅能催化其本身及其他核酸分子的复制，也可能催化早期的低效率的蛋白质合成途径。生命可能就是通过利用核酸所催化的化学反应途径产生的。当由核酸催化的反应开始合成能起更有效催化剂作用的蛋白质时，蛋白质就可能取代了核酸的作用，同时核酸的催化功能也就几乎丧失殆尽了。

但核酸也很可能并不是第一个进行自我复制的分子。有少数研究者如沙尔克研究院的罗伯特 · 罗特 - 本斯坦（Robert Root-Bernstein）提出，早期的蛋白质很可能以相似于现代核酸的复制方式进行复制，首先合成出一个能复制原型的“互补”蛋白质。但再一次，这一很简单的假说也同样面临无人能对其证实的困境。

在设法重现与今日的基因与蛋白质有关的分子的自我复制中所遇到的困难，已促使个别生物学家完全摒弃了通常的理论，提出了一条全新的追溯生命起源的途径。这些持不同见解者中最为特出的是格拉斯哥大学（苏格兰）的格雷姆 · 凯斯 - 史密斯（Graham Cairns-Smith）。他认为，第一个活物体是无机结晶体，这种结晶体能够复制，也能催化某些化学反应，并通过使其生存与繁衍的对结构变化的自然选择而进化。凯斯－史密斯的“遗传结晶体”为以基因与蛋白质为基础的生命的出现创造了所需的条件。他认为，没有他的结晶体的参与，某些事件是完全不可能出现的。虽然凯斯－史密斯的观念异乎寻常，但却也未被其他科学家斥之为“胡思乱想”。他们认真地看待这一观点的事实表明人们对传统的有关生命起源的看法充满着疑虑。

基因来自何处

撇开“生命”最初是如何出现的问题不谈，总有核酸首次开始指导特异的蛋白质合成的时候。一切现代生物都依赖于由核酸所组成的基因，这种基因可以复制，并编码所有构成与维持有机体的蛋白质。基因与蛋白质之间的这种关系是怎样形成的？简单地说还无人知晓，但并不乏有关的设想。浏览一下文献就不难看出，每一个对生命起源感兴趣的科学家都各自创造了一套不同的用以阐述在进化史中这一决定性事件的模型！

在这种仅使用铅笔与纸张的狂热活动中，实验证据不多却颇具启迪。现代蛋白质中的氨基酸能有一定特异性地与调节它们参入蛋白质的转运RNA“反密码”结合，信息RNA上的每三个碱基一组的碱基组（称为密码）又可通过华生 - 克里克的碱基配对原则与构成转运RNA分子反密码的三个碱基相结合，每一种转运RNA都可将能与其结合的密码所编码的氨基酸携带在其分子的某一部位上。这样，转运RNA分子就能按照正确的顺序将正确的氨基酸带进“核糖核蛋白体”（一种蛋白质与RNA的复合体）内，氨基酸就在那里连接成为蛋白质。

氨基酸具有能优先与自己的反密码子结合的能力使许多科学家联想到，核酸是经过了三个阶段才掌握了对蛋白质合成的指导。首先，小分子RNA（转运RNA前体）要能与特异的氨基酸结合，这种结合甚至可使这些RNA分子促进氨基酸相连成原始的蛋白质，此后又可通过碱基配对原则使原始的转运RNA与其他的核酸（信息RNA前体）相结合，这时核酸就第一次以原始的信息RNA分子中的碱基顺序来指导真正特异的蛋白质合成。

在具有高效催化活性的蛋白质出现之前，上述过程就靠最近发现的RNA所具有的催化能力来协助完成。但协助这些原始的蛋白质合成体系生存、繁殖及顺利工作的蛋白质最终将会出现，并通过自然选择逐步完善成更为有效的蛋白质。在进化过程的某一时刻，氨基酸与不断进化的转运RNA的结合点就逐渐移到了离反密码子一定距离处，整个体系渐渐进化成在现代细胞内人们所见到的情况。当然，在一定时候，遗传信息将开始被贮存在我们称为基因的各种DNA“硬拷贝”内。对以上所说有许多不同的设想，但都未能在实验室内得以重现，支持的证据也很少。基因 - 蛋白质之间关系的形成这一从无生命的原子演变为人类的漫长过程中的至关重要的一步，至今仍是一个神秘的谜。

一旦出现了编码蛋白质的基因，就能慢慢合成出许多现代的酶及其他蛋白质。现代酶提供了追寻这种进化过程的线索。大多数现代的酶并不是简单折叠起来的多肽链，它们的活性还取决于称之为辅酶的小分子有机物或简单的金属离子。许多维生素与矿物质是维持健康的饮食所必需的，因为它们能转变成与许多酶分子结合从而使酶具有催化能力的辅酶与金属离子。有许多辅酶与金属离子可以在没有任何蛋白质的情况下，单独催化与之相联的酶所催化的相似反应（虽然效率十分低）。例如有一种称为铁氧化还原蛋白的重要酶是光合作用及其他几种重要代谢过程所必不可少的。在这个酶的中心，有一个铁离子与硫原子组成的复合物，这种复合物在没有蛋白质或只是与很小的一段多肽结合时也可催化相似于铁氧化还原蛋白所催化的电子转移反应，只不过后者的催化效率高得多。

因此，许多最古老的酶并不是凭空就获得了其催化能力，而是通过使原始汤内含量丰富的有催化活性的小分子与离子转变成为更有效更特异的催化剂的途径获得催化活性的。某种小分子或金属离子所催化的反应可能无意中帮助了基因 - 蛋白质体系生存下来，而由原始的基因 - 蛋白质体系所合成的某些小肽又偶然地包裹住了这种小分子或金属离子。简易的催化剂与肽的结合将产生较以前更有效更具选择性的催化剂，这样就使原始的基因 - 蛋白质体系得以繁殖。从那时起，能引起肽的结构发生微小改变的突变就通过自然选择而保留下来。随着时间的流逝，出现了更大的催化效率更高的酶，但在酶分子中心却仍携带着决定其来源的辅酶或金属离子。

推动第一个基因 - 蛋白质体系进化的突变并不能简单地理解为碱基顺序的某一点改变，相反，整个原始基因将以各种方式倍增、头尾相连，在许多分别显现出来的基因组间转移与重组。一旦核酸能合成出有功能的蛋白质时，进化又将继续推向前进。但还必须要有另一种决定性的进展。原始汤的一些区域在某一时刻必然要被隔离开以形成第一个细胞，从那时起就在各自携带着自己的基因与蛋白质的互相独立的细胞之间展开了竞争，这种竞争推动它们各自沿着漫长而又不同的途径向多细胞乃至有智慧的生灵进化。

没有人知道第一个细胞是如何形成的，但还是有些有根据的可能性。现代细胞由“脂双层”膜所围绕。脂双层膜是脂质分子背靠背排列形成的，这样就可使脂质的“脂肪尾”靠在一起，离开周围的水溶液；而其“亲水”头则暴露于水溶液中。将古老核酸与蛋白质封闭起来的脂质所围成的囊泡可能是自发形成的，这样就创造出了第一个“个体”。当然还存在有其他可能性。

有一种有吸引力的设想认为，第一个大的核酸与蛋白质是在多孔岩石（可能就是凯斯 - 史密斯的遗传结晶体）的孔穴内形成的。这些大分子可能就被滞留在形成它们的孔穴内）同时一些小的原料物质则可沿￡连接各个孔穴的通道流动，如果只有很有限的原料物质能渗入岩石，则每个孔穴都将通过剧烈的生存竞争而进化为各自独立的“个体”。

当然这种孔穴的内容物最终要被释放出来，并获得膜而进化成现代生物。但脂质膜并不一定是早期膜唯一的可能形式。已有些研究者指出，某些蛋白质也可能形成背靠背的薄层，能有效地起膜的作用。格雷姆 · 凯斯 - 史密斯已公布了拍摄得很清楚的薄晶体照片，他指出这种晶体也有可能作为早期的膜。第一个细胞的起源之谜仍未解开。

生命只是在神秘的“原动力”驱动下自发地由简单的化学前体物起源的说法可能是对我们目前的存作的看似最为合理的解释。关于人类的起源我们仍然所知无几，要想获得比我们目前已知的更为满意的认识仍将是科学家们所面临的巨大挑战之一。

[New Scientist，Vol 106，No.1454]

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* 似为核苷酸之误——译者