地外文明探秘-第8部分
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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 这自然引起了许多伦理上的思考,特别是近期在遗传方面
关于克隆技术的一些突破。比方说,根据上面的说法,克隆羊
“多利”算不算是有生命的呢?克隆出来的子代和它们的亲代
完全相同。这虽然非常有趣,但却不是一个章节的内容可以涵
盖的,如此复杂的、谜一样的问题完全可以写一本书来讨论一
番。
② 你们中的有些人也许仍然无法相信,并怀疑这不过是我们
一厢情愿的想法罢了。要想真正地论证这个复杂的问题恐怕需
要整整一个章节才行。不过在这里将给出一个例子,我希望这
已经足够说明问题了。运用一种叫做“光谱分析”的技术,天
文学家可以探恻遥远恒星的光波并分析它们的组成。研究结果
表明,它们的光与我们的太阳光相似(主要区别在于不同颜色
成分的比例)。光的差异由组成这些恒星的化学元素所确定,
这些元素都可以在我们的太阳中或在地球上找到。就像前面提
及的莱维所说的那样。从根本上来讲,所有的东西——从高楼
大厦的砖瓦,到我们眼睛的细胞和这本书的每一张纸——都是
从恒星而来;而所有恒星的基本组成都是相同的。
③ 根据最近的统计,元素周期表中共有109种元素。 随着对
核反应的进一步研究,这个数字还在不断增长。这些新增的不
稳定元素叫做超铀元素,它们的寿命很短,很快分解成原子量
较小的其他元素。最重要的是,它们都是元素周期表尾部的重
元素,与那些主要构成元素周期表的稳定元素相比,它们的原
子序数大,原子量也大。
④ 对有些人来说,这样的断言听起来有些过于主观。这样的
意见在此时此刻应该说是有一定道理的,毕竟,在浩瀚宇宙中
存在某些以目前我们还不甚了解的机制进化而来的生命形式也
是有可能的。不过这样的情况不在眼下讨论的范围之内,它将
在第四章中讨论。
⑤ 最后的这一点正是含水的环境对于生命的出现和维持至为
重要的原由(参见第三章)。
⑥ 迄今观测到的大部分彗星都来自太阳系边缘的两个区域,
即奥尔特云和柯伊伯云。有理由相信, 在过去的46。5亿年中周
期性地造访地球的某些天体也许来自遥远的、环绕其他恒星运
行的世界。
⑦ 有些读者可能会奇怪,为什么科学家选择了RNA而非DNA
作为最原始的导火索?原因是制造RNA所用的核苷酸要比制造
DNA的脱氧核苷酸更加容易合成。而且这样也更容易想象DNA
如何从RNA演变成今天这样的遗传信息的保卫者和储存者的角
色。
⑧ 几乎所有的元素都至少有两种同位素形态,它们的质子数
相同,但是中子数不同,这就导致了原子量(原子核内中子与
质子之和)的不同。
第三章 凸眼怪物和小绿人
“它是生命,吉姆,但不是我们所知道的那种生命。”
——引自《星际迷航》