誰才是地球的行星一號生命?

只有當能繁殖或者說能自我復制的分子出現，地球上的生命才算真正開始。那么誰是生命1號?這是進化史上的一大難題，但現在，科學家對此問題已有了答案。

　　40多億年前，宇宙中悄無聲息地發生了一件大事：圍繞一顆中等大小恒星旋轉的一顆新生行星開始冷卻。這顆行星上環境惡劣，在被隕石狂轟濫炸之后，又遭受火山爆發，大氣中充滿了有毒氣體。但與此同時，在它表面的海洋里，一件不同尋常的事情發生了——一個或者一批能自我復制的分子出現了。

　　能自我復制，這意味著生命可以代代相傳，這是進化史上曙光初現的黎明時刻。一旦能自我復制的生命出現，自然選擇就開始發揮作用，很快，最早的單細胞生物出現了……接下去發生的事情就是現在整部史前史所述說的。

　　但是這件大事直到40多億年后才顯出它的重要意義來：宇宙最終孕育出人這種智慧生命，他們足夠聰明到會去思索：宇宙從哪里來?生命的本質是什么?他們最早的祖先是什么樣子的?……等等這樣一些深奧的問題?，F在就讓我們來談論這些話題中的一個：最早的能自我復制的生命是什么?

　　看來誰都不合適

　　生命之所以能夠代代相傳，離不開遺傳物質。遺傳物質又有兩種：雙鏈的DNA和單鏈的RNA。在生物學家眼里，DNA遠比RNA重要，因為生命復制的最終目的是合成蛋白，如果說DNA是這個過程的指揮者，那么RNA僅只是個協助者而已。那最早出現的能自我復制者會不會就是DNA呢?一聽此話，科學家就忍不住搖起頭來。DNA太復雜了，包含上百萬個“零部件”，在現成的生命體內，需要動用很多蛋白質才能合成。可是在地球上最早出現生命的時刻，這些蛋白質“工具”顯然并不存在，——因為這些“工具”本身依然需要在DNA指導下合成——所以，離開了它們怎能造出這么一個復雜的DNA?用科學家的話說：“大自然自己制造出一個DNA分子的概率，等同于把所有飛機零部件攤在地上，然后來一陣龍卷風讓它們自動組裝出一架飛機的概率。”

　　既然DNA不可能，有人又提出可能是RNA：其一，RNA比DNA簡單;其二，在一些最原始的生命體，比如某些病毒上，沒有DNA，卻有RNA。但這些理由其實也相當脆弱，譬如說，RNA固然比DNA簡單，但它也是分子量達上百萬的大分子，在自然條件下合成RNA，其難度也幾乎相當于讓一陣龍卷風組裝出1/2、1/3架飛機。

　　RNA占統治地位的世界

　　但到了1960年代，人們對RNA的看法開始改變，科學家發現，RNA鏈可以像組成蛋白質的氨基酸鏈一樣折疊成不同的形狀。為什么這一點顯得特別重要呢?因為在有生命的機體中，幾乎所有艱巨的工作，比如每秒數以億計的化學反應，都是由蛋白質來完成的，其中起催化作用的是一類叫酶的蛋白;而蛋白質之所以幾乎無所不能，主要源于組成它的鏈能夠在空間扭曲、折疊成無窮多的形狀，每一種形狀對應著一種蛋白質。RNA鏈能折疊成不同的形狀，這意味著或許它也可以完成某些本該由蛋白質完成的事情。

　　現代的RNA復制固然離不開各種蛋白質的催化，而蛋白質的合成又離不開RNA的參與，如果目光局限于這一點，我們難免又要落入類似“先有蛋還是先有雞”這樣的難題。但不妨設想：如果在生命之初，RNA一方面具有遺傳物質的儲存信息功能，一方面又有蛋白質酶的催化功能，“萬物皆備于我”，那么它即使在沒有蛋白質的幫助下，也可以實現自我復制。

　　這是個非常誘人的點子，但那個時候還僅僅是一個猜測，沒有人證明RNA能夠像蛋白質一樣具有催化的功能。直到1982年，經過幾十年的尋找，能起催化作用的RNA(底下稱RNA酶)總算找到了一個。自那以后，仿佛閘門被打開了，人們在有生命的機體上發現了更多的RNA酶，在實驗室里也人工合成了一些。

　　于是這樣一個假說被正式提了出來：地球上最早的生命應該是一些能起自我催化作用的RNA分子。當然，這里的“自我催化”需要從廣義上去理解，是針對不需要蛋白質的幫助這一點而言的。具體說，則因為RNA有多種折疊方式，意味著有多種RNA分子，“自我催化”可以是在甲RNA的催化下，乙RNA完成自我復制這種過程。

　人們搞清楚了細胞里“蛋白質加工廠”的內部結構，證明了在這些“工廠”里，制造蛋白的第一道工序是由一種RNA酶來完成的——如果蛋白質都是由RNA先制造出來的，那RNA毫無疑問出現在蛋白質之前了。

自我復制不是問題

　　不過這個假說還有一些問題有待解決。第一個問題是，雖然我們已經知道RNA可以催化，但還并不清楚是否能夠自我復制。如前所說，生命進化到今天，DNA和RNA需要在很多蛋白質的幫助下才能復制自己。如果歷史上曾經有過那樣一些會自我復制的RNA，恐怕也早已無跡可尋了。生物學家必須在實驗室制造出一個能夠自我復制的RNA來，才能證明此言不虛。

　　這個過程是艱難的，但迄今已經取得不少進展。比如2001年，英國科學家合成一種RNA酶，能夠連續拷貝自己的95個核苷，幾乎是自身核苷總數的一半。所以，生物學家離制造出一個真正自我復制的RNA分子或許已經為期不遠，我們應該對此有信心。

　　但緊跟著還需要解決另一個問題：RNA在自我復制時所需的能量是從哪來的?

　　現在細胞里遺傳物質的活動，其能量都來自細胞的新陳代謝。而新陳代謝離不開大量蛋白酶的參與，可是一個挑刺兒的問題又來了：生命之初，沒有這些蛋白酶，怎么實現新陳代謝?你說RNA酶也能催化嗎，但它能催化的化學反應類型看起來非常有限，遠遠不能勝任一整套新陳代謝的工作。

　　這個問題在本世紀初也基本得到解決。人們發現了一些能行使特殊功能的分子團，它們可以結合RNA酶一塊使用。這樣做有什么好處呢?打個比方，如果RNA酶是一把可換頭螺絲刀，那么這些分子團就相當于那些可換頭。RNA酶這把刀雖然只能擰開一種型號的螺絲，但因為可換的頭很多，與它們合起來使，就可以擰開幾乎任何型號的螺絲了。

　　事實上，后來科學家在許多細菌上的確發現了與各種分子團聯合起來使用的RNA酶?？磥碇翱茖W家低估了RNA自力更生的本領，它們能夠勝任制造能量的那些化學反應。

　　這樣，這個假說的證據變得越來越充足了。

　　最早如何合成?

　　但這個假說依然面臨許多挑戰。我們來看科學家是怎么來對付這些挑戰的。

　　一個非常大而明顯的問題：你說RNA能自我復制，但前提是已經存在那么一個RNA了;現在請問，最初的這個RNA又是從哪兒來的?

　　要回答這個問題，我們必須先來了解RNA分子的結構。組成RNA分子的基本單位是核苷，一個核苷是由一份糖、一份堿基和一份磷酸鹽組成的。在活的細胞中，無數的蛋白質酶參與了制造核苷并把它們連接成RNA分子的工作，但顯然在原始地球上并不具備這些酶，那兒只有粘土。

　　1996年，美國一位生物化學家證明，當把核苷置于一種火山灰和海水的混合物中，長達55個核苷的RNA分子就可以自動形成。這表明，如果在早期地球上存在大量核苷，那么RNA分子的形成就不是一個問題。

　　最困難的一步是如何合成核苷。雖然模擬早期地球環境的實驗證明，組成核苷的所有“部件”也能夠在自然環境中產生，但要是離開了特殊的蛋白質酶的幫助，要把它們組裝起來幾乎是不可能的。

　　這個看似無法克服的困難讓許多生物學家紛紛猜測，RNA也許并不是最早的能自我復制的分子。在RNA統治世界之前，說不定還有別的“姓氏”的NA，它的分子跟RNA相類似，但組成它的“磚塊”卻比核苷更容易從自然界中產生。不過這些假說都無法回答一個問題：如果生命是通過這些方式產生的，但為什么現在沒留下任何痕跡?因為現在的遺傳物質是DNA和RNA，而不是其它“姓氏”的NA。

　　與此同時，美國生化學家約翰?薩塞蘭德卻在頑強地解決核苷形成的難題。他意識到過去大家或許都誤入了歧途，他們看到在每個核苷上，都有一份糖，一份堿基和一份磷酸鹽，于是想當然認為把三者粘到一塊就萬事大吉，但事實上卻行不通。他另辟蹊徑，在沒有任何蛋白酶的幫助下，通過巧妙的辦法把核苷合成了出來。

　　當然，整個事情還沒有徹底解決。RNA有4種不同的核苷，而到目前為止，薩塞蘭德僅僅制造出了2種。然而，他說離合成出其它2種也已經很接近。如果他成功了，這將證明在早期地球上，自發地產生能自我復制的RNA是完全可能的。RNA也就當之無愧是“生命1號”了。

　　“生命1號”在什么地方冒出?

　　這個假說其實還有許多問題留待解決。比如，最早的RNA是從地球的什么地方冒出來的?最早的生命看起來是什么樣子?后來在生命的進化過程中，RNA把指揮復制的權力轉讓給了DNA，把催化的權力轉讓給了蛋白質，這一切是怎么發生的?對于這些問題，有的我們可能永遠也不能確切地知道，有的則已經有了一些猜想。

　　比如，關于最早的RNA可能在哪兒出現這個問題，目前就有好幾種猜測。

　　一種猜測是，只要有粘土和水的地方，就可以產生出RNA。有科學家實驗證明，早期地球的火山灰粘土有利于產生像細胞一樣有膜包圍的液囊，如果組裝RNA的“部件”全包圍在這么一個小液囊中，不讓它們零星分散，RNA產生的機會就可以大大增加。這樣一個含有能自我復制的RNA分子的液囊，雖然沒有現代細胞那么復雜，但能夠自我分裂、復制，已經相當于一個原始的細胞了。

　　還有一種大家比較熟悉的猜測，認為生命始于海底熱液。那里是制造長鏈RNA的理想搖籃。

　　最近又有人提出一個奇妙的點子，認為這一切最初或許發生在冰里。天文學家根據太陽的活動猜想，生命在地球上剛開始的時候，太陽要比今天暗30%。如果地球大氣中不充滿溫室氣體，那么那時整個星球將會凍成一個冰球。在這種情況下，根本不可能有純液態水存在，只有高濃度的鹽水在冰晶之間流動著(因為鹽水的冰點比純水低)。但寒冷不僅可以提高RNA的穩定性，對于某些RNA酶，在冰里甚至比在水中工作效率更高。

　　就目前來說，我們還無法在這些猜測之間做出選擇，因為迄今還沒有任何有關最早RNA的化石被發現。但我們可以期望在實驗室重新制造出那個已逝的“RNA世界”，以此來證明它是怎么興起的。不遠的一天，有人也許可以在一個容器中裝上一些原始的化學物質，置于合適的條件下，然后看著生命從中涌現出來。