按键盘上方向键 ← 或 → 可快速上下翻页,按键盘上的 Enter 键可回到本书目录页,按键盘上方向键 ↑ 可回到本页顶部!
————未阅读完?加入书签已便下次继续阅读!
一周之后,他们得到了令人吃惊的结果。在烧瓶底部的红
褐色沉淀物中发现了大量的有机化合物。其中包括多种有机酸
(脂肪酸和羟基酸)和尿素,此外还有一系列与糖的结构相似
的化合物。进一步的研究表明,这种方法可以产生大量生命必
需的分子。
有了第一次的成功之后,这两位科学家又在先前那种混合
气体中加入火山气体中含有的一种简单分子——氰化氢(HCN)。
这样,他们最重要的发现诞生了。在沉淀物中出现了氨基酸,
它在生物化学反应中起着重要的作用,是生命起源绝对不可缺
少的成分。
图 5 米勒和尤里的实验
自然界中有20种不同的氨基酸,它们能以多种多样的方式
形成蛋自质,其中也包括参与形成(组成DNA和RNA的)核苷
酸的酶。简单他说,氨基酸是生命的基本砌块,是一种在细胞
所有活动中都据关键地位的分子。米勒和尤里在烧瓶中总共发
现了不下8种的氨基酸。
他们得出的结论是,形成生命的各种分子完全有可能是在
地球大气中孕育而成的。最近,米勒更是声称形成足够复杂的
结构并产生活细胞的过程大约只要1万年。米勒不顾那些宣称
地球生命是宇宙中唯一生命的反对言论,而根据自己的实验结
果非常肯定地认为,如果有适宜的环境条件以及恰当的化学混
合物,任何一颗行星上就都可以产生生命。
8年后,米勒和尤里的研究结果得到了进一步的支持。1961
年,在休斯顿大学工作的生物化学家奥罗(Juan Oro) 尝试用
更简单的化合物形成氨基酸。他只采用了米勒和尤里当时用的
混合物中的两种成分——氰化氢和氨。结果令他惊奇的是,产
生物中除了大量不同的氨基酸外,还有许多腺嘌呤(DNA和RNA
的4种基本组成成分之一)。 腺嘌呤同时还是在所有生物的所
有细胞活动中提供能量的主要分子腺苷三磷酸(ATP)的组成
部分。
但是,米勒-尤里模型以及所有相关的后续尝试都存在着
一个缺陷。这种缺陷近来更是引起了对基于这些实验的地球生
命起源解释的怀疑。在实验时有一个默认的假设,即早期地球
大气中含有高浓度的氢和低浓度的氧。现在看来,这种假设是
完全错误的。
早期地球大气中非但没有米勒-尤里实验(采用富氢混合
物)中所有的分子种类,而且地球大气似乎也从未如此稀薄过。
我们并不能因此就说尤里和其他一些人所描述的机制不可能发
生,不过,它的确给这种早期地球上产生氨基酸的理论敲了警
钟。
此外,许多陨石中都含有大量与实验结果相同的氨基酸。
这使许多评论家更加相信,这些生命之砖在大约40亿年前来到
地球,并逐渐演变发展到今天的地步。
就像我先前说过的那样,不论哪种过程是正确的,我们的
问题仍未解开。简单的氨基酸究竟是如何发展成为生物学物质
或简单的生命物质,并进而形成一个自我维持的生态系统——
共同生活在地球上的各种各样的生物呢?其中的难点并不完全
在于氨基酸如何一步步地形成蛋白质,最后产生像RNA那样的
大分子(当然这个转变过程也不应该被忽略);真正的难解之
处在于“无生命的”或前生命的分子(如RNA)是如何发展到
一个具有进化能力的系统(如细菌)的。事实上,这才是吸引
众多生物化学家和进化生物学家的科学前沿,他们希望彻底揭
开生命在地球或其他地方进化发展的奥秘。
目前有两种试图解释从前生命系统到生物学系统之转变如
何发生的理论。第一种叫做“RNA世界假说”。这一假说是在
20世纪60年代后期,由生物化学家沃斯(Carl Woese)、 克里
克和奥格尔(Leslie Orgel)首次提出的。 他们和当时的其他研
究者一样,都注意到了这一转变中一个基本的佯谬——制造DNA
和RNA要有蛋白质,而只有DNA和RNA中具有正确的核苷酸序
列才能制造出蛋白质。面对这样的情况,我们要么假设蛋白质
和DNA、RNA在早期地球上是同时产生的,要么找出一种理论
来解释如果两者之中先出现某一种的话,会如何导致生命创生。
这些科学家的回答是:在整个过程启动的时候,可能有某
种尚不清楚的机制少量地产生了某种类型的RNA。他们猜想这
种RNA具有比今天的RNA更多的功能。它或许可以在不存在蛋
白质(也许是利用自身结构中的蛋白质)的情况下进行复制(
产生其自身的拷贝),而且还能在产生蛋白质的过程中起到催
化作用。
乍一看,这似乎是不可能的。先前我们已经看到,如今在
每个生命的每个细胞中进行的过程是何等复杂,它需要大量各
式各样的重要有机分子的共同参与。这个运作系统中包括DNA
和RNA,还有既是原材料又是催化剂的蛋白质(起催化作用的
蛋白质称为“酶”)。显然,这种理论中所假设的是一种结构
上近似RNA,但更加复杂、具有更多功能的分子。
自从30多年前提出这种理论之后,科学家已在这一领域中
进行了大量的研究工作。1983年,在科罗拉多大学工作的切赫
(Thomas Cech)和耶鲁大学的阿尔特曼(Sidney Altman)独立
发现了一组他们称之为“核糖酶”的分子——一种RNA催化剂,
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