《尋秘自然》01 文字版

生命,
是我們這顆藍(lán)色星球上最偉大的奇跡。天空、陸地、海洋,生命無處不在。生命的誕生,恐怕是這個(gè)宇宙中最神奇的一種戲法。自古以來,有無數(shù)的先賢大儒都問過這樣的一個(gè)問題:我們從哪里來?這也是著名的哲學(xué)三問中的一問。你可能會(huì)想,科學(xué)家們不是告訴我們說,人類都是從古猿進(jìn)化而來的嗎?這么想當(dāng)然沒錯(cuò),那我也可以繼續(xù)追問啊,古猿又是從哪里來的呢?如果這么不停地往上追問,其實(shí)就到了生命起源問題。所以我們從哪里來這個(gè)問題問的其實(shí)是:生命到底是如何從一個(gè)毫無生機(jī)的自然界中誕生的呢?

哲學(xué)家們?yōu)榇怂伎紶庌q了幾千年,但是我們可以肯定的是,假如我們只有哲學(xué)思辨,那么我們得不到正確答案?,F(xiàn)代科學(xué)誕生以后,科學(xué)家就從哲學(xué)家的手中接過了這個(gè)問題。想要找到正確答案,我們必須依靠科學(xué)。在這一卷生命演化的壯麗詩篇中,進(jìn)化論已經(jīng)能夠給我們解釋,后面的這一切到底是怎么發(fā)生的。但是,這一切到底是怎么開始的呢?進(jìn)化論必須面對(duì)一個(gè)終極謎題,那就是第一個(gè)生命到底是怎么誕生的呢?

地球在太陽系中剛剛形成的時(shí)候,是一個(gè)熾熱的巖漿球,在那樣的煉獄般的環(huán)境中,是不可能誕生生命的。后來彗星給地球帶來了豐富的水源,地球也慢慢冷卻了下來,終于形成了海洋和堅(jiān)實(shí)的陸地。根據(jù)現(xiàn)有的最佳證據(jù),地球上最早的生命,出現(xiàn)在距今 37.7 億至 42.8 億年間,證據(jù)就是在加拿大魁北克省發(fā)現(xiàn)的微生物化石。那么這些最古老的生命到底是如何出現(xiàn)的呢?從邏輯上來說,只有兩種可能性:一種是從地球的自然環(huán)境中自發(fā)生成的;另一種是被隕石從宇宙中帶到地球上來的。宇宙胚種說,其實(shí)是無助于我們回答這個(gè)問題的,因?yàn)樗徊贿^是把生命起源問題給推向了外星球,它并沒有真正地回答生命到底是怎么誕生的。所以科學(xué)家們最感興趣的假說,還是地球發(fā)生說,因?yàn)橹挥羞@個(gè)假說,才真正觸達(dá)了生命起源的本質(zhì)問題。我們很想知道在 40 多億年前的地球生命到底是如何誕生的呢?

在大約 40 億年前的地球,一切都還是混沌初開 毫無生機(jī)。但在一個(gè)奇跡般的時(shí)刻,在地球的某一個(gè)角落中,一小團(tuán)由碳、氮、氧、磷等元素組成的物質(zhì),突然抽動(dòng)了一下,于是第一個(gè)生命誕生了。剛才的這一切,其實(shí)都是出自我們的想象。科學(xué)有一個(gè)最重要的特征,就在于它的可重復(fù)性。從無生命的物質(zhì)到有生命的物質(zhì),這一切的轉(zhuǎn)變到底是如何發(fā)生的呢?要想提出一個(gè)令人信服的科學(xué)解釋,那么我們就必須要在實(shí)驗(yàn)室中,再現(xiàn)生命創(chuàng)生的偉大時(shí)刻!

1953 年,在芝加哥大學(xué)的一間實(shí)驗(yàn)室中,有兩個(gè)人向這個(gè)謎題發(fā)起了沖鋒,其中一個(gè)叫米勒,他是一名研究生,還有一個(gè)是米勒的導(dǎo)師,諾獎(jiǎng)得主尤里。他們將水、甲烷、氨、氫氣與一氧化碳這五種物質(zhì),密封在無菌狀態(tài)下的玻璃管和燒瓶內(nèi),然后將它們連接成一個(gè)回路。在這個(gè)精巧的裝置中,其中一個(gè)燒瓶裝著半滿的水,另一個(gè)則含有一對(duì)電極。米勒和尤里用這個(gè)裝置模擬太古時(shí)代的地球環(huán)境。他們首先將液態(tài)水加熱產(chǎn)生水蒸氣,然后將另一個(gè)燒瓶中的電極通電,產(chǎn)生電火花,這就模擬了閃電。水蒸氣在經(jīng)過電極之后,會(huì)在實(shí)驗(yàn)裝置的底部重新冷凝成水,這些冷凝水中產(chǎn)生了有機(jī)物,變成了黃綠色。(尤里:)“我敢打賭上帝就是這么干的!”其實(shí)這里面并沒有誕生生命,他們發(fā)現(xiàn)的只不過是一些有機(jī)化合物,例如氨基酸。氨基酸就是構(gòu)成蛋白質(zhì)的零件,而蛋白質(zhì)又是構(gòu)成細(xì)胞的零件,所以尤里他們合成的只不過是生命的零件的零件。
米勒-尤里實(shí)驗(yàn)的結(jié)果一宣布,在當(dāng)時(shí)的公眾中就引起了極大的反響,生物學(xué)家們也是紛紛地奔走相告,仿佛進(jìn)化論的壯麗詩篇那缺失的序章終于給找到了,我們從哪里來的這個(gè)終極哲學(xué)之問也終于告破了!當(dāng)時(shí)的這些新聞報(bào)道就讓人覺得,好像我們只要把一些化學(xué)物質(zhì)放到這個(gè)試管中,然后用力地?fù)u一搖,生命就會(huì)從里面爬出來一樣。我是非常理解當(dāng)時(shí)人們的這種心情,畢竟延續(xù)了幾千年的哲學(xué)三問,縈繞在我們的腦海中,我們真的很想知道我們從哪里來這個(gè)終極疑問。所以盡管這個(gè)實(shí)驗(yàn),是如此顯而易見的簡陋,而且它的結(jié)論也明顯不能說明生命起源問題,可是人們還是樂于夸大它的作用,假裝得到了滿意的結(jié)論。

然而米勒實(shí)驗(yàn)的真相是,我們對(duì)原始大氣的成分其實(shí)一無所知。那五種物質(zhì)和它們的配比,基本上也就是連蒙帶猜的,即便這個(gè)猜測是正確的,但它們也僅僅只是合成了一些小分子有機(jī)物,這離最終誕生生命那還有十萬八千里呢。從小分子有機(jī)物到氨基酸,再從氨基酸到蛋白質(zhì),再到核酸的形成,單細(xì)胞生命的形成,這每一步都像是一個(gè)巨大的鴻溝,要跨越這些鴻溝,我們不知道的事情還有太多太多。如果我們把這樣的一個(gè)小球,想象成是這樣的一個(gè)氨基酸分子,那么無數(shù)個(gè)這樣的氨基酸分子要自發(fā)隨機(jī)地,組成這樣的一個(gè)蛋白質(zhì)分子的話,那么就好像這樣:

如果我們的大自然真的是像這樣,把蛋白質(zhì)分子給弄了出來,這就好像有一只猴子在打字機(jī)上隨機(jī)地亂敲,結(jié)果出來了一部《西游記》。顯然,大自然肯定不是這么干的。像這么復(fù)雜的一個(gè)蛋白質(zhì)分子,它不可能是突然出現(xiàn)的,它只能是像生命演化一樣,從一個(gè)簡單的有機(jī)小分子,逐步演化成了復(fù)雜的有機(jī)大分子。而這個(gè)至關(guān)重要的第一個(gè)有機(jī)小分子,它必須具備一個(gè)神奇的功能——自我復(fù)制。

而每一次自我復(fù)制所產(chǎn)生的隨機(jī)性錯(cuò)誤,才是大自然演化的真正奧秘。接下去科學(xué)家們要考慮的一個(gè)問題就是:第一個(gè)能夠自我復(fù)制的有機(jī)小分子,到底是從地球上的啥地方出現(xiàn)的呢?從邏輯上來說,有兩個(gè)條件是必不可少的:第一,需要有一個(gè)能讓有機(jī)分子自由活動(dòng)的環(huán)境,這樣才有可能讓小分子聚集成大分子。第二,需要存在一個(gè)天然的物理屏障,來保證小分子能聚集,但又不容易散開,就好像一個(gè)漏斗進(jìn)去容易出來難。那么地球上是否存在這樣的一個(gè)天然環(huán)境呢?在哪里最有可能出現(xiàn)這樣的天然環(huán)境呢?我們要在地球上去尋找這樣一個(gè)可能的地方。
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