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第4章

基因的演变

事物并非出于巧妙的智慧而收集自身元素,形成秩序;

它们的运动,也并非出于约定或目的;

它们靠着大爆炸带来的无尽混乱与折腾,奋斗着穿越过往的宇宙,尝试每一种运动与组合,最终,落入了宇宙如今所展现出来的形式。

——卢克莱修,《物性论》第一卷,第1021~1027行

有一件十分重要的事情,人们目前还不知道但又始终渴望知道,这就是生命的起源。生物学家跟踪到了从简单的原细胞到复杂的器官和生物体的形成过程,这固然带给了他们极大的信心,但原细胞最初是怎样出现的,依然笼罩在黑暗当中。只要人们困惑不解,就容易屈服于神秘的解释。20世纪70年代,科学家里最坚定的一位唯物主义者、分子生物学家弗朗西斯·克里克(Francis Crick)开始提出“有生源说”,也即生命或许起源于宇宙的其他地方,是通过微生物播种来到地球的。许多人都担心他走上了神秘之路。其实他只是提出了一个概率上的观点:地球相对于宇宙是很年轻的,那么,很有可能,其他星球先于地球出现了生命,并传播到了其他恒星系统。不过,他也强调了问题的不可测知性。

生命在于利用信息消耗能量,从混乱中制造局部秩序,逆转(至少局部地)朝着无序混乱(也即熵)状态漂移的能力。有三种特别的分子形式,对这三种能力至关重要:存储信息的DNA、制造秩序的蛋白质、充当能量交换平台的ATP。它们怎样结合到了一起,是个类似于鸡生蛋还是蛋生鸡的说不清的问题。没有蛋白质,无法制造DNA,没有DNA,也无法制造蛋白质。说到能量,有一种细菌每一代都能在ATP分子中消耗掉50倍于自身重量的能量。早期生命显然会更为挥霍,因为它们还没有驾驭和存储能量的现代分子机制。那么,它到底是怎样找到足够的ATP的呢?

让这三者就位的起重机,有可能是RNA,这种分子在细胞中至今仍扮演着许多重要的角色,既能够像DNA一样存储信息,也能够像蛋白质一样催化反应。此外,RNA和ATP一样,由碱基、磷酸和核糖构成。故此,主流理论认为,从前存在一个“RNA的世界”,也就是生物有着RNA基因的RNA身体,利用RNA成分作为能量货币。问题在于,就算是这样一套系统,也无比的复杂、高度相互依存,很难想象它是从无到有形成的。比方说,它要怎样避免损耗呢,即没有细胞膜作为界限,它怎样把自己的成分维持在一起,聚集能量呢?在“温暖的小池塘”(这是达尔文设想的生命开始的地方)里,生命很容易就溶解了。

别着急。就在不久之前,RNA世界的起源,似乎是一个难得无法解答且让神秘学腾起希望的问题;2011年,约翰·霍根(John Horgan)在《科学美国人》上写了一篇文章,名叫《嘘!科学家们还没找到生命起源的线索,可别告诉创世论者们》。

可短短几年后的今天,人们似乎有望找到答案了。DNA序列表明,生命家族之树的根源是简单的细胞,不像我们其他生物一样要消耗碳水化合物,而是将二氧化碳转换成甲烷有机复合醋酸,有效地为电池充电。如果你想找到一种化学环境,与这些细胞内可化学渗透的微生物相呼应,不妨看看大西洋海底。2000年,探险家发现了大西洋中脊的深海热泉,与从海底其他地方发现的很不一样。此前发现的海底“黑烟囱”喷出的是极热酸性液体,而新发现的热泉喷出的则是温热的高碱性物体,喷发过程似乎已经持续了数万年。两位科学家尼克·莱恩(Nick Lane)和威廉·马丁(William Martin)着手列举这些喷泉和化学渗透细胞内部环境的相似之处,发现它跟生命存储能量的方法存在不可思议的呼应关系。基本上,细胞存储能量是靠泵动带电粒子(通常是钠或氢离子)穿过细胞膜,有效地建立电压。这是生物中普遍存在且独有的特征,但它似乎是借用于“迷失城市”之类的热泉。

40亿年前,海洋呈酸性,二氧化碳饱和。热泉喷出的碱性液体与酸性的水相汇之后,一道陡峭的质子电化学阶梯穿透了喷口形成的铁-镍-硫薄壁。这一阶梯的电压幅度,跟现代细胞里的非常类似。在矿物孔中,化学物质有可能困在能量充沛的空间里,用于构建更为复杂的分子。反过来说,当它们利用质子阶梯的能量,偶然开始自我复制时,逐渐会变得更容易采用适者生存的模式。至于剩下来的部分,就是算法了,丹尼尔·丹尼特会这么说。总之,生命自然形成的解释,几乎近在咫尺了。 9LsrbLHBlo+CjiwRR4C5lf7AzwRSB5NDeZSOqeRR9EiwXG4Is+MEjrj15CwHQUSM

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