第三节
生命所需要的分子能够在太空中自然形成

组成生命的分子如葡萄糖、氨基酸、脂肪酸，看上去都非常复杂（图1-5），就算化学家在实验室里制造它们，也得花费不少力气，在生物出现之前，这些分子又是从哪里来的呢？其实这些分子不仅可以在自然条件下形成，而且还相当容易形成。

星球耗尽内部的燃料爆炸后，喷洒到空中的气体温度降低，电子和原子核结合，生成各种元素的原子。原子在形成之后又会发生化学反应，彼此连接到一起，形成分子。除了几种惰性元素（氦、氖、氩、氪、氙、氡）外，绝大多数元素的原子都会和其他原子组成分子，而不会以单原子的形式存在。

氢是宇宙中最丰富的元素，两个氢原子彼此结合，就组成氢分子（H ₂ ）；氢还会和氧发生反应生成水（H ₂ O），和氮反应生成氨（NH ₃ ），和碳反应生成甲烷（CH ₄ ），和硫反应生成硫化氢（H ₂ S）；碳和氧反应生成一氧化碳（CO）和二氧化碳（CO ₂ ），硫和氧反应生成二氧化硫（SO ₂ ）；氢还可以与碳和氮一起，形成氰化氢（HCN）；等等。除了水容易形成液体外，这些物质基本上都是气体（图1-5左）。

有些化学反应生成的物质却可以在太空环境中形成固体，如二氧化硅（SiO ₂ ，沙子的主要成分）和其他矿物质（硅酸盐、硫酸盐和硝酸盐等）。这些分子聚集在一起，形成太空中的宇宙尘埃。尘埃还可以聚集，形成陨石。

尘埃和陨石表面都能够吸附水分子，而潮湿的表面又可以溶解和吸附前面所说的那些气体分子，包括氨、甲烷、硫化氢、一氧化碳、二氧化碳、二氧化硫、氰化氢等，这就大大提高了这些分子的浓度，并且将它们聚到一起。

来自星球的辐射如紫外线，具有很高的能量，能够打断这些分子中的化学键，让各种原子有机会重新组合。水也会活跃地参与这些反应，尘埃和陨石的表面对化学反应还有催化（即帮助和加速）作用。在这些环境条件下，简单分子就会变为比较复杂的分子，包括组成蛋白质的氨基酸、组成脂肪的脂肪酸等（图1-5右）。

在引言中讲过，RNA的组成单位是A、G、C、U四种核苷酸，其实核苷酸本身又是由三种分子相连而成的，分别是碱基、核糖和磷酸。碱基是含氮的环状化合物，因为在水中呈碱性而被称为碱基。核苷酸里面的碱基有两种，分别叫嘌呤和嘧啶，这两个奇怪的名称是它们英文名称（purine和pyrimidine）的音译，其中嘌呤又分为腺嘌呤（用A代表，注意在这里字母不再代表元素）和鸟嘌呤（用G代表）；嘧啶又分为胞嘧啶（用C代表）和尿嘧啶（用U代表），四种核苷酸也以它们所含碱基的符号作为自己的符号。这些嘌呤和嘧啶以及核糖，也可以在宇宙环境中生成。

例如，在1969年9月28日，一颗陨石降落在澳大利亚的默奇森地区，被命名为默奇森陨石（图1-6左）。这颗陨石上面有15种氨基酸，包括组成蛋白质的甘氨酸、丙氨酸和谷氨酸。在从陨石中取样时最容易被污染的丝氨酸和苏氨酸没有被检出，说明这些氨基酸确实来自太空。除氨基酸以外，默奇森陨石还含有嘌呤和嘧啶、核糖，以及大量的芳香化合物（由碳原子和氢原子组成的环状化合物）、直链型碳氢化合物（由碳原子连成长链，上面再连上氢原子）、醇类（含有羟基（—OH）的碳氢化合物）、羧酸（含有羧基（—COOH）的碳氢化合物）等。默奇森陨石的例子证明，构成生命的分子确实可以在太空中自然形成。

除了宇宙尘埃和陨石，地球早期的表面也可以形成生命所需要的分子。地球表面有岩石、水、大气（包围地球的气体），有来自太阳的辐射、闪电，还有火山爆发带来的高温，这些因素也能够使简单分子中的原子重新组合，形成新的、更加复杂的分子。

1953年，美国科学家斯坦利·米勒（Stanley Miller）（图1-6右）混合甲烷、氨、氢、水这些地球早期大气中的分子，再对这个混合物放电，以模拟闪电。一个星期后，水变成了黄绿色。米勒在水中检测到有氨基酸形成，如甘氨酸、丙氨酸、天冬氨酸。1972年，米勒重复了这个实验，但是用了更灵敏的方法来检查实验产物，结果发现了33种氨基酸，其中10种是生物体所使用的。

1964年，美国科学家思德利·福克斯（Sidney Fox）用了和米勒不同的方法来模拟地球早期的状况。他把甲烷和氨的混合气体通过加热到1000摄氏度的沙子，以模拟火山熔岩，再把气体吸收到冷冻的液态氨中，结果生成了蛋白质中使用的12种氨基酸，包括甘氨酸、丙氨酸、缬氨酸、亮氨酸、异亮氨酸、谷氨酸、天冬氨酸、丝氨酸、苏氨酸、脯氨酸、酪氨酸和苯丙氨酸。

这些结果说明，利用星球爆炸后形成的简单分子，如氢、氨、甲烷和水，在尘埃表面或者地球表面，可以生成许多生命所需要的分子。氨基酸既可以在太空中形成（如默奇森陨石中的氨基酸），也可以在米勒和福克斯各自模拟的地球表面的条件下生成，说明氨基酸在自然界中形成并不是一件难事，而且还可以通过多种途径生成。嘌呤分子看似复杂，其实不过是由5个氰化氢分子聚合而成。这些分子就可以成为生命的起始材料。

检查氨基酸、脂肪酸、葡萄糖的分子结构，发现它们有一个共同特点，即都是以碳为骨架的。这是因为碳原子是四价的，不仅能够彼此相连成为长链或者环形结构，还可以在骨架上连上其他原子或者基团（如氨基、羟基、羧基等），因此地球上的生命是以碳为基础的。这个事实许多人都体验过：米饭煮煳了，肉和蔬菜烧焦了，都会变为黑色，那就是食物分子被高温分解后残留下来的碳。

由于和生命有关的复杂分子都含有碳，在化学上就把含有碳的分子叫作有机分子（一氧化碳和二氧化碳等简单的含碳分子除外），从生物的另一个名称有机体（organism）这个词而来，原意是来自生命的分子。由有机分子组成的物质叫作有机物。

这些生物的起始材料可以在地球上生成，在太空中形成的这些材料也可以被陨石和尘埃带到地球上。当地球上积累了越来越多的这些分子时，又一个意义极其重大的事件发生了，这就是生命的诞生。 PLPad6kcE7/ApFgfI079eNIgbYsCK6Ju3CNj7/wXU4xdxA8X2Z9h5BW5z9e2Q0eb