生命原是一体

  
            文/张儒民  
  

几种假说

在《海外校园》的第63、64两期上,有〈化石朋友〉及〈遥想当年池塘中〉,各从化石和基因的角度,跟我们分享生命的发源。笔者现在要把时间表更往前推,推到地球上还没有生命时,从这个角度看生命如何来到,所谓“分子进化”。

在分子进化理论的圈子之中,大约有四个主要的假说。其中三个假说,都是说生命就在地球上发源。而其中最出名的假说,就是原始肉汤的假说。这就是黄力夫教授在〈遥想当年池塘中〉,提到的一个假说,即生命从某样的一个池塘里开始。

那第二个假说呢,是核酸世界的假说:认为核糖核酸(RNA)先出现,後面才有蛋白质和脱氧核糖核酸(DNA)分子以及原始生命细胞。

第三个是深海热泉假说,认为不是在池塘的里面,而是在深海的底部有一个热泉,在那里面进行生物大分子的合成并诞生出来第一个活细胞。

但是有一些另外的进化论者,相信外太空胚种假说,认为地球短暂的历史不足以支援生命的诞生。45亿年之前地球才形成,形成之後,又有数亿年的剧烈陨石雨阶段。在那个阶段,巨大的陨石频繁地撞击本来就灼热的地球,地表产生极大的热量,足以把当时整个地球上所有的水,完全蒸发到空气当中。随著地球的渐渐冷却,空气中的水又凝聚下落,并再度蒸发。蒸发与凝聚,这样的情景反覆多次发生,直到地球足够冷却,地表终于被汪洋大海覆盖。

科学家推测,地球最早的生命细胞,出现在大约36亿年前後。据此进一步推断出,当陨石雨减缓下来的时候,生命也就几乎同步在地球上出场了。所以有的科学家说这个时间太早,短短几百上千万年的时间,不大可能产生生命细胞,所以主张生命是从外太空送过来的。怎麽送过来的呢?也许在末期的陨石雨的里面,携带著或许从火星或其它地方来的生命孢子。于是地球逐步变成一个繁花似锦的生命世界。

著名实验

1953年,发表了著名的米勒─尤里实验。实验者发现,如果用一些简单的气体,比方说:水汽、氨气、甲烷、氢气,将其放在一个密封的玻璃容器里边,通电经过若干天之後,就可以产生出一些简单的氨基酸分子。

这个实验曾经震动当时的科学界:啊哈,生命的分子原来可以是这样来的!但是直到今天,原始地球早期的大气层里面,是不是含有那几种成分,而且绝对没有氧气,科学家至今没有一致的结论。所以,这个米勒─尤里实验固然很有意思,但是并不证明生命小分子就是这样从无生命的分子来的。

另外,就是构建核酸的单元核甘酸的问题。四个核甘酸单元,其稳定性都非常不够,在深海热泉里,有的半衰期才短短两三周,长的也只有一年到12年。所以科学家估计,核酸如果是进化来的话,进化就必须非常迅速。

而且,即使生命的小分子产生出来了,还有一严重的问题,就是生命小分子的消旋特性。譬如说氨基酸在蛋白质里面是左旋的,但是在合成的时候左旋、右旋同时产生;核甘酸里面的醣是右旋的,在合成的时候,却又左右旋同时产生。这样消旋的生命小分子,如何产生出具有单一旋光性的生命大分子,这个是科学家至今未解的难题。

这也就是说,生命的发源,在许多关键的步骤上,实在仍然没有人真正知道。

最後,即使有了这些生命的大分子、生命的小分子,它们如何组装成一个可以进行物质、能量与资讯代谢的新陈代谢的网络?而且可以互相通讯、相互作用,组成一个完整的结构精密的活细胞?这些都是科学家所不知道的。

相似生命

其实达尔文进化的理论,如果不把上帝的创造排除开的话,倒是一个很美(不至于只是凄美)的理论。为什麽呢?整个生物圈里面所有的生命,今天科学家知道的已经知道170万种的生命,但是估计至少还有200万到1亿种是他们所不知道的。地球生物圈是个异常复杂的生命系统,有过成百万上千万甚至上亿的生命。达尔文却提出了惊人的一体化理论,宣布所有的这些生命,其实都息息相关,同出一源。

在1859年出版的《物种起源》第一版中,达尔文提出所谓自然选择的学说,即在生存竞争的压力下,生物变异经过所谓自然选择这一筛子,就导致适者生存。这就是他的自然选择理论的一个基本简单的陈述。

但是,达尔文并不知道生物变异的原因。与他同时代的奥地利的科学家孟德尔,他同时是一位天主教的神父,提出基因的概念,和遗传学基本的定律──遗传学也从他那里开始。到了二十世纪初,孟德尔的基因概念被重新提出和发现,人们越来越了解基因大约是什麽东西:DNA是基本的遗传物质,它可以发生突变,而且还可以重组,这些可以导致生物的变异。

这与进化论倒并不冲突。即使是不接受进化论教条的生物科学家,也承认基因可以突变,可以重组,在自然选择中可以导致生物的变异。不过,这些通常是个体的变异,我们把它叫做微观进化。

解释宏观进化的跨种进化理论,也在不断进化中。进化论越来越锺爱另外一些观念,比如基因的倍增 (Gene Duplication):把基因(包括负责某代谢网络的一组连锁的基因)倍增一下,这额外的一份再变异重组,可以导致新的功能之获得,变种甚至新种的形成,达成宏观的进化。

进化理论有没有证据呢?微观的进化有大量的证据,在实验室里面可以观测得到。然而新种的形成,证据却是微乎极微。

进化论的最重要的证据,就是生命的相似。生物圈里所有的生命,从低等到高等,其生命的同质性,都让人难免联想起生命是同溯一源的。

然而这同质性,不正也可以让我们提出另外一个假说,就是生命其实出于同一个基本设计,同一个基本蓝图?那不是同样甚至更为合理吗?或许到了我们回去看看圣经《创世记》的时候了。□

作者来自中国湖南,获得生物化学博士,任职于美国新泽西先灵保雅制药公司研究所。本文取自其在2003年8月于新泽西州《生命科学论坛》演讲之内容。□


原载《海外校园》

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