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重返生命源头

时间:2009-10-28 09:23 来源:《环球科学》2009年10期
第一个生物体的真实性质和生命起源的确切环境,可能永远都不可考证。研究的最终的挑战就是,构建一个能够复制和进化的人造生物体,从而最终了解生命
  

    新线索暗示了第一个活的有机体怎样起源于无机质。

撰文  阿隆索·里卡多(Alonso Ricardo)
         杰克·W·绍斯塔克(Jack W. Szostak)
翻译  黄冰
审校  金由辛


    地球生命的起源

研究者已经找到一种途径,早期地球上存在的化学物质可能通过此途径形成遗传分子RNA。
其他实验支持这种假说,认为含有类RNA分子的原始细胞能够自发组装、复制和进化,产生所有生命。
目前,科学家正打算在实验室创造出能完全自我复制的人造生物体,这样才能了解生命是如何诞生的。


    每一个活细胞,哪怕是最简单的细菌,内部都充斥着设计巧妙的分子装置,这让纳米技术学家羡慕不已。随着这些机器不停地在细胞内震动、旋转或蠕动,它们剪切、粘贴和拷贝遗传分子,运输营养物质或将它们转变成能量,构建和修补细胞膜,传达机械信息、化学信息或电信息——这种过程不断持续。对这种过程的研究还不断有新发现。

    我们实在无法想象,37亿年前,生命从无生命物质中诞生时,这些细胞机器[主要是由蛋白组成的被称为酶(enzyme)的催化剂]是如何自发形成的。不可否认,在合适的条件下,一些更为简单的化学物质容易形成某些蛋白质的基石,即氨基酸。美国芝加哥大学的斯坦利·L·米勒(Stanley L. Miller)和哈罗德·C·尤里(Harold C. Urey)在20世纪50年代的开创性实验中已经证明了这一点。但是从氨基酸到蛋白质和酶则是另一回事。

    细胞合成蛋白质的过程十分复杂:酶先要解开DNA双螺旋的双链,提取出基因所含的信息(这是蛋白合成的蓝图),翻译成最终产物。如此一来,解释生命的起源问题必然伴随着一个悖论:似乎是蛋白质,以及现在存储于DNA里的信息,在制造蛋白质。

    另一方面,如果第一个生物体根本不需要蛋白质的话,这种矛盾就不再存在。最近的一些试验表明,类似于DNA或类似于其近亲RNA的遗传分子有可能自发形成。因为这些分子可以卷曲成不同形状,起到原始催化剂的作用,它们或许不需要蛋白质参与,就有能力自我拷贝,也就是繁殖。由脂肪酸组成的、已知可以自发形成的简单膜,包裹着水和这种自我复制的遗传分子——这可能就是生命的最初形式。这些遗传物质可以编码那些世代相传的性状,正如DNA在所有现存生物中所做的那样。拷贝过程中随机出现的偶然突变可以促进进化,也可以使这些“早期细胞”适应环境,彼此间相互竞争,从而最终进化成我们所知的生命形式。

    第一个生物体的真实性质和生命起源的确切环境,可能永远都不可考证。但研究至少可以帮助我们了解有哪些可能性。最终的挑战就是,构建一个能够复制和进化的人造生物体。重新创造生命无疑有助于我们了解生命如何起始,评估它存在于其他星球的可能性,从而最终了解生命到底是什么。

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