我从哪里来——生命的起源

当孩子问父母我从哪里来，我们回答是爸爸妈妈生的，孩子追问爸爸妈妈从哪里来，回答是爷爷奶奶生的，每个人都是爸爸妈妈生的。那么如果我们继续追问：第一个人从哪里来，现在我们知道是从南方古猿进化来的；再往前是古代某种灵长动物，再往前是某种哺乳动物、某种脊索动物、某种爬行动物，直到某种鱼、多细胞生物、单细胞生物。

人类进化树

物种进化树

而第一个单细胞生物是由蛋白质、核酸和外面的一层磷脂膜组成。蛋白质由多个多种氨基酸组成，核酸由4种多个核苷酸组成。氨基酸、核苷酸等有机分子可以由无机分子在特殊条件下生成。无机分子碳氮氧等来自超新星爆发，超新星爆发源自宇宙大爆炸。

宇宙大爆炸

以上我们好像理出了一条人类诞生的清晰时间线：

宇宙大爆炸-->温度下降夸克等形成质子中子等-->温度继续下降氢元素形成-->物质聚集首轮超新星爆发重元素生成-->物质二次聚集-->点燃太阳-->重物质聚集形成地球-->原始海洋累积反应出有机小分子-->有机小分子生成大分子-->有机大分子组合为多分子体系-->多分子体系演变为单细胞原始生命-->接着就是波澜壮阔的进化历程直到智人走出非洲。

毫无疑问，生命过程其实就是化学过程。生命诞生于化学，发展于化学。生命起源的主流学说就是生命的化学起源学说，其过程分为四个阶段。

第一个阶段，从无机小分子生成有机小分子的阶段。

即生命起源的化学进化过程是在原始的地球条件下进行的。1953年米勒实验中，一个盛有水溶液的烧瓶代表原始的海洋，其上部球型空间里含有氢气、氨气、甲烷和水蒸汽等“还原性大气”。米勒先给烧瓶加热，使水蒸汽在管中循环，接着他通过两个电极放电产生电火花，模拟原始天空的闪电，以激发密封装置中的不同气体发生化学反应，而球型空间下部连通的冷凝管让反应后的产物和水蒸汽冷却形成液体，又流回底部的烧瓶，即模拟降雨的过程。经过一周持续不断的实验和循环之后。米勒分析其化学成分时发现，其中含有包括多种常见组成生命的氨基酸和不同有机酸在内的各种新的有机化合物，同时还形成了氰氢酸，而氰氢酸可以合成腺嘌呤，腺嘌呤是组成核苷酸的基本单位。米勒的实验试图向人们证实，生命起源的第一步，从无机小分子物质形成有机小分子物质，在原始地球的条件下是完全可能实现的。且从陨石、彗星中也发现了氨基酸的存在，证明了宇宙中可以生成氨基酸等有机分子并不是多么偶然的事件。

米勒实验

第二个阶段，从有机小分子物质生成生物大分子物质。

这一过程是在原始海洋中发生的，即氨基酸、核苷酸等有机小分子物质，经过长期积累，相互作用，在适当条件下（如黏土的吸附作用），通过缩合作用或聚合作用形成了原始的蛋白质分子和核酸分子。也就是说原始地球海洋中形成了足够数量的字母表，只要时间足够长，总能结合出一篇《哈姆雷特》.但这一步目前还没有在原始汤实验中得到验证。

氨基酸组合蛋白质

虽然早在1965年9月17日，中国科学家就获得了世界上第一种人工合成的蛋白质--牛结晶胰岛素，这是一种三级结构（高级空间结构）的具备全部生物活性的蛋白质，由17种51个氨基酸组成两条多肽链蛋白质。但是这是在已经破译了蛋白质的氨基酸结构密码情况下（1953年由英国生物化学家桑格破解并因此荣获1958年诺贝尔化学奖）的人工合成。而在原始地球环境中由20多种且至少50多个氨基酸按特殊空间结构合成某种具备生物活性的蛋白质其几率非常微小。

原始海洋

深海热液喷口

第三个阶段，从生物大分子物质组成多分子体系。

前苏联学者奥巴林提出了团聚体假说，他通过实验表明，将蛋白质、多肽、核酸和多糖等放在合适的溶液中，它们能自动地浓缩聚集为分散的球状小滴，这些小滴就是团聚体。奥巴林等人认为，团聚体可以表现出合成、分解、生长、生殖等生命现象。例如，团聚体具有类似于膜那样的边界，其内部的化学特征显著地区别于外部的溶液环境。团聚体能从外部溶液中吸入某些分子作为反应物，还能在酶的催化作用下发生特定的生化反应，反应的产物也能从团聚体中释放出去。也就是说这时候的多分子体系已经有了原始界膜和原始物质交换特征。

第四个阶段，有机多分子体系演变为原始生命。

这一阶段是在原始的海洋中形成的，是生命起源过程中最复杂和最有决定意义的阶段。然后原始生命里DNA（即核酸）负责指导特定蛋白质（蛋白质结构极其复杂）的制造，而各种蛋白质负责能量摄取和帮助DNA复制自己。这样就开始了不停的循环复制，复制中的突变慢慢产生了无穷的进化，生命的起源于是得到了不错的解释。

以上就是原始汤理论对生命起源的解释。但真是这样吗？这里面其实有一个鸡生蛋还是蛋生鸡的问题，就是说到底先有DNA还是先有蛋白质。只出现一条DNA它什么都干不了，没有蛋白质的帮忙它无法自我复制，只能走向分解破碎；只出现一个蛋白质因为没有DNA帮它保留和传递密码，也必然会在不断地错误积累中走向死亡。那么就只剩下了一种情况，生命要想自发的出现在原始地球的海洋里，唯一的可能就是大自然同时造就了能互相匹配的DNA和蛋白质，而且这种复杂的能相互匹配的DNA和蛋白质还必须几乎同时出现且距离无比接近，才有可能配合起来造就生命。

DNA与蛋白质的关系

对此，天文学家霍伊尔就有一个比喻：生命在地球上自发产生，就好比机械垃圾场在龙卷风的作用下自发组装出了了一架波音747飞机。如果真是这样，那么生命的诞生的的确确是一件宇宙中非常神奇且极为偶然的事件。

原始汤理论后来得到了另一个版本，这次的主角由DNA加蛋白质换成了RNA。

人们发现生命体大多不是DNA+蛋白质的二元化结构，中间平白无故的多了一个东西：核糖核酸（RNA）。

依据生命中心法则，DNA的自我复制保证了遗传信息的传递和生命的生生不息，DNA也通过指导蛋白质合成决定了生命活动的形态。RNA的产生则是其中的一个中间步骤，一方面RNA忠实抄写了DNA的密码信息，一方面RNA直接指导了蛋白质的制造。值得指出的是，地球生命中也有不属于中心法则的生命。比如某些病毒并没有DNA，直接利用RNA来存储遗传信息并指导蛋白质合成（例如流感和丙肝病毒）。于是1968年，DNA双螺旋的发现者之一克里克就在一篇文章中大胆的猜测也许看起来多余的RNA才是最早的生命形态。

1982年，生物化学家汤姆·切赫发现RNA可以自我切割和连接。也就是说，原本大家都觉得多余和浪费的RNA分子，居然可以身兼DNA和蛋白质的双重功能：它显然可以和DNA一样储存信息，它同时也可以像蛋白质一样催化复杂的生物化学反应——在切赫的例子里就是剪接自身。切赫给他们找到的这种新物质命名为“核酶”（ribozyme，兼具核酸和酶的功能之意），仅仅七年之后，切赫就凭此发现获得了诺贝尔化学奖。

核酶的概念立刻被用来理解生命起源：不是说DNA和蛋白质出现顺序无法解决么？核酶这种东西，可以既是鸡又是蛋！

随后全世界展开了发现、改造和设计核酶的竞赛。越来越多的核酶分子，越来越多存在核酶的物种都被发现了。最新的tC9Y核酶可以复制超过合成长度的RNA序列，至少在理论上tC9Y就已经完全具备了自我复制的能力。

tC9Y核酶复制能力

这可能是最接近真相、也最能帮助我们理解生命起源的理论了。这个理论的核心就是，RNA作为一种既能够存储遗传信息、又可以实现催化功能的生物大分子，是地球生物的共同祖先。可能在亿万年前的原始海洋汤里，不知道是由于高达数百度的深海水温、还是刺破长空的闪电、还是海底火山喷发出的高浓度化学物质，数不清的RNA分子就这样被没有缘由地生产出来、飘散、分解。直到有一天，在这无数的RNA分子、也就是无穷无尽的碱基序列组合中，有这样一种组合（例如R18）恰好产生了能够自我复制的催化能力。于是无数的“后代”被制造出来。自我复制的RNA先祖，加上能量制造的能力，就在混乱无序的自然界中建立起精致有序的生命结构；而在此后的漫漫进化， DNA、蛋白质、磷脂膜等等相继诞生组合融合，接着就是单细胞多细胞…波澜壮阔的进化历程。