我從哪裡來——生命的起源

當孩子問父母我從哪裡來，我們回答是爸爸媽媽生的，孩子追問爸爸媽媽從哪裡來，回答是爺爺奶奶生的，每個人都是爸爸媽媽生的。那麼如果我們繼續追問：第一個人從哪裡來，現在我們知道是從南方古猿進化來的；再往前是古代某種靈長動物，再往前是某種哺乳動物、某種脊索動物、某種爬行動物，直到某種魚、多細胞生物、單細胞生物。

人類進化樹

物種進化樹

而第一個單細胞生物是由蛋白質、核酸和外面的一層磷脂膜組成。蛋白質由多個多種氨基酸組成，核酸由4種多個核苷酸組成。氨基酸、核苷酸等有機分子可以由無機分子在特殊條件下生成。無機分子碳氮氧等來自超新星爆發，超新星爆發源自宇宙大爆炸。

宇宙大爆炸

以上我們好像理出了一條人類誕生的清晰時間線：

宇宙大爆炸-->溫度下降夸克等形成質子中子等-->溫度繼續下降氫元素形成-->物質聚集首輪超新星爆發重元素生成-->物質二次聚集-->點燃太陽-->重物質聚集形成地球-->原始海洋累積反應出有機小分子-->有機小分子生成大分子-->有機大分子組合為多分子體系-->多分子體系演變為單細胞原始生命-->接著就是波瀾壯闊的進化歷程直到智人走出非洲。

毫無疑問，生命過程其實就是化學過程。生命誕生於化學，發展於化學。生命起源的主流學說就是生命的化學起源學說，其過程分為四個階段。

第一個階段，從無機小分子生成有機小分子的階段。

即生命起源的化學進化過程是在原始的地球條件下進行的。1953年米勒實驗中，一個盛有水溶液的燒瓶代表原始的海洋，其上部球型空間裡含有氫氣、氨氣、甲烷和水蒸汽等“還原性大氣”。米勒先給燒瓶加熱，使水蒸汽在管中循環，接著他通過兩個電極放電產生電火花，模擬原始天空的閃電，以激發密封裝置中的不同氣體發生化學反應，而球型空間下部連通的冷凝管讓反應後的產物和水蒸汽冷卻形成液體，又流回底部的燒瓶，即模擬降雨的過程。經過一週持續不斷的實驗和循環之後。米勒分析其化學成分時發現，其中含有包括多種常見組成生命的氨基酸和不同有機酸在內的各種新的有機化合物，同時還形成了氰氫酸，而氰氫酸可以合成腺嘌呤，腺嘌呤是組成核苷酸的基本單位。米勒的實驗試圖向人們證實，生命起源的第一步，從無機小分子物質形成有機小分子物質，在原始地球的條件下是完全可能實現的。且從隕石、彗星中也發現了氨基酸的存在，證明了宇宙中可以生成氨基酸等有機分子並不是多麼偶然的事件。

米勒實驗

第二個階段，從有機小分子物質生成生物大分子物質。

這一過程是在原始海洋中發生的，即氨基酸、核苷酸等有機小分子物質，經過長期積累，相互作用，在適當條件下（如黏土的吸附作用），通過縮合作用或聚合作用形成了原始的蛋白質分子和核酸分子。也就是說原始地球海洋中形成了足夠數量的字母表，只要時間足夠長，總能結合出一篇《哈姆雷特》.但這一步目前還沒有在原始湯實驗中得到驗證。

氨基酸組合蛋白質

雖然早在1965年9月17日，中國科學家就獲得了世界上第一種人工合成的蛋白質--牛結晶胰島素，這是一種三級結構（高級空間結構）的具備全部生物活性的蛋白質，由17種51個氨基酸組成兩條多肽鏈蛋白質。但是這是在已經破譯了蛋白質的氨基酸結構密碼情況下（1953年由英國生物化學家桑格破解並因此榮獲1958年諾貝爾化學獎）的人工合成。而在原始地球環境中由20多種且至少50多個氨基酸按特殊空間結構合成某種具備生物活性的蛋白質其幾率非常微小。

原始海洋

深海熱液噴口

第三個階段，從生物大分子物質組成多分子體系。

前蘇聯學者奧巴林提出了團聚體假說，他通過實驗表明，將蛋白質、多肽、核酸和多糖等放在合適的溶液中，它們能自動地濃縮聚集為分散的球狀小滴，這些小滴就是團聚體。奧巴林等人認為，團聚體可以表現出合成、分解、生長、生殖等生命現象。例如，團聚體具有類似於膜那樣的邊界，其內部的化學特徵顯著地區別於外部的溶液環境。團聚體能從外部溶液中吸入某些分子作為反應物，還能在酶的催化作用下發生特定的生化反應，反應的產物也能從團聚體中釋放出去。也就是說這時候的多分子體系已經有了原始界膜和原始物質交換特徵。

第四個階段，有機多分子體系演變為原始生命。

這一階段是在原始的海洋中形成的，是生命起源過程中最複雜和最有決定意義的階段。然後原始生命裡DNA（即核酸）負責指導特定蛋白質（蛋白質結構極其複雜）的製造，而各種蛋白質負責能量攝取和幫助DNA複製自己。這樣就開始了不停的循環複製，複製中的突變慢慢產生了無窮的進化，生命的起源於是得到了不錯的解釋。

以上就是原始湯理論對生命起源的解釋。但真是這樣嗎？這裡面其實有一個雞生蛋還是蛋生雞的問題，就是說到底先有DNA還是先有蛋白質。只出現一條DNA它什麼都幹不了，沒有蛋白質的幫忙它無法自我複製，只能走向分解破碎；只出現一個蛋白質因為沒有DNA幫它保留和傳遞密碼，也必然會在不斷地錯誤積累中走向死亡。那麼就只剩下了一種情況，生命要想自發的出現在原始地球的海洋裡，唯一的可能就是大自然同時造就了能互相匹配的DNA和蛋白質，而且這種複雜的能相互匹配的DNA和蛋白質還必須幾乎同時出現且距離無比接近，才有可能配合起來造就生命。

DNA與蛋白質的關係

對此，天文學家霍伊爾就有一個比喻：生命在地球上自發產生，就好比機械垃圾場在龍捲風的作用下自發組裝出了了一架波音747飛機。如果真是這樣，那麼生命的誕生的的確確是一件宇宙中非常神奇且極為偶然的事件。

原始湯理論後來得到了另一個版本，這次的主角由DNA加蛋白質換成了RNA。

人們發現生命體大多不是DNA+蛋白質的二元化結構，中間平白無故的多了一個東西：核糖核酸（RNA）。

依據生命中心法則，DNA的自我複製保證了遺傳信息的傳遞和生命的生生不息，DNA也通過指導蛋白質合成決定了生命活動的形態。RNA的產生則是其中的一箇中間步驟，一方面RNA忠實抄寫了DNA的密碼信息，一方面RNA直接指導了蛋白質的製造。值得指出的是，地球生命中也有不屬於中心法則的生命。比如某些病毒並沒有DNA，直接利用RNA來存儲遺傳信息並指導蛋白質合成（例如流感和丙肝病毒）。於是1968年，DNA雙螺旋的發現者之一克裡克就在一篇文章中大膽的猜測也許看起來多餘的RNA才是最早的生命形態。

1982年，生物化學家湯姆·切赫發現RNA可以自我切割和連接。也就是說，原本大家都覺得多餘和浪費的RNA分子，居然可以身兼DNA和蛋白質的雙重功能：它顯然可以和DNA一樣儲存信息，它同時也可以像蛋白質一樣催化複雜的生物化學反應——在切赫的例子裡就是剪接自身。切赫給他們找到的這種新物質命名為“核酶”（ribozyme，兼具核酸和酶的功能之意），僅僅七年之後，切赫就憑此發現獲得了諾貝爾化學獎。

核酶的概念立刻被用來理解生命起源：不是說DNA和蛋白質出現順序無法解決麼？核酶這種東西，可以既是雞又是蛋！

隨後全世界展開了發現、改造和設計核酶的競賽。越來越多的核酶分子，越來越多存在核酶的物種都被發現了。最新的tC9Y核酶可以複製超過合成長度的RNA序列，至少在理論上tC9Y就已經完全具備了自我複製的能力。

tC9Y核酶複製能力

這可能是最接近真相、也最能幫助我們理解生命起源的理論了。這個理論的核心就是，RNA作為一種既能夠存儲遺傳信息、又可以實現催化功能的生物大分子，是地球生物的共同祖先。可能在億萬年前的原始海洋湯裡，不知道是由於高達數百度的深海水溫、還是刺破長空的閃電、還是海底火山噴發出的高濃度化學物質，數不清的RNA分子就這樣被沒有緣由地生產出來、飄散、分解。直到有一天，在這無數的RNA分子、也就是無窮無盡的鹼基序列組合中，有這樣一種組合（例如R18）恰好產生了能夠自我複製的催化能力。於是無數的“後代”被製造出來。自我複製的RNA先祖，加上能量製造的能力，就在混亂無序的自然界中建立起精緻有序的生命結構；而在此後的漫漫進化， DNA、蛋白質、磷脂膜等等相繼誕生組合融合，接著就是單細胞多細胞…波瀾壯闊的進化歷程。