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地球生命如何开始的秘密

已有 1229 次阅读 2020-1-18 15:22 |个人分类:科普文章翻译|系统分类:科研笔记


地球生命如何开始的秘密

今天,生命已经征服了地球上的每平方英寸的土地。但是,当地球刚刚形成的时候,它还是一大块死寂的岩石。生命是如何开始的?

·       作者:Michael Marshall

20161031

这个故事是BBC Earth“ 2016年度最佳 榜单的一部分,是当年热门。 

生命是如何开始的?几乎没有什么比这更大的问题了。在人类的大部分历史上,几乎每个人都相信神创论的某个版本。任何其他解释都是不可想象的。

但这已经发生了改变。上个世纪,一些科学家试图弄清楚最早期生命是如何突然出现的。他们甚至试图在实验室中重现这一创世纪的时刻:从头开始创造全新的生命。

到目前为止,没有人成功过,但是我们已经走了很长一段路。如今,许多研究生命起源的科学家都充满信心地行进在正确的道路上,并且他们用实验来支持他们的信心。

这是我们寻求探寻自己的终极起源的故事。这是一个充满执着、奋斗和卓越创造力的故事,涵盖了现代科学的一些重大发现。试图理解生命起源的努力使男人和女人们走到了我们星球上最远的角落。其中一些科学家被戏称为怪物,而另一些则不得不在残酷条件下开展工作。

这是地球上生命诞生的故事。

恐龙实际上是近期才出现在地球上(来源:Oleksiy Maksymenko / Alamy

生命是古老的。恐龙也许是最著名的灭绝生物。它们起源于2.5亿年前。但是生命可以追溯到更遥远的历史。

最古老的已知化石出现于约35亿年前,比最早的恐龙还古老14倍多。但是化石记录还可能会进一步提前。例如,20168月,研究人员发现距今37亿多年的疑似微生物化石      

这些波状物可能是37亿年前的化石(来源:Nutman等,Nature

地球本身并不古老,形成了45亿年前。

考虑到我们还没有在其它地方找到生命,我们假设生命是在地球上形成的似乎是合理的。这样,生命一定是在地球诞生与现存最古老的化石出现之间的十亿年左右的时段内形成。  

除了对生命开始时段缩小了范围之外,我们还可以对生命的定义做出有根据的猜测。

生命之树:大多数分支都是细菌(来源:HugBanfield等,自然微生物学)

19世纪以来,生物学家就知道所有生物都是由细胞组成的:具有不同的形状和大小的生命物质小袋。细胞是在17世纪现代显微镜首次发明时被发现的。但是,人们花了一个多世纪的时间,才意识到它们是所有生命的基础。

仅使用35亿年前地球上发现的材料和条件,我们必须制造一个细胞 

您可能不认为自己看起来像鲶鱼或霸王龙(Tyrannosaurus rex),但显微镜下会显示出您是由非常相似的细胞组成的。植物和真菌也是如此。 

但到目前为止,最多的生命形式是微生物。每种微生物仅由一个细胞组成。细菌是最著名的类群,在地球上到处可见。

20164月,科学家发布生命之树的新版本:每种生命物种的家谱。几乎所有的分支都是细菌。而且,树的形状表明细菌是所有生命的共同祖先。换句话说,包括您在内的所有生物祖先最终都追溯到细菌。 

这意味着我们可以更精确地定义生命起源问题。仅使用35亿年前地球上发现的材料和条件,我们就必须制造一个细胞。

好吧,这有多难?

一个完整的活细胞(来源:Equinox Graphics Ltd

1 首次实验

在大多数历史中,询问生命如何开始实际上并没有必要,因为答案似乎显而易见。

1800年代之前,大多数人都相信生机论。这是一个直观的想法,即生物具有特殊的神奇属性,使它们与无生命的物体不同。

生命的化学物质都可以由与生命无关的简单化学物质形成 

“生机论”常常与珍贵的宗教信仰联系在一起。圣经说,上帝用 生命的气息 使第一批人类了起来,而永生的灵魂则是一种“生机论”。

有一个问题,生机论是完全错误的。

1800年代初,科学家发现了几种生命似乎独特的物质。一种这样的化学物质是尿素,尿素在尿液中发现并于1799年分离出来。

这仍然与“生机论”相容。只有生物似乎能够制造这些化学物质,所以它们也许注入了生命能量,这就是它们特别的原因。

但是在1828年,德国化学家Friedrich Wöhler找到了一种方法,可以从一种常见的化学物质氰酸铵中制取尿素该化学物质与生物没有明显的联系。其他人跟随他的思路,很快就清楚地发现,生命中的化学物质都可以由与生命无关的简单化学物质制成。 

德国化学家FriedrichWöhler1856Rudolf Hoffmann的版画

这是“生机论”作为科学概念的终结。但是人们发现很难放弃这个想法。对于许多人来说,说关于生命的化学物质没有什么特别之处似乎会夺走其生命的魔力,从而使我们沦为纯粹的机器。当然,它也与圣经相矛盾。

生命起源的奥秘数十年一直被忽略 

甚至科学家都在努力摆脱“生机论”。直到1913年,英国生物化学家Benjamin Moore都还在大力推动 生物能量 的理论,而生物能量本质上是另外一个名字的“生机论”。这个想法引起了强烈的情感关注。

今天,这个想法在意想不到的地方流行开来。例如,有许多科幻小说中的故事中,一个人可以提高或消耗生命能量。想想《时空之王》中神秘博士使用的再生能量:如果能量不足甚至可以补充。这感觉很有未来感,但这实际上是一个过时的想法。  

尽管如此,1828年以后,科学家仍然有正当理由寻找关于早期生命是如何形成的无神论解释。但是他们没有。这似乎是一个显而易见的主题,但实际上,生命起源的奥秘已经被忽略数十年。也许每个人仍然对“生机论”存在情节,无法采取下一步行动。 

查尔斯·达尔文(Charles Darwin)表明,所有生命都是从一个简单的共同祖先进化而来的

相反,查尔斯·达尔文(Charles Darwin)等人发展的进化论19世纪生物学上的重大突破。 

达尔文知道这是一个深刻的问题 

达尔文在1859 年的《物种起源》中提出了理论,解释了生命的巨大多样性是如何可以由一个共同的祖先产生。它们不是上帝单独创造的每个不同物种,而是全都起源于数百万年前的原始生物:最后一个普世共同祖先。  

这个想法再次引起了极大的争议,因为它与圣经相抵触。达尔文和他的思想受到了猛烈的攻击,尤其是受到愤怒的基督徒的攻击。

但,进化论没有提到第一个生物是如何形成的。

达尔文猜测生命是否在温暖的小池塘中开始(来源:Linda Reinink-Smith/Alamy

达尔文(Darwin)知道这是一个深刻的问题,但是,也许对与教会展开另一场战斗持谨慎态度-他似乎只是1871年写的一封信中讨论了这个问题。他那令人兴奋的语言表明他知道这个问题的深刻意义。 

关于生命起源的第一个假设是在前苏联中产生的 

但是,如果我们可以在一个温暖的小池塘中设想有各种氨和磷酸盐存在(光,热,电等),则该蛋白质化合物已化学形成,可以进一步经受复杂的变化...”

换句话说,如果曾经只有一小块水,里面充满了简单的有机化合物并沐浴在阳光下,会出现什么情况?某些化合物可能会结合形成类生命物质,如蛋白质等物质,然后可能开始进化并变得更加复杂。

这是一个粗略的想法。但这将成为生命开始的第一个假设的基础。

这个想法来自一个意想不到的地方。您可能会认为,这种大胆的自由思考应该是在具有言论自由传统的民主国家发展的:也许是美国。但是实际上,关于生命起源的第一个假说是在苏联产生。

Alexander Oparin在苏联生活和工作(来源:Sputnik /Science Photo Library

在斯大林的俄罗斯,一切都在国家的控制之下。甚至包括人们的想法,甚至包括生物学等似乎与共产主义政治无关的主题。

Oparin想象新形成的地球是什么样的 

最著名的是,斯大林有效地禁止了科学家研究常规遗传学。相反,他强加一个名叫Trofim Lysenko的农场工人的想法。他认为这更符合共产主义者的意识形态。从事遗传学研究的科学家被迫公开支持Lysenko的想法,否则就有可能进入劳改营。   

正是在这种压抑的环境中,Alexander Oparin进行了他对生物化学的研究。他之所以能够继续工作,是因为他是忠诚的共产党员:他支持Lysenko的想法,甚至获得了列宁勋章。这是对前苏联人的最高荣誉。

1924年,Oparin出版了他的《生命的起源》一书。在书中,他提出了生命诞生的愿景,与达尔文温暖的小池塘惊人地相似。 

地球冷却后,海洋形成(图片来源:Richard Bizley/Science Photo Library

Oparin想象了新形成的地球是什么样的:地表灼热、太空中的岩石掉落并撞击。那是一堆半熔化的岩石,其中包含多种化学物质,包括许多碳基化学物质。

如果您在显微镜下观看凝聚体,它们的行为就像活细胞一样 

最终,地球冷却到足以使水蒸气凝结成液态水的状态,第一场雨就降下了。不久之后,地球就拥有了海洋。这些海洋又热又富含碳基化学物质。现在可能发生两件事。

首先,各种化学物质可以相互反应形成许多新化合物,其中一些会更复杂。Oparin认为生命的中心分子,如糖和氨基酸,都可能在地球水体中形成。

其次,一些化学物质开始形成微观结构。许多有机化学物质不溶于水:例如,油在水上形成一层。但是,当这些化学物质中的一些与水接触时,它们会形成球形小球,称为凝聚体,其直径可达0.01厘米(0.004英寸)。

如果您在显微镜下观察凝聚体,它们的行为会像活细胞一样活跃。它们生长并改变形状,有时分为两部分。它们还可以从周围的水中吸收化学物质,因此类生命化学物质可以在其中聚集。Oparin提出凝聚体是现代细胞的祖先。

无神,甚至没有“生命驱动力”, 纯粹的化学方法形成的生物体的想法曾经是激进的 

五年后的1929年,英国生物学家JBS Haldane在《理性主义者年鉴》上发表的一篇短文中独立提出了一些非常相似的想法。  

Haldane已经为进化论做出了巨大贡献,帮助整合达尔文的思想与新兴的遗传学。

他还是一个引人关注的人物。有一次,由于对减压室进行了一些实验,他的耳膜穿孔了。但他后来写道:耳膜通常可以愈合;如果耳膜中还留有孔,尽管有一定程度的耳聋,则可以通过有问题的耳朵将烟草烟雾吹出。这是一种社会成就。

就像Oparin一样,Haldane概述了有机化学物质如何在水中形成,直到原始海洋达到热稀汤的浓度。这为最初的生命或半生命的物质的形成和 “油膜包裹每种物质奠定了基础。

英国遗传学家JBS Haldane(来源:Science Photo Library

可以说,全世界所有生物学家中,OparinHaldane提出了这一学说。无神论,甚至没有生命驱动力,纯粹的化学方法形成生物的想法是激进的。就像之前的达尔文进化论一样,它与基督教相悖。

有一个问题。没有实验证据可以支持 

那恰好适合前苏联。苏联政权是正式的无神论者,其领导人渴望支持对诸如生命之类的深刻现象进行唯物主义的解释。Haldane也是无神论者,也是全心全意的的共产主义者。

德国奥斯纳布吕克大学(University of Osnabrück的生命起源专家Armen Mulkidjanian说:当时,是否接受这个想法主要取决于个性:他们是否信仰宗教,或支持左派或共产主义思想。 在苏联,他们因为不需要上帝而快乐地接受了。在西方,如果您寻找朝着这个方向思考的人,他们都是左派或者共产主义者等等。”  

在原始有机化学物质中形成生命的想法被称为Oparin-Haldane假说。简明而引人注目,但是存在一个问题:没有实验证据来支持它。将近四分之一世纪之后才发现了证据。

Harold Urey(图片来源:Emilio Segre Visual Archives/American Institute of Physics/Science Photo Library

Harold Urey对生命起源感兴趣时,他已经获得了1934年诺贝尔化学奖,并帮助制造了原子弹。在第二次世界大战期间,Urey参与了曼哈顿计划,收集了核弹核心所需的不稳定态铀235。战争结束后,他努力将核技术控制在民用范围。   

1952年,米勒开始了有关生命起源的最著名的实验 

他还对外太空的化学产生了兴趣,特别是对太阳系初次形成时发生的事情。有一天,他作了一次演讲,并指出地球最初形成时大气中可能没有氧气。这将为OparinHaldane原始汤的形成提供理想的条件:脆弱的化学物质会与氧气接触而被破坏。

一位名叫Stanley Miller的博士生是听众之一,后来向尤里提出了一个建议:他们可以验证这个想法吗?尤里对此表示怀疑,但米勒说服了他。

因此,1952年,Miller开始了有关生命起源的最著名的实验。

Miller-Urey实验(来源:Francis Leroy, Biocosmos/Science Photo Library

设置很简单。米勒连接了一系列的玻璃烧瓶,并连通了他猜测在地球早期存在的四种化学物质:沸水,氢气,氨和甲烷。他使气体反复受到电击,以模拟很久以前在地球上普遍发生的雷电。

您可以从简单的空气开始,生产许多生物分子 

米勒发现“第一天后烧瓶中的水显着变成粉红色,到一周结束时溶液变成深红色和浑浊。显然,化学混合物已经形成。

当米勒分析混合物时,他发现混合物种含有两种氨基酸:甘氨酸和丙氨酸。氨基酸通常被描述为生命的基石。它们被用来形成我们体内大多数控制生化过程的蛋白质。米勒从零开始,合成了生命最重要的两个组成部分。

研究结果发表在1953年的著名杂志科学上  。尤里(Urey)采取了高级科学家中与众不同的无私行动,取消了他自己的名字。这给了Miller唯一的荣誉。尽管如此,这项研究通常被称为 米勒-尤里实验 

Stanley Miller在他的实验室中(图片来源:Science Photo Library

英国剑桥大学分子生物学实验室的John Sutherland说:米勒-尤里的力量表明,您可以从简单的环境中生产出许多生物分子。”  

生命比任何人想象的都要复杂 

事实证明这是错误的。因为后来的研究表明,地球早期的大气中混合了不同的气体。但这几乎没有任何意义。

Sutherland说:它具有标志性意义,激发了公众的想象力,并继续得到广泛引用。

Miller的实验之后,其他科学家开始寻找从头开始制造简单生物分子的方法。解决生命起源之谜的方法似乎很接近。

但是后来越来越明显,生命比任何人想象的都要复杂。事实证明,活细胞不仅仅是一袋化学物质:它们是错综复杂的小型机器。突然之间,从头开始创制一个生命的挑战看起来比科学家预想的要大得多。

细胞内部的机械异常复杂(来源:Equinox Graphics Ltd

第二章巨大的两极分化

1950年代初,科学家已经摆脱了长期以来一直认为生命是神灵赐予的礼物的假设。相反,他们开始探索生命在地球早期自发自然地形成的可能性。由于Stanley Miller的标志性实验,他们甚至对该想法有了一些实际支持。

Miller试图从头开始创造生命时,其他科学家却在弄清楚基因的组成。

到了这个时候,已知存在许多生物分子。其中包括糖、脂肪、蛋白质-以及诸如脱氧核糖核酸之类的核酸,或简称为DNA

他们的研究成果是20世纪最伟大的科学发现之一 

今天,我们认为DNA携带我们的基因是理所当然的。但是,这实际上震惊了1950年代的生物学家。蛋白质更为复杂,因此科学家曾经认为它们是基因。

1952年,华盛顿卡内基研究所Alfred HersheyMartha Chase驳斥了这一想法。他们研究了仅包含DNA和蛋白质且必须感染细菌才能繁殖的简单病毒。他们发现,进入细菌的是病毒DNA蛋白质留在外面。显然,DNA是遗传物质。 

HersheyChase的发现引发了一场疯狂的竞赛:他们要弄清DNA的结构,以及DNA的工作原理。次年,英国剑桥大学的Francis CrickJames Watson,在同事Rosalind Franklin并未得到充分认可的大力帮助下,解决了这个问题。    

他们的研究成果是20世纪最伟大的科学发现之一。通过揭示隐藏在活细胞内部的难以置信的复杂性,它也改变了对生命起源的研究探索。

James WatsonFrancis Crick及其DNA模型(来源:A. Barrington-Brown / GonvilleCaius College / Science Photo Library

CrickWatson意识到DNA是双螺旋,就像被扭曲成螺旋的梯子一样。阶梯的两个分别由称为核苷酸的分子构建。

您的基因最终来自一个细菌祖先 

这种结构解释了细胞如何复制其DNA。换句话说,它揭示了父代如何复制他们的基因并将其遗传给子代。

关键是双螺旋可以解压缩。这暴露了由遗传碱基ATCG的序列组成的遗传密码。该密码通常被锁在DNA阶梯的梯级内。然后,每个链用作为模板,重新创建另一个链的副本。

自从生命开始以来,利用这种机制,基因就已经从父代传给了子代。您的基因最终来自细菌祖先,并且每一步都使用CrickWatson发现的机制进行复制。

在此视频中探索DNA的结构:

1953年,Crick  Watson“ 自然杂志上发表了他们的发现。在接下来的几年中,生物化学家们竞相精确地找出DNA携带的信息以及该信息如何在活细胞中使用。生命的内在秘密首次被揭开。  

突然,Oparin和Haldane的想法看起来很天真 

事实证明,DNA只有一项工作。您的DNA告诉细胞如何制造蛋白质:执行许多基本任务的分子。没有蛋白质,您将无法消化食物,心跳和呼吸停止。 

但是事实证明,利用DNA来制造蛋白质的过程非常复杂。对于任何试图解释生命起源的人来说,这都是一个大问题,因为很难想象如此复杂的事物是如何开始的。

每个蛋白质本质上都是长链氨基酸,以特定顺序串在一起。氨基酸序列决定了蛋白质的三维结构,从而决定了蛋白质的作用。

该信息编码DNA碱基的序列中。因此,当细胞需要制造特定的蛋白质时,它会读取DNA中的相关基因以获得氨基酸序列。 

原来DNA只有一份工作 

但是有一个转折。DNA非常珍贵,因此细胞更喜欢安全地将其捆扎起来。因此,他们将信息从DNA复制到另一种称为RNA(核糖核酸)的短分子上。如果说DNA是一本图书馆书,那么RNA就是一小纸片,上面刻有一个关键段落。RNADNA相似,但它只有一条链。

最后,将RNA链中的信息转换为蛋白质的过程是在一个极为复杂的分子中进行的,称为核糖体

即使是最简单的细菌,每个活细胞中都在进行这个过程,。它对生命而言,如同饮食和呼吸一样重要。任何关于生命起源的解释都必须表明这种复杂的三位一体——DNARNA和核糖体蛋白-是如何产生并开始起作用的。

细胞可能变得极为复杂(来源:Russell Kightley/Science Photo Library

突然,OparinHaldane的想法看起来天真而简单,而Miller的实验只产生了一些用于构建蛋白质的氨基酸,看上去很业余。他开创性的研究并没有带我们完成创造生命的大部分历程,显然只是漫长道路上的第一步。

生命始于RNA的想法将产生巨大影响 

John Sutherland说:“ DNA合成RNA,进而产生蛋白质,而这一切都是通过这种脂质包裹的化学物质袋实现的。 你看,只是'哇,那太复杂了'。我们如何找到一种有机化学过程,能一气呵成地实现呢?

第一个真正解决这个难题的人是英国化学家(Leslie Orgel。他是最早看到克里克和沃森(Crick and Watson)的DNA模型的人之一。他后来协助美国国家航空航天局(NASA)实施了维京计划。该计划将机器人着陆器送到火星。  

Orgel着手简化问题。Crick的支持下,他1968提出,早期生命没有蛋白质或DNA。相反,它几乎完全由RNA组成。为此,这些原始RNA分子必须具有多种用途。一方面,他们必须能够复制自己的副本,大概使用与DNA相同的碱基配对机制。  

生命始于RNA的想法将产生巨大影响。但这也引发了一场持续到今天的科学争夺战。

DNA是几乎所有生物的核心(来源:Equinox Graphics Ltd

通过暗示生命是从RNA,而不是其它物质开始,Orgel提出了生命在所有其它特性之前的一个关键方面它具有自我复制的能力。从某种意义上说,他不仅仅是提出了生命是如何开始的,还谈到生命是什么的关键命题。

研究生命起源的科学家被分成不同学派 

许多生物学家会同意Orgel复制优先的想法。在达尔文的进化论中,形成后代的能力绝对至关重要:有机体获胜的唯一方法是留下很多子代。

但是生命的其它特征似乎同样重要。最明显的是新陈代谢:从周围环境中提取能量并利用其保持生命的能力。对于许多生物学家来说,新陈代谢必定是生命的原始特征,而复制则在后来出现。

因此,从1960年代开始,研究生命起源的科学家被划分为不同派别。

Sutherland说:基本的两极分化是新陈代谢优先或遗传优先。

关于生命起源的科学会议通常是棘手的事情 

同时,第三组坚持认为首先出现的是关键分子的容器,以防止它们漂走。Sutherland说:因为除非进行分隔,否则进行新陈代谢是没有意义的,一定要先进行分区化。 换句话说,需要有一个细胞-正如OparinHaldane在几十年前所强调的那样- 可能被简单的脂肪和脂质膜所包围 

这三个想法分别得到了相关拥护者的支持,并一直延续至今。科学家们已经热情地致力于他们的钟爱的想法,有时很盲目。

结果,关于生命起源的科学会议通常是一件棘手的事情。一个阵营的科学家经常告诉记者有关该主题的新闻,而从其他营地产生的想法则是愚蠢的或更糟。

多亏了Orgel,生命始于RNA和遗传学的想法才得以提早开始。然后,1980年代,一个惊人的发现似乎在很大程度上证实了这一点。

RNA可能是生命开始的关键(来源:Equinox Graphics Ltd

3 搜索第一个复制子

1960年代后,寻求了解生命起源的科学家分为三组。有些人确信生命始于原始形式生物细胞的形成。其他人则认为关键的第一步是代谢系统,而另一些人则关注遗传和复制的重要性。最后一个小组开始尝试弄清楚第一个复制子的外观-着重于它是由RNA组成的想法。

早在1960年代,科学家就有理由认为RNA是所有生命的源泉。

具体来说,RNA可以做DNA不能做的事情。它是单链分子,因此与刚性的双链DNA不同,它可以将自身折叠成各种不同的形状。

没有酶你就无法生存 

RNA的折纸状折叠看起来与蛋白质的行为非常相似。蛋白质基本上也是长链,由氨基酸而不是核苷酸组成,因此可以构建精细的结构。

这是蛋白质最惊人功能的关键。其中一些可以加速或催化化学反应。这些蛋白质被称为酶。

内脏中发现了许多酶,它们将食物中的复杂分子分解为简单的分子,例如糖,供细胞使用。没有酶,你将无法生存。

Leslie OrgelFrancis Crick产生了怀疑。如果RNA可以像蛋白质一样折叠,那么它可能会形成酶。如果确实如此,RNA可能是原始的且用途广泛的活分子,像DNA一样存储信息,并像某些蛋白质一样催化反应。

这是个好主意,但是十多年没有证据。

2007年的Thomas Cech(来源:Douglas A. Lockard, CC by 3.0

Thomas Cech在爱荷华州出生并长大。小时候,他对岩石和矿物质着迷。初中时,他访问过当地大学,并敲开地质学家的门,要求看矿物结构的模型。  

但是他最终决定成为一名生物化学家,专注于RNA研究。

现在,生命始于RNA的观点看起来很靠谱 

1980年代初期,Cech和他的科罗拉多大学博尔德分校的同事们正在研究一种叫做嗜热四膜菌的单细胞生物。其细胞机制的一部分包括RNA链。Cech发现,RNA的一个特定部分有时会与其余部分分离,好像是用剪刀将其切下一样。 

当研究小组删除了所有可能充当分子剪刀的酶和其他分子时,RNA继续这样分离。他们发现了第一个RNA:一小段RNA,能够将自身从长链中切割分离。 

Cech1982年发表了结果。第二年,另一小组发现了第二种RNA -称为核酶  

快速并连续找到两种RNA酶表明还有很多。现在,生命始于RNA的观点看起来很靠谱。

在此视频中发现有关RNA的更多信息:

由马萨诸塞州剑桥市哈佛大学的Walter Gilbert提出了这个想法。Gilbert是一位对分子生物学着迷的物理学家,他还成为人类基因组测序的早期倡导者之一。   

“RNA世界”是从零开始创造复杂生命的一种优雅方式 

1986年,Gilbert在《自然》杂志撰文提出,生命始于“ RNA世界

Gilbert认为,进化的第一阶段包括“ RNA分子执行从核苷酸汤中组装自身所必需的催化活性。通过将RNA的不同位剪切并粘贴在一起,RNA分子可以创建更有用的序列。最终,他们找到了一种制造蛋白质和蛋白酶的方法。事实证明,这种方法非常有用,以至于他们在很大程度上取代了RNA版本,并像我们今天所认识到的那样产生了生命。

RNA世界”是从零开始创造复杂生命的一种优雅方式。不必依靠原始汤中同时形成的数十种生物分子,一个多能分子就可以完成所有这些分子的工作。

2000年,“RNA世界”假说得到了戏剧性的支持证据。

核糖体制造蛋白质(来源:Laguna Design/Science Photo Library

Thomas Steitz花了30年的时间研究活细胞中分子的结构。在1990年代,他面临着最大的挑战:弄清核糖体的结构。 

这个关键装置基于RNA的事实使“RNA世界”更加合理 

每个活细胞都有一个核糖体。这个巨大的分子从RNA读取指令,并将氨基酸串在一起形成蛋白质。您细胞中的核糖体可以建成您的大部分身体。

已知核糖体含有RNA。但是在2000年,Steitz的研究小组制作了核糖体结构的详细图像,显示RNA是核糖体的催化核心  

这很关键,因为核糖体是生命的基础,而且如此古老。这一必不可少的装置基于RNA的事实使“RNA世界”更加合理。

RNA世界”的支持者欣喜若狂。Steitz2009年获得了诺贝尔奖。但是从那以后,人们的疑虑又重新流行了。 

从一开始,RNA世界的想法就有两个问题。RNA能否真正发挥生命的所有功能?它是否可能在地球早期形成?

他们自己着手制造一个自我复制的RNA 

Gilbert提出“RNA世界(RNA World)”已经30年了,我们仍然没有确凿的证据证明RNA可以完成理论上要求的所有事情。它是一个方便的小分子,但可能还不够方便。

一项任务很突出。如果生命是从RNA分子开始的,那么该RNA必须能够复制自身:它应该能自我复制。

但是已知的RNA都不能够自我复制。DNA也不能。它需要一大批酶和其它分子来构建一片RNADNA的副本。

因此,1980年代后期,一些生物学家开始了一项相当古怪的研究。他们着手为自己制作一个自我复制的RNA

Jack Szostak(来源:Detlev van Ravenswaay/Science Photo Library

哈佛医学院的Jack Szostak是最早参与其中的人之一。小时候,他对化学非常着迷,以至于他在地下室里有一个实验室。由于无视自己的安全,他曾引发一场爆炸,将玻璃管嵌入天花板。  

他们证明RNA酶可能真正强大 

1980年代初期,Szostak帮助展示了我们的基因如何保护自己免受衰老过程的侵害。这项早期研究最终将使他获得诺贝尔奖 

但是他很快对CechRNA酶着迷。他说:我认为工作真的很酷。 原则上,RNA有可能催化其自身的复制。

1988年,Cech发现了一种RNA酶,可以构建一个短的RNA分子,长约10个核苷酸Szostak着手通过在实验室中发展新的RNA酶来改善这一发现。他的团队创建了一个随机序列库,并对其进行了测试,以查看哪些序列具有催化活性。然后,他们采用了这些序列,对其进行了调整,然后再次进行测试。 

经过10轮这样的处理,Szostak 产生了一种RNA酶,使反应进行的速度比自然反应快700万倍。他们表明RNA酶可能真正强大。但是他们的酶无法复制自身,甚至无法复制。Szostak撞到了南墙。 

RNA可能不适合生命起步阶段(来源:Science Photo Library/Alamy

下一个重大进步来自2001Szostak在剑桥麻省理工学院的前学生David BartelBartel根据现有模板制造了一种称为R18RNA酶,该酶可以向RNA链中添加新的核苷酸。换句话说,它不仅是添加随机核苷酸,还在于正确地复制序列。 

它仍然不是自我复制子,但是正在朝着目标发展。R18由一串189个核苷酸组成,可以可靠地在一条链上添加11个核苷酸:其自身长度的6%。希望是通过一些调整就可以合成189个核苷酸的链-与自身一样长。 

RNA似乎并不适合启动生命 的任务

最佳尝试来自2011年英国剑桥分子生物学实验室的Philipp Holliger他的团队创建了一个改良的R18,称为tC19Z,可复制长达95个核苷酸的序列。这是其自身长度的48%:大于R18,但不是必需的100%。   

加利福尼亚拉霍亚斯克里普斯研究所的Gerald JoyceTracey Lincoln 提出了另一种方法。在2009年,他们创造了一种可间接自我复制的RNA   

他们的酶将两个短的RNA片段结合在一起,形成第二种酶。然后,这将另外两个RNA片段连接在一起以重建原始酶。

给定原材料,该简单循环可以无限继续。但是,只有给酶正确的RNA链(乔伊斯和林肯必须创制),酶才能起作用。

生命分子如何在这样的地方形成?(来源:MasPix / Alamy

对于许多对“RNA世界”持怀疑态度的科学家而言,缺乏自我复制RNA的想法是致命的问题。RNA似乎并不适合启动生命。

也许地球早期还有其他类型的分子 

由于化学家未能从头制造RNA,该方案也被弱化。与DNA相比,它看起来像一个简单的分子,但事实证明RNA很难制造。

问题是糖和构成每个核苷酸的碱基。可以使它们各自独立,但是两者固执地拒绝链接在一起。

1990年代初,这个问题已经很明显。许多生物学家对此嗤之以鼻,认为“ RNA世界假说虽然简洁,但并不完全正确。

取而代之的是,地球早期也许还有其他类型的分子:比RNA更简单的分子,它确实可以从原始汤中组装起来并开始自我复制。这可能首先出现,然后导致RNADNA和其余部分的产生。 

DNA可能很难在早期地球上形成(来源:Science Photo Library/Alamy

1991年,丹麦哥本哈根大学的Peter Nielsen提出了原始候选复制子。  

它本质上是DNA的高度修饰版本。Nielsen保留了相同的碱基-黏附在DNA中发现的ATCG-但将骨架称为聚酰胺而不是DNA中的糖。他称这种新分子为聚酰胺核酸,即PNA。令人困惑的是,此后它被称为肽核酸。 

与RNA不同,PNA可能已经在地球早期形成 

在自然界中从未发现过PNA。但是它的行为很像DNAPNA链甚至可以取代DNA分子中的一条链,而互补碱基则正常配对。而且,PNA可以DNA一样卷成双螺旋 

Stanley Miller很感兴趣。他对“RNA世界”深为怀疑,怀疑PNA是第一种遗传物质的更合理的候选者 

2000年,他提供了一些确凿的证据。那时,他已经70岁了。一系列使人衰弱的中风,最终使他只能呆在疗养院里。但是他还没有收工,重复了我们在第一章中讨论的经典实验,这次他使用甲烷,氮气,氨水和水并获得了PNA的聚酰胺骨架。  

这表明,与RNA不同,PNA可能已经在地球早期形成。

苏糖核酸分子(TNA)(来源:Alfred Pasieka /Science Photo Library

其他化学家提出了自己的替代核酸。

这些替代核酸中的每一个都有其支持者:通常是制造它的人 

支持者:通常是制造它的人。但是自然界中没有它们的踪影。因此,如果早期生命确实使用了它们,那么在某个时候它一定会完全抛弃它们,而使用RNADNA。这可能是正确的,但没有证据。

所有这些意味着,到2000年代中期,“RNA世界”的支持者陷入了困境。

RNA世界虽然简洁,但这并不是全部事实 

一方面,存在RNA酶,它们包括生物装置中最重要的部分之一,核糖体。那很好。

但是,没有发现自我复制的RNA,也没有人能弄清原始汤中RNA是如何形成的。替代核酸可能解决了后一个问题,但没有证据表明它们曾经存在于自然界。那不够好。

显而易见的结论是,RNA世界虽然简洁,但这并不是全部事实。

同时,自1980年代以来,一种竞争理论一直在稳步发展。它的支持者认为,生命并非始于RNADNA或任何其他遗传物质。相反,它最初是一种利用能量的机制。

生命需要能量来维持(来源:Equinox Graphics Ltd

4章来自质子的力量

在第二章中,我们看到了研究生命如何起源的科学家分为三个学派。一组人坚信生命是从RNA分子开始的,但他们努力弄清楚RNA或类似分子如何在地球早期自发形成,然后复制自身。他们的努力起初令人兴奋,但最终令人沮丧。但是,即使这项研究正在进行中,也有其他起源研究人员认为,生命的开始方式完全不同。

RNA世界”理论基于一个简单的想法:生物体能够做的最重要的事情就是自我复制。许多生物学家对此表示赞同。从细菌到蓝鲸,所有生物都在努力繁殖后代。

Wächtershäuser提出,早期生物“与我们所知道的任何事物都截然不同” 

但是,许多生命起源研究人员并不认为生殖是真正的根本。他们说,在生物体能够繁殖之前,它必须能自我维持。它必须保持自己的生命。毕竟,如果您先死了就不可能生孩子。

我们通过吃食物来保持自己的生命,而绿色植物则通过从阳光中转化能量来维持生命。您可能不会认为一个人在多汁的牛排上狼吞虎咽看起来像一棵茂密的橡树;但是当您深究下去,两者都在吸收能量。

这个过程称为新陈代谢。首先,您必须获得能量;例如,来自糖等能量丰富的化学物质。然后,您必须利用这种能量来构建有用的事物,例如细胞。

充分利用能量的这一过程非常重要。许多研究人员认为这一定是生命中第一件事。

火山水热且富含化学物质(来源:Kseniya Ragozina / Alamy

这些仅代谢的生物会是什么样子?最有影响力的建议之一 Günter Wächtershäuser 1980年代后期提出的。他不是专职科学家,而是具有化学背景的专利律师。  

Wächtershäuser提出,第一种生物 与我们所知道的任何事物都大不相同 。它们不是由细胞组成的。他们没有酶、DNARNA

构成现代生物的所有其他事物(例如DNA、细胞和大脑)都是后来出现 

相反, Wächtershäuser想象从火山中流出的热水。水中富含氨等火山气体,并保留了来自火山内部的微量矿物质。

在水流过岩石的地方,化学反应开始发生。特别是,水中的金属帮助简单的有机化合物融合成较大的有机化合物。

转折点是第一个代谢周期的产生。在此过程中,将一种化学物质转换为一系列其他化学物质,直到最终重新创建原始化学物质为止。在此过程中,整个系统会消耗能量,可用于重新启动循环以及开始做其它事情。

代谢循环似乎并不类似于生命,但它们是生命的基础 

构成现代生物的所有其它事物(例如DNA、细胞和大脑)后来出现,都建立在这些化学循环的基础上。

这些新陈代谢周期听起来并不像生命。Wächtershäuser称他的发明为前体生物,并写道几乎不能称为活体

但是像Wächtershäuser所描述的那样,新陈代谢周期是每一种生物的核心。您的细胞实质上是微观的化学加工厂,不断地将一种化学物质转化为另一种化学物质。代谢循环可能看起来并不逼真,但它们是生命的基础。

1980年代和1990年代,Wächtershäuser非常详细地阐述了他的理论。他概述了哪种矿物可以产生最佳的表面,以及可能发生的化学循环。他的想法开始吸引支持者。 

但这仍然是理论。Wächtershäuser需要一个真实的发现来支持他的想法。幸运的是,它十年前已经得以实现。

太平洋上的热液喷口(来源:Bob Embley博士/ NOAA / PMEL-NOAA图片库/ CC by 2.0

1977年,由俄勒冈州立大学的Jack Corliss带领的团队将潜水器潜入了东太平洋1.5公里(2.5公里)的深度。他们正在调查加拉帕戈斯群岛(Galápagos)热点,那里的海脊从海底升起。他们知道,山脊火山活跃。

每个喷发口都是一类原始汤配料器 

Corliss发现,这些山脊基本上都带有温泉。富含化学物质的热水从海床下面涌出,并从岩石中的孔中 

令人惊讶的是,这些热液喷口被奇特的动物所聚集。有巨大的蛤、帽贝、贻贝和管虫。水里也充满细菌。所有这些生物都依靠热液喷口的能量生存。

热液喷口的发现使Corliss扬名天下。这也让他思考。1981年,他提出在40亿年前地球上存在类似的喷口,并且它们是生命起源地。他将在职业生涯的大部分时间中致力于这个想法。  

热液喷口支持奇特的生命(来源:Ken MacDonald博士/Science Photo Library

Corliss提出,热液喷口可以产生化学混合物。他说,每个喷口都是一类原始汤配料器。

糖等关键化合物“最多可以存活……几秒钟” 

随着热水流过岩石,热量和压力导致简单的有机化合物融合为氨基酸、核苷酸和糖等更复杂的有机化合物。它们靠近海洋的边界,那里的水并不那么热,它们开始连接成链,形成碳水化合物、蛋白质和核苷酸(如DNA)。然后,当水接近海洋并进一步冷却时,这些分子组装成简单的细胞。

这套理论简洁明了,引起了人们的注意。但是进行开创性的生命起源实验的Stanley Miller并没有信服。他1988年写道,他认为热液喷口太热了。  

虽然极热会触发氨基酸等化学物质的形成,但米勒的实验表明,这也会破坏它们。诸如糖之类的关键化合物最多可以存活……几秒钟。而且,这些简单的分子不太可能链接成链,因为周围的水几乎会立即破坏链。

地质学家和生命起源学者Michael Russell(来源:NASA / JPL / CalTech

此时,地质学家Mike Russell加入了争议。他认为热液喷口理论终究可以奏效。而且,在他看来,热液喷口是Wächtershäuser前体生物的理想场所。这种灵感将引导他创建一种最广泛接受的生命起源理论。   

如果Russell是正确的,生命就从海底开始 

Russell早年曾以各种方式制作阿司匹林,搜寻有价值的矿物质。尽管没有接受过培训,他1960年代的一次重大事件中,协调了应对可能爆发的火山。但是他真正感兴趣的是地球表面随着时间的流逝的变化。这种地质观点塑造了他关于生命起源的思想  

1980年代,他发现了化石证据,表明温度低于150摄氏度的热液喷口并不过于极端。他认为,这些温和的温度将使生命分子的生存时间比米勒认为的更长。

而且,这些较凉爽的热液喷口的化石残留物还有些奇怪。一种由铁和硫形成的名为黄铁矿物已经形成了直径约1毫米的管。

Russell在他的实验室中发现黄铁矿也可能形成球形斑。他认为在这些简单的黄铁矿结构内部形成了第一个复杂的有机分子。 

一团黄铁矿(来源:James PettsCC by 2.0

大约在这个时候, Wächtershäuser开始发表了他的想法。该想法依赖于流过矿物质的富含化学物质的热水流。他甚至认为黄铁矿参与其中。

他的想法依赖于现代科学中被遗忘的一位天才的成果 

于是Russel这些两两组合。他提出,深海中的热液喷口足以容纳黄铁矿结构,足以容纳Wächtershäuser的前体生物。如果Russel是正确的,那么生命就从海底开始,而新陈代谢首先出现。 

RussellMiller经典实验40年后的1993发表的一篇论文中提出了所有这些要求。它并没有获得同样令人兴奋的媒体报道,但是可以说它更为重要。罗素将两个看似独立的想法结合在一起,即Wächtershäuser的新陈代谢循环和Corliss的热液喷口,这些都令人信服。 

为了使它更加令人印象深刻,Russell还对第一个生物如何获得能量进行了解释。换句话说,他弄清楚了他们的新陈代谢如何起作用。他的想法依靠的是现代科学中被遗忘的一位天才的成果。

Peter Mitchell的研究将获得诺贝尔奖(来源:INTERFOTO / Alamy

1960年代,生物化学家Peter Mitchell病倒,被迫从爱丁堡大学辞职。取而代之的是,他在康沃尔郡的一个偏远庄园中建立了一个私人实验室。与科学界隔绝,他的工作部分由一群奶牛资助。许多生物化学家,包括在第二章中讨论了在RNA方面的工作的Leslie Orgel在内,认为他的想法完全荒谬。    

我们现在知道,Mitchell发现的过程存在于地球上所有生物 

不到二十年后,Mitchell取得了最终的胜利:1978年诺贝尔化学奖。他从来都不是家喻户晓的名字,但是他的想法在每本生物学教科书中都有。 

Mitchell在他的职业生涯中一直在研究生物体如何利用其从食物中获取的能量。实际上,他在问我们每个人如何时时刻刻都活着。

他知道所有细胞都将能量存储在同一分子中:三磷酸腺苷(ATP)。关键是锚定于腺苷的三磷酸链。添加第三种磷酸盐会消耗大量能量,然后将其锁定在ATP中。

当细胞需要能量时(例如,如果肌肉需要收缩),它将使ATP中的第三种磷酸盐分解。这将其转变为二磷酸腺苷(ADP)并释放存储的能量。

他从来都不是家喻户晓的名字 

Mitchell首先想知道细胞是如何产生ATP的。他们如何将足够的能量集中到ADP上,以使第三种磷酸盐附着?

米切尔知道构成ATP的酶位于膜上。因此,他提出细胞在膜上泵送称为质子的带电粒子,这样一侧有很多质子,而另一侧几乎没有质子。

然后,质子将试图流回整个膜,以平衡两侧的质子数量-但是它们唯一可以通过的地方是酶。穿过的质子流为酶提供了制造ATP所需的能量。

在此视频中了解细胞如何利用能量:

 Mitchell1961年首先提出了这个想法。在接下来的15年中,他一直和所有的质疑辩论,直到证据无可辩驳为止。现在我们知道,米切尔确定的过程被地球上的所有生物所利用。现在,它正在您的细胞内部发生。就像DNA一样,它是我们所知道的生命的基础。 

Corliss的热液喷口不起作用 

Russell接受的关键点是Mitchell的质子梯度:在膜的一侧有很多质子,而在膜的另一侧则很少。所有细胞都需要一个质子梯度来存储能量。

现代细胞通过在膜上泵送质子来产生梯度,但这涉及到复杂的分子机制,而这些机制无法刚刚出现。因此,Russell做出了又一个合乎逻辑的飞跃性推论:生命一定已经在自然质子梯度的地方形成了。

某个地方,如热液喷口。但这必须是特定类型的热液喷口。地球年轻时,海洋是酸性的,酸性水在其内部漂浮着许多质子。为了产生质子梯度,来自热液喷口的水中质子必须较少:它必须是碱性的 

Corliss的热液喷口不起作用 。它们不仅太热,而且呈酸性。但是在2000年,华盛顿大学的Deborah Kelley发现了第一个碱性热液喷口。  

大西洋失落之城热液田的一部分(来源:916 Collection / Alamy

Kelly首先必须为成为一名科学家而战。她的父亲在高中毕业时去世,她被迫长时间工作以维持大学生活。  

他开始确信,像《失落之城》一样的热液喷口是生命开始的地方 

但是她成功了,并被海底的火山和灼热的热液喷口迷住了。对双胞胎一般的热爱最终将她带到了大西洋中部。在那里,地壳被撕裂,海山从洋底升起。  

凯利在山脊上发现了一个热液喷口,她称之为迷失之城。他们不像科利斯发现的那样。从它们流出的水只有40-75℃,并且是弱碱性的。这些水中的碳酸盐矿物已结成陡峭的白色烟囱,像风琴一样从海床升起。它们的外观令人毛骨悚然,像鬼一样,但这是令人误解的:它们是密密麻麻的微生物群落的所在地,这些微生物在排水系统上茁壮成长。 

这些碱性热液喷口非常适合Russell的想法。他开始确信,像《失落之城》一样的热液喷口是生命开始的地方。

但是他有一个问题。作为一名地质学家,他对生物细胞的了解不足以使其理论真正令人信服。

黑烟囱热液喷口(来源:NOAA PMEL Vents Program/Science Photo Library

因此,Russell与生物学家William Martin合作。这是一个好斗的美国人,他的大部分职业都在德国度过。在2003年,两人提出了Russell早期想法的改进版本。可以说,这是关于生命如何开始的最充实的故事。  

这个故事现在被认为是生命起源的主要假说之一 

多亏了Kelley,他们现在才知道碱性喷口的岩石是多孔的:它们被充满水的细小孔塞满。他们认为,这些小口袋充当细胞。每个口袋里都含有必需的化学物质,包括黄铁矿等矿物质。结合从热液喷口流出的天然质子,它们是开始新陈代谢的理想场所。

Russell  Martin说,一旦生命利用了排出水的化学能,它便开始制造类似RNA的分子。最终,它创造了自己的膜并成为一个真正的细胞,并从多孔岩石中逃逸到了开阔的水中。

现在,这个故事被认为是生命起源的主要假设之一。

从热液喷口逃逸的细胞(来源:Richard Bizley /Science Photo Library

它在20167月获得了强有力的支持。当时马丁发表了一项研究,重建了最后的通用祖先LUCA)的某些功能。这是存在于数十亿年前的生物,所有现有生命都来自该生物。  

RNA世界的支持者说,热液理论有两个问题 

我们可能永远不会找到LUCA的直接化石证据,但是我们仍然可以通过观察今天仍然存在的微生物,对它的外观和行为做出有根据的猜测。马丁就是这样做的。

他研究了1,930种现代微生物的DNA,并鉴定了几乎所有微生物都有的355个基因。可以说,这是自这1,930个微生物共享一个共同祖先以来,这355个基因已代代相传的时间,大约是在LUCA存活时。

355个基因包括一些利用质子梯度的基因,但不包括产生质子梯度的基因-正是Russell  Martin的理论所预测的。而且,LUCA似乎已经适应了甲烷等化学物质的存在。这表明它居住在火山活动的环境中,例如热液喷口。

尽管如此,“RNA世界的支持者说,热液喷口理论有两个问题:一个可能被修复;另一个可能是致命伤。

热液喷口是奇怪生物的栖息地,例如这些无尾蟹(来源:A. D. Rogers et al, PLoS Biology, CC by 2.5

第一个问题是Russell  Martin描述的过程没有实验证据。他们有一个循序渐进的故事,但是实验室中没有发现任何步骤。

生命起源专家Armen Mulkidjanian说:认为重复试验是第一位的人们,会不断提供新的实验数据。 主张新陈代谢优先的人不会。

所有这些分子的化学性质都与水不相容 

得益于伦敦大学学院的Matin的同事Nick Lane,这种情况可能会改变。他建造了一个 生命起源反应堆 ,可以模拟碱性热液喷口内的情况。他希望观察代谢循环,甚至可能观察到诸如RNA之类的分子。但这还是初级阶段。  

第二个问题是热液喷口在深海中的位置。正如Miller1988年指出的那样,如果没有酶的帮助,RNA和蛋白质等长链分子就无法在水中形成。

对于许多研究人员来说,这是一个有争议的论点。如果您具有化学背景,那么您就无法接受深海热液喷口的想法,因为您知道所有这些分子的化学性质都与水不相容,” Mulkidjanian说。

无论如何,Russell及其盟友仍然看好他们的理论。

但是在过去的十年中,通过一系列非凡的实验,第三种方法脱颖而出。这就保证了迄今为止,“RNA世界和热液喷口理论都没有处理过的事情:一种从头开始制造整个细胞的方法。

可以说没有细胞就不可能有生命(来源:Equinox Graphics Ltd

5章如何制作细胞

2000年代初,关于生命如何开始的两个主要观点。“ RNA世界的支持者坚信,生命始于自我复制的分子。同时,新陈代谢优先阵营的科学家们对深海热液喷口的生命如何开始进行了详细的叙述。但是,第三个想法即将浮出水面。

地球上的所有生物都是由细胞组成的。每个单元基本上是一个柔软的球,具有坚硬的外壁或

细胞的关键将所有生命必需品保持在一起。如果外壁被撕开,内容物就会溢出,细胞会死亡-就像一个被开膛破肚的人通常没有长寿之年一样。 

在地球早期的高温和暴风雨中,必须将一些原材料组装成初级细胞 

细胞的外壁是如此关键,一些生命起源的研究人员认为它一定是最早出现的东西。他们认为在第三章中讨论的遗传学优先的努力和在第四章中讨论的代谢优先的思想是错误的。他们的选择-“分区第一” –在意大利罗马的罗马特雷大学的Pier Luigi Luisi领衔。  

Luisi的推理很简单,很难辩驳。除非您首先拥有一个将所有分子保持在其中的容器,否则您如何能够建立一个有效的新陈代谢或自我复制的RNA,而每一个都依赖于在一个地方有很多化学物质?

如果您接受这一点,那么生命就只有一种开始。不知何故,在地球早期的高温和暴风雨中,必须将一些原材料组装成原始细胞或细胞原型。挑战在于如何在实验室中做到这一点:制造一个简单的活细胞。

所有生物都是由细胞组成的(来源:Cultura Creative RF / Alamy

Luisi的思想可以追溯到在第一章中进行了讨论的Alexander Oparin以及苏联生命科学起源的曙光。 Oparin强调了这样一个事实,即某些化学物质形成称为凝聚层的斑点,这些斑点可以将其他物质保留在其核心中。他认为这些凝聚层是最早的细胞原型。

挑战在于用合适的东西制造出细胞原型 

任何脂肪或油性物质都会在水中形成斑点或薄膜。这些化学物质统称为脂质。它们形成早期生命的想法被称为 脂质世界 

但是仅形成斑点是不够的。这些斑点需要保持稳定;它们需要能够分裂形成子代斑点,并且它们至少需要对进出它们的行为进行某种控制-所有这些都不需要现代细胞用来完成这些任务的复杂蛋白质。

挑战在于用合适的东西制造出细胞原型。尽管几十年来尝试了许多物质,但路易斯从未制造出任何令人信服的类生命体。

 细胞以某种方式形成(来源:Christian Jegou / Publiphoto Diffusion / Science Photo Library

然后在1994年,路易斯提出了一个大胆的建议。他提出,第一个原始细胞必须含有RNA。而且,该RNA必须能够在细胞原型内复制。 

我们将在起源会议上见面并讨论这些漫长的争论 

这是一个很大的问题,意味着放弃纯粹的分区优先方法。但是路易斯有充分的理由。

一个有外壁但里面没有基因的细胞不能做什么。它可能分裂成子细胞,但无法将有关其自身的任何信息传递给它的后代。如果它包含一些基因,它只会开始进化并变得更加复杂。

这个想法很快将在在第三章中探讨了RNA世界假说的Jack Szostak那里获得关键支持。Luisi是分区优先阵营的成员,而Szostak则支持遗传优先,所以多年来他们一直没有碰面。

几乎所有生命都是单细胞的(来源:Science Photo Library / Alamy

Szostak回忆说:我们将在起源会议上见面,并就这些更重要和最先出现的问题进行长时间的辩论。 最终,我们意识到细胞二者兼有。我们达成共识,即对于生命的起源,同时进行分隔化和遗传系统至关重要。

Szostak和两位同事宣布取得重大成功 

2001年,SzostakLuisi提出了采用这种更为统一的方法的理由。他们在《自然》杂志上撰文指出,通过将复制的RNA托管在一个简单的脂肪团中,应该有可能从头开始制作简单的活细胞。  

这是一个极富创意的想法,索佐塔克(Szostak)很快决定付诸行动。他说:如果没有任何支持,我们就无法提出该理论,因此他决定开始试验细胞原型。

两年后,Szostak和两位同事宣布了一项重大成功。

囊泡是由脂质制成的简单容器(来源:Alfred Pasieka /Science Photo Library

他们一直在试验囊泡:球形斑点,在外侧有两层脂肪酸,在液体的中央有一层核。

蒙脱石和类似的粘土在生命起源中可能很重要 

为了找到一种加速囊泡形成的方法,他们添加了一种名为蒙脱石的粘土小颗粒。

这使囊泡形成速度提高了100倍。粘土的表面就像酶一样,起着催化剂的作用。

此外,囊泡可以吸收粘土表面的蒙脱石颗粒和RNA链。这些细胞原型现在包含基因和催化剂,全部来自一个简单的设置。 

添加蒙脱石的决定并非一时兴起。几十年的工作表明,蒙脱石及其类似的粘土在生命起源中可能很重要   

这种粘土块主要是蒙脱石(来源:Susan E. Degginger / Alamy

蒙脱土是一种常见的粘土。如今,它已用于各种用途,包括制作猫砂。当火山灰被天气分解时形成。由于地球早期有很多火山,因此蒙脱石似乎很丰富。

早在1986年,化学家James Ferris就已经证明了蒙脱石是一种有助于有机分子形成的催化剂。后来他发现它还可以促进小RNA的形成    

这使费里斯推测这种看起来普通的黏土是生命起源地。Szostak接受了这个想法,并使用蒙脱石帮助制造了他的细胞原型。

如果细胞原型可以生长,也许它们也可以分裂 

一年后, Szostak团队发现他们的细胞原型可以自行发展。

随着越来越多的RNA分子堆积到细胞原型中,外壁承受的压力越来越大。就像细胞原型吃饱了,可能会突然发作。

为了弥补这一缺陷,细胞原型吸收了更多的脂肪酸并将其掺入壁中,使其膨胀至更大的尺寸并释放了张力。

至关重要的是,它从含有较少RNA的其他细胞原型中提取了脂肪酸,导致它们收缩。这意味着细胞原型正在竞争,而具有更多RNA的细胞正在获胜 

这表明存在更加令人印象深刻的现象。如果细胞原型可以生长,也许它们也可以分裂。Szostak的细胞原型可以繁殖吗?

细胞通过分成两部分进行繁殖(来源:Science Photo Library / Alamy

Szostak的第一个实验表明了一种使细胞原型分裂的方法。通过小孔挤压它们,将它们伸入管子,然后分成子代细胞原型。

细胞原型生长并改变形状,伸长成绳状的长链 

这很明了,因为不涉及细胞机制:仅施加压力。但这不是一个很好的解决方案,因为细胞原型在此过程中丢失了一些内容。这也暗示着,只有当第一个细胞被推入小孔时,它们才能分裂。

使囊泡分裂的方法很多:例如,添加强大的水流以产生剪切力。诀窍是使细胞原型分裂而不会泄漏其内容物。  

2009年,Szostak和他的学生Ting Zhu找到了解决方案。他们制造了稍微复杂一些的细胞原型,有几个同心的外壁,有点像洋葱的层。尽管它们复杂,这些细胞原型仍然易于制造。

当朱给他们喂食更多的脂肪酸时,细胞原型生长并改变形状,伸长成绳状的长链。一旦一个细胞原型足够长,一个柔和的剪切力就足以使其分裂成数十个小的子细胞原型 

每个子代细胞原型都含有来自母体细胞原型的RNA,几乎没有任何RNA丢失。更重要的是,原始子细胞可以重复执行循环,子细胞原型可以生长然后分裂。

在后来的实验中,ZhuSzostak发现了更多促使细胞原型分裂的方法。问题的这一方面至少似乎已经解决了。 

但是,细胞原型仍然做得还不够完美。Luisi希望细胞原型能作为复制性RNA的宿主。但到目前为止,RNA只是身在中什么也不做。

那些尘土飞扬的论文里藏着有价值的线索 

为了真正表明他的细胞原型可能是地球上的早期生命,Szostak需要促成它们内部的RNA复制自身。

这绝非易事,因为尽管进行了数十年的尝试(如第三章所述),但没有人设法制造出可以自我复制的RNA。那是困扰SzostakRNA World早期工作中的难题,也没有其他人能够解决。

因此,他回过头来重新阅读了Leslie Orgel的工作,后者花了很长时间研究RNA世界假说。在那些满是灰尘的论文中埋藏着有价值的线索。

第一批细胞必须承载生命的化学作用(来源:Science Photo Library / Alamy

Orgel1970年代和1980年代花费了大量时间研究RNA链如何复制。

这可能是早期生命如何复制其基因的方式 

从本质上讲,这很简单。取一条单链RNA和一堆松散的核苷酸。然后,使用这些核苷酸组装与第一条互补的第二条RNA

例如,读为“ CGC”RNA链将产生读为“ GCG”的互补链。如果执行两次,您将以回旋方式获得原始“ CGC”的副本。

Orgel发现,在某些情况下,RNA链可以这种方式复制而无需酶的任何帮助。这可能是早期生命如何复制其基因的方式。

1987年,Orgel可以将一条14个核苷酸的RNA链,创建互补链,该互补链也长14个核苷酸。他没有再做任何其它事情,但这足以引起Szostak的兴趣。他的学生Katarzyna Adamala试图使这种反应在细胞原型中进行。  

他们建立了能够保留基因的细胞原型,同时从外部吸收有用的分子 

他们发现反应需要镁起作用,这是一个问题,因为镁破坏了细胞原型。但是有一个简单的解决方案:柠檬酸盐,它几乎与柠檬和橙子中的柠檬酸相同,而且无论在哪种活细胞中都可以找到。

2013年发表的一项研究中,他们添加了柠檬酸盐,并发现柠檬酸盐锁存在镁中,从而保护了细胞原型,同时模板复制可以继续进行。

换句话说,他们实现了Luisi1994年提出的建议。我们开始在这些脂肪酸囊泡中进行RNA复制化学,” Szostak说。

Szostak的细胞原型可以在极端高温下生存(图片来源:Jon SullivanPDPhoto.org

在仅仅十多年的研究中,Szostak的团队取得了令人瞩目的成就。

他们建立了能够保留基因的细胞原型,同时从外部吸收有用的分子。细胞原型可以生长和分裂,甚至可以相互竞争。RNA可以在其中复制。无论如何,它们都和生命惊人地相似。

Szostak的方法与40年的生命起源工作背道而驰 

它们也具有弹性。Szostak的团队在2008年发现,将细胞原型加热到100℃仍然可以生存,该温度可以消除大多数现代细胞。这就增加了细胞原型类似于早期生命的情况:原始生命必须承受恒定的流星撞击而烫伤的热量。 

“ Szostak做得很好,” Armen Mulkidjanian说。

然而从表面上看,索佐斯塔克的方法与40年的生命起源工作背道而驰。他没有关注复制优先分区优先,而是找到了使两者同时发生的方法。

这将激发出一种新的统一的生命起源方法,试图立即启动生命的所有功能。这种一切为先的想法已经积累了丰富的证据,并有可能解决现有想法的所有问题。

生命分子的行为异常复杂(来源:Equinox Graphics Ltd

6章伟大的统一

在整个20世纪下半叶,生命起源研究人员在不同的学派中工作。每个学派都喜欢他们自己的叙述,并且在大多数情况下,鄙视冲突的假说。正如前面各章所证明的那样,这种方法当然是成功的,但是每个关于生命起源的有前途的想法最终都面临一个重大问题。因此,一些研究人员正在尝试一种更统一的方法。

几年前,这个想法首次得到了较大的提倡,其结果是表面上似乎支持传统的,复制优先的RNA世界。

生命的所有关键组成部分可以一次形成 

2009年,RNA世界的支持者遇到了一个大问题。他们无法以可能在地球早期发生的方式制造核苷酸(RNA的组成部分)。正如我们在第三章中了解到的那样,这使人们怀疑最初的生命根本不是基于RNA

1980年代以来, John Sutherland就一直在思考这个问题。他说:我想,如果您能证明RNA能够自我组装,那将是一件很酷的事情。

对于Sutherland来说,幸运的是,他在英国剑桥的分子生物学实验室(LMB)有一份稳定工作。大多数研究机构强迫他们的员工不断推出新的发现,但LMB却没有。因此, Sutherland可以考虑为什么很难制造RNA核苷酸,并花费数年时间开发替代方法。

他的解决方案使他提出了关于生命起源的激进的新观念,即生命的所有关键组成部分可以一次形成。

地球是我们唯一找到生命的地方(来源:NASA

Sutherland说:“ RNA化学的某些关键方面不起作用。 每个RNA核苷酸由糖、碱基和磷酸脂组成。但是事实证明,不可能让糖和碱加入。分子只是错误的形态。

他认为RNA参与度很高,但并非万事俱备 

因此Sutherland开始尝试完全不同的物质。最终,他的团队发现了五个简单分子,包括不同的糖和氰胺,顾名思义,这与氰化物有关。该团队通过一系列反应使这些化学物质最终产生了四个RNA核苷酸中的两个,而从未制造出独立的糖或碱基。  

这是大满贯的成功,它也因此成就了Sutherland

许多观察家将这些发现解释RNA世界的进一步证据。但是Sutherland本人根本不这么看。 

经典的” RNA世界假说,在最初的生物中,RNA负责生命的所有功能。但是萨瑟兰说这是无望的乐观。他认为RNA参与度很高,但并非万事俱备。

分子只是形状错误 

取而代之的是,他从Jack Szostak的最新成果(正如第五章所讨论的那样)中产生了灵感。该作品将复制优先RNA世界与Pier Luigi Luisi分区第一的思想相结合。

但是Sutherland走得更远。他的方法是一切第一。他的目标是使整个细胞从头开始组装。

他的第一个线索是有关核苷酸合成的奇怪细节,起初似乎是偶然的。

生命需要多种化学物质(来源:Science Lab/Alamy

Sutherland过程的最后一步是将磷酸酯连接到核苷酸上。但是他发现最好从一开始就在混合物中加入磷酸脂,因为这会加快早期反应的速度。

从表面上看,包括在严格需要之前添加磷酸脂是一件很麻烦的事,但Sutherland发现这种混乱是一件好事。

使混合物变得足够复杂,生命的所有组成部分可能立即形成 

这使他开始思考他的混合物应该有多混乱。在地球早期,一定有数十种或数百种化学物质一起漂浮。这听起来像是污泥的配方,但也许有一个最佳的混乱水平。

Stanley Miller早在1950年代就制成的混合物(如第一章所述)比Sutherland的混合物要混乱得多。它们确实含有生物分子,但Sutherland说,它们含量极低,并伴有大量其他非生物化合物

对于Sutherland来说,这意味着Miller的设置还不够好。太乱了,所以好的化学物质在混合物中流失了。

因此, Sutherland着手寻找一种戈尔德洛克化学:一种不那么混乱以至于变得毫无用处,但又不那么简单以至于它只能做些有限的事情。使混合物变得足够复杂,生命的所有组成部分可能立即形成,然后融合在一起。

换句话说,四十亿年前,地球上有一个池塘。它在那儿了好多年,直到化学物质混合正确为止。然后,也许在几分钟之内,第一个细胞就出现了。

少量化学物质不足以维持生命(来源:JG Photography / Alamy

听起来像中世纪的炼金术士所说的那样令人难以置信。但是Sutherland的证据越来越多。自2009年以来,他证明了使他的两个RNA核苷酸相同的化学作用也可以产生其他生命分子。

在过去40年中,我们对生命起源的整个研究方法都是错误的 

下一步显而易见是要制造更多的RNA核苷酸。他还没有做到这一点。但是在2010年,他制造了非常相近的分子,有可能转化为核苷酸。 

同样,在2013年,他制造了氨基酸的前体。这次他需要添加氰化铜使反应进行。  

事实证明,与氰化物有关的化学药品是一个共同主题,2015Sutherland将其进一步拓展。他表明,同一批化学药品也可以产生脂质的前体,脂质是构成细胞壁的分子。反应全部由紫外线驱动,涉及硫,并依靠铜加速反应。 

生命需要丰富的化学物质混合物来形成(来源:Radius Images / Alamy

Szostak说:所有组成 []来源于化学反应的共同核心部分。

实验太干净了 

如果Sutherland是对的,那么我们过去40年来研究生命起源整个方法都是错误的。自从细胞的复杂性变得清晰起来以来,科学家一直在假设第一个细胞必须是逐步构建的,一次只能构建一小部分。

Sutherland说,按照Leslie Orgel提出的RNA优先理论提出的建议,研究人员一直在试图先解决一件事,然后再发明另一件事。但是他认为最好的方法是一次性制作所有东西。

Sutherland说:我们所做的就是挑战这样一个想法:它太复杂了,一劳永逸。 您当然可以同时为所有系统构建构建模块。

Szostak现在怀疑,制造生命分子并将其组装成活细胞的大多数尝试均因相同的原因而失败:实验太干净了。

我真的回到了第一个聚合物非常接近RNA的想法 

科学家使用了他们感兴趣的少量化学物质,而忽略了可能存在于地球早期的所有其他化学物质。但Sutherland的工作表明,通过在混合物中添加更多的化学物质,可以产生更复杂的现象。 

Szostak2005年亲自体验了这一点。当时他正试图让他的细胞原型承载一种RNA酶。该酶需要镁,但镁会破坏细胞原型的膜。

该解决方案是令人惊讶的。他们不是用一种纯脂肪酸制成囊泡,而是用两种混合物制成囊泡。这些新的,不纯净的囊泡可以应付镁离子-这意味着它们可以充当有效RNA酶的宿主。 

更重要的是, Szostak说,第一批基因也可能伴生于混乱之中。

DNA由称为核苷酸的较小分子组成(来源:Equinox Graphics Ltd

现代生物使用纯DNA携带其基因,但最初可能不存在纯DNA。会有RNA核苷酸和DNA核苷酸的混合物。

2012年,Szostak表明,这种混合物可以组装成马赛克分子,其外观和行为非常类似于纯RNA。这些混杂的RNA / DNA链甚至可以整齐地折叠。  

有一个问题, Sutherland和Szostak都没有找到解决方案 

这表明最初的生物体能不能产生纯RNA或纯DNA都没有关系。Szostak说:我真的回到了第一种聚合物非常接近RNA的想法,比RNA更混乱。

甚至在实验室中可能还会有替代RNA的空间,例如我们在第三章中遇到的TNAPNA。我们不知道它们是否存在于地球上,但是如果确实存在,最早的生物很可能将它们与RNA一起使用。

这不是一个RNA世界:它是一个“ 大杂烩世界 ”

从这些研究中得出的教训是,制造早期细胞可能并不像以前那样困难。是的,细胞是复杂的机器。但是事实证明,当它们扔在一起时,它们仍然起作用,尽管效果不是很好。

这种笨拙的细胞似乎不太可能在地球早期存活。但是它们本来就不会有太多竞争,也没有威胁性的掠食者。所以在许多方面,生命可能比现在容易。

早期,地球受到流星的撞击(来源:Chris Butler/Science Photo Library

SutherlandSzostak都没有找到解决方案,这是一个很大的问题。首批生物必须具有某种形式的新陈代谢。从一开始,生命就必须获取能量,否则生命就会死亡。  

那时的生命可能比现在容易 

在这一点上, Sutherland同意Mike RussellBill Martin和第四章的新陈代谢优先理论的其他支持者。Sutherland说:尽管RNA派专家与新陈代谢派专家进行斗争,但双方都有自己的观点。

Szostak说:新陈代谢的起源必须以某种方式存在。 化学能的来源将是一个大问题。

即使MartinRussel对从深海喷口开始的生命有错误的看法,他们的理论中的许多要素几乎肯定是正确的。其中之一是金属对生命诞生的重要性。

这种酶的核心是金属离子(图片来源:Laguna Design / Science Photo Library

在自然界中,许多酶的核心都是金属原子。这通常是酶的活性部分,其余分子基本上是支持结构。最初的生命不可能拥有这些复杂的酶,因此它可能使用了裸露金属作为催化剂。

生命不可能在深海中开始 

Günter Wächtershäuser提出了这一点。他认为生命是在黄铁矿上形成的。同样, Russell强调说,热液喷口的水含有丰富的金属,可以作为催化剂–MartinLUCA的研究发现了很多铁基酶。

有鉴于此,这表明Sutherland的许多化学反应都依赖于铜(顺便说一句,Wächtershäuser也强调硫),而Szostak细胞原型中的RNA需要镁。

也许热液喷口将变得至关重要。Szostak说:如果您看一下现代新陈代谢,那么所有这些真正具有启发性的东西,例如铁硫簇。 这符合生命始于热液喷口或周围的想法,那里的水富含铁和硫。

就是说,如果SutherlandSzostak走在正确的轨道上,那么热液喷口理论的一个方面肯定是错误的:生命不可能在深海中开始。

也许生命始于浅海(来源:ArteSub / Alamy

Sutherland说:我们发现的化学物质非常依赖于紫外线(紫外线)。 紫外线的唯一来源是太阳,因此他的反应只能在阳光充足的地方发生。它排除了深海喷口的可能性。

也许生命在陆地上的火山池塘中开始了 

Szostak同意深海不是生命的托儿所。最糟糕的是,它与大气化学隔离,而大气化学是氰化物等高能原料的来源。

但是这些问题并不能完全排除热液喷口。喷口可能只是在浅水里,阳光和氰化物可以到达这些浅水里。

Armen Mulkidjanian已提出替代方案。也许生命在陆地上的火山池塘中开始了。

也许生命始于美国黄石国家公园这样的火山池塘(来源:Cothron Photography / Alamy

Mulkidjanian着眼于细胞的化学组成:特别是,它们允许哪些化学物质进入以及将哪些保留在外面。事实证明,所有细胞,无论它们属于哪种生物,都含有大量的磷酸盐,钾和其他金属-但几乎不含钠。

目前我最喜欢的场景是地表上有一些浅湖或池塘 

如今,细胞通过将东西抽进放出来实现这一点,但是早期细胞无法做到这一点,因为它们没有必要的设备。因此,Mulkidjanian建议,早期细胞形成的地方化学成分与现代细胞大致相同。

那立即消除了海洋因素。细胞中钾和磷酸盐的含量远高于海洋,而钠则更少。

相反,它指向在活火山附近发现的地热池。这些池塘恰好有细胞中发现的金属混合物。 

温泉可能是生命的摇篮(来源:Brocken InagloryCC版本3.0

Szostak是粉丝。他说:我认为目前我最喜欢的场景是地热活跃地区表面上的某种浅湖或池塘。 你有热液喷口,但不像深海喷口,更像是我们在黄石这样的火山地区所拥有的喷口。

在地球存在的前五亿年,地球一直被陨石撞击 

Sutherland的化学反应很可能在这样的地方发挥作用。温泉中的化学物质合适,水位波动,因此某些地方有时会变干,并且太阳会发出大量紫外线。

更重要的是,Szostak说,这些池塘将适合他的细胞原型。

Szostak说:细胞原型在大多数情况下可能相对凉爽,这对RNA复制和其他简单的新陈代谢非常有利。 但是它们时不时地被短暂加热,这有助于RNA链分开以准备下一轮复制。 在热水流的作用下,还会有电流,这可能有助于细胞原型分裂。

利用许多相同的观点,萨瑟兰提出了第三个选择:陨石撞击区。

流星陨石坑可能是生命开始的地方(来源:Detlev van Ravenswaay /Science Photo Library

在地球生存的最初五亿年中,地球一直被陨石撞击从那以后就不时被撞击。像样的撞击会创造出与Mulkidjanian的池塘非常相似的结构。 

首先,陨石主要由金属制成。冲击区往往富含有用的金属,如铁和硫。至关重要的是,陨石撞击会熔化地壳,导致地热活动和热水。

如果事实证明其中一种情况缺少关键化学物质或包含破坏细胞原型的物质,则将其排除在外 

Sutherland想象小河和小溪沿着撞击坑的山坡滴下,从岩石中浸出基于氰化物的化学物质,而紫外线则从上方倾泻而下。每条小溪的化学物质混合会略有不同,因此会发生不同的反应,并且会产生大量有机化学物质。

最终,溪流将流入火山口底部的火山池塘。可能是在这样的池塘中,所有的碎片聚集在一起,形成了第一个细胞原型。

Sutherland说:这是一个非常特殊的情况。 但是他根据发现的化学反应选择了它。这是我们唯一能想到的与化学相容的物质。

Szostak不确定哪种方法,但他同意Sutherland的想法值得认真注意。我认为影响的情景很好。我认为火山系统的想法也可能奏效。每种观点都有一些支持。

就目前而言,这场辩论似乎仍在继续。但这不是一时兴起的决定。该决定将由化学和细胞原型决定。如果事实证明其中一种情况缺少关键化学物质或包含破坏细胞原型的物质,则将被排除在外。

东斯科舍省脊上的热液喷口(来源:A. D. Rogers et al, PLoS Biology, CC by 2.5

这意味着,我们有史以来第一次全面地解释了生命的开始。

萨瑟兰说:事情看起来更容易实现。

我们能做的最好的就是写一个与所有证据都一致的故事 

到目前为止,SzostakSutherland一次全部方法仅提供了一个粗略的叙述。但是,这些已经制定的步骤得到了数十年实验的支持。

这个想法还借鉴了生命起源的每一种方法。它试图利用他们的所有优点,同时解决所有问题。例如,它并没有试图反驳Russell关于热液喷口的想法,而是试图融合其最佳元素。

我们无法确定40亿年前发生了什么。Martin说:即使您制造了一个反应器,并在另一侧弹出大肠杆菌……您仍然不能证明我们是那样起源的。”  

我们能做的最好的事情就是写一个与所有证据都一致的故事:化学实验,我们对早期地球的了解以及生物学对最古老生命形式的启示。终于,经过一个世纪的艰苦努力,这个故事才浮出水面。

我们的发现改变了我们看待世界的方式(来源:NASA / ESA / Samantha Cristoforetti

这意味着我们正在接近人类历史上的最大鸿沟之一:知道生命开始故事的人与从未知道生命故事的人之间的鸿沟。

今天还活着的一些人将成为历史上第一个可以诚实地说他们知道自己来自哪里的人 

在达尔文1859年发表《物种起源》之前死亡的每个人都不知道人类的起源,因为他们对进化一无所知。但是,现在活着的每个人,除非孤立的群体,都可以知道我们与其他动物的系谱关系。  

同样,1961Yuri Gagarin绕地球飞行后出生的每个人都生活在一个可以前往其他世界的社会中。即使我们从不自己前往,太空旅行也是现实。

这些事实以微妙的方式改变了我们的世界观。可以说,它们使我们更加明智。进化教我们珍惜其他所有生物,因为它们是我们的亲戚。太空旅行使我们能够从远处看到我们的世界,揭示世界的独特性和脆弱性。 

今天还活着的某些人将成为历史上第一个可以诚实地说他们知道自己来自哪里的人。他们将知道他们的最终祖先是什么样子以及住在哪里。

这些知识将改变我们。从纯科学的角度来看,它将告诉我们生命在宇宙中形成的可能性以及在何处寻找生命。它会告诉我们有关生命本质的一些信息。但是除此之外,我们还不知道生命的起源会展示出什么智慧。



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2 梁洪泽 焦飞

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