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我从哪里来?——生命的起源

已有 5966 次阅读 2013-6-13 07:14 |个人分类:文化生物学|系统分类:观点评述| 合作, 生命起源, 进化, 生命

世界上最难回答的问题都是最简单的问题。

数学上最难回答的是“1+1为什么等于2”,哲学上最难回答的是“先有鸡还是先有蛋”,生物学上最难回答的问题大概就是“我从哪里来”了吧。

中学里的生物课让我们知道人是从“猴子”演变来的,“猴子”是从“青蛙”演变来的,“青蛙”是从“鱼”演变来的,“鱼”是单细胞动物演变来的。这个演变过程,古老的化石都给我们留下了证据。然而化石没有告诉我们细胞和分子是如何演变和进化的。等到有一天我们的技术能让我们看到分子化石和细胞化石,我们可能就清楚分子是怎么演变成细胞的。

我们虽然现在还不知道地球上的生命最初是如何从分子形成的,但是我们可以根据我们现代物理、化学和生物学已知的知识来推测和想象生命的起源。下面的故事仅仅是一个虚构的、想象的故事。

100亿年前,一个密度极大且温度极高的物体发生了大爆炸,从此宇宙诞生。像宇宙大爆炸后的任何一个星球一样,最早的地球是由高温环境中的各种原子组成。在地球冷却的过程中,原子间相互合作通过化学键形成分子,即化合物。地球上存在的、和今天的生命相关的化合物是由C、H、O、N、P、S等原子组成的分子。其中最重要的分子就是水分子H2O。有了水,溶在水里的其它各种分子进一步合作形成了核苷酸和氨基酸等各种有机小分子(有机物:有机会成为生命的物质)。海水孕育了生命的形成,今天的海水中也许还保存着所有形成生命的原始分子和生命的各种早期形式。蓝蓝的海水下面深藏着生命的秘密:生命起源的秘密和生命进化的秘密。

海水中许多分子里有一种在生命中最重要的分子叫核苷酸,核苷酸组合到一起能形成多聚核苷酸链。其中的一部分叫做脱氧核糖核酸的核苷酸具有一个特性就是能互相形成氢键的配对。以一个多核苷酸链为模板配对后形成共价键,就产生了另一根相匹配的核苷酸链,于是就有了第一个可以自我复制的双链多聚核苷酸。世界上第一个生命从此诞生。自我复制是生命的定义,也是生命的第一法则

其它的有机分子如氨基酸和糖也能形成多聚链。但在所有的链状有机大分子中,只有DNA具备自我复制的功能。如果哪个化学家能设计并合成出一个和DNA不一样的能自我复制的大分子,他就是上帝。

从这个分子聚合的过程里,我们可以想象最初在大海里荡漾着各种各样的双链DNA。这些DNA分子从理论上来讲,可以从一个DNA分子慢慢演化成无数的DNA分子,也可以从一开始就独立形成了各种各样的DNA,而后一种模式的可能性更大。这也是我们今天看到的物种进化的模式:随机形成,定向选择。这个“向”就是上帝,就是自然。

大海里的各种大分子飘来荡去,自由组合。然而只有当一种组合能够帮助DNA分子进行复制的时候,这种组合才能迅速地繁衍。所有原始的生化反应在没有酶催化的情况下都应该可以进行,只是进程缓慢。有了酶的参与以后使得生化反应发生的更有效,DNA复制更加迅速。分子间的合作最初是简单少数分子形成的合作社,合作社进一步扩大最终形成分子的社会:细胞。细胞社会里的每一个分子各执其能,其使命只有一个:让细胞能更快、更有效地复制。分子的变化和组合是随机的,环境选择了复制最快和生存最顽强的细胞。生存和复制因此成了生命的基本法则。顺之者昌,逆之者亡。这就是细胞形成和进化的过程。

从生命的形成过程中,我们看到了生命的两个根本原理:复制和合作。复制是生命的根本,合作是生命进化的根本。生命从复制开始,没有复制就没有生命。合作增加了复制的效率,促进了生命的发展。生命里合作无处不在:原子间的合作形成分子,小分子间的合作形成大分子,大分子间的合作形成了细胞器,细胞器的合作形成了细胞,细胞的合作形成了器官,器官的合作形成了今天的动、植物。没有合作就没有今天的复杂生命,就没有万物,就没有人。

我从哪里来?我从复制来。生命的起源是复制,生命的进化是合作。懂得了这个道理,就懂得了生命的自然法则,所有生命的一切行为都不能违反这个自然法则,违反了这个法则就会被自然淘汰。

 



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