生命起源探索

王 涛（中国科学院海洋研究所）

摘要：本文解答了地球上的生命，是在何处产生的？是如何产生的？这两个世界性的科学问题。主旨是，依据现代生物进化理论和进化规律探讨生命起源的秘密。文中提出了准生命体和准生命要素场两个新概念。准生命体是逐步形成生命体，但还不是生命体的分子体。生命离不开水，准生命要素场是伴随地球演化过程中的潮间带的水体中形成的由物质、能量和信息等要素构成的具有高度多态性的生物物理、化学水环境条件的要素场，它为准生命体的化学进化逐步引发遗传体产生遗传变异和选择提供了充要的生物化学物理场环境机遇。本文认为，生命的起源就是准生命体（即遗传体）在伴随地球演化不断变化的准生命要素场因素作用下，逐步产生遗传变异和选择，从无机小分子到有机小分子再到有机大分子逐步累积终于形成了以核酸链为主体的有机分子组织结构体开始产生了生理活性及其活性的自我养、护和生存、复制繁殖功能的生命体，即地球上的初始生命体！

生命起源问题是现代科学中最难解答的问题之一。因为时过境迁任何生命起源的蛛丝马迹早已被历史长河所湮灭了，目前所能做的只能依据现代科学知识或作某些科学推测，或作某些科学实验证明推测的正确性罢了。

从1924年起，苏联奥巴林（А.И.Оларин）等生物化学家们提出，应按物质运动变化的规律研究生命的起源。

本文是依据现代生物进化理论和进化规律，按物质运动变化的规律研究生命起源的化学进化过程，探索生命起源的秘密。

目前已有的生命起源假说，有陆地起源、宇宙起源、空中起源、深海烟囱起源、蛋白质起源⁴、能量耗散起源⁷、核酸起源“RNA假说”²等。在此认为，唯有由米勒提出的被认为是“RNA World Theory”的核酸起源说是正确合理的。因为最初具有生理活性及其活性的自我养、护和生存复制繁殖功能的有机分子体是核酸链。生命是什么？生命就是生命体的有机分子组织结构的生理活性及其活性的自我养、护和生存繁殖功能。生命体就是拥有自我养、护和生存繁殖功能生理活性的有机分子组织结构体。而初始生命体就是最初具有自我养、护和生存繁殖功能生理活性的以核酸链为主体的有机分子组织结构的生命体。初始生命体的形成过程就是，准生命体在地球演化过程中形成的具有高度多态性的生物化学物理条件的准生命要素场因素作用下和准生命体相互作用下，不断地产生遗传变异，并通过了自然选择和准生命体彼此相互选择逐步累积的过程。在此把逐步形成了初始生命体的分子体，称为准生命体，把与逐步形成准生命体有关的因素构成的场称为准生命要素场。准生命要素场为准生命体化学进化中逐步产生遗传变异和选择提供了充要的条件和机遇。其实准生命要素场是物理学中所论述的场的概念的一种延伸、扩展和在初始生命体形成过程中的应用。场论指明，世界上的物质、能量和信息等因素的相互作用往往是通过它们的场来实现的。生命的起源过程也不例外。

准生命要素场 生命离不开水，形成初始生命体的准生命要素场必然存在于有水的环境中，而且地球上的初始生命体只能在逐步适应地球长期演化过程中所形成的复杂变化着的具有高度多态性的生物化学物理条件的有水的准生命要素场环境条件下生成。

准生命要素场为初始生命体漫长形成过程中的每一步遗传变异和选择都精准的提供了充要的生物化学物理水环境条件的机遇。准生命要素场由生成初始生命体有关的物质、能量和信息等因素构成。其中场的物质来源有的来自地壳内部物质高温溶化分解后的火山喷发，有的来自地壳表层物质的风化、侵蚀、溶融，还有的来自大气和宇宙，也有由这些物质不断演化生成的物质，还有火山岩浆中含有的大量金属元素溶于水中，在古老地磁等能量的作用下与水结合成含水络合离子等，其中许多都具有化学激活、催化功能。场的能量来源，有的来自天体和地球本身如声、光、电、磁、热力、重力、引力、宇宙射线、太阳辐射、雷电，地壳内能及火山喷发等，有的来自准生命体与有关因素相互作用形成的亲和力和克斥力的作用等。这个物质场构成的演化，依据细胞组成的层次应是先有生命体的前体分子H₂O、CO₂、NH₃以及钪、钛、钒、铬、锰、铁、钴、镍、铜、锌、钼等部分含水络合离子（它们都具有生化反应催化激活功能）等，再有代谢中间物丙铜酸、柠檬酸等，再后有构件分子核苷酸、氨基酸、脂肪酸、单糖及其相关物质等场因素。……这个场的环境条件随着地球演化既有白昼，又有黑夜，既有加热升温的条件，也有冷却降温条件，既有蒸发浓缩条件，也有加湿稀释条件，既有不同的温度、盐度，也有不同的酸度和碱度……。显然，这个准生命要素场具有群集性、多样性、可变性、对立统一性、非线性性、模糊性、多层性、竞争性，最可几性等高度多态特性⁶。正是准生命要素场随从地球演化而演化所形成的具有这样高度多态性的群子场环境条件，才能为准生命体化学进化的漫长而复杂过程中每一步的遗传变异和选择提供了充要的生物化学物理条件的机遇。

综观地球环境，江、河、湖、海岸边的滩涂上都具有高度多态性的生物物理化学水环境场，而宽广的海岸潮间带滩涂上的海水中具有最高度多态性准生命要素场的条件。此处海水中汇集了极为丰富的物质和能量，在天文潮和风暴潮涨落作用下，海水被推进到离岸远远近近、坑坑洼洼、深深浅浅、大大小小的由众多复杂岸物质构成的数不清的洼地中形成水池。这些水池在天文潮风暴潮的涨落中也周期性的变化，其周期有的数小时，有的则数年，当潮水退去后，这些水池即成为死水潭，在每年一米多深蒸发量的作用下，池水中的物质伴随着海水的蒸发逐渐浓缩甚至可高度浓缩，在日照下水池岸边的岩石、泥土及池水中的温度可升至七、八十度以上，而在严寒中又可降至冰点以下。同时，池水中的分子离子等之间的相互作用也随之变化，再伴随着一些场物质所具有的化学激活催化作用，以及来自宇宙地球的能量作用等都会产生某些生物化学物理变化，促使这些场的组织结构不断变化，逐渐达到它们的最可几状态。在它们逐渐达到其最可几状态的过程中所出现的一些复杂多样的生物化学物理条件，其中有的就会为准生命体的遗传变异和选择的化学进化提供机遇。这些准生命要素场及准生命体的组织结构和性状等改变了的池水，在暴雨洪水及天文潮风暴潮的作用下又可汇集到大海中。这种往复的动态变化在地壳形成之后至今的数十亿年中，都一直周而复始的进行着。这些不断变化着的具有高度多态性的生物化学物理水环境条件，就最有可能为准生命体逐步的遗传变异和选择的化学进化不断的提供机遇，成为初始生命体形成的摇篮，也是初始生命体继续进化的摇篮。地球上再也没有比此更具多态性、更有可能在数十亿年中始终伴随，持续存在具备引发准生命体产生遗传变异和选择形成初始生命体的每一步中所需要的复杂多样严格的生物化学物理水环境条件了。直至目前，潮间带的生命现象是最丰富最多样化的。

准生命体的遗传变异。遗传体的遗传变异既是生命体进化的动力也是准生命体化学进化的动力。准生命体的遗传变异，是准生命体整体产生的遗传变异，准生命体就是遗传体。这不同于生命体的遗传变异仅是在遗传体中产生遗传变异。实际上每一步生成的准生命体，能在所处环境中生存下来，都具有对该生存环境的适应能力（包括自身的毒性和抗毒性），并具有一定的稳定性。然而，地球环境在不断地演化，准生命要素场也随之不断演化。当其演化到现有准生命体不能适应时，准生命体只有再进一步产生适应性的遗传变异才能继续生存。这种适应性的遗传变异，应当是先由准生命体不能适应的因素作用而形成的克斥力，使准生命体的稳定性遭破坏被激活，然后再进一步与周围具有亲和力的原子分子离子结合，形成新的有适应能力的准生命遗传变异体才能继续生存下去。这种变异的形成过程，如同核苷酸短链形成中两个核苷酸的互相连接，必须其中一个由某种克斥力破坏戊糖3’C的羟基被激活，而另一个则被破坏磷酸基团上的羟基被激活脱水后，再由其相互形成一个新磷酸二脂键的亲和力结合而成。

显然能引发这种遗传变异的因素主要有两大类，一是地球自然环境演化形成了不能适应的生存环境因素引发的遗传变异，二是由准生命体之间出现彼此作用不能适应的因素而引发的遗传变异。自然环境的改变会使原有的准生命体不能适应，迫于环境因素的作用，必须产生适应性的遗传变异形成新的有适应能力的准生命遗传变异体才能继续生存下去（包括自身具有的毒性和抗毒性）。另一方面由于准生命体的多样性，准生命体彼此之间也像人体场相互作用存在相益（有利）相克（有害）现象一样存在相益相克现象。其实分子体之间也都存在相益相克现象，如有的分子体喜酸怕碱，有的则喜碱怕酸，有的酸碱都不怕，有的酸碱都怕，喜则相益，怕则相克，而且怕与喜也都有选择性和程度之分。

准生命体之间出现了彼此不能适应的相克伤害作用时，准生命体必须产生适应性遗传变异才能继续生存下去，同样这种遗传变异也是先在不能适应的场因素作用产生的克斥力作用下稳定性遭破坏被激活，然后再与周围有亲和力的原子分子离子结合成新的准生命体，而且在统一生存环境中不同的准生命体还必须是具有相互适应能力才能共同继续生存下去。

准生命体遗传变异的选择⁶。有适应能力的准生命体都是变异体通过了自然选择和相互选择后的结果。准生命体无论是受自然因素作用还是受准生命体彼此之间的相互作用所产生的遗传变异也同现代生物和人类的变异一样都具有双向性和多样性。这种双向性和多样性的产生，一方面是被上述激活的准生命体具有多样性，另一方面是在被激活的准生命体周围存在的具有亲和力的原子分子离子也具有多样性所形成的。同时这些多样性的准生命体也各自具有各自的特性包括自身的毒性和抗毒性。特别是当准生命体在准生命要素场中完全处于裸露状态下，若没有一定的毒性和抗毒性能力就无法生存。其中有的应对新的生存条件具有适应能力而有利于生存，有的则不具有适应能力而不利于生存。这样就形成了对自然环境适应能力的自然选择作用和准生命体彼此之间相互适应能力的相互选择作用。由上看出初始生命体的起源过程，就是准生命体在适应自然环境作用和适应准生命体相互作用过程中，不断的产生遗传变异和选择，从无机小分子到有机小分子再到有机大分子逐步通过自适应性的遗传变异和选择，终于形成了最初以核酸链为主体的有机分子组织结构体开始产生了生理活性及其活性的自我养、护和生存复制繁殖功能的生命体。于是，地球上的初始生命体就如此诞生了！

显然，由于准生命体具有多样性，由准生命体进化来的初始生命体也具有多样性（如：以核酸链构成的初始生命体为例。若以构成核酸链RNA、DNA的四种核苷酸A、G、D、T分别为链的端点就可组成多种核酸链，其中二链体的会有16种，三链体的有64种……数学上N链体的有4^N种，实际上，核酸链的N只要增长到有机分子组织结构体开始具有生理活性及其活性的自我养、护和生存复制繁殖功能时，初始生命体就开始形成了。初始生命体所具有的生理活性及其活性的自我养、护和生存繁殖功的遗传信息都隐含在A、G、D、T核苷链序列的3，3……的排序之中。另外，再加上初始生命体核酸链上结合的原子分子的一些差别和复制方式的差别等，不难想象如此形成的初始生命体显然是多种多样的。

这样看来，现代生物进化论中认为所有生物有共同起源的论述就值得商榷了。实际上，在各个时空领域内存在的生物多样性，有的是由生命体产生的遗传变异的多样性形成的，有些则是由初始生命体的多样性形成的。也就是说，有些生物有共同的起源，而有些生物则有它们各自的起源。总之，生物的多样性都是由其遗传体产生的遗传变异的多样性而形成的。然而，所有生物遗传体的主体结构都是核酸结构。

现在看来，生命的产生与进化，包括生命起源的化学进化和早期生命体及现代生命体（生物与人类）的进化，其进化动力、机制与规律都是相同的，是一脉相承的，其进化过程都是其遗传体（化学进化阶段的遗传体是整个准生命体）在适应自然和社会环境作用、适应个体生物场之间相互作用和适应自身的情感欲望及其行为作用下不断地产生自适应性遗传变异并通过自然和社会选择、个体相互选择和个体自我选择逐步累积的过程。所有的遗传体产生遗传变异和选择的进化动力，都是其遗传体受自然和社会环境作用、个体之间相互作用和自身的情感欲望及其行为的作用所形成的克斥力和亲和力，其中由克斥力破坏遗传体的稳定性，激活遗传体使其具有了活性，进而与有亲和力的原子分子离子结合成新的遗传变异体而实现的。它们的遗传变异体也都具有双向性和多样性，其遗传体也都是通过上述三类适应性的相益相克作用进行了自然选择、个体相互选择和自我选择不断完善和提升自身的组织结构和功能的自适应能力的成果。

参考文献

1. 李润潼、李竞等著. 从分子到人的探索. 武汉 湖北教育出版社.2000.

2. 吴相钰等编著，陈阅增普通生物学（第三版），北京，高等教育出版社，2009.

3. 郝瑞、陈慧都著，生物自主进化论，大连，大连出版社， 2012.

4. 周志火、冯伟民编著，远古的悸动——生命起源与进化，南京、江苏科学技术出版社，2012.

5. 王涛著，人体场及其相互作用功能探索，北京，北京中国文化出版社.2016.

6. 金日光、牟雪雁，当代中医药生命动力学，上海，上海科学技术出版社，2008.8.1.

7.England J, here. A New Physics Theory of Life[J]. Quanta, 2011.