生命的躍升：生命起源不是你想的那樣

紀(jì)舟

對人類來說，1953年可能是史上重要的一年，標(biāo)志著英國女王伊麗莎白二世加冕、人類首度登上珠穆朗瑪峰、斯大林的死亡、DNA的發(fā)現(xiàn)，以及最后但同樣重要的一件事，那就是米勒跟尤瑞的實(shí)驗(yàn)，它象征著一系列生命起源研究的開端。米勒那時(shí)候還是諾貝爾化學(xué)獎(jiǎng)得主尤瑞實(shí)驗(yàn)室里面一名固執(zhí)的學(xué)生。他在2007年過世，也許還帶著極度的不甘，直到臨終前仍為捍衛(wèi)自己半世紀(jì)前大膽提出的觀點(diǎn)而奮斗。不過，無論米勒那獨(dú)特論點(diǎn)后來的命運(yùn)如何，他真正留給后人的遺產(chǎn)，應(yīng)該是借由那些非凡的實(shí)驗(yàn)開啟了這個(gè)領(lǐng)域的一扇門，以及那些直到今天依然讓人震驚的結(jié)果。

當(dāng)年，米勒在一個(gè)大燒瓶里裝滿水和混合氣體，用來模擬他所認(rèn)為的早期地球大氣組成。他所選擇的氣體是氨氣、甲烷跟氫氣。這些是根據(jù)光譜觀察后，據(jù)信為組成木星大氣的成分，因此也很有可能充斥在年輕地球的大氣中。接著米勒在這瓶混合物中通電用來模擬閃電，然后在靜置幾天、幾個(gè)星期或是數(shù)月后，米勒把樣品拿出來分析，看看他到底“烹調(diào)”出了什么。實(shí)驗(yàn)結(jié)果大大出乎意料，遠(yuǎn)遠(yuǎn)超過他的想象。

米勒所煮的是一鍋太古濃湯，一鍋近乎謎般的有機(jī)分子，其中還包括一些建造蛋白質(zhì)的基本成分，也就是氨基酸。這或許是當(dāng)時(shí)最能代表生命的分子了，因?yàn)槟莻€(gè)時(shí)候DNA還默默無聞。更驚人的是，米勒做出的氨基酸正好就是生命所使用的那幾種，而不是其他大量可能的隨機(jī)排列組合。換句話說，米勒僅僅電擊了很簡單的氣體組合，構(gòu)筑生命所需的最基本的成分就這么凝結(jié)而出，好像它們早就等待已久，隨時(shí)準(zhǔn)備登場一般。霎時(shí)間，生命的起源看起來變得好簡單。這個(gè)結(jié)果必定非常符合當(dāng)時(shí)的某些潮流，因而登上《時(shí)代雜志》的封面，為科學(xué)實(shí)驗(yàn)帶來前所未見的轟動(dòng)宣傳。

不過隨著時(shí)間的過去，太古濃湯的構(gòu)想漸漸失去支持。因?yàn)樵趯μ艓r石進(jìn)行分析后發(fā)現(xiàn)，地球其實(shí)從來就沒有充滿氨氣、甲烷與氫氣過，或者至少不是在隕石大轟炸把月亮轟出去之后。這段時(shí)間，太古濃湯理論的人氣跌到谷底。

遠(yuǎn)古那次大轟炸扯碎了地球的第一個(gè)大氣層，把它們整個(gè)掃到外層空間去。如果用比較接近實(shí)情的大氣組成來做實(shí)驗(yàn)，則結(jié)果頗令人失望。對二氧化碳跟氮?dú)獾幕旌蠚怏w，外加極微量的甲烷和其他氣體電擊一陣子之后，只會(huì)得到很少的有機(jī)分子，而且?guī)缀鯖]有氨基酸?，F(xiàn)在，當(dāng)初太古濃湯的那個(gè)實(shí)驗(yàn)，變得像是只為滿足好奇心所做，雖然還是一個(gè)很好的實(shí)驗(yàn)，證明有機(jī)分子可以簡單地從實(shí)驗(yàn)室里面做出來，但除此之外別無意義。

不過，隨后科學(xué)家又在太空中找到大量的有機(jī)分子，這個(gè)發(fā)現(xiàn)拯救了太古濃湯理論。這些有機(jī)分子多半存在于彗星與隕石上，有些彗星跟隕石甚至幾乎就只是混了大量有機(jī)分子的臟冰塊，而其中的氨基酸種類跟電擊氣體產(chǎn)生出來的非常相近。在驚訝之余，科學(xué)家開始尋找這些組成生命的分子有無任何特殊之處。在眾多有機(jī)分子中，是否有一小群特別適合形成生命？至此，隕石大轟炸有了另外一個(gè)面貌，它不全然是毀滅性的，這些撞擊變成為地球帶來水與生命源頭有機(jī)分子的終極來源。這個(gè)太古濃湯并不是在地球上形成的，而是從外層空間來的。雖然大部分的有機(jī)分子會(huì)在撞擊的過程中損耗掉，不過科學(xué)計(jì)算的結(jié)果顯示，仍有足夠的分子可以留下來成為湯的原料。

這一假設(shè)雖然不像霍伊爾爵士所提倡的“生命是由外層空間播種到地球上”那樣極端，不過它確實(shí)把生命起源（或至少太古濃湯）跟宇宙的組成成分聯(lián)系在一起。地球生命現(xiàn)在不再只是一個(gè)例外，而是統(tǒng)治整個(gè)宇宙的定律之一，就像重力一樣無可避免。天文學(xué)家當(dāng)然很歡迎這個(gè)理論，至今依然。除了這點(diǎn)子實(shí)在不錯(cuò)以外，更重要的是，它讓天文學(xué)家有飯可吃。

這濃湯還因?yàn)樘砑恿朔肿舆z傳學(xué)而更加美味，主要是因?yàn)樯谋举|(zhì)就是復(fù)制子，特別是基因這種復(fù)制子?；蚴怯蒁NA跟核糖核酸（RNA）所構(gòu)成，它們可以一代又一代精確地自我拷貝。確實(shí)，天擇少了復(fù)制子這類東西絕對行不通，但也只有通過天擇，生命才可能由簡而繁。如此，對許多分子生物學(xué)家來說，生命的起源就等同復(fù)制的起源。而太古濃湯符合他們的需求，因?yàn)闇锩嬗懈魇礁鳂拥某煞?，足以讓彼此競爭的?fù)制子成長并演化。這些復(fù)制子可以在足夠濃稠的湯里各取所需，形成愈來愈長、愈來愈復(fù)雜的聚合物，最后帶入更多分子來形成精巧的構(gòu)造，像是蛋白質(zhì)或是細(xì)胞。從這個(gè)觀點(diǎn)來看，這鍋湯就像是漂滿英文字母的海洋，正在拼湊出許多單字，現(xiàn)在只等著天擇將它們釣上來并寫出漂亮的散文。

但是，太古濃湯是有“毒”的。它有“毒”并不是因?yàn)檫@構(gòu)想必然錯(cuò)誤，事實(shí)上遠(yuǎn)古時(shí)期很有可能真有太古濃湯，只不過非常稀薄，遠(yuǎn)不像當(dāng)初想象般濃稠。它有“毒”是因?yàn)檫@構(gòu)想讓科學(xué)家在尋找生命真相的時(shí)候，走了幾十年的冤枉路。如果我們在一個(gè)錫鍋里面裝滿滅過菌的湯（或者一鍋花生醬好了），放個(gè)幾百萬年，生命會(huì)跑出來嗎？當(dāng)然不會(huì)。為什么？因?yàn)檫@些成分只會(huì)漸漸分解，什么都不會(huì)發(fā)生。就算你持續(xù)對錫鍋通電也不會(huì)改善情況，那些成分只會(huì)分解得更快。偶然強(qiáng)大的放電像是閃電，也許會(huì)讓某些分子黏在一起形成團(tuán)塊，不過卻更有可能劈碎它們。我很懷疑復(fù)雜的生命復(fù)制子能從這鍋湯中出現(xiàn)，就像《阿肯色旅行者》這首歌里所說的：“你無法從這里走到那里。”因?yàn)檫@不符合熱力學(xué)定律，同樣的道理，對一具尸體持續(xù)電擊也無法讓其復(fù)生。

熱力學(xué)是許多書本極力避免使用的詞匯之一，尤其是那些自詡為科普暢銷書的書籍。但是如果真正了解的話，它的魅力無窮，因?yàn)檫@是關(guān)于“欲望”的科學(xué)。原子跟分子的存在是由“吸引”、“排斥”、“需要”以及“釋放”所支配，它們是如此重要，以至于在寫化學(xué)書籍時(shí)幾乎不可能避免用到某些情色擬人法：分子“想要”失去或得到電子、電性異性相吸同性相斥、分子“想要”與同性質(zhì)分子共存；當(dāng)化學(xué)物質(zhì)的每個(gè)成分都“想要”配對的時(shí)候，化學(xué)反應(yīng)就會(huì)發(fā)生，或者它們會(huì)不情愿地被強(qiáng)大的外力強(qiáng)迫在一起；當(dāng)然也有某些分子其實(shí)“很想”進(jìn)行反應(yīng)，但卻無法克服本身的羞赧，輕柔的調(diào)情也許會(huì)引發(fā)強(qiáng)烈的欲望，然后釋放出極大的能量。不過，或許我該在這里打住了。

我想說的是，熱力學(xué)定律讓這個(gè)世界轉(zhuǎn)動(dòng)。兩個(gè)分子如果不想進(jìn)行反應(yīng)的話，那就很難引起反應(yīng)。如果它們想反應(yīng)的話，反應(yīng)就會(huì)進(jìn)行，就算也許要花點(diǎn)時(shí)間去克服彼此的羞赧。我們的生命是由這種“需要”來驅(qū)動(dòng)的。在食物中的分子其實(shí)真的很想要跟氧氣反應(yīng)，不過幸好這種反應(yīng)不會(huì)自發(fā)進(jìn)行（這些分子其實(shí)非常害羞），否則我們就會(huì)燒起來。但是讓我們存活下來的生命之火，也就是分子間緩慢的燃燒反應(yīng)，其實(shí)跟燃燒是同一種反應(yīng)：就是食物中的氫原子跑出來跟氧原子結(jié)合，釋放出讓我們存活的能量?；旧希械纳际怯深愃频闹饕磻?yīng)所維持，化學(xué)反應(yīng)“想要”發(fā)生，然后釋放出能量去驅(qū)動(dòng)其他的副反應(yīng)，這就產(chǎn)生了新陳代謝。所有的反應(yīng)、所有的生命歸結(jié)起來都是如此，是出于兩個(gè)分子并列在一起時(shí)彼此趨向完全平衡，比如氫和氧，兩個(gè)相反的個(gè)體快樂地結(jié)合成一個(gè)分子并釋放出能量，然后除了剩下一小灘熱水外，什么也沒有。

而這就是太古濃湯的問題所在。從熱力學(xué)觀點(diǎn)來看它是死路一條，在湯里面并沒有哪些分子真的想發(fā)生反應(yīng)，至少不是像氫跟氧想要發(fā)生的那種反應(yīng)。因?yàn)樵谶@湯里面并沒有什么不平衡，并沒有什么驅(qū)動(dòng)力把生命不斷往上推，推過陡峭的活化能高峰之后，形成一個(gè)復(fù)雜的聚合物，比如蛋白質(zhì)、脂質(zhì)或是多糖類分子，或者是更重要的像RNA或DNA等分子。

有些人臆測第一個(gè)生命分子是RNA這類復(fù)制子，早于任何根據(jù)熱力學(xué)定律會(huì)產(chǎn)生的分子。這樣的想法，套句地質(zhì)化學(xué)家羅素的話來說，就像是“把車子的引擎拔掉之后，還希望微調(diào)控計(jì)算機(jī)可以駕駛它”般荒謬。