生命的誕生不止一次

通常認為，在地球約45億年的歷史中，生命的誕生只發(fā)生過一次。所以，我們常說，生命在宇宙中是很罕見的，只有在一個很難得的理想環(huán)境中才能誕生出來。

真的是這樣的嗎？最近，一些生物學家做了一些簡單的化學實驗，旨在重現(xiàn)生命的最早時刻，其結(jié)果卻顛覆了上面的觀點。研究表明，生命似乎比我們預期的更容易誕生出來，這個過程不需要什么魔法，不需要什么罕見的成分，不需要什么特殊的環(huán)境條件。

這就引出了一個更有趣的推測：與誕生過一次相反，生命可能有著許多次的誕生過程。生命可能會在數(shù)十萬年里，一遍又一遍地以許多不同形式彼此獨立地誕生出來，直到經(jīng)歷了地球上第一次物種大滅絕后，才形成我們今天所看到的一切。早期的地球上，生命可能不是一直孤單的。

構(gòu)建信息載體

在大約38億年前，地球上產(chǎn)生了第一個有生命的東西。最早的生命應該是一種分子機器，沒有細胞結(jié)構(gòu)。接著，最早的生命進化為露卡（LUCA）——地球上所有生物的最后的共同祖先。之后，露卡分化出各種各樣的生命。

最早的有生命的分子機器是怎么誕生出來的呢？生物學家們把生命誕生過程的每一個步驟都列出來，逐步解決這個問題。那么，第一步是什么呢？

生物與非生物之間最本質(zhì)的區(qū)別，其實就是是否存在遺傳信息。當前，大多數(shù)生物學家都支持RNA世界假說，即認為在DNA形成之前，生命的遺傳信息是存儲在RNA上的。RNA與DNA一樣，是一種長鏈聚合物，組成單位稱為核糖核苷酸。根據(jù)RNA世界假說，建立生命的第一步，就是如何建立核糖核苷酸。

2016年5月，德國慕尼黑大學的生物化學家托馬斯·卡雷爾的團隊發(fā)現(xiàn)了一個制造某些核糖核苷酸的非常簡單方法，使用的原料不需要太多，只需要氰化氫、氨和甲酸即可。而這些原料在早期地球上，應該是極為豐富的。

他們的研究暗示，RNA的形成可能相對容易一些?？ɡ谞栠€強調(diào)，這種合成反應真的不需要什么特殊的條件，可以發(fā)生在小池塘、深海等地球的各個地方。

有了制造核糖核苷酸的辦法，那么，它們怎么組合成RNA呢？事實上，早在20年前，英國化學家萊斯利·奧格爾就發(fā)現(xiàn)，只需要一些泥土，核糖核苷酸就能自發(fā)地組裝成RNA。這是因為泥土中的某些晶體攜帶的電荷會把核糖核苷酸吸引過來，并促使它們排成隊，形成鏈狀結(jié)構(gòu)。

生產(chǎn)生物分子

遺傳信息要想發(fā)揮作用，它得變?yōu)槟０濉勒兆陨碇噶顏砩a(chǎn)諸如蛋白質(zhì)的物質(zhì)，為生命提供能量和建造材料。這個過程被稱為基因表達，是一種有許多分子參與的非常復雜的過程，它似乎很難在遠古的泥土中涌現(xiàn)出來。那么，基因表達最初是怎么出現(xiàn)的？

美國科羅拉多大學的邁克爾·亞魯斯和他的團隊花了幾年在曠野里做實驗，把實驗樣品凍住、烤干……他們用了所有能想到的辦法。最后，他的團隊發(fā)現(xiàn)一個令人驚訝的簡單反應，看起來很像基因表達過程：把RNA鏈和能自由活動的核糖核苷酸混合到一起，這些核糖核苷酸會自發(fā)地組合到一起，形成一種新的分子，而原來的RNA鏈似乎在這一過程發(fā)揮了模板作用。有趣的是，新的分子看起來像一種我們身體內(nèi)常見的分子，叫作輔酶。

輔酶在當今生物體內(nèi)很少能獨立發(fā)揮作用，它們的工作主要是輔助其他更大的酶。也許，輔酶在最早期生命體中能獨立發(fā)揮作用。

另外，就像卡雷爾找到的反應一樣，亞魯斯發(fā)現(xiàn)，他的反應也很容易地發(fā)生。不需要魔法，也不需要什么奇特的成分。

復制自身

生命的一個關(guān)鍵屬性就是繁殖。沒有繁殖，生命就是一條死胡同。分子機器進行繁殖，就是要進行RNA的復制。

今天，我們有特殊的酶負責DNA的復制。但在2016年6月，美國哈佛醫(yī)學院的杰克·紹斯塔克和他的團隊發(fā)現(xiàn)，RNA可以復制自身，而且還不需要任何酶的幫助。實驗中，他們把RNA鏈和可自由活動的核糖核苷酸混合到一起，就像亞魯斯的研究一樣。但是，紹斯塔克又額外添加了一些RNA片段，能與RNA鏈中的一部分相匹配。這些RNA片段似乎啟動了RNA的復制過程，不一會兒，一個新的RNA鏈就復制出來了。

雖然其他的研究人員也找到了一些辦法，能在沒有酶的情況下讓RNA進行復制。不過，紹斯塔克找到的辦法反應速度更快。起到助推作用的RNA片段是一種很短的RNA鏈，它們應該可以在早期的地球上自發(fā)地形成。

他們找到的反應可能是早期生命采取的一種復制方式，盡管復制過程有著很多錯誤。不過，隨著時間的流逝，RNA會進化出更好的復制機制。

生命的多個開始

上面這些研究表明，地球生命的誕生可能并不是很難發(fā)生的。這就引出了一個有趣的可能性：地球生命的誕生可能不是只發(fā)生過一次，而是很多次。紹斯塔克表示，如果所有導致生命誕生的步驟都是很容易發(fā)生的話，那么生命可能在早期地球的許多地方誕生過很多次。

如果真的是這樣的話，那么早期地球其實就是一個巨大的生物學實驗室。在這里，許多不同種類的分子機器都會在地球的各個地方獨立地誕生出來，它們可能是千奇百怪的。有一段時間里，它們會一起生活在地球上，但最終只剩下一種分子機器，并占領(lǐng)了整個地球——也許是因為它們更適應環(huán)境，也許只不過是交了好運。而其他獨立誕生出的分子機器都滅絕了，這可能才是地球的第一次物種大滅絕，發(fā)生在數(shù)十億年前。

但是，幾乎沒有任何化石記錄告訴我們，那個時代究竟發(fā)生了什么。我們知道，露卡成為了最終的贏家，它們進化出所有未來的物種?？梢钥隙ǖ氖?，露卡一定是十分成功的生命體。

過去的20年里，生物學家推測出，露卡應該是一種很先進的生物。它們可能已經(jīng)將DNA而不是RNA當作遺傳信息的載體，并且能用一個膜包裹起來，為生產(chǎn)蛋白質(zhì)等分子提供了一個穩(wěn)定的微環(huán)境。這一系列的創(chuàng)新，使得露卡能存活下來，而其他形式的生命卻滅絕了。

鑒于一切都已成為歷史，搞清楚生命如何誕生的主要辦法，就是做實驗。也許，在這研究過程中，我們沒準還能制造出一種新型生命呢。