生命探秘:生命的诞生不止一次

发布网友 发布时间：2022-11-02 13:13

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热心网友 时间：2024-10-27 22:33

地球生命的诞生可能不是只发生过一次，而是很多次才对。

通常认为，在地球约45亿年的历史中，生命的诞生只发生过一次。所以，我们常说，生命在宇宙中是很罕见的，只有在一个很难得的理想环境中才能诞生出来。

真的是这样的吗？最近，一些生物学家做了一些简单的化学实验，旨在重现生命的最早时刻，其结果却*了上面的观点。研究表明，生命似乎比我们预期的更容易诞生出来，这个过程不需要什么魔法，不需要什么罕见的成分，不需要什么特殊的环境条件。

这就引出了一个更有趣的推测：与诞生过一次相反，生命可能有着许多次的诞生过程。生命可能会在数十万年里，一遍又一遍地以许多不同形式彼此独立地诞生出来，直到经历了地球上第一次物种大灭绝后，才形成我们今天所看到的一切。早期的地球上，生命可能不是一直孤单的。

构建信息载体

在大约38亿年前，地球上产生了第一个有生命的东西。最早的生命应该是一种分子机器，没有细胞结构。接着，最早的生命进化为露卡（LUCA）——地球上所有生物的最后的共同祖先。之后，露卡分化出各种各样的生命。

最早的有生命的分子机器是怎么诞生出来的呢？生物学家们把生命诞生过程的每一个步骤都列出来，逐步解决这个问题。那么，第一步是什么呢？

生物与非生物之间最本质的区别，其实就是是否存在遗传信息。当前，大多数生物学家都支持RNA世界假说，即认为在DNA形成之前，生命的遗传信息是存储在RNA上的。RNA与DNA一样，是一种长链聚合物，组成单位称为核糖核苷酸。根据RNA世界假说，建立生命的第一步，就是如何建立核糖核苷酸。

2016年5月，德国慕尼黑大学的生物化学家托马斯·卡雷尔的团队发现了一个制造某些核糖核苷酸的非常简单方法，使用的原料不需要太多，只需要氰化氢、氨和甲酸即可。而这些原料在早期地球上，应该是极为丰富的。

他们的研究暗示，RNA的形成可能相对容易一些。卡雷尔还强调，这种合成反应真的不需要什么特殊的条件，可以发生在小池塘、深海等地球的各个地方。

有了制造核糖核苷酸的办法，那么，它们怎么组合成RNA呢？事实上，早在20年前，英国化学家莱斯利·奥格尔就发现，只需要一些泥土，核糖核苷酸就能自发地组装成RNA。这是因为泥土中的某些晶体携带的电荷会把核糖核苷酸吸引过来，并促使它们排成队，形成链状结构。

生产生物分子

遗传信息要想发挥作用，它得变为模板——依照自身指令来生产诸如蛋白质的物质，为生命提供能量和建造材料。这个过程被称为基因表达，是一种有许多分子参与的非常复杂的过程，它似乎很难在远古的泥土中涌现出来。那么，基因表达最初是怎么出现的？

美国科罗拉多大学的迈克尔·亚鲁斯和他的团队花了几年在旷野里做实验，把实验样品冻住、烤干……他们用了所有能想到的办法。最后，他的团队发现一个令人惊讶的简单反应，看起来很像基因表达过程：把RNA链和能自由活动的核糖核苷酸混合到一起，这些核糖核苷酸会自发地组合到一起，形成一种新的分子，而原来的RNA链似乎在这一过程发挥了模板作用。有趣的是，新的分子看起来像一种我们身体内常见的分子，叫作辅酶。

辅酶在当今生物体内很少能独立发挥作用，它们的工作主要是辅助其他更大的酶。也许，辅酶在最早期生命体中能独立发挥作用。

另外，就像卡雷尔找到的反应一样，亚鲁斯发现，他的反应也很容易地发生。不需要魔法，也不需要什么奇特的成分。

?复制自身

生命的一个关键属性就是繁殖。没有繁殖，生命就是一条死胡同。分子机器进行繁殖，就是要进行RNA的复制。

今天，我们有特殊的酶负责DNA的复制。但在2016年6月，美国哈佛医学院的杰克·绍斯塔克和他的团队发现，RNA可以复制自身，而且还不需要任何酶的帮助。实验中，他们把RNA链和可自由活动的核糖核苷酸混合到一起，就像亚鲁斯的研究一样。但是，绍斯塔克又额外添加了一些RN*段，能与RNA链中的一部分相匹配。这些RN*段似乎启动了RNA的复制过程，不一会儿，一个新的RNA链就复制出来了。

虽然其他的研究人员也找到了一些办法，能在没有酶的情况下让RNA进行复制。不过，绍斯塔克找到的办法反应速度更快。起到助推作用的RN*段是一种很短的RNA链，它们应该可以在早期的地球上自发地形成。

他们找到的反应可能是早期生命采取的一种复制方式，尽管复制过程有着很多错误。不过，随着时间的流逝，RNA会进化出更好的复制机制。

生命的多个开始

上面这些研究表明，地球生命的诞生可能并不是很难发生的。这就引出了一个有趣的可能性：地球生命的诞生可能不是只发生过一次，而是很多次。绍斯塔克表示，如果所有导致生命诞生的步骤都是很容易发生的话，那么生命可能在早期地球的许多地方诞生过很多次。

如果真的是这样的话，那么早期地球其实就是一个巨大的生物学实验室。在这里，许多不同种类的分子机器都会在地球的各个地方独立地诞生出来，它们可能是千奇百怪的。有一段时间里，它们会一起生活在地球上，但最终只剩下一种分子机器，并占领了整个地球——也许是因为它们更适应环境，也许只不过是交了好运。而其他独立诞生出的分子机器都灭绝了，这可能才是地球的第一次物种大灭绝，发生在数十亿年前。

但是，几乎没有任何化石记录告诉我们，那个时代究竟发生了什么。我们知道，露卡成为了最终的赢家，它们进化出所有未来的物种。可以肯定的是，露卡一定是十分成功的生命体。

过去的20年里，生物学家推测出，露卡应该是一种很先进的生物。它们可能已经将DNA而不是RNA当作遗传信息的载体，并且能用一个膜包裹起来，为生产蛋白质等分子提供了一个稳定的微环境。这一系列的创新，使得露卡能存活下来，而其他形式的生命却灭绝了。

鉴于一切都已成为历史，搞清楚生命如何诞生的主要办法，就是做实验。也许，在这研究过程中，我们没准还能制造出一种新型生命呢。

本文源自大科技<科学之谜> 2017年第4期杂志文章