化学自习室移动版

    距地球上第一种生物从无生命物质中诞生，至今已近40亿年，但最初的生命是如何出现的，至今仍是个谜。那些相对简单的分子，最初如何从“原始汤”里创生出 来，并形成越来越复杂的化合物？这些化合物又如何开始进行能量代谢，并完成自我复制（这两者是定义生命的两个特性）？当然，在分子水平上，所有这些步骤都 是化学反应，也正因为如此，“生命从何而来”成了一个化学问题。

    关于这个问题，对科学家的挑战不再是构想出那些看似合理的假说，因为这样的假说已经太多了。例如，有研究者推断，在第一种能够自我复制的聚合物（类似 DNA或蛋白质一类的分子，是由许多更小单位构成的长链）的形成过程中，泥土等矿物质可能起到了催化剂的作用。还有人认为，正是因为深海热泉源源不断地提 供能量，才会产生结构复杂的化学物质。此外，还有研究者提出，地球上曾存在一个RNA（核糖核酸）世界，这个世界出现在DNA和蛋白质诞生之前。在这个世 界中，DNA（脱氧核糖核酸）的近亲RNA（它可以被看作是一种酶，并且可以像蛋白质那样催化化学反应）无处不在。

    我们现在要做的就是，找到一种方法，在加热的试管里面触发化学反应，验证上面提到的那些假说。科学家已经取得了一些进展，他们的研究表明，一些化学物质可 以自发排列，形成更加复杂的结构——例如氨基酸，还有众所周知的核苷酸（nucleotides，DNA的组成单元）。2009年，现供职于英国医学研究 委员会剑桥分子生物学实验室的约翰·萨瑟兰德（John Sutherland）所带领的团队已经证实，在“原始汤”中，确实可能存在自发的核苷酸合成过程。

    其他一些科学家则着重研究了特定RNA类似于酶的催化特性，为“RNA世界假说”提供了一些证据。通过这些步骤，科学家也许可以弄清楚，无生命物质如何转变成能自我复制、自我维持的系统，从而填补生命进化史上的这个缺失环节。

    由于科学家对太阳系奇特而丰饶的环境有了更深的认识——火星上曾经存在过液态水；土星卫星泰坦（Titan，土卫六）上有着甲烷海洋；木星卫星欧罗巴 （Europa，木卫二）和加尼米德（Ganymede，木卫三）的冰层之下，似乎潜藏着冰冷的咸海，因此地球生命的起源似乎只是一些宏大问题的一部分： 在哪些环境中，生命才会出现？生命的化学基础可以有多大的不同？过去16年，科学家已经发现了500多颗围绕着其他恒星运转的太阳系外行星，这些光怪陆离 的外星世界也让前述问题变得更加迷人。

    这些发现促使化学家展开想象，去创想原始生命可能的化学构成。例如，美国航空航天局（NASA）一直认为，液态水是生命存在的先决条件，但现在科学家却认 为不一定非得这样。液态氨、甲酰胺（formamide，一种油状溶剂，类似液态甲烷）或者木星上的超临界氢（super-critical hydrogen）可不可以充当其他生命的“水”？为什么生命必须要以DNA、RNA和蛋白质为基础？毕竟，科学家已经研制出了一些人造化学系统，只要有 合适的组成成分，它们不需要核酸就能完成复制。从本质上说，一个可以充当模板进行自我复制，并能与“复制品”分开的分子系统似乎就算是生命。

    美国应用分子进化基金会的化学家史蒂文·班纳（Steven Benner）说，当我们的研究只局限于地球生命时，“我们没法说清楚，它们之间的那些相似性（比如都会使用DNA和蛋白质）到底代表了它们来自同一祖先，还是说生命都需要是这样”。不过，如果我们坚持认为，我们看到的才是真实的，“那我们的研究就太没意思了”。