新浪科技讯 北京时间6月20日消息 据《纽约时报》报道，大约39亿年前，太阳外行星轨道的一次巨变致使大量彗星和小行星一窝蜂闯进太阳系。由它们的剧烈碰撞造成的大陨石坑至今在月球表面仍清晰可见，地球表面温度迅速升高，变成了熔岩，海洋蒸发后变成了薄雾。

　　然而，38亿年前形成的岩石可能包含生物进化的证据。如果无机物质可以如此迅速容易地形成生命，那么在太阳系和太阳系之外的星球为何不能存在大量生命呢？如果生物学是物质的固有属性，为何化学家迄今尚无法在实验室重塑生命，或类似于生命的东西呢？

　　地球的生命起源充满着疑惑和矛盾。活细胞蛋白和构成生命的遗传信息二者孰先孰后呢？在封闭细胞膜尚未将所有必要的化学物质聚在一起的情况下，生物体的新陈代谢如何开始的呢？但如果生命始于细胞膜内部，它又是如何获取必要的营养物呢？这些问题或许看似毫无实际意义，因为生命的确是以某种方式开始的。除了少数坚持一定要弄清楚生命是如何起源的研究人员外，其他的人在此问题上总是失望而归。

　　许多曾经大有希望的线索最后一无所获，数年的努力付之东流。像分子生物学首席理论家弗朗西斯·克里克(Francis Crick)等知名科学家曾心平气和地说，也许生命在地球上生根发芽之前已在别的地方形成，所以，要找到一个生命起源于地球似乎合理的解释是那么的困难。然而，过去几年，科学家在该领域取得的四个令人吃惊的进步已使他们重塑了信心，相信迟早会找到有关生命起源于地球的合理解释。

　　原始细胞

　　第一个进步是有关细胞状结构的诸多新发现，这些结构自然形成于可能存在于原始地球上的多脂肪化合物。这一发现源于三位同事之间的长期争论，争论的焦点集中于遗传体系，还是细胞膜在生命演变中最早出现。他们最终达成了共识：遗传体系和细胞膜一定要一起进化。这三位研究人员是杰克·佐斯塔克(Jack W.Szostak)、戴维·巴特尔(David Bartel)和卢伊吉·路易斯(Luigi Luisi)。

　　他们2001年在《自然》杂志上发表了一篇论文，宣布培育人造细胞的一个方法是获得平行生长和分裂的原始细胞(Protocell)和遗传分子，而分子将被裹在原始细胞内。他们写道，如果分子赋予这个细胞优于其他细胞的生存优势，那么结果将是“可持续的、具有自动复制能力的体系，与达尔文进化论的描述相符。它也许真的存在。”

　　佐斯塔克供职于马萨诸塞州总医院，已取得了这个研究项目的理想成果。结构简单的脂肪酸(可能曾经存在于原始地球之上)将本能地形成双层球体结构，与今天活细胞的两层薄膜存在很大的相似之处。原始细胞会吸收融入水中的新脂肪酸并最终分裂。活细胞一般情况下是不可渗透的，具有极为复杂的机制，仅仅承认它们需要的营养物。

　　佐斯塔克及其同事的研究表明，小分子可以轻易进入原始细胞。但是，如果它们形成大分子，则无法从原始细胞中出来。倘若原始细胞可以将小DNA片段吸收进去，接着以核苷酸(DNA的构造单元)为食，那么核苷酸会自然地进入细胞中，与另一个DNA分子建立连接。上个月，在长岛冷泉港实验室举行的达尔文进化论座谈会上，佐斯塔克表示他对“获取运行于原始细胞内部的化学复制体系十分乐观。”

　　他希望接下来可以将具有复制能力的核酸与分裂的原始细胞结合起来。佐斯塔克的实验接近于通过被认为曾经存在于原始地球上的化学物，生成自然分裂的细胞。但是，他采用的一些原料都相当复杂，比如核酸的核苷酸构造单元。研究原始地球生命起源前化学的化学家在核苷酸如何自然出现的问题上濒于崩溃。

　　核苷酸由一个身处一端的像核糖和去氧核醣这样的糖分子，和处于另一端的磷酸盐组(phosphate group)构成。化学家惊喜地发现，像腺嘌呤这样的盐基可以由简单的化学物(如氢化氰)轻易形成。然而，科学家多年努力却化为泡影，因为他们发现腺嘌呤无法与核糖建立天然联系。

　　自我复制RNA

　　上个月，英国曼彻斯特大学化学家约翰·萨瑟兰(John Sutherland)在《自然》杂志上发表的一篇论文称，他发现了一个经由生命起源前化学物人工合成核苷酸的惊人途径。萨瑟兰博士并不是通过可能存在于原始地球上的化合物分别培育盐基和糖，他的研究发现在合适的条件下，盐基和糖分可以构成单一单元，所以，根本不需要被连接起来。美国加州斯克里普斯研究所从事生命起源研究的专家杰拉尔德·乔伊斯(Gerald F. Joyce)说：“我认为萨瑟兰的论文是过去五年来生命起源前化学领域的最大进步。”

　　一旦从化学物质中生成自我复制系统，这就成了遗传史的序幕，原因在于每个分子都带有其祖先的印记。对先于复制技术的化学颇感兴趣的克里克博士曾表示：“想通了这一点，其余的不过是历史而已。”乔伊斯博士一直在培育具有复制能力的RNA分子，以此来研究遗传史的开始。作为DNA 的近亲，RNA几乎肯定作为活细胞的遗传分子先于DNA出现。除了携带信息外，RNA还可作为酶去促进化学反应。

　　乔伊斯博士今年初在《科学》杂志上报告称，他通过四类RNA核苷酸培育出两个RNA分子，它们可以促进相互之间的合成。他说：“我们最终会拥有可以长生不老的分子，”即一种信息可以无限传递下去的分子。据乔伊斯介绍，这套体系并不活跃，但可以完成生命最主要的功能，比如复制，适应新环境。萨瑟兰说：“乔伊斯距离培育出具有自我复制能力的RNA种类的目标越来越近。所以，只有悲观主义者认为他在几年内不会获得成功。”

　　一直受分子左右旋问题困扰

　　另一项惊人突破来自于有关分子左旋与右旋的一系列新研究。一些化学物质——例如由蛋白质构成的氨基酸——以两种镜像形态存在，在很大程度上与我们的左手和右手类似。在最为自然的产生条件下，这些以两种形态存在的化学物质会以混合物形式出现，并且两种状态的数量大致相等。但在活细胞中，所有氨基酸均是左旋，所有糖和核苷酸则均是右旋。

　　长期以来，目光锁定生命起源以前的化学家便无法解释，在早期地球，第一个活生命系统如何只从这种混合物中提取一种类型(左旋或者右旋)的化学物质。左旋核苷酸形同毒药，原因就在于阻止右旋核苷酸在一条链条上连接以形成RNA(核糖核酸)或 DNA(脱氧核糖核酸)等核酸。乔伊斯博士将这一问题称之为“最初的顺式”。在提到左旋和右旋形态的结构时，这位化学家使用了“顺式”和“反式”这两个专业术语。

　　令化学家意想不到的是，“最初的顺式”现在已经不是一个令他们头痛的问题。包括伦敦大学帝国学院的堂娜·布莱克默德(Donna Blackmond)在内的研究员已然发现，通过不断的冷冻和融解，一个由左旋和右旋分子构成的混合物能够被转换成单一形态。

　　海水与淡水哪个才是生命摇篮？

　　借助于最近取得的这4项突破——佐斯塔克博士的原生态细胞、可自行复制的RNA、核苷酸的自然合成以及对左右旋的一种解释——研究生命起源的科学家看到了非常乐观的前景，尽管他们仍有很长的一段路要走。萨瑟兰博士说：“在我看来，我们所有人都要比5年或者10年前更为乐观。”

　　当前摆在科学家面前的其中一个问题是，科学家至今仍未对生命起源的环境达成一致意见。包括古瑟尔·瓦切特沙瑟尔(Günther W?chtersh?user)在内的一些化学家指出，生命起源于火山环境，例如海洋深处的火山口。他表示，这些火山口拥有气体和金属催化剂，第一个新陈代谢过程可能就在此发生。

　　但很多生物学家认为，在海洋内，生命起源所需的要素通常在很大程度上被海水冲淡。相比之下，他们更愿意相信温暖的淡水水域才是生命的起源地，这一点与达尔文的观点一致。他们指出，淡水水域边缘周围出现的周期性变湿和蒸发产生了有益的浓度和化学过程。

　　没有一个人确切地知道生命何时出现。有关活细胞的最老且被广泛接受的证据是在安大略“冈弗林构造”发现的距今19亿年的细菌化石。但在格陵兰两个地区发现的岩石——含有与众不同的碳同位素混合物——也可以成为生物进程的证据。相比之下，它们的历史更为悠久，距今38.3亿年。

　　重轰炸不可能消灭一切细菌

　　安大略发现的岩石处在后期重轰炸期(大约39亿年前，巨大的彗星和小行星降落到地球和月球头上)，地球表面可能没有任何细菌存在，在这种情况下，生命如何迎来一个快速启动式的开始呢？美国科罗拉多州大学地质学家史蒂芬·莫契斯(Stephen Mojzsis)曾对其中一个格陵兰岩石发现地进行分析。在5月出版的《自然》杂志上，莫契斯表示后期重轰炸期不可能消灭一切生灵，他的这一观点得到很多人的认同。莫契斯认为，生命起源于海洋深处，拥有更为悠久的历史并且在后期重轰炸期幸存下来。

　　最近对锆石进行分析发现的证据显示，稳定的海洋和陆壳早在44.04亿年前就已出现，而地球则是在此前1.5亿年形成的。在引发巨变的轰击发生前，生命可能用了5亿年时间才踏上征程。

　　让地质学家产生分歧的是，格陵兰岩石是否真的提供了生物进程迹象。通常情况下，地球化学家只能对原始大气的构成进行预测。乔伊斯表示，生命起源前化学领域先驱莱斯利·奥格尔(Leslie Orgel)经常说：“几年之内，原始地球的环境就会再次发生变化。”乔伊斯曾经是奥格尔的学生。

　　在研究生命如何起源方面，化学家和生物学家在很大程度上要依靠自身的力量。由于缺少化石证据，他们并不确定第一个生命体在何时、何地以及如何出现，因此只能通过在实验室进行重新创造的方式解答这些问题。(秋凌)