1.对生命起源的早期猜想

　　从人类文明早期到十七世纪,自然发生学说一直占据着人们的主流思想——即认为生命物质是由无生命物质转化的结果.就连极富盛名的大物理学家牛顿也认为,植物是由逐渐变弱了的慧星尾巴形成的.后来,LouisPasteur通过巧妙的鹅颈瓶实验证明了生物,即使是最简单的细菌,都不能从无生命的物质中自发产生,生命只能来自生命.1870年,ThomasHenryHuxley提出了生源说：“生命始终来自先前已经存在的生命.”

　　然而,如果说生命来自于已存在的生命,那这个已存在的生命又从何而来呢?关于生命起源的问题——这个在自然发生论者看来不是问题的问题——生源说却无法解决,所以生源说者经常会无赖地说：“生命是宇宙生来就固有的,你要问我生命从哪里来的,你首先给我回答一个问题,宇宙怎么起源的?物质怎么来的?你给我回答了物质是怎么来的,生命我就可以说是从哪儿来的.”因此,生源说其实是一个不可知论.

　　如果稍作比较,不难发现进化论与生源说其实面临着同样的难题——如果说高级生命是从低级的生命进化而来的,那么是否存在最低级的生命形态?它又是如何产生的?达尔文巧妙地避开了对生命起源的讨论才使得它不至于落入不可知论的泥淖,却让后世学者为他这不负责任的行为买单,经过几代人的努力,最终形成了一套初步的不尽完整的理论——化学进化论.

　　2.化学进化论

　　化学进化论是被广大学者普遍接受的生命起源假说.这一假说认为,地球上的生命是在地球温度逐步下降以后,在极其漫长的时间内,由非生命物质经过极其复杂的化学过程,一步一步地演变而成的.

　　原始大气的主要成分有甲烷、氨、水蒸气、氢等,此外还有硫化氢和氢氰酸.这些气体在大自然不断产生的宇宙射线、紫外线、闪电等的作用下,就可能自然合成氨基酸、核苷酸、单糖等一系列比较简单的有机小分子物质.后来,地球的温度进一步降低,这些有机小分子物质又随着雨水,流经湖泊和河流,最后汇集在原始海洋中.

　　关于这方面的推测,已经得到了科学实验的证实.1935年,美国学者S.L.Miller等人,设计了一套密闭装置.他们将装置内的空气抽出,然后模拟原始地球上的大气成分,通入甲烷、氨、氢、水蒸气等气体,并模拟原始地球条件下的闪电,连续进行火花放电,最后,在U型管内检验出有氨基酸生成.

　　米勒实验证明了原始地球具备将无机物转化为有机物的条件,随后,原始地球条件下有机小分子如何进化到生物大分子便成为生命起源研究中新的实验课题.1958年,美国人S.W.Fox模拟原始地球的条件,将一些氨基酸溶液混合后倒人160℃～200℃的热沙或粘土中,使水分蒸发、氨基酸浓缩,经过0.5小时至3小时后就产生一种琥珀色的透明物质,它具有蛋白质的部分特性,因此被称为类蛋白质.Fox等认为,在原始地球不断有火山爆发的条件下,火山喷出气体中的甲烷、氨气和水蒸气等可能在高温条件下合成氨基酸,而氨基酸又可能通过热聚合反应而缩合为多肽.此外,也有人用模拟实验得到类似核酸的物质多聚核苷酸.实验表明,在50℃～60℃时,只要有多聚膦酸酯的存在,单个的核苷酸就可以聚合为多聚核苷酸.这些实验证明了有机小分子可以在原始地球上合成生物大分子如蛋白质,核酸等.饱含这种有机物的海洋环境成为了孕育生命的摇篮,被称为“原始汤”.

　　然而,线索行至此却突然模糊起来.关于有高分子物质如何成为了生命,我查阅了大量资料,绝大多数都是敷衍地说：“……生物大分子经过漫长的演化……终于形成了生命,然后进化……”的确,从无生命到有生命,这是地质史上一次质的飞跃,也是研究生命起源的一道难以跨越的鸿沟,目前,人类还不能在实验室里重现这一过程,然而,现代生命科学的飞速发展也让我们看到了零星的曙光,下面我将展示这些资料,以求尽量给读者一个满意的答案.

　　3.“生命源于共同祖先”

　　区别非生物与生物主要有两大特征：1、新陈代谢,即能够与环境进行物质和能量交换以维持其生长、运动和繁殖等生命活动过程.2、繁殖,即能够进行无限次数的自我复制.只要满足这两个条件则可视之为生物.

　　《物种起源》中虽然没有讨论生命起源的问题,但达尔文还是忍不住说了一句：“生命起源于一个普遍具有高度保守性的遗传信息片段,在相当广的范围内,通过不断的复制和分化得以进化,地球上所有现存物种源于一个原始的共同祖先.”至于那个共同祖先是什么东西,达尔文没有说,也无法说明.

　　为了跨越无生命与有生命之间的那道鸿沟,我们就必须找到那个共同祖先——地球上最原始的生命体,它必须满足上述两个条件,而且比它低级的任何一种形态都不能全部满足这两个条件.对于这样的生命体,可以确定,它早已灭绝,现存的化石记录里也没有,甚至我们很难在脑海里将其构造出来,不过,我们可以通过某些具体的信息向其逼近.

　　根据当代生物进化论研究者的观点,地球上的所有生命都可以归结到三个生物类群的某一类中.这三个类群分别是真核生物（Eukaryotes）、细菌（Eubacterial）和古菌（Archaea）.最近研究表明,细菌、古菌与真核生物很有可能源于同一个祖先,它是一种30亿年或40亿年前漂浮在“原始汤”周围的“原胞”实体,这种实体被称为“露卡(LUCA)”,也就是“第一个基本的共同祖先(Lastuniversalcommonancestor)”之意.然而,它没有留下任何已知的化石,也没有其他物理线索可揭示其身份.

　　但我们还是有蛛丝马迹可寻的.首先,我们必须明白,作为一个祖先,“露卡”应该具备以下两个特征：1、年代最久远.2、结构最简单.其中“年代最久远”是为了确保它的祖先地位,而“结构最简单”是为了确保它能由生物大分子直接形成.这两个特征其实并不等价,在原始单细胞生物领域,并非越低级的生物结构越简单,真核生物不一定比原核生物来得要晚（关于这一点我会在第4节说明）.而且在原始地球,退化的现象相当流行,突变即使令生物失去了某些结构,在生存竞争并不激烈的当时,它仍能生存繁衍.这一结论似乎给我们寻找同时满足这两个条件的“露卡”带来困难.

　　虽难如此,科学家们还是通过基因组分析和实验室模拟生成等巧妙的方法,初步描绘出“露卡”的肖像.

　　4.基因组图谱下的“露卡”肖像

　　基因是个好东西.通过构建基因组水平DNA、RNA和蛋白质序列分析的技术平台,科学家们在生物分类、生物进化及生命起源等领域取得了杰出成就.

　　那么,从基因分析中得到的“露卡”肖像又是怎样的呢?

　　最早应用基因分析研究“露卡”的科学家是伊利诺斯大学分子生物学家Woese.20世纪60年代末,Woese发明了一种通过比较rRNA小节序列来测量物种间关系的方法.假设基因突变会随着时间的推移自然增长,两种物种的rRNA越是不同,它们分离的时间就越久.

　　Woese测定了200多种原核生物的16SrRNA和真核生物的18SrRNA的序列,发现在原核生物中实际上有第