地球生命起源之謎（2）大分歧宾肺，三派逐鹿俱稱先
本文編譯自BBC年度熱文“the secret of how life on earth began”，本期第二章。
本文與前期文章《天地玄黃、宇宙洪荒：宇宙大爆炸理論介紹》共同組成天問(wèn)第一期“溯源”主題，探討萬(wàn)物起源和第一推動(dòng)力問(wèn)題勾徽，也就是門(mén)衛(wèi)保安經(jīng)常問(wèn)的第一個(gè)問(wèn)題：“你從哪里來(lái)的？”统扳。
到20世紀(jì)50年代初喘帚，科學(xué)家已經(jīng)擺脫了由來(lái)已久的假設(shè)，即生命是神的恩賜咒钟。 他們開(kāi)始探索生命早期在地球上自然而自然地形成的可能性 - 而且由于斯坦利·米勒（Stanley Miller）的標(biāo)志性實(shí)驗(yàn)吹由，他們甚至對(duì)這個(gè)想法有了實(shí)質(zhì)的支持。
當(dāng)米勒試圖從頭開(kāi)始創(chuàng)造生命時(shí)朱嘴，其他科學(xué)家正在弄清楚什么是基因倾鲫。到目前為止粗合，許多生物分子已經(jīng)弄明白了。
這些包括糖乌昔，脂肪隙疚，蛋白質(zhì)和核酸（如“脫氧核糖核酸” - deoxyribonucleic acid或簡(jiǎn)稱DNA）。
今天我們想當(dāng)然地認(rèn)為DNA攜帶我們的基因磕道，但對(duì)20世紀(jì)50年代的科學(xué)家來(lái)說(shuō)是非常震驚的供屉。 蛋白質(zhì)更復(fù)雜，所以科學(xué)家認(rèn)為它們是基因溺蕉。 這個(gè)想法在1952年被華盛頓卡內(nèi)基學(xué)院的Alfred Hershey和Martha Chase駁斥伶丐。 他們研究了僅含有DNA和蛋白質(zhì)的簡(jiǎn)單病毒，并且這些病毒必須感染細(xì)菌才能繁殖焙贷。 他們發(fā)現(xiàn)：進(jìn)入細(xì)菌的是病毒的DNA撵割，而蛋白質(zhì)留在了外面贿堰。 顯然辙芍，DNA是遺傳物質(zhì)。
Hershey和Chase的調(diào)查結(jié)果引發(fā)了一場(chǎng)瘋狂的比賽羹与，以確定DNA的結(jié)構(gòu)以及運(yùn)作機(jī)理故硅。第二年，英國(guó)劍橋大學(xué)的弗朗西斯·克里克（Frankie Crick）和詹姆斯·沃森（James Watson）破解了這個(gè)謎團(tuán)纵搁，過(guò)程中獲得了同事羅莎琳德·富蘭克林（Rosalind Franklin）的許多未被明確承認(rèn)的幫助吃衅。 他們是二十世紀(jì)最偉大的科學(xué)發(fā)現(xiàn)之一。 它還通過(guò)揭示隱藏在活細(xì)胞內(nèi)的難以置信的復(fù)雜性腾誉，重塑了對(duì)生命起源的追求徘层。
詹姆斯·沃森（James Watson）和弗朗西斯·克里克（Francis Crick）與他們的DNA模型（來(lái)源：A.Barrington-Brown / Gonville和Caius College / Science Photo Library）
Crick和Watson認(rèn)識(shí)到DNA是一個(gè)雙螺旋，就像一個(gè)被扭曲成螺旋的梯子利职。 梯子的兩個(gè)“極”分別由稱為核苷酸的分子構(gòu)建趣效。
這個(gè)結(jié)構(gòu)解釋了細(xì)胞如何復(fù)制DNA。 換句話說(shuō)猪贪，它揭示了父母如何復(fù)制他們的基因并將其傳給他們的孩子跷敬。關(guān)鍵是雙螺旋可以“解壓縮”。 這暴露了遺傳密碼 - 遺傳基因堿基對(duì)A热押，T西傀，C和G的序列，通常被鎖定在DNA梯子的“梯級(jí)”內(nèi)桶癣。 然后將每條鏈作為模板來(lái)重新創(chuàng)建另一個(gè)的副本拥褂。
使用這種機(jī)制，從生命開(kāi)始以來(lái)牙寞，基因已經(jīng)從父母?jìng)鹘o孩子饺鹃。 您的基因最終都來(lái)自那個(gè)所有生物的終極祖先細(xì)菌，而且每一步都使用克里克和沃森發(fā)現(xiàn)的機(jī)制進(jìn)行復(fù)制。
請(qǐng)?jiān)谙旅嬉曨l中探索DNA的結(jié)構(gòu)：
克里克和沃森在1953年《自然》上發(fā)表了一篇論文尤慰，提出了他們的發(fā)現(xiàn)馏锡。 在接下來(lái)的幾年中，生物化學(xué)家們你追我趕的尋找DNA中攜帶的準(zhǔn)確信息伟端，以及這些信息在活細(xì)胞中的用途杯道。 生命中最深處的秘密第一次得到曝光。
最終發(fā)現(xiàn)责蝠，DNA只有一個(gè)工作：你的DNA告訴你的細(xì)胞如何制作蛋白質(zhì)——這些蛋白質(zhì)是大量基礎(chǔ)生命化學(xué)活動(dòng)的載體党巾。 沒(méi)有蛋白質(zhì)你不能消化你的食物，你的心臟會(huì)停止霜医，你不能呼吸齿拂。
但使用DNA制作蛋白質(zhì)的過(guò)程證明是錯(cuò)綜復(fù)雜的。 這對(duì)任何試圖解釋生命起源的人都是一個(gè)巨大的困難肴敛，因?yàn)楹茈y想象這么復(fù)雜的事情是如何開(kāi)始的署海。
每個(gè)蛋白質(zhì)本質(zhì)上是長(zhǎng)長(zhǎng)的鏈氨基酸，以特定的順序串聯(lián)在一起医男。 氨基酸的序列決定了蛋白質(zhì)的三維形狀砸狞，以及決定了它行使的功能。
該信息承載在DNA的堿基序列的編碼中镀梭。 因此刀森，當(dāng)細(xì)胞需要制作特定的蛋白質(zhì)時(shí)，它讀取DNA中的相關(guān)基因（【嶺南按】一段按照特定順序排列的堿基編碼）以獲得氨基酸序列报账。
但DNA是雙螺旋扭曲的研底，（或許）因?yàn)镈NA是寶貴的，所以細(xì)胞更愿意把它捆綁在一起保證安全透罢。 為此榜晦，他們將信息從DNA復(fù)制到稱為RNA（ribonucleic acid，核糖核酸）的另一種分子較短的物質(zhì)上琐凭。 如果DNA是一本圖書(shū)館書(shū)籍芽隆，RNA就是一小片紙，“涂抹”著一段重要的編碼信息统屈。 RNA類似于DNA胚吁，只不過(guò)它只有一條鏈（strand）。
兩個(gè)主要的核酸的比較： RNA (左) 和 DNA (右), 展示分別采用的螺旋和核堿基愁憔。
最后腕扶，將RNA鏈中的信息轉(zhuǎn)化為蛋白質(zhì)的過(guò)程，發(fā)生在一種稱為“核糖體”(ribosome)的極其縝密復(fù)雜的分子中吨掌。
這個(gè)過(guò)程正在每個(gè)活細(xì)胞中進(jìn)行半抱，甚至是最簡(jiǎn)單的細(xì)菌脓恕。 對(duì)生命來(lái)說(shuō)它和飲食、呼吸一樣至關(guān)重要窿侈。 對(duì)生命起源的任何解釋必須闡明這種復(fù)雜的三位一體 ：DNA炼幔、RNA和核糖體蛋白質(zhì)，是如何共存史简、并相互協(xié)作的乃秀。
細(xì)胞能變得非常復(fù)雜（來(lái)源：Russell Kightley / Science Photo Library）
突然間，Oparin和Haldane的觀點(diǎn)看上去過(guò)于原始和簡(jiǎn)單圆兵，而Miller的實(shí)驗(yàn)跺讯，只產(chǎn)生了幾種用于構(gòu)建蛋白質(zhì)的氨基酸，看起來(lái)也有些業(yè)余殉农。他的開(kāi)創(chuàng)性的研究顯然只是漫長(zhǎng)道路的第一步刀脏，距離指引我們創(chuàng)造生命還有很遠(yuǎn)的路。
約翰·薩瑟蘭（John Sutherland）說(shuō)：“DNA產(chǎn)生RNA再產(chǎn)生蛋白質(zhì)超凳，所有這些都是在脂質(zhì)包裹的化學(xué)物質(zhì)中發(fā)生的”（【嶺南按】：指在細(xì)胞中發(fā)生）愈污。
“你看著這些，只能說(shuō)：‘哇聪建，太復(fù)雜了’钙畔，我們又怎么去找到一種有機(jī)化學(xué)反應(yīng)--讓這個(gè)過(guò)程一次發(fā)生呢？”
第一個(gè)真正直面這個(gè)問(wèn)題的人是英國(guó)化學(xué)家萊斯利·奧格爾（Leslie Orgel）金麸。 他是第一個(gè)看到克里克和沃森的DNA模型的人之一，并且將幫助美國(guó)國(guó)家航空航天局與他們的維京計(jì)劃簿盅，這個(gè)計(jì)劃將登陸機(jī)器人發(fā)往火星挥下。
奧格爾著手簡(jiǎn)化問(wèn)題。 在他1968年寫(xiě)的論文里（得到克里克的支持）桨醋，他認(rèn)為第一次生命沒(méi)有蛋白質(zhì)或DNA棚瘟。 相反，它幾乎完全是靠RNA實(shí)現(xiàn)的喜最。 如果是這樣的話偎蘸，這些原始RNA分子必須是特別通用的。 一方面瞬内，他們一定能夠建立自己的副本迷雪，大概使用與DNA相同的堿基配對(duì)機(jī)制。
生命從RNA開(kāi)始的想法將被證明是非常有影響力的虫蝶。 但也引發(fā)了一場(chǎng)一直持續(xù)到今天的你來(lái)我往的科學(xué)賽馬戰(zhàn)章咧。
DNA幾乎是每一個(gè)生物的核心（來(lái)源：Equinox Graphics Ltd）
通過(guò)主張生命從RNA和一點(diǎn)其他次要物質(zhì)開(kāi)始，Orgel提出生命的一個(gè)關(guān)鍵方面： 它的“復(fù)制能力”出現(xiàn)在所有其他方面之前能真。 從某種意義上說(shuō)赁严，他不僅僅是假設(shè)生命是如何組裝的扰柠，他在說(shuō)的是：什么是生命。（【嶺南按】也就是說(shuō)：生命就是復(fù)制）
許多生物學(xué)家都會(huì)同意Orgel “復(fù)制第一” 的想法疼约。 在達(dá)爾文的進(jìn)化論中卤档，創(chuàng)造后代的能力絕對(duì)是核心功能：生物可以“贏”的唯一途徑就是留下很多孩子。
但是生命的其他特征似乎同樣重要程剥。 最明顯的是新陳代謝：從周圍環(huán)境中提取能量并利用它來(lái)保持自己的活力裆装。 對(duì)于許多生物學(xué)家來(lái)說(shuō)，新陳代謝才是原始生命的首要特征倡缠，“復(fù)制”后來(lái)才出現(xiàn)哨免。
所以從二十世紀(jì)六十年代起，研究生命起源的科學(xué)家就分裂成幾個(gè)陣營(yíng)昙沦。
Sutherland說(shuō)：“基本的分歧是：‘新陳代謝第一’ PK ‘繁殖第一’ ”琢唾。
同時(shí)，第三組認(rèn)為盾饮，首先要出現(xiàn)的是關(guān)鍵分子的容器采桃，以防止它們脫落。 薩瑟蘭說(shuō)：“分割室必須先形成丘损，否則就沒(méi)有任何意義要做新陳代謝普办，除非你是分隔的。 換句話說(shuō)徘钥，需要先形成一個(gè)細(xì)胞（正如Oparin和Haldane在幾十年前所強(qiáng)調(diào)的那樣）衔蹲，也許是由簡(jiǎn)單的脂肪和脂質(zhì)膜所包圍形成的。（【嶺南按】細(xì)胞第一）
所有這三個(gè)想法都獲得了追隨者的支持呈础，并且發(fā)展到了現(xiàn)在舆驶。 科學(xué)家們已經(jīng)熱衷于堅(jiān)持他們自己圈養(yǎng)的觀念，有時(shí)甚至是盲目的而钞。
結(jié)果沙廉，關(guān)于生命起源的科學(xué)會(huì)議往往成為爭(zhēng)吵事件，一個(gè)陣營(yíng)的科學(xué)家經(jīng)常告訴這個(gè)問(wèn)題的記者臼节，從其他陣營(yíng)出現(xiàn)的想法是愚蠢的或更糟的撬陵。
感謝Orgel，生命開(kāi)始于RNA和遺傳學(xué)的觀念能早日開(kāi)始网缝。 然后到了八十年代巨税，一個(gè)驚人的發(fā)現(xiàn)幾乎證實(shí)了這一點(diǎn)……
一位科學(xué)家在探索“復(fù)制第一”的道路上，找到了一個(gè)重要的證據(jù)途凫，證明RNA對(duì)于生命起源極其重要垢夹，并獲得了2009年諾貝爾獎(jiǎng)，RNA究竟如何重要呢维费？且聽(tīng)下回分解, 嘿嘿 ……
RNA可能是生命的關(guān)鍵（來(lái)源：Equinox Graphics Ltd）
原作者：Michael Marshall 果元，31 October 2016
http://www.bbc.com/earth/story/20161026-the-secret-of-how-life-on-earth-began
更多文章促王，請(qǐng)關(guān)注微信公眾號(hào)：嶺南天問(wèn)閣 （公眾號(hào)ID：edmoon_cai)
