03-2为何说不

生命的基础材料

我告诉布雷德利，我在中学和大学读书的时候，老师教导我，原始地球上到处都有达尔文所说的化学物质小池塘。那时的大气层有助于生命的形成。有了由闪电供应的能量，这碗“生命发源以前的’中的化学物质——经过几十亿年一连在一起，一个简单的生物便出现了。从那时起，生物就要受进化论的支配了。

“是谁把这段情节概念化的？”我问他。

“俄国生化专家亚历山大·奥帕伦（Alexander Oparin）在1924年提出，复杂的分子排列和活物质的功能是从已存于早期地球上比较简单的分子演化而成，”他说。“随后，在1928年，英国生物学家霍尔丹（J.B.S.Haldane）以理论说明紫外线在地球原始大气层上发生作用，使糖分和氨基酸在海洋里集结，生物最后在这种原始粥状物中出现。

“后来诺贝尔奖金得主哈罗德·尤里（Harold Urey）指出地球的原始气层适于有机化合物出现。尤里是史坦利·密勒（Stanley Miller）在芝加哥大学的博士生指导。密勒决定对此事作个实验。”

密勒的名字引起我的模糊回忆。我记得在学校里，老师教过密勒这个划时代的实验。他在实验室里重新创造了原始地球的大气层，给这个大气层通电，模仿闪电的功效。没有多久，他发现氨基酸——生命的基础材料——被造了出来。我还记得我的生物学老师用具有感染力的热情叙述这一实验，说它决定性地证明生命能从无生命的化学物质中出现。

“那时，这个实验被欢呼为一个重大的突破，是不是？”我问。

“啊，绝对是！”布雷德利说。“萨根说这实验是个最最重要的步骤，使许多科学家相信，宇宙中可能有大量生命。@26化学家威廉·戴（William Day）说，实验显示，创造生命的这一步骤不是一个偶然事件，而是必然的。@27天文学家哈洛·沙普利（Harlow Shapley）说，密勒已经证明了“生命之出现基本上’是个生物化学自动的发展，是实际条件合适时自然而然的出现。”@28

这真是了不起。“这就把问题解决了吗？”我问。

“几乎没有，”布雷德利回答。“有一阵子进化论者十分陶醉。但是那次实验有个大问题，使实验结果失去效力。”

我在学校里从来没有听说过那次实验有个致命的缺陷。“问题出在哪里？”我问他。

“密勒和奥帕伦没有真凭实据证明地球早期的大气层是由氨、甲烷和氢组成的。密勒在那次实验里用的就是这些物质。他们的学说根据的是物理化学。他们要得到对他们有利的化学反应，所以倡议大气层富于那些气体。奥帕伦还真聪明，知道用惰性气体如氮和二氧化碳作实验，它们就不会起反应。”@29

我的眼睛睁大了。这对密勒的实验是个灾难性的打击。“你是说他们预先作了不正当的安排，以求取得他们需要的结果？”我满腹狐疑地问他。

“基本上是这样，”他回答。

“早期地球的真实环境是个什么样子？”我问。

“从1980年起，美国太空总署的科学家已经证明，早期地球从来没有多少甲烷、氨、或氢，它反而是由水、二氧化碳和氢组成的。你绝对不能从这些混合物里得到同样的实验结果。它根本不起作用。比较近期的实验证实情况确实如此。”

我在椅子上颓然向后一靠，对布雷德利透露的事情的含意感到惊骇。我的头脑飞逝回到我的生物学教师，他彷彿完全相信密勒的实验证明了生命的化学演进。现在新发现改变了一切——可是过去有几代的学生还认为生命起源问题已经获得解决。

“因之今天密勒实验的科学意义是—–”我开始说，催促布雷德利说完我未尽的话。

“—–是零”他说。“教科书介绍密勒实验时应该老老实实地说，这是一段有趣的历史，但是和生命是怎样发展出来的毫无关系。”

我低声打了个口哨。用奥克拉荷马凶杀案的比喻来看这件事，证明比我想象的还要精确。

装配一个细胞

我认为在继续讨论以前，应该对活物质的基本知识有个了解，以便决定有生命的物质是不是在没有预先安排的化学反应下的产物。

“让我们先给活体系与非生物之间的区别下个定义，”我对布雷德利说。

“一个活体系至少必须做三样事：处理能量、储存信息和繁衍，”他说，“所有活体系都是这样的。人类也做这三样事，虽然细菌做得更快更有效率。没有生命的东西不做这些事。”

我又回想到达尔文的时代，我问他，“达尔文是不是认为基本活物质——譬如说单细胞生物——相当简单？”

“是的，毫无疑问他那样想过，”他回答。“达尔文大概没有想到从非生物中创造生命是十分困难的，因为二者之间的差距在他眼中显得并不太大。厄恩斯特·亨克尔（Ernst Haeckel）形容活细胞只是与原形质同源相似的小球。@30在那个时代，他们没有任何方法看到存在于细胞膜内的细胞的复杂性。但事实是，一个单细胞生物比我们用超级计算机复制的任何东西都复杂得多。

“有人非常有创意地——也十分精确——形容一个单细胞生物为一座高科技工厂，具有自用语言、译码系统，能储存与取回大量信息的中央数据库、能管制自动装配部件的精确控制系统，能防范错误的校正和质量控制机制，能使用预先建造和组合式制造原理的装配系统和一个完备的复制体系，能使生物以令人眼花缭乱的速度复制自己的繁殖体系。”

“真是洋洋大观，”我说。“也许单细胞生物由于牠们已经发展和演化了千年百代，今天要复杂得多。也许地球初期产生的最早的细胞要基本得多，因此创造起来比较容易。”

“让我们接受这个说法，”布雷德利回答。“然而即令我们能想象最小的活细胞会是什么样子，牠仍然一点也不简单。”

“要建造一个活的生物又有多麻烦呢？”我问他——随后在布雷德利还没有开口回答时，我赶快加了一句，“请你说得简单些。”

“好吧，”他说着清了清喉咙。“先从氨基酸开始。氨基酸有八十种不同的种类，但是其中只有二十种存在于活生物中。那么你得把合适的氨基酸找出来。随后合适的氨基酸为了产生蛋白质分子，必须用正确的顺序连接起来。设想儿童们玩的那种塑胶连接链——你得把合适的氨基酸以正确顺序连在一起，最后取得生物功能。”

把这过程当成玩塑胶玩具的孩子们的游戏，使这过程看起来像很简单。“听起来好像不大困难，”我说。

“这不会十分困难，如果你把你的聪明才智全都放在这个问题上，有目的地选择与装配氨基酸，一次只选择与装配一个。但是你要记得，这是化学演化。并没有任何外力指导。此外还有别的牵连因素需要考虑。”

“譬如说一？”

“例如，别的分子比起氨基酸自己相互作用来，容易与氨基酸发生作用。因此你有了如何排除外来分子的问题。就是在密勒实验里，他产生的物质里面只有百分之二由氨基酸组成，所以会有大量别的化学物质来搞乱这个过程。

“另外还有一个麻烦：氨基酸中有同样数目的右旋氨基酸和左旋氨基酸，只有左旋氨基酸才能在活物质中发生作用。现在你得找到这些合适的氨基酸，把它们用合适的顺序连接起来。你还需要那种正确的化学链——也就是肽链——在正确的地方，使蛋白质能以特定的立体方式堆栈。否则不能运作。

“那有点像排字工人从活字盒里拿字母出来用手排字。假如你用心去排，就不会出问题。但是假如你信手把字母拈来，随便把它们排成字句，包括上下颠倒和东倒西歪，排出来的字句和段落还有意义可言吗？绝不可能。

“同样，也许你得把一百个氨基酸用正确的方法排列成一个蛋白质分子。而且你要记得这只是第一步。创造了一个蛋白质分子不等于说你已经创造了生命。现在你得把许多蛋白质分子——也许需要有两百个一把它们集合起来，以正确的功能制成一个典型的活细胞。”

唷！现在我才开始认识到要克服的困难之大。即使密勒所说在地球初期的大气层里可以轻而易举制成氨基酸是正确的，但要把它们连接成蛋白质分子，然后装配成一个能运作的细胞，困难也是难以想象的。

“在活体系里，”布雷德利继续说，“安排装配一切的主导来自脱氧核糖核酸（DNA）。动植物的每一个细胞内都有一个DNA分子。DNA是个管制一切的微型处理器，它和核糖核酸（RNA）紧密合作，指导氨基酸正确地把顺序排好，并按照生化指示——这就是信息——进行，信息是用密码印在DNA上的。”

这就引起了一个明显的问题。“DNA是从哪里来的？”我问。

“DNA和RNA的制造，会比创制蛋白质的问题还大，”他回答。“这要复杂得多，有许许多多实际问题。例如，DNA和RNA基础材料的合成，从来没有成功地完成过，除非有一个完全不像早期地球的环境和具备绝对难于置信的那些条件。德国美因茨生化研究所的克劳斯·多斯（Klaus Dose）承认，合成DNA和RNA的困难“目前是我们想象不到的。’@31

“老实说，这种既富于信息又能自我繁殖的微妙体系的源起，令研究生命起源的科学家一筹莫展。诺贝尔奖得主法兰西斯·克里克（Francis Crick）说，生命的源起几乎近于神迹，要生命创始必须满足的条件实在太多了。’”@32

即使如此，科学家还是试图提出一些有创意的学说，试着解释生物聚合物（如蛋白质）如何只与正确的基础材料（氨基酸），只与正确的异构体（左旋氨基酸）装配，只与正确的肽链，在正确的顺序中连合。我决定请布雷德利分析一下近年来科学家提出的最通行的假说。

学说一：随遇的机会

我在学校里学过，如果化学物质有足够的时间，在达尔文所说的早期地球的“温暖小池塘”内相互作用，不大可能发生的最后变成很有可能发生的，生命将会出现。现在，布雷德利已讲出什么是必须具备的条件，我能明白近年来这个学说何以失势的原因。

“科学家曾经相信，随遇机会加时间可以产生生命的观念，因为他们也相信宇宙的稳恒状态说，”布雷德利说，“这意味着宇宙的年纪大得无限，如果时间多得没有限度，谁知道能发生些什么？可是在1965年发现了隐闭式辐射以后，大爆炸学说支配了宇宙论。对进化论的坏消息是，宇宙的历史大约只有一百四十亿年。更加近期的研究证实地球的年龄大概还不到五十亿年。”

“仍然，”我插嘴说，“这是一段很长的时间。五十亿年内可以发生很多事情。”

“事实上它并没有你想的那样长。地球花了很长的时间冷却到适于生物生存。根据微型化石的发现，科学家现在估计，地球到达适宜温度与生物首次出现之间的时间，差距大约四亿年。这对化学演进来说，时间不算多。事实上，马里兰大学的西里尔·庞南佩鲁马（Cyril Ponnamperuma）和伊利诺大学的卡尔·华斯（Carl Woese）认为生物可能和地球同年，它的源起可能和地球的形成实际上符合。@33

“还有，不仅时间太短，而且装配一个活生物在数学上的机会有如天文数字，没有人还信随遇的机会能说明生命的起源。即使你尽可能把条件完善，也不会发生作用。假如你把整个宇宙所有的碳都拿来放在地球表面上，让它用尽快的速度进行化学反应，再给它十亿年的时间，在这个时间内创造一个有机能的蛋白质分子的机会，将是10后加六十个零分之一。”

机会如此渺茫，人的头脑难以测度。“比起这个来，买彩票中头奖成了十拿九稳的事了，”我开玩笑地说。

“绝对是，贝希说过，要把一百个氨基酸连接起来，由偶遇机会创造一个蛋白质分子，就像一个蒙着眼睛的人到广阔的撒哈拉大沙漠里去找一粒作了记号的沙粒一样——不是找一次，而是找三次。@34福雷德里克·霍伊尔爵士（Frederick Hoyle）说得有声有色，他认为这情节，就像要一个龙卷风旋转着飞越垃圾堆，偶然装配一架完全能操作的波音747机一样。

“换句话说，机会实际上等于零。这就是为什么没有学过这门学问的人，仍然相信生命会偶然出现，科学家已经不再相信它了。”

学说二：化学亲和性

用偶遇机会说来解释生命起源遭受排斥后，科学家转向另一个学说：必然有某种内在吸引力，使氨基酸自动以正确顺序连接起来创造活细胞的原料蛋白质分子。在1969年由凯尼恩（Kenyon）与人合著的一本书普及了这个观念。书中力言生命的出现实际上可能由于这些化学物质的黏合偏爱倾向，在生物化学上预先确定的。@35

事实上，研究人员研究过《蛋白质顺序与结构图表》，以便决定某些氨基酸是否偏爱把自己安排在一个特别的邻家身旁。他们观察了十个蛋白质分子，还作过一项支援实验，证明这假说似乎还有点道理。

“这好像是个讲得通的解释，”我对布雷德利说，“它有什么不对？”

“当时我还不清楚，我请教的科学家正是在1986年驳斥这一假说的小组成员。

“我们编制了一个计算机程序，去分析蛋白质分子不是十个二十个，而是《图表》中所列出的二百五十个中的每一个分子，”布雷德利回答。“结果无可否定地证明了顺序的决定与化学偏爱毫无关系，这个学说因此被打倒在地。@36连学说的倡导者之一的凯尼恩都背弃了这个观念。”

学说三：自定秩序倾向

这个学说有个惊人的标题：“非平衡热力学。”这个观念的中心是说，在某些情况下，如果能量以相当高的速度通过一个体系，这个体系变得不稳定起来，从而重新安排自己，成为另外一个较复杂的形式。

例如在浴缸中把水放走。起初水分子只是随便流出，但是到了结尾时，水分子会自动形成一个漩涡，流出变得更加有秩序了。

“有些科学家说，分子变得比较有秩序的倾向，可以比作自然如何在某种情况之下自动组织自己，”我对布雷德利说。

他对这个假说十分稔熟。“问题是你所说的那位组织水平非常之低，连推出这个学说的热力学家伊利亚·普里戈金（Ilya Prigogine）最近都承认，“在化学非平衡状态中能产生的最复杂的结构，和我们在生物学中发现的复杂性比起来，其间是有差距的。@37

“他说得对。拿浴缸中漩涡的形成和我描写过的创造一个活物

质惊人的复杂性相比，这其间的差距大得难以置信。”

另外有些科学家拿“平衡热力学”作为另一个可能的解决办法。举例来说，如果把水冷却，它变成冰。冰里的分子比起水里散漫的分子，有秩序得多。有些科学家认为这是自然给自己定秩序的另一个方法。

但是布雷德利以类似的理由推翻这个学说。“同样，”他说。“叫氨基酸制造蛋白质分子，需要极高的信息水平，但制造冰晶体只需要很低的信息水平。这也就是这个学说不能流行的原因。”

布雷德利说，在一些无生命物质内找到的“秩序’与活细胞的内部复杂性之间有一个很重要的区别。

“冰晶体有一定程度的秩序，然而它是简单的，重复的，只有低数量的信息，彷彿一本书里满是“我爱你，我爱你，我爱你’重复不已的话。相形之下，我们在活物质中看到的复杂性有极高的信息内容，说明怎样以正确的顺序装配氨基酸，就像一本书，写满了饶有意义的字句，讲述一个故事。

“毫无问题，能量可以创造简单秩序的模式。例如你能在海滩上看见沙的波纹，你知道那是海浪行动造成的。可是如果你在沙上看见“约翰爱玛丽”字样，还看见一支箭穿过一颗心的图画，你知道那就不是能量单独能做的事了。这就是何以著名信息理论家H.P.约基（H.P.Yockey）要说，企图使秩序的观念—–与生物组织—–发生关连，只是在玩文字游戏，在仔细审查之下是站不住脚的。’”@38