生命起源：先有雞還是先有蛋？

關於地球生命的起源問題有著一系列的悖論。有生命，就必須得有諸如DNA或RNA這樣的有機分子來提供藍圖生產蛋白質，但如今的細胞又不能在沒有蛋白質幫助的情況下自行完成DNA與RNA的複製。更加頭疼的是，沒有脂質，細胞也不能行使正常功能，因為脂質可以構成細胞膜，從而使包在內部的物質不會漏出來，而合成脂質又需要由蛋白質構成的酶（由基因編碼）的參與，於是這就形成了一種「雞與蛋」的悖論。

如今，研究人員稱他們或許已經解決了這個悖論。化學家報告說，一對可能在早期地球十分豐富的簡單化合物，可以引發一系列簡單的反應，產生三類主要的生物分子——核酸、氨基酸與脂質，這三類物質是早期生命起始必不可少的要素。雖然新研究並沒有證明生命是如何開始的，但它或許可以幫助解開現代科學最大的謎團之一。

「這是一篇非常重要的論文，」2009年諾貝爾生理學或醫學獎得主傑克·紹斯塔克（Jack Szostak）說。他是波士頓麻省綜合醫院的分子生物學家與生命起源研究員，不過沒有參與這項新研究，「它第一次提出了這樣的猜想，即生命所需的所有重要構件，幾乎都可以在某種地質環境下形成。」

長期以來，關於生物分子到底是如何出現的，科學家們都在吹捧自己的猜想，說法不一。例如，「RNA世界說」的支持者認為RNA是最先產生的，因為它不僅可以攜帶基因信息，也可以作為類蛋白質催化劑，加速某些化學反應。「新陳代謝說」的支持者則認為，是簡單的金屬催化劑，而不是高級的蛋白質催化劑，使得一系列基本有機物質得以產生，從而產生出一些其他生物分子。

RNA世界說在2009年獲得了很大的支持。由英國劍橋大學約翰·薩瑟蘭（John Sutherland）領導的化學家小組曾經報道他們發現了乙炔與甲醛這兩種結構相對簡單的前體化合物在經歷一系列化學反應後可以生成RNA的四種核苷酸，這似乎暗示著RNA可以在原始海洋中自我形成，並不需要酶的參與。但反對者指出乙炔與甲醛仍然是複雜分子，這兩種物質又是從哪來的？

薩瑟蘭和他的同事們最近的研究正是在追根溯源，嘗試找到可能合成RNA的更簡單的起始物質。他們成功了，在最近一期的《自然·化學》（Nature Chemistry）期刊上，薩瑟蘭的團隊報告說要生成核酸前體只需要氰化氫（HCN）、硫化氫（H2S）和紫外線（UV）就夠了。此外，薩瑟蘭還稱，能生成核酸前體的反應條件也可以生成構成天然氨基酸和脂質的基本物質。這意味著一個系列的反應可能就同時生成了生命形成所需的大部分基本構件。

薩瑟蘭的團隊認為早期地球的環境很適合這類反應的發生。HCN在早期大氣中非常豐富，它們可以在地球歷史的前幾百萬年以雨的形式持續地來到地面上。隕石撞擊也可能為氫、碳、氮合成HCN提供了足夠能量。同樣，薩瑟蘭說，H2S也是公認在早期地球很常見的化合物。從而，在含金屬礦物的地區，氰化氫、硫化氫合成早期簡單有機化合物的反應可以在紫外線的參與和金屬的催化下進行。

即便如此，薩瑟蘭還是持謹慎的態度，因為這些反應生成的生命構件結構完全不同，而這需要不同的反應條件（比如不同的金屬催化劑），但這些反應很可能都是在相同地點發生的。不過他說，化學與能量條件的輕微不同或許可以造成一個系列的反應在不同的地方生成了不同的產物，比如氨基酸或脂質。「雨水可以將這些構件沖入同一個『水池』中，」加利福尼亞大學聖克魯茲分校的生命起源研究員戴夫·迪默（Dave Deamer）說，他也沒有參與這項研究。

生命會在這種「公共的水池」中形成嗎？這其中的細節永遠湮沒在了歷史之中。但這背後的一些學說與「合理的化學原理」是值得深思的，迪默如是說。紹斯塔克也同意這個觀點，「這個更一般的圖像提出了很多問題，」他說，「我相信它在今後的一段時間內會引發更進一步的討論。」

（作者：羅伯特·F·瑟維斯；翻譯：李軒）

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