〔编者按〕本栏四篇文章系英文《化学》杂志的一个专辑，反映了高聚物科学从过去到未来、从原理到应用的进展情况。

蛋白质（氨基酸聚合物）及核酸（核苷酸聚合物）都是生命的要素。蛋白酶能促进生命必须的化学反应，是一类重要的蛋白质；而核酸则像数据库一样，将遗传学数据贮存在细胞核中。

核酸与蛋白质是相互紧密配合相互依靠的。虽然核酸（DNA及RNA）能直接指挥蛋白质的顺序生产，而酶是合成蛋白质和核酸在生理状态下（一般37°C、pH值在7左右）所不能缺少的促进剂。指挥蛋白质生产的信号，是贮存在核酸聚合物中作为线性核苷酸的排列样板。在DNA样板中，核苷酸的顺序决定了在新合成蛋白质中氨基酸的顺序。

多数科学家认为，在生命开始时有四个步骤。首先形成的是小有机分子，包括氨基酸、核酸碱、戊糖及磷酸基团等。这些基团随后又形成了大分子如蛋白质及核酸等。第三步是发展细胞样的结构，而这些结构能继续繁殖，能自行生长。最后一步是产生原细胞，形成一类新的细胞，而它含有合成蛋白质的遗传机理。

还有很多争论，例如到底是否氨基酸聚合物（生产DNA的重要中间体）或是核酸聚合物（能指挥蛋白质的生产）。作为生命泉源的第一要素。这个争议正像旧谜“到底是先有鸡还是先有蛋？”，尚未决定。有人认为，核酸是主要的，将信号一代代传下去。但是很难理解，在原始大地上核酸又是如何形成的呢？这或许是，核酸中信号的贮存并非是一定必须的，如果其他的有规结构如结晶矿石等，亦就能促进氨基酸的聚合。

反应条件

在原始大地上，反应条件（溶剂、pH值、温度）是对实验研究促使蛋白质和核酸形成的不可缺少要素。不巧的是，原来就在大地上的发展的大量生命，强烈地改变了大气和表面，但还有一些可以肯定，例如我们知道地球的年龄已有4万5千亿年。大气的形成，来自火山爆发；最初的大气是没有氧气的，但含有碳和氮的还原态：CH₄、CO和NH₃。海洋的形成是由于大气中水蒸气的冷凝，海洋的pH值相同于当时的pH。我们还知道，最早的生命离现在至少3万亿年以上。

以紫外线、闪电放射，还有热形式存在的能量，都是化学反应的主要动力。能源或者冲击着反应剂，或者形成活性很大的分子，结果产生缩合反应——两种或更多分子的缩合反应，产生的小分子如水即在反应产物形成后又分散。

因为氨基酸聚合物和核酸的合成是经10⁶ ~ 10⁹年化学反应的积累而成，不可能再用简单的气体混合物重复一次类似实验，但是实验还能证实上述假设过程中各步的经历。

单体形成

在原始大地反应条件下，还是可以准备好蛋白质和核酸合成的基本条件的。Stanley Miller用电火花通过甲烷（CH₄）、氨（NH₃）及水蒸气（H₂O）的混合气体获得了氨基酸。他在实验中用放电替代闪电，从HCN中直接形成蛋白质和核酸中的含氮组分，通过甲醛从CH₄直接制成糖类。Ribose核糖是核糖核酸的一种重要组分，就是在这里形成的氨基酸及嘌呤和嘧啶，都在氢氰酸的缩合反应（自身缩合反应）中形成。只要在光和放电以及热的存在下，含碳及氮的化合物混合后就会大量产生氢氰酸。糖是通过甲醛（H₂CO）自身缩合形成的，这是生命的另一种可能的先驱者。而甲醛则是水在甲烷存在下经过光解而成的。

这些单体都是形成生物聚合物的主要起始原料。演绎生物聚合物的形成途径，始终是实验专家们的重要课题。

氨基酸聚合物

水溶液中不会自动形成蛋白质或核酸。水溶液中存在化学缩合剂时，氨基酸缩合成二聚或三聚体的产量亦是不大的。氨基氰（N≡CNH₂）是一种研究过的缩合剂，氨基酸缩合到氨基酸聚合物时，在加热时效能较大。很可能，原始大地上湖或咸水湖的水中含有溶解的氨基酸，由太阳蒸发出来。而当水分被阳光晒干时，被溶的氨基酸即缩合成聚合物。这些形成的聚合物就结合成原始生命形态（当下雨时），而且进入溶液。

仅仅将这些氨基酸放入一个烧瓶中加热，不可能即会产生一个特种的氨基酸。但是在类似原始大地条件下的实验中，甘氨酸、丙氨酸和丁氨二酸的产量（得量）都较其他类型的氨基酸产量多，这些氨基酸的产量，以及各种氨基酸的反应速率都不相同，这样就有人提出这些氨基酸经加热缩聚反应后可以形成一种有重复顺序的聚合物。这样的重复顺序，岂非就可省除在核酸中贮存的数据了。

核苷酸聚合物

在原始大地上核酸的合成——从核苷酸制成的复杂聚合物——这一问题看来，比蛋白质形成的更为难以回答。“单体”或核苷酸，首先应该先从建筑基团合成起来：这些就是糖（为RNA的核糖和为DNA的脱氧核糖）、含氮嘌呤或嘧啶碱以及含磷基团化合物。

核苷酸如何从这些基团合成起来的问题，牵涉到是否有足够的核苷酸去形成核酸聚合物。曾经有过很多实验去研究在模拟原始大地条件下核酸如何聚合。类似于氨基酸聚合的实验证明，在两种条件下都有脱水的必要。在合成简单的核酸中，使用化学缩合剂和干热技术已获得一些成就；而在一个新实验中，已成功地合成了内核苷酸键。实验使用预制好的核酸为原料，通过核苷酸与核酸模板经特种反应后取得的双核苷酸，是核苷酸唯一的反应产物。

结合蛋白质和核酸的合成

核酸及蛋白质的合成，在同一时期生物系统中是相互相存的。一些实验表示，原始大地上的氨基酸和核苷酸聚合物可能是由同一中间体同时形成的。这一现象是富有迷惑力的，它既解决了“鸡与蛋”的问题而且确是符合现代生物的进程。

〔Chemistry 1978年51卷5期14 ~ 16页〕