生命是偶然出现的，还是由确定的化学步骤所引导的？

生命从低等、单细胞的形式进化到高等而复杂的生物体的概念不再是一成不变的理论了，至少从科学的观点来看，不过是一种似乎有理的假定而已。进一步的说，现在生物化学和遗传学进展十分清楚地显示，现存的有机体从根本上表现为化学机制，通过它们的分子性质驾驭和限制这种机制。因此，所给定的前提是，在几百万年间由非生命分子产生了有生命的细胞。于是必然有人会问：生命是偶然出现的吗？进化是偶然的吗？或者进化是否沿着特殊的方式迫使分子包缠和以其固有的倾向聚集而推进化学进程的呢？或许生命的起源根本不是偶然的，取而代之的是一种高级指令的、确定的化学现象吗？

40多年前，芝加哥大学的生物学家斯坦利 · L · 米勒（Stanley L. Miller）和后来的哈罗德 · C · 尤里（Harold · Vrey）首次发现，在原始条件下氨基酸可由复杂的分子形成。在1953年一次著名实验中，米勒将氨气、甲烷、氢气和水充满烧瓶，然后加热、通电和冷却，重复循环。结果产生了一种深红色的原始“汤”，其中富含氨基酸。随后几年，在理论和实验生物化学的多学科领域，即众所周知的有关生命起源的研究有了自身的发展，它是由渴望了解原始生物分子的功能和化学机制的生物化学家促进发展的。围绕该领域尚存在一个中心问题 :是什么样的分子机制和化学步骤促使单个分子组装成生命系统的呢？

早期从事该项实验者中有一位名叫西德尼 · W · 福克斯（Sidney · Fox）的蛋白质化学家，1958年他和考鲁 · 哈拉达（Kaoru Harada）研究显示，在原始条件下氨基酸能够自身装配出简单的蛋白质。当时这条新闻令人吃惊，因为蛋白质堪称生命细胞的核心结构成分。现在，福克斯在亚拉巴马大学进行了深入研究，并与他的同事观察到，这种蛋白质能形成微小的类似细胞的物质，称为微球体。这些微球体有时看上去像空细胞，但没有生命细胞所固有的运转机构。它们甚至惊人地类似于前寒武纪岩石中发现的微化石。研究者还证实了许多引人入胜的特征，当采用光刺激时相互结成网状物，并发出电信号。

围绕这些蛋白质球状体的基质问题徘徊了好几年，它们在生命的形成中是否起作用？它们能否发展，是现代细胞的“祖先”吗？或许这些热蛋白在原始肉汤中经热反应从氨基酸逐渐演变而来，它们提供的酶有助于建造微分子或RNA、DNA及其“祖先”，创造一种具保护性的环境。福克斯认定是这样的，他坚持认为_由热氨基酸形成的热蛋白装配成微球体，从而导致在原始环境中产生原始细胞。这些细胞又导致后来的核酸进化，最终产生自我维持的细胞生命。

关于DNA或RNA之前蛋白质进化的这一观点引起很大的争论，确实，福克斯的“热蛋白第一个范例”是与细胞生物学的中心原则背道而驰的，即真正被称为生命的任何细胞出现之前必需存在核酸。事实上，生命起源研究者已注重进化前贮藏和复制遗传信息的分子机制的必要性。例如斯坦利 · 米勒（Stanley Miller）和弗朗西斯 · 克里克（Francis Crick）两位科学家，是DNA结构的共同发现者，他们十分强调RNA及其先驱者分子对于原始生物系统是必需的成分。福克斯并不否定DNA或RNA的重要性或意义。他颇相信，对于真正的细胞生命来说，热蛋白质的存在可激发化学过程，进而导致这些微分子必需物的进化。由于最适宜传递生物信息的两种分子是核酸和蛋白质，所以福克斯断言，它们中必有一种是原始物质。他相信，热蛋白质从本质上来说可能是激发生命化学发展的活化剂。

蛋白质的起源和生物活性特征已进行了详细阐明。此外，几个研究小组进行的实验显示，热蛋白质可自身构建并在同龄细胞中发现具有酶、抑制剂和先驱者的功能。他们还证实蛋白质具有复制和保持分子信息的能力，什么分子信息呢？结构。因为生物分子的功能是随着其物理结构而定，其履行任务的能力是建立在其大小、形状和化学构型之上，因此生物化学信息是作为分子形状贮存和转移的，福克斯强调，热蛋白质微球体在富含复杂信息的大分子中提供了一个保护性的环境，这些担负着遗传信息的大分子可以自身装配。

“西德尼的工作是非常重要而有趣的，尤其是他那经加热而创造的具有生命力的微球体。”马里兰大学的生物化学家西里尔 · 波内麦佩鲁马（Cyril Ponnamperuma）说 :“这种现象对于生命起源的研究具有重要意义，特别对偶然发生者容易获得。批评家则提出疑问‘这些小弹子球状物的价值是什么？’但事实是这些球状体是如此容易形成各种形状而具有极大的迷惑力。”波内麦佩鲁马补充了某些决定性试验。“福克斯试验表明，球体验证从外到内转移同位素的膜的特征，第一个细胞模型可能就是微球体。”此外，蛋白质还是核酸究竟哪一种首先产生，波内麦佩鲁马尚未关注。“我认为这纯粹是一个学术问题，先后次序并不重要，氨基酸、碱、核苷酸形成的时间关不重要。蛋白质和核酸可能同时产生。我们认为重要的是，在生物诞生之前的原始条件下产生大量的氨基酸。迄今据我们所知，氨基酸具有奇特的指令进化的能力。”

南伊利诺斯大学的生物学家阿利斯托特尔 · 佩皮利斯（Aristotel Pappelis），从前是一位怀疑论者，现在转而认为福无斯的理论似乎是可能的。佩皮利斯支持这个观点，即热蛋白质可能形成微球体，进而成为现代细胞的鼻祖。他断言：“这些类似细胞的早期单元物质是原始细胞，它们是原始生命的最小单元，热蛋白质形成原始细胞膜，这些膜都具有生命细胞类脂膜的许多特征，这些初步的细胞壁包围着初生的原生质，它本身就是一种热蛋白质的原生质结构丛状物。这些膜能使小分子渗透，但不能使大分子渗透。在原始细胞表面，有时线留蛋白质将原始细胞连在一起形成纤维状网状物。

如果这些实验发现物是确实存在的话，那么热蛋白质囊状物事实上便作为进化的第一步。佩皮利斯确认。他于5月在莫斯科A. N. Bach生物化学研究所召开的会议上对热蛋白质进行了解释，如果对热蛋白不断进行加热和冷却，则这些物质交替拆联，从而促使分子再形成新的构型，导致微球体的生存。“这就是热蛋白质独有的特性”，佩皮利斯说 :“微球体既可使热蛋白质形成囊状物，也能自我浸洗。由于微球体具有多孔可渗透性，故分子可轻易进出。”“如果微球体内的反应有助于产生大分子，那么我们就可谈及哪一些热蛋白质构架类似RNA或DNA的核酸，也许热蛋白质有助于合成真正的蛋白质，如果真能这样，那么将导致原始细胞的进化，”他观察到“细胞通过这种机制，由微球体产生进化。”

佩皮利斯根据所给定的这一进化的分步渐进性以及生命从无生命分子到自我装配和复制系统的出现的确定，建议对原始生命采用一种独立的生物分类法。在该领域，类似生命、类似细胞的物体可谓生物的祖宗，其具有三种种系发生组群：bacteria、archqea、euchaya。生物化学家正使用这个分类法，开始对细胞生命以前的序列分子进程和结构进行分类和编组。佩皮利斯假定。“首先，不能完成众多新陈代谢的单个微球体必须存在，继之有能力完成结构复杂的进化。也许某些热蛋白质含有氨基酸序列，进而恰好在微球体构架内导致蛋白质合成，DNA、RNA的形成。这些微球体称为变形原始细胞。这就是进化出现的第一个细微迹象。如果RNA或DNA合成起始于微球体内部，借助于热蛋白质的酶活性便成为细胞进化的第一个途径，特别是这些进化都是自我指令下完成的进化步骤。”“这就是地球上出现的一件确定生命进化的大事件，它导致生命的诞生并创造了进化的可能，”佩皮利斯推测，“或许世界上不同地方偶然发生相同的事。”

［Science News，1994年7月23日］