第三章 化学进化与膜
化学进化是从某种非物体的东西形成生物体的过程,而生物进化则是生物体再进步的延续过程。 上面提到,即使是通过几率叠加等作用在原始海洋中直接形成生物体中某些生物大分子的可能性仍然 很低,而且原始海洋中某些有机分子浓度很低,相遇机会小更谈不上几率叠加,只有通过膜的作用才 使化学进化作用有了质的变化,即膜使几率叠加作用得以实现并产生跃进。 现代生命是泡在水溶液中的东西,所以产生生命的空间应该是液态水能存在的空间。应该赞成化 学进化起始于原始海洋中某些有机物微粒的假说,不管这些有机微粒被称为"团聚体"、微粒体或其它 什么名称。关键的问题是,这些有机微粒的外面是否有膜?历来对这个问题都不甚明确或不甚注意, 但这有关化学进化的真正起始于"分子进化"或体系进化这样一个根本性问题。化学进化是化学范畴内 的物质运动现象,应可以用化学的语言来叙述和讨论。上述的有机微粒如果没有膜,其各组成部分是 以什么化学力维系在一起?这只能是一个有机大分子或由多个有机分子构成的分子团。如果是分子团、 各分子之间是以什么力来维系呢?这只能是电价键、氢键、分子间的极性引力及疏水基团间的亲和力 等次级键。这些次级键均有一个介离和重结合的动平衡问题。即各分子之间均有机会介离而分开,而 一旦介离,它们即将在原始海洋中各奔东西,这样不断有组分分离崩介就谈不上化进成果的积累。所 以无膜的有机物微粒要维系在一起而不分散只能是各部分均以共价键结合的一个有机大分子。但是, 这种有机大分子如何进行化进呢?如果说化进就是使这个有机大分子的结构愈来愈大愈复杂,而且在 分子增大过程中整个大分子不能以分子重排的方式进行结构调整,因为分子如果暂时分裂的话,在广 大的原始海洋中就难以有再结合的机会了。所以一个有机大分子在原始海洋中以质量愈来愈大、结构 愈来愈复杂的方式进行化学进化这可能吗?大分子一般总以次级键进行分子内结合或折叠卷曲成团。 分子大了,单键旋转困难,空间位阻增加,分子内部不能同环境接触成了一团"死物质"。因此无膜的 裸露在原始海洋中的单个大分子的化学进化从化学观点来说是难以想像的。 作为化进起始物的有机微粒的外面如果有膜的话情况就完全不同。一有膜就有内环境,这样的化 进起始物就不是单个分子而是一个体系。这个体系包括膜和内环境中的水和溶于水中的大小有机分子 和无机分子等。所以化学进化从一开始就应该是这样一种体系化进而不是单个分子化进。 原始海洋中因射线、放电和高温等物理因素及固体表面催化等化学因素的作用下形成的有机物, 有水溶性的也有水较难溶的脂质。不论是在现代模拟化进的实验或来自其它天体的埙石分析均发现了 长键脂肪酸或类似的憎水物质的存在。它们在机械和其它物理因素作用下很容易形成油包水的脂质体。 某些脂质体在形成时就包容进去水和一些溶于水中的有机物和无机物。这些脂质体中某一些可能就是 化学进化的真正起始物。或者说,真正的化学进化起始于原始海洋中的某种有膜有机微粒,而在此之 前种种有用的化学物质的形成只是为真正的化学进化起始提供了准备条件。如果将在原始海洋中形成 一些有机分子就被称为化学进化,这样化进起始就没有明确的界限,广义的可追溯到宇宙中化学元素 的形成。 不同于裸露在原始海洋中的有机物微粒、由膜和膜内有机物、无机分子和水组成的某种脂质体是 一个体系。化学进化就是这种体系的进化。存在于由膜构成的内环境中的上述各种物质可以在漫长的 岁月中朝夕相处,在外来新物质和能量的推动下不断化进而不像裸露的有机物团粒那样聚散无定了。 这是说内环境为生命物质化学形成的几率叠加作用提供了必要条件,或者说膜使化进中机率叠加作用 产生了跃进。 不是说原始海洋中的所有有膜有机微粒均有可能化进形成细胞。它们的数量无疑是巨大的、分布 空间是广阔的,其膜组成和内容物组成也是不一定相同的,各个体也是不断时生时灭的,其中不免有 些个体因膜成分和结构的不同而比较坚牢,较能抵御原始海洋中机械或其它物理因素的破坏作用。如 果某些个体内容物成分合适而其膜结构也有一定的半透性的话就具有进一步化进的可能性。 这里提出的原始海洋中的有膜有机微粒,实际上就是某种脂质体。但是现代脂质体技术因其在科 研、工业和医药上有不同的研究和应用目的,并有其特殊的组成要求和形成方法,因此,为避免与其 混淆,在这里称其为有膜有机微粒,并将其中一部分有化进前途的称为"化进个体"。 化进个体能继续进行化进的基本条件之一是其化学膜必须具有一定的同环境进行物质和能量交换 的能力,这种能力那怕是十分微弱的或非常原始的。这是说化学膜必须有一定的半透性。对于与环境 进行能量交换,薄薄的化学膜完全可以允许射线能的进入以引起某些化学键的破裂和重组。此外,化 进个体应有逐步形成的分解某些进入的分子的能力以获得"自由能"推动化进。对于与环境进行物质交 换,关系到原始化学膜对一些化学分子的选择性通透问题。半透性膜结构的存在和膜功能的形成是膜 结构的极性和非极性的矛盾统一,形成化学膜物质的极性如过大将在水中溶解,另一方面成膜分子如 仅有一个极性基团,这样形成的双分子膜将使极性分子难以通过。因此,成膜脂质分子中多余的极性 基团或极性区的存在或其它极性分子以其疏水区溶入膜中由此形成的极性区是膜半透性产生的最简单 原因。无论是最简单的化学膜或现代生物膜的具有通过特定分子的"通道"、膜上受体位点、膜上酶功 能及膜表面的识别系统等无一不是在脂质双分子膜的基础上以溶入或嵌入等方式形成的极性区域而实 现的。 作为化进初始体的有膜有机微粒在基本方面与现代细胞没有本质的不同,譬如: 1、有些有膜有机微粒在形成时包容进去一些有机和无机分子的水溶液,而现代细胞内部所包容的 也是一些溶有有机和无机分子的水溶液。 2、有膜有机微粒一形成就具有生命的两个最基本特征即膜和内环境。可以说从化进起始到现代高 级生物体这两个基本结构没有本质变化。现代细胞不过是将膜和内环境复杂化、分区化而已。如在生 物进化中由于细胞外膜的内凹形成各种细胞器,由于各种细胞器内膜的包围形成多个细胞内环境从而 使细胞内的生化反应分区化和分工化。从此,生命运动在细胞内各种细胞内膜上的各个分区的内环境 中有更细的分工和专一作用。 因此,化学膜的作用可总结为: 1、化学膜产生了进化体系即化进个体,使产生生命的起始物得以存在。 2、化学膜原始的选择性通透作用使化进个体得以与环境进行物质和能量交换,这使化学进化得以 继续进行。 3、化学膜进化成细胞膜后由于细胞膜的内凹形成各种细胞器和细胞内环境分区化,这使生命结构 向更高层次进化。 宇宙演化与进化,物质世界运动过程就是宇宙演化。化学进化和生物进化是宇宙演化的一部分。宇 宙演化是有总体规律性和总体方向性的物质运动。譬如,在我们所处的时空域中物质运动总是向着熵增 加的方向运动。演化的总体方向性和规律性并不排斥局部运动有随机性。宇宙演化从总体上说不含有什 么进步、进展之类意义。宇宙演化既不是进步也不是退化而是物质运动的演变过程。但是,在宇宙演化 的某些稀少的时空域中却存在着一些有进步意义的物质运动现象,产生生命的进化运动现象就是如此。 在宇宙演化中为什么会产生进化?其实进化只是一种群体演化。群体中的各个体有彼此类似但又有 不同的组成和结构,它们各按彼此类似的过程演化,在各个阶段产生既类似又有不同的产物。它们经过 选择后留存的类物体按人类眼光来看比较进步故被称为进化。 为什么会产生群体演化?这是因为演化群体的形成。演化群体的特点是: 1、 群体中的个体数量十分巨大。 2、 演化群体中各个体的组成、结构与功能及其演化过程既有类似性又有差异性。 3、 各个体在演化过程中在结构与功能上的可选择度非常广阔,可在漫长的岁月中进行各种演化。 原始海洋中的有膜有机微粒中的一部分(即化进个体部分)就是这种演化群体。演化群体经过亿万 年的演化和天择,其中极少部分形成初始生命,这是化学进化。为什么只有这种演化群体在进行群体演 化才能产生进化、产生生命?其它什么类物体群是否也可产生进化、产生生命?因为演化群体中的个体 不是物体,也不是简单的物体聚合体。它是由多种适当的物体(即多种适当的原子、分子)形成的组合 体。这使它们既具有类似性又有差异性从而产生了巨大的结构可选择度。因而具有进化的可能性,即它 们是一种进化体系。 进化体系的形成系由于膜的作用或者说膜使宇宙演化产生进化。 初始生命的形成虽是群体演化的结果,但对于某一个具体形成的初始生命体来说在整个形成过程中 都是个自我演化的结果,并未受到其它个体的帮助或影响,除非它们之间会产生融合或重组作用。群体 演化只是极大程度地扩大了初始生命形成的机率。因此,我们必须承认在演化中有进化存在,虽然这种 进化也是一种演化。这种进化运动使无生命物质形成生命,使化进个体这种非物体形成生命体这种物体。 我们不知道在宇宙演化中是否还有其它进化事物存在?在宇宙演化中产生的进化事物是否最终都形 成生命,最后都产生意识精神?这些都是不清楚的。但是,生命的产生必须由演化中产生的进化事物开 始。 |