生命是什么?

第七章 重演生命起源过程的可能性


  许多人相信,生命从无生命物质产生是一种合于自然规律的事件。宇宙演化到一定阶段后在某些
环境条件适合的时空域生命就必然产生。而且在现在地球上这种适合产生生命的环境条件依然存在或
者可以人工模拟。利用现代科学技术方法也许可以干预使其缩短产生生命的时间进程,不一定要亿万
年时间。问题是要开辟研究生命途径和实验方法。
  对于过去自然进行的化学进化,现在我们只能觉察到其产生生命的结果而不能观察其起始和过程。
我们如能观察到生命的化进形成将对生命的本质有深刻认识,这将是人类认识自然的一大进步。
  在地球上初始的化进过程也许过去和现在一直在进行,只是人类没有建立有效的方法去观察和认
识它们。如果没有有效的隔离实验方法,化进的较进步产物也许立即会被现在的无处不在的现代微生
物所降解破坏。
  化学进化的过程应当可以在实验室中模拟重演,不管这与当初形成原始生命时的环境和内容有什
么不同,但在从无生命物质到形成生命这一点上是相同的。生命的形成应当有多种途径,但它们之间
应有类似之处。
  对在现在地球上人造环境下能否重演生命起源的过程?这应由观察实验结果来回答。实验方法的
困难在于:
  1)化学进化是一种十分缓慢的化学过程。在较短时间中难以观测到可觉察的变化。
  2)化进是大量有膜有机微粒中的个别现象,难以在数目巨大的这种群体中区别个体,对微小的
化进个体中的化学变化更难以观测和识别。必须建立检测和识别化进过程的实验方法。
  3)建立人造环境的有效性,如避免微生物干扰、无菌操作取样、无损伤观测等方法的建立也有
困难须克服。
  化进捷径的概念是基于这样的想法:在现代细胞的组成物中有许多是没有种族特异性的通用的有
机小分子。它们有的是构成有种族特异性的生物大分子的单体,如各种氨基酸、核苷酸、糖类及其它
有机磷小分子,有的是构成各种生物膜的脂质分子以及一些少量或微量需要但本身不能合成的有机分
子。可能必须先有这些有机分子中的某一些才能进一步化进。在化进的漫长岁月中是否有很多时间用
于建立能产生这些没有特异性的通用有机小分子的机制上?在现在重演生命起源的实验中如果直接提
供这些有机分子是否能加速化进的进程呢?譬如,从现代生物膜中抽提脂质来形成有膜有机微粒的膜,
并使膜内包容有现代细胞中所有通用有机小分子和无机分子的水溶液或者就是现代细胞的抽提液,并
在内外环境中给予合适的能量物质。在完全排除了现代微生物的干扰后,在这样的条件和起点进行重
演生命起源的实验是否会加快化学进化的进程?从这样起始的实验其历程可能与自然历程不同,从不
同的起点和历程能达到同样的形成生命的结果吗?这也须由实验的结果来回答。化学进化应该有强烈
的自选择作用。
  对于试图解决在大量有膜有机微粒中检测个别有化进变化个体的困难可以有一些实验方法的设想
和尝试。为什么大量的有膜有机微粒中只有少量有化进现象呢?这是因为它们的起源程序不同,包容
物和膜结构不同之故。因此只有少量的其包容物和膜结构适合的微粒能产生化进现象。如果我们人为
地以合适的有机微粒,经过实验证明我们所选用的材料合适就有可能使大部分甚至全部微粒产生化进
现象。这样检测和取样就方便了。此外,我们还应该考虑到,在化进个体这样的微粒之所以能产生化
进变化,只有合适的包容物和膜组成是必要的条件,而这样微小的体积和球形的包容物状态不是产生
化进变化所必需,只是因为在自然界的化进只能采取这样微小的体积和形状,这是受脂质体能存在的
体积和形状的限制。这是说,在化进实验中我们可以将膜做的较大用以包容较多的包容物,只要膜厚
度较薄,当浸泡在外环境中时能允许合适的光线通过以及通过膜与外环境物资交换。在现代胶体化学
和渗透压的实验中是在多孔物质或筛网等支持物上以脂质形成半透膜的。现代脂质体研究技术称这种
膜为平板人工双分子层脂膜。如果以这样形成的膜来包容上述包容物,在对一定外环境透析时,在相
当长时间后也应有可能产生化进变化。对这样装置的取样和检测就更方便。此外就是排除现代微生物
干扰的灭菌问题,要知道当时的整个地球都是灭菌的,而脆弱的脂质体如何能灭菌呢?所以灭菌工作
应在脂质体产生之前。
  在上述实验条件下,在人的短促的一生时间中能否观察到显著的及肯定的化进现象?对此,可以
说对一些初步的分子水平的变化,现代化学还是有许多检测方法的,譬如:
  1)部分氨基酸是否有意义地聚合?
  2)膜物质的组成、结构及物质透过进出是否有倾向性的变化?
  3)膜内容物中某些分子的浓度与环境明显的产生差距,即膜内外愈来愈不平衡。
  4)从膜内外发现一些新的分子结构。
  5)如果在外环境中加入一些估计可作能源物质使用的分子,如果发现可被摄入膜内并有意义地消
失,同时发现有降介物产生等等。除化学分析之外,现代各种波谱学也有些方法可用于检测总体波谱的
变化来推测反应系统中分子结构的变化,这些方法现已用于探测其它天体上分子结构的组成及变化。
  上述各种变化如能观察到一些是否可以说化学进化已在进行?除了化学膜结构变化以外,膜内容物
的化进首先应该在小分子水平,其次才出现大分子,在后期也许会有类似生物结构的东西出现。
  我们应该相信在现今地球上可以人为模拟的实验方法来重演生命起源的过程,问题是要以有效的实
验手段和检测方法来建立和发展人类的实验化进学。实验化进学如有进展,不但有理论意义也许还有实
用价值。
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