生命的跃升：生命起源不是你想的那样

纪舟

对人类来说，1953年可能是史上重要的一年，标志着英国女王伊丽莎白二世加冕、人类首度登上珠穆朗玛峰、斯大林的死亡、DNA的发现，以及最后但同样重要的一件事，那就是米勒跟尤瑞的实验，它象征着一系列生命起源研究的开端。米勒那时候还是诺贝尔化学奖得主尤瑞实验室里面一名固执的学生。他在2007年过世，也许还带着极度的不甘，直到临终前仍为捍卫自己半世纪前大胆提出的观点而奋斗。不过，无论米勒那独特论点后来的命运如何，他真正留给后人的遗产，应该是借由那些非凡的实验开启了这个领域的一扇门，以及那些直到今天依然让人震惊的结果。

当年，米勒在一个大烧瓶里装满水和混合气体，用来模拟他所认为的早期地球大气组成。他所选择的气体是氨气、甲烷跟氢气。这些是根据光谱观察后，据信为组成木星大气的成分，因此也很有可能充斥在年轻地球的大气中。接着米勒在这瓶混合物中通电用来模拟闪电，然后在静置几天、几个星期或是数月后，米勒把样品拿出来分析，看看他到底“烹调”出了什么。实验结果大大出乎意料，远远超过他的想象。

米勒所煮的是一锅太古浓汤，一锅近乎谜般的有机分子，其中还包括一些建造蛋白质的基本成分，也就是氨基酸。这或许是当时最能代表生命的分子了，因为那个时候DNA还默默无闻。更惊人的是，米勒做出的氨基酸正好就是生命所使用的那几种，而不是其他大量可能的随机排列组合。换句话说，米勒仅仅电击了很简单的气体组合，构筑生命所需的最基本的成分就这么凝结而出，好像它们早就等待已久，随时准备登场一般。霎时间，生命的起源看起来变得好简单。这个结果必定非常符合当时的某些潮流，因而登上《时代杂志》的封面，为科学实验带来前所未见的轰动宣传。

不过随着时间的过去，太古浓汤的构想渐渐失去支持。因为在对太古岩石进行分析后发现，地球其实从来就没有充满氨气、甲烷与氢气过，或者至少不是在陨石大轰炸把月亮轰出去之后。这段时间，太古浓汤理论的人气跌到谷底。

远古那次大轰炸扯碎了地球的第一个大气层，把它们整个扫到外层空间去。如果用比较接近实情的大气组成来做实验，则结果颇令人失望。对二氧化碳跟氮气的混合气体，外加极微量的甲烷和其他气体电击一阵子之后，只会得到很少的有机分子，而且几乎没有氨基酸。现在，当初太古浓汤的那个实验，变得像是只为满足好奇心所做，虽然还是一个很好的实验，证明有机分子可以简单地从实验室里面做出来，但除此之外别无意义。

不过，随后科学家又在太空中找到大量的有机分子，这个发现拯救了太古浓汤理论。这些有机分子多半存在于彗星与陨石上，有些彗星跟陨石甚至几乎就只是混了大量有机分子的脏冰块，而其中的氨基酸种类跟电击气体产生出来的非常相近。在惊讶之余，科学家开始寻找这些组成生命的分子有无任何特殊之处。在众多有机分子中，是否有一小群特别适合形成生命？至此，陨石大轰炸有了另外一个面貌，它不全然是毁灭性的，这些撞击变成为地球带来水与生命源头有机分子的终极来源。这个太古浓汤并不是在地球上形成的，而是从外层空间来的。虽然大部分的有机分子会在撞击的过程中损耗掉，不过科学计算的结果显示，仍有足够的分子可以留下来成为汤的原料。

这一假设虽然不像霍伊尔爵士所提倡的“生命是由外层空间播种到地球上”那样极端，不过它确实把生命起源（或至少太古浓汤）跟宇宙的组成成分联系在一起。地球生命现在不再只是一个例外，而是统治整个宇宙的定律之一，就像重力一样无可避免。天文学家当然很欢迎这个理论，至今依然。除了这点子实在不错以外，更重要的是，它让天文学家有饭可吃。

这浓汤还因为添加了分子遗传学而更加美味，主要是因为生命的本质就是复制子，特别是基因这种复制子。基因是由DNA跟核糖核酸（RNA）所构成，它们可以一代又一代精确地自我拷贝。确实，天择少了复制子这类东西绝对行不通，但也只有通过天择，生命才可能由简而繁。如此，对许多分子生物学家来说，生命的起源就等同复制的起源。而太古浓汤符合他们的需求，因为汤里面有各式各样的成分，足以让彼此竞争的复制子成长并演化。这些复制子可以在足够浓稠的汤里各取所需，形成愈来愈长、愈来愈复杂的聚合物，最后带入更多分子来形成精巧的构造，像是蛋白质或是细胞。从这个观点来看，这锅汤就像是漂满英文字母的海洋，正在拼凑出许多单字，现在只等着天择将它们钓上来并写出漂亮的散文。

但是，太古浓汤是有“毒”的。它有“毒”并不是因为这构想必然错误，事实上远古时期很有可能真有太古浓汤，只不过非常稀薄，远不像当初想象般浓稠。它有“毒”是因为这构想让科学家在寻找生命真相的时候，走了几十年的冤枉路。如果我们在一个锡锅里面装满灭过菌的汤（或者一锅花生酱好了），放个几百万年，生命会跑出来吗？当然不会。为什么？因为这些成分只会渐渐分解，什么都不会发生。就算你持续对锡锅通电也不会改善情况，那些成分只会分解得更快。偶然强大的放电像是闪电，也许会让某些分子黏在一起形成团块，不过却更有可能劈碎它们。我很怀疑复杂的生命复制子能从这锅汤中出现，就像《阿肯色旅行者》这首歌里所说的：“你无法从这里走到那里。”因为这不符合热力学定律，同样的道理，对一具尸体持续电击也无法让其复生。

热力学是许多书本极力避免使用的词汇之一，尤其是那些自诩为科普畅销书的书籍。但是如果真正了解的话，它的魅力无穷，因为这是关于“欲望”的科学。原子跟分子的存在是由“吸引”、“排斥”、“需要”以及“释放”所支配，它们是如此重要，以至于在写化学书籍时几乎不可能避免用到某些情色拟人法：分子“想要”失去或得到电子、电性异性相吸同性相斥、分子“想要”与同性质分子共存；当化学物质的每个成分都“想要”配对的时候，化学反应就会发生，或者它们会不情愿地被强大的外力强迫在一起；当然也有某些分子其实“很想”进行反应，但却无法克服本身的羞赧，轻柔的调情也许会引发强烈的欲望，然后释放出极大的能量。不过，或许我该在这里打住了。

我想说的是，热力学定律让这个世界转动。两个分子如果不想进行反应的话，那就很难引起反应。如果它们想反应的话，反应就会进行，就算也许要花点时间去克服彼此的羞赧。我们的生命是由这种“需要”来驱动的。在食物中的分子其实真的很想要跟氧气反应，不过幸好这种反应不会自发进行（这些分子其实非常害羞），否则我们就会烧起来。但是让我们存活下来的生命之火，也就是分子间缓慢的燃烧反应，其实跟燃烧是同一种反应：就是食物中的氢原子跑出来跟氧原子结合，释放出让我们存活的能量。基本上，所有的生命都是由类似的主要反应所维持，化学反应“想要”发生，然后释放出能量去驱动其他的副反应，这就产生了新陈代谢。所有的反应、所有的生命归结起来都是如此，是出于两个分子并列在一起时彼此趋向完全平衡，比如氢和氧，两个相反的个体快乐地结合成一个分子并释放出能量，然后除了剩下一小滩热水外，什么也没有。

而这就是太古浓汤的问题所在。从热力学观点来看它是死路一条，在汤里面并没有哪些分子真的想发生反应，至少不是像氢跟氧想要发生的那种反应。因为在这汤里面并没有什么不平衡，并没有什么驱动力把生命不断往上推，推过陡峭的活化能高峰之后，形成一个复杂的聚合物，比如蛋白质、脂质或是多糖类分子，或者是更重要的像RNA或DNA等分子。

有些人臆测第一个生命分子是RNA这类复制子，早于任何根据热力学定律会产生的分子。这样的想法，套句地质化学家罗素的话来说，就像是“把车子的引擎拔掉之后，还希望微调控计算机可以驾驶它”般荒谬。