生命进化的十大发现（三）

3 模拟生命的起源（1953年）

斯坦利·劳埃德·米勒（1930年3月7日-2007年5月20日），是一位美国化学家和生物学家，以生命起源的无生源论研究而闻名，尤其是以证明有机化合物可从简单的无机分子经由化学反应形成的米勒-尤里实验而闻名于世。

现在远离太阳、历史上可能变化较小的巨行星（如木星和土星等），它们的大气都是没有游离氧的还原性大气，其主要成分是氢、氦、甲烷和氨；由此推测原始地球的大气，大概也是这样的还原性大气。据测定，现在能作用于地球大气层的能源，主要是太阳辐射中的紫外线、雷电和宇宙射线等。其中宇宙射线不足以合成有机物，还原性气体仅吸收短波紫外线，但短波紫外线在太阳辐射紫外线中仅占极微量，可用以有机合成能源的量极少；而每年雷电次数较多，可用以有机合成的能量较大，又在靠近海洋表面处释放，这样在原始地球大气中合成的产物就很容易溶于原始海洋之中。

于是在1953年，米勒在一个密闭的空间中用氢、水、甲烷和氨模拟了早期地球的大气。这便是有名的米勒-尤里实验。

米勒-尤里实验是一项模拟假设性早期地球环境的实验，研究目的是测试化学演化的发生情况，尤其是针对早在20世纪20年代就由俄国化学家亚历山大·伊万诺维奇·奥巴林和英国科学家约翰·伯顿·桑德森-霍尔丹提出的学说进行检验。该学说认为早期地球环境使无机物合成有机化合物的反应较易发生。米勒一尤里实验也是关于生命起源的经典实验之一，由芝加哥大学的米勒与哈罗德·尤里主导完成，其结果以《在可能的早期地球环境下之氨基酸生成》为题发表。然而这一实验没有对蛋白质上氨基酸序列的形成过程和核酸分子上碱基对的形成过程做出进一步解释，其结果也无法进一步得到推广和应用。米勒本人在之后也指出，生物的演进过程比此实验要复杂得多。

在实验中，研究者将水、甲烷、氨、氢气与一氧化碳密封于无菌状态下的玻璃管中，并置于烧瓶内，然后将其连接形成一个回路。装置中的一个烧瓶装着半满的液态水，另一个则装有一对电极。首先将液态水加热促使其蒸发，进而产生水蒸气；而另一烧瓶的电极通电后会产生火花，以模拟闪电。水蒸气经过电极之后，又再度凝结并重回原先装水的烧瓶中，使实验得以循环进行。一周之后，米勒发现有10%-15%的碳以有机化合物的形式存在，其中2%属于氨基酸，以甘胺酸最多，而糖类、脂质与一些其他可构成核酸的原料也在实验中形成。这一发现顿时轰动了整个科学界，几种无机化学气体在天然条件下竟形成了生物独有的氨基酸。人们由此推论：这证明地球上的生物是由无机物质经过一连串的物理和化学事件自然地、随机地演化而成的。

2008年，科学家发现了米勒早期进行该实验的仪器，并使用更精确的后端技术分析实验的物质。该实验包含了先前未报告过的其他环境的模拟，例如火山爆发释放人大气层的气体。之后的分析发现了更多种的氨基酸和其他让人感兴趣的化合物。

然而，米勒在做了他的实验40余年后告诉《科学美国人》杂志说：“生命起源的奥秘。原来比我和其他大部分人所估计得更难解开。”其他科学家的想法也有同样的转变。例如早在1969年，生物学教授迪安·凯尼恩跟别人合著了《生化学预定论》。但较近期的时候，他指出：“物质可以自行跟能量组织成生物系统，这件事根本是难以置信的。”

凯尼恩认为：“目前所有用化学解释生命起源的理论，都犯了根本上的错误。”实验证明他的看法是对的。米勒和其他科学家合成了氨基酸后，科学家着手制造蛋白质和DNA；这两种物质都是地球生物维持生命所必需的。科学家在生命起源以前的环境里进行了数千次实验，但结果就像《生命起源的奥秘：再评目前各家理论》一书所说：“我们在合成氨基酸方面的成就有目共睹，但合成蛋白质和DNA却始终失败；二者形成了强烈的对照。”科学家在合成蛋白质和DNA方面所做的努力，可以用“总是失败”来形容。

要解开的谜并非仅限于第一个蛋白质分子和第一个核酸分子怎样产生。同时也包括它们怎样共同发挥作用。只有这两种分子共同发挥作用，生物才可能在地球上生存。可是，这两种分子怎么会彼此紧密合作，“在生命起源方面”仍然“是个关键性的哑谜”