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发信人: crazy (雪山), 信区: Science
标  题: 生命起源的探索(2)
发信站: 紫丁香 (Mon Mar 27 03:20:09 2000), 转信

    从无机物到有机物
    美国芝加哥大学的哈罗德·尤里同奥巴林一样，也是认为生命是在Ⅰ型大气条件
下开始的。他对地球原始时期的化学现象和原始生命形态产生了特殊的兴趣，一直试
图推测地球的大气情况。一天，他突然想道：
    “存在于地球原始时期的现象是否可以在实验室里进行模拟?”
    1953年，尤里建议他的学生斯坦利·米勒进行一项试验：在Ⅰ型大气的样品中加
入能量，看看能出现什么情况。
    米勒在这方面也有研究。为了确保所制成的复杂化合物一定不是活细胞形成的，
米勒确保使用的一切仪器是完全无菌的，在水或气体中没有细菌或其他细胞。他谨慎
地将氨、甲烷和氢混合装进一个大玻璃容器中，在另一个玻璃容器中将水煮沸，以确
保水里不含任何生物。然后，在水中加入氢、氨、甲烷，这样，他就制造了一种混合
气体，与早期的大气层很相像。
    形成的蒸气通过一根玻璃管进入装有气体混合物的容器，气体混合物被蒸汽所推
动，经过另一根玻璃管回到沸腾的水中。这第二根玻璃管保持冷却状态。因此，蒸汽
在尚未滴回原容器中之前就转变成了水。结果，这种氨、甲烷、氢和水蒸气的混合物，
在沸水的带动下，在容器和管道系统中循环不已。
    尤里和米勒认为，最初生命的形成，能量有两种可能的来源，一是来自太阳的紫
外线，二是来自闪电的电火花，因为在地球的早期阶段，可能有很多雷雨交加的情况。
这两种能源中，紫外线容易被玻璃吸收，所以，问题在于怎样才能穿过玻璃使内部的
化学物质得到足够的能量。
    米勒决定首先尝试使用犹如小型闪电似的电火花作为外加能量。他在形成的混合
气体中通入连续的电火花。
    果然，米勒感到发生了变化：水和空气开始时是无色的，几天后却变成了粉红色。
一个星期后，水的颜色越来越深，最后竟变成了深红色。
    “储水容器中究竟生成了什么物质?”米勒准备搞清楚。
    混合物中当然没有生命，但是，里面出现了新的分子，而且这些分子比他着手进
行实验时要复杂得多。
    为了搞清新物质的成分，米勒使用了一种分离和鉴定微量化学物质的新技术——
“滤纸色层分析法”。结果，与卡尔温一样，他发现里面的主要产物是甲酸，除此之
外，他还发现形成了与甲酸类似，但比甲酸更复杂的化合物：醋酸、羟基乙酸和乳酸，
而这些物质都与生命有着密切的关系。
    米勒十分高兴，他又加入了氨重新进行了试验。结果，他得到了一些不仅含碳、
氢、氧，而且含氮的物质。例如：他得到了一些由 1个碳原子、1个氢原子、1个氮原
子构成的氰化氢。他还得到了尿素，尿素分子(NH2CONH2)由2个氮原子、4个氢原
子、1个碳原子和1个氧原子构成。
    不仅如此，最重要的是：米勒还在他的产品中发现了甘氨酸和丙氨酸，这是所有
氨基酸中最简单的，也是在各种蛋白质中最常见的。
    看来，米勒从这个简单的实验中获得了极大的成功。他开始时所用的是甲烷，竟
有六分之一形成了更复杂的有机化合物。他只实验了一个星期，仅用了很少量的气体，
就得到了如此的结果。米勒想：在早期的地球上，在温暖的充满着氨的海洋，有甲烷
的风吹过海面，所有这一切都被太阳射出的紫外线烘烤着，被巨大的闪电冲击着，历
时达10亿年之久，那么，肯定会有数以百万吨计的这类复杂化合物生成。
    米勒将试验结果公布后，许多生物学家便也开始进行同样的实验，他们都证实了
米勒的实验。华盛顿卡内基学院工作的菲利普·阿贝尔逊，用不同的气体，以不同的
组合又进行了各种各样的实验，结果证明：只要在一开始使用某些在其结构中含有碳、
氢、氧和氮原子的分子，在生成物中就一定能找到氨基酸，而且，总是那种可作为蛋
白质构造成分的氨基酸。
    此外，米勒所采用的火花放电并不是唯一有效的能源。1959年，德国科学家格罗
特、魏森霍夫，试用紫外线作为能量，也得到了氨基酸。到1968年，蛋白质结构中的
每一种重要的氨基酸，都用这样的实验制成了。根据宾夕法尼亚州立大学和加拿大蒙
特利尔乔治·威廉大学的报告，最后还制成了一些含硫的氨基酸。
    也许其他重要的化合物也一定会生成，或许它们会自然地碰到一起，形成重要的
活组织大分子。如果是这样，那么，在宇宙中，生命可能是很普遍的。当然，在与地
球大不相同的行星上，例如又大又冷的木星，或又小又热的水星，不可能形成和我们
地球上这样的生命。另一方面，则有可能形成基于其他化学类型的其他种类的生命。
    从简单到复杂
    米勒的实验中出现了氰化氢，于是，有些科学家便以此为开端，继续进行研究。
    1961年，休斯顿大学的美籍西班牙生物化学家胡安·奥罗，进行了这方面的实验。
他发现：一旦将氰化氢加入最初的混合物，就不仅是只生成氨基酸，并且单个的氨基
酸还能勾连在一起而形成短链，其勾连方式也恰如蛋白质中氨基酸勾连的方式。更为
有趣的是，还生成了嘌呤。他得到的是一种特殊的嘌呤，称为“腺嘌呤”。它不仅存
在于核酸中，还存在于其他与生命有关的重要的化合物中。
    1962年，奥罗发现：如果先将甲醛溶在水中，再用紫外线照射，就会生成各种糖
分子，其中有核糖和脱氨核糖。
    1963年，锡兰出生的生物化学家波南帕鲁玛，在加利福尼亚莫菲特菲尔德的艾德
斯研究中心做了进一步的实验。作为实验的开始，他合成了各种嘌呤，有的含氰化氢，
有的不含氰化氢。在合成这些嘌呤时，他利用的是电子束的能量和紫外线波。之后，
他与马里纳和萨根合作，继续进行实验。
    他们用紫外线照射腺嘌呤和核糖的溶液，结果发现：腺嘌呤与核糖串接在一起，
其方式与它们在核苷酸中的连接完全一样。波南帕鲁玛想：
    “如果实验开始时也在混合物中放入磷酸盐，是否能形成完全的核苷酸呢?”
    果然，在1965年，波南帕鲁玛宣称：他已经合成了一个双核苷酸，即由两个核苷
酸组成的分子，其结合方式与核酸中的恰好一样。
    到60年代中期，生物化学家们似乎已经清楚，早期地球上的条件，完全宜于生成
与生命有关的各种物质，这些物质肯定包括能够组成所有重要的蛋白质和核酸的氨基
酸和核苷酸。不仅如此，在早期地球的环境下，这些构造材料勾连在一起形成的链，
正好就是构成蛋白质和核酸的那些链。
    至此已经表明：所有这些与生命有关的原料，作为不可缺少的化学物质，在早期
地球上都有，但是，生命不仅是化学物质，必须考虑的因素还有活机体中进行着的各
种化学反应。此外，没有能量的供应，许多这样的变化是不会发生的。就海洋而论，
能量的供应是太阳的紫外线辐射，或者其他方式，然而，海洋中一旦出现了微小的生
物，在其内部又会发生什么事情呢?
    某些化学物质在生物体内容易分裂、放出能量，这样的化学物质使得重要的化学
变化得以发生，没有它们，化学变化就不会发生，没有这样的化学物质，无论早期的
海洋中有多少蛋白质和核酸，也不可能出现我们所知的生命。事实证明，这些富含能
量的化合物，也是由太阳光能参与制造的。例如，三磷酸腺苷就可以合成。
    60年代中期，波南帕鲁玛试着进行了这个试验，他将腺嘌呤、核糖和磷酸根置于
紫外线的照射之下，结果，它们开始连在一起形成含有一个磷酸根苷酸。将磷酸根的
比例加大，随着照射时间的延长，结果它们勾连在一起，形成有 3个磷酸根的三磷酸
腺苷。
    1967年，波南帕鲁玛又以简单的物质合成了一种属于“卟啉”类的分子，而绿色
植物中极重要的叶绿素分子也属于卟啉类，这就说明，植物也可以由其他无机物慢慢
生成。
    至此，人们已经不怀疑在早期地球的海洋中，生命所必需的所有化学物质，都可
以在紫外线的照射下通过化学反应被制造出来。确实，最初形成的生命或许太简单，
以至于我们还无法称其为生命，或许它刚刚是为数很少的几种化学物质集合在一起，
它们能导致某些变化，使得这种集合免于分裂；也许它能设法形成另一些与它相似的
集合体。

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