揭开生命起源之谜四个重大进步
揭开生命起源之谜四个重大进步
大约39亿年前，太阳外行星轨道的一次巨变致使大量彗星和小行星一窝蜂闯进太阳系。由它们的剧烈碰撞造成的大陨石坑至今在月球表面仍清晰可见，地球表面温度迅速升高，变成了熔岩，海洋蒸发后变成了薄雾。
然而，38亿年前形成的岩石可能包含生物进化的证据。如果无机物质可以如此迅速容易地形成生命，那么在太阳系和太阳系之外的星球为何不能存在大量生命呢？如果生物学是物质的固有属性，为何化学家迄今尚无法在实验室重塑生命，或类似于生命的东西呢？
地球的生命起源充满着疑惑和矛盾。活细胞蛋白和构成生命的遗传信息二者孰先孰后呢？在封闭细胞膜尚未将所有必要的化学物质聚在一起的情况下，生物体的新陈代谢如何开始的呢？但如果生命始于细胞膜内部，它又是如何获取必要的营养物呢？这些问题或许看似毫无实际意义，因为生命的确是以某种方式开始的。除了少数坚持一定要弄清楚生命是如何起源的研究人员外，其他的人在此问题上总是失望而归。
许多曾经大有希望的线索最后一无所获，数年的努力付之东流。像分子生物学首席理论家弗朗西斯·克里克(Francis Crick)等知名科学家曾心平气和地说，也许生命在地球上生根发芽之前已在别的地方形成，所以，要找到一个生命起源于地球似乎合理的解释是那么的困难。然而，过去几年，科学家在该领域取得的四个令人吃惊的进步已使他们重塑了信心，相信迟早会找到有关生命起源于地球的合理解释。
原始细胞
第一个进步是有关细胞状结构的诸多新发现，这些结构自然形成于可能存在于原始地球上的多脂肪化合物。这一发现源于三位同事之间的长期争论，争论的焦点集中于遗传体系，还是细胞膜在生命演变中最早出现。他们最终达成了共识：遗传体系和细胞膜一定要一起进化。这三位研究人员是杰克·佐斯塔克(Jack W.Szostak)、戴维·巴特尔(David Bartel)和卢伊吉·路易斯(Luigi Luisi)。
他们2001年在《自然》杂志上发表了一篇论文，宣布培育人造细胞的一个方法是获得平行生长和分裂的原始细胞(Protocell)和遗传分子，而分子将被裹在原始细胞内。他们写道，如果分子赋予这个细胞优于其他细胞的生存优势，那么结果将是“可持续的、具有自动复制能力的体系，与达尔文进化论的描述相符。它也许真的存在。”
佐斯塔克供职于马萨诸塞州总医院，已取得了这个研究项目的理想成果。结构简单的脂肪酸(可能曾经存在于原始地球之上)将本能地形成双层球体结构，与今天活细胞的两层薄膜存在很大的相似之处。原始细胞会吸收融入水中的新脂肪酸并最终分裂。活细胞一般情况下是不可渗透的，具有极为复杂的机制，仅仅承认它们需要的营养物。
佐斯塔克及其同事的研究表明，小分子可以轻易进入原始细胞。但是，如果它们形成大分子，则无法从原始细胞中出来。倘若原始细胞可以将小DNA片段吸收进去，接着以核苷酸(DNA的构造单元)为食，那么核苷酸会自然地进入细胞中，与另一个DNA分子建立连接。上个月，在长岛冷泉港实验室举行的达尔文进化论座谈会上，佐斯塔克表示他对“获取运行于原始细胞内部的化学复制体系十分乐观。”
他希望接下来可以将具有复制能力的核酸与分裂的原始细胞结合起来。佐斯塔克的实验接近于通过被认为曾经存在于原始地球上的化学物，生成自然分裂的细胞。但是，他采用的一些原料都相当复杂，比如核酸的核苷酸构造单元。研究原始地球生命起源前化学的化学家在核苷酸如何自然出现的问题上濒于崩溃。
核苷酸由一个身处一端的像核糖和去氧核醣这样的糖分子，和处于另一端的磷酸盐组(phosphate group)构成。化学家惊喜地发现，像腺嘌呤这样的盐基可以由简单的化学物(如氢化氰)轻易形成。然而，科学家多年努力却化为泡影，因为他们发现腺嘌呤无法与核糖建立天然联系。
