生命起源之謎

生命起源之謎
20211106
生命起源，從無機物到有機物，從有機物到DNA和蛋白質，到微生物，從低級到高級，從簡單到複雜。
但是，實驗證明，這條路很難，產生概率很低。
另外，熱力學第二定律，熵增規律，也打破了生命的自然產生。因為生命是高度有序的。這與熵增相矛盾。
科學到了這裏，又遇到麻煩。但是，又不想簡單回到神創論。因為神創論的神，模糊不清，似乎都是憑空產生，沒有科學精神。
在這種情況下，其實，科學革命已經露出苗頭，一個是量子力學的量子糾纏，一個是宇宙學的暗物質與暗能量。這兩者結合產生的新理論，首先衝擊愛因斯坦的狹義相對論的光速最大原理。而實驗證明，愛因斯坦的狹義相對論是對的。到了這種情況下，怎麽辦？
其實，以上存在的發現，早就是新理論的創建，隻不過，沒有人敢說出來。因為一旦說出來，就違背愛因斯坦的狹義相對論。
這個新理論的第一條就是:
有超光速的東西存在。這個超光速的存在，就是暗物質和暗能量。
但是，當我們想去證明暗物質或者暗能量存在的時候，又發現與量子力學的基本粒子理論相矛盾。因為幾十年過去了，暗物質的基本粒子還沒有被發現。
到了這裏，我們應該跳出一個怪圈，就是科學怪圈，而科學怪圈的定義，就是研究實在物質是科學，研究不是實在物質的不是科學。而物質的基本定義，就是具有實在基本粒子。
現代天文學的研究表明，宇宙是由物質，暗物質，暗能量組成的，而且物質所占的比例最少。最要命的來了，我們一直信仰的科學，就是研究物質的科學，隻是宇宙組成的最少部分。
到了這裏，要不要突破？
要突破，就要回到過去宗教研究的內容，科學的凸顯，是在反抗宗教的壓迫打擊下發展起來的。現在又要回到宗教研究的領域？揪心啊，不情願啊。
所以，到了現在，要不突破，就不突破，要拖多久，就拖多久。
但是，曆史的進程，卻總是朝著人們不想看到的一幕發展，就是現在我們真要去研究過去宗教研究的神的存在。
神學在科學興起之前，一直存在，科學研究有了巨大的進步，神學逐漸式微，逐漸奄奄一息。但是，現在神學又要回到人類視野，恐怕不是大多數人能接受的。
其實，這裏隻要講清楚神的具體內容，就會消除對神學的恐懼。過去的神學的神並不具體，到了現在，尤其是量子力學的研究，為研究神學打下了基礎。

從神學到科學，再從科學到神學，其實，是一個螺旋上升的認識過程，我們接下來進行的神學研究，絕不是過去宗教研究的簡單神學，而是比科學更高級的神學。首先，接下來的神學研究的具體對象是暗物質和暗能量，這是宇宙學證明存在的東西，不是虛無縹緲的東西。這是與過去宗教有區別的地方。第二，神學的另外一個基礎，就是量子力學的量子糾纏，而量子糾纏的超光速，已經是鐵定的事實。第三，神學的另外一個基礎，就是電磁場的概念，我們知道電磁場，但是，電磁場不是由基本粒子組成的物質，而是一直特殊物質。也就是說，我們可以擴大物質概念，這就要擺脫基本粒子的概念。也就是說，暗物質和暗能量不是由基本粒子組成的，現在進行的大規模探尋暗物質的基本粒子的嚐試，可能都是水中撈月一場空。

有人可能會說，既然電磁場等場物質是物質，為什麽不能找到基本粒子？現在的推測就是說，可能都存在基本粒子，但是，我們現在的檢測手段，檢測不到。這就好比一千年前，就有人懷疑微生物的存在，但是，那個時候檢測不到，但是，後來科學發展了，終於檢測到了微生物。類似，暗物質和暗能量的基本粒子，可能一千年過後，才能檢測到。

既然現在，檢測不到，還有，一千年後才能檢測到，那麽，我們現在幹什麽？我們現在要幹的，就是人工製造暗物質，一旦有了暗物質，而且對人類產生重大影響，這就是好的開始。而現在，不是去製造暗物質，而是非要找到暗物質的基本粒子才想開始實驗研究暗物質，其實，就是類似我不想防病治病，而是非要找到微生物為止，才開始防病治病。其實，沒有必要，實際的過程，是世界各國都是想找到治病的方法，而不是先找到病原體。具有現代科學知識的現代人，難道終於愚蠢到這種地步嗎？一葉障目不見泰山，也許科學這個小小的樹葉，真的有此作用？

其實，新的神學，已經開始，就是量子力學的波函數，量子場論和規範場論等量子力學的頂級範疇。為什麽量子場論，波函數，或者規範場論，不能進一步發展，非要屬於新的神學，才能發展更好一些？因為，這些波函數和場論都涉及到物質的基本粒子，所以，一旦沒有基本粒子作為基礎，這些理論都成了空中樓閣，海市蜃樓了。而新的神學，要研究的是這些神的影響，而不再受製於基本粒子的製約，從而可以大踏步前進。因為現在一切新理論的發表，雜誌都要求一些證據，但是，神學有時候拿不出基本證據，這樣，這些有創意的論文，就被槍斃了。所以，提倡新的神學研究，箭在弦上，勢在必行。一旦過了這個坎，人類的壽命將突飛猛進，至少可以活到，人類曆史上曾經有過的36萬歲吧?因為蘇美爾人，就曾經活到36萬歲。而且原理也基本搞清楚了，就是那個時候的暗物質濃度高一些，既然這樣，我們何不首先製造一些暗物質，來提高人類的壽命？！而且製造暗物質的原理也已經搞清楚了，何樂而不為？！

 

生命起源於RNA和基因：最有希望，或者已經破滅

上世紀60年代之後，針對生命的起源問題，科學家分成了三大陣營。有些人相信生命起步於原始生物細胞的形成；有些人認為最先形成的是新陳代謝係統；還有些人認為基因和複製最為重要，並開始思索最初的複製子（replicator）究竟是什麽樣的——當時的主流思想認為，複製子由RNA構成。

上世紀60年代，科學家已經有了足夠的理由相信RNA是所有生命的起源。具體來說，RNA擁有一些DNA不具備的功能。它是一條單鏈分子，因此它可以將自己折疊成各種不同的形狀。RNA的這一特點和蛋白質很相似。蛋白質也是長鏈分子，可以組合成各種複雜的結構，隻不過由氨基酸、而非核苷酸構成。

這便是蛋白質最神奇的能力的關鍵所在。有些蛋白質能加速（又稱催化）化學反應，它們被稱作酶。人類的腸道中就有許多酶，它們能將食物中的複雜分子分解為較為簡單的分子（如糖等），以便被細胞吸收。如果沒有了酶，你就無法生存。

萊斯利·奧格爾和弗朗西斯·克裏克猜測，如果RNA能像蛋白質一樣折疊的話，也許RNA也可以形成酶。若真是這樣，RNA也許就是最早出現的多功能有機分子，既能像DNA一樣存儲遺傳信息，又能像某些蛋白質一樣催化化學反應。

這是一個誘人的想法，但一連十幾年，他們都沒能找到證據。

上世紀80年代初，生物化學家托馬斯·切赫（Thomas Cech）與科羅拉多大學波爾多分校的同事們對一種名叫四膜蟲（Tetrahymena thermophila）的單細胞生物進行了研究。它的一部分細胞器中含有RNA鏈。切赫發現，有一部分RNA有時會和其它RNA分離開來，就好像被剪刀剪斷了一樣。該團隊移除了所有可能起作用的酶和其它分子，但RNA依舊如此。就這樣，他們發現了第一種RNA酶：一小段可以從原本所屬的RNA長鏈上自行脫離的RNA片段。

切赫於1982年發表了自己的研究結果。一年之後，另一支研究團隊發現了第二種RNA酶，取名為核酶（ribozyme）。科學家在短短一年中相繼發現了兩種RNA酶，說明RNA酶的種類還有很多。一時間，“生命源自於RNA”的理論看上去前景大好。

哈佛大學的沃特·吉爾伯特（Walter Gilbert）本是一名物理學家，但他對分子生物學產生了濃厚的興趣，並成為了人類基因組測序的最早一批支持者之一。1986年，他在《自然》期刊上發表的一篇論文中提出，生命正是從“RNA世界”中起源的。吉爾伯特認為，在進化的第一階段，“RNA分子主要起到了催化劑的作用，在一堆核苷酸的混合物中將自己組裝了起來”。通過剪切和複製不同的RNA片段，RNA分子逐漸形成了更具實際意義的序列。最終，它們找到了製造蛋白質和蛋白質酶的方法，RNA也逐漸向現代生命形式轉化。

RNA世界學說可以很好地解釋生命從無到有的演變過程。不需要依賴原始的化學物質混合物自發地形成各種有機分子，無所不能的RNA分子自己便可以包攬全部工作。2000年，RNA世界學說獲得了一項重要的證據支持。

托馬斯·施泰茨（Thomas Steitz）用了30年時間，潛心研究活細胞中的分子結構。而在上世紀90年代，他遇到了一項重大挑戰：分析核糖體的結構。

每個活細胞中都有核糖體。這個巨大的分子會讀取RNA中的信息，然後將氨基酸組合在一起形成蛋白質。你身體的大部分都是由核糖體製造出來的。此前人們認為，RNA隻不過是核糖體的一部分而已。但在2000年，施泰茨的研究團隊詳細地分析了核糖體的結構，發現RNA其實是核糖體中的催化核心。這一點至關重要，因為核糖體對於生命來說具有根本性的意義，並且自古有之。而這樣一個關鍵的細胞器居然以RNA為基礎，RNA世界學說就顯得更加可信了。

這一發現令RNA世界學說的支持者們大為振奮。施泰茨因此獲得了2009年諾貝爾獎。但質疑的呼聲也接踵而至。

RNA世界學說從一開始就存在兩處疑點。其一，RNA真的能靠一己之力、承擔起全部生命功能嗎？其二，它真的是在早期的地球上形成的嗎？

吉爾伯特提出RNA世界學說至今已經過去了30年，我們仍未找到確鑿的證據，證明RNA能夠完成理論中聲明的那些任務。RNA的確是一種能幹的分子，但它也許並沒有那麽多才多藝。因此我們必須解決一個問題。如果生命源自於RNA分子的話，那麽RNA就必須能對自己進行複製，即擁有自我複製的能力。但目前我們還未發現過能夠自我複製的RNA或DNA。RNA或DNA的複製過程需要大量酶和其它分子的參與。因此，上世紀80年代末，幾名生物學家開始了一次看似瘋狂的研究：人工製造出能夠自我複製的RNA。

哈佛大學醫學院的傑克·紹斯塔克（Jack Szostak）便是第一批參與該項目的科學家之一。他對切赫的RNA酶產生了興趣。“我覺得這項研究很酷，”他說道，“從理論上來說，RNA也許是有可能在自我複製過程中發揮催化作用的。”

1988年，切赫發現了一種RNA酶，可以製造出一條包含10個核苷酸的RNA短鏈。而紹斯塔克也開始在實驗室中試圖研發新的RNA酶。他的研究團隊生成了各種各樣的隨機序列，然後對這些序列展開測試，觀察哪些具有催化活性。然後將它們分離出來，做出微調，再用它們進行測試。

10輪實驗之後，紹斯塔克終於合成了一種RNA酶，能夠使反應速度提高到原來的700萬倍。他們證明了RNA酶的功能非常強大，但卻無法對自身進行複製。這條路終究行不通。

2001年，紹斯塔克之前在麻省理工學院教過的學生戴維·巴特爾（David Bartel）取得了重要進展。他合成了一種名叫R18的RNA酶，可以按照已有模板、向RNA鏈中加入新的核苷酸。換句話說，這種酶並不是隨機地添加核苷酸，而是完成了正確的序列複製。

這雖然算不上自我複製，但也是一次可喜的進步。R18是一條由189個核苷酸構成的長鏈，可以向另一條RNA鏈中添加11個核苷酸，占自身長度的6%。理想情況下，隻要它多複製幾次，就能生成一條和它一樣包含189個核苷酸的長鏈了。

2011年，劍橋分子生物實驗室的菲利普·霍利格（Philipp Holliger）做了一次出色的嚐試。他的研究團隊對R18進行了修改，合成了tC19Z。tC19Z一次可以複製95個核苷酸，占自身長度的48%。雖然這已經遠遠超出了R18能夠複製的長度，但離100%的目標還有一定距離。

加州斯克利普斯研究所的傑拉德·喬伊斯（Gerald Joyce）和特蕾西·林肯（Tracey Lincoln）也開展了這方麵的研究。2009年，他們合成了一種能夠以間接方式實現自我複製的RNA酶。

這種RNA酶可以將兩段RNA片段結合在一起，合成一種新的酶。後者再將另外兩段RNA片段結合在一起，形成了第一種酶的複製品。隻要原材料充足，這個過程就可以無止境地循環下去。但這些酶隻對特定的RNA鏈起作用。

很多RNA世界學說的懷疑者認為，這一理論的致命之處在於，我們找不到能夠自我複製的RNA。這樣看來，RNA似乎無法承擔生命起源的重任。雪上加霜的是，化學家無法憑空造出RNA。與DNA相比，RNA看似是一種簡單的分子，但事實證明，合成RNA是一件極其困難的事情。

問題在於，我們雖然可以分別合成糖和核苷酸的基團，但卻無法把它們連接在一起。

到了90年代初，科學家已經意識到了這個問題。很多生物學家因此對RNA世界學說產生了懷疑。也許早期地球上還存在另一種比RNA更簡單的分子，能夠在早期的原始化學物質混合物中將自己組裝起來、並開始自我複製。也許這種分子最先出現，然後才出現了RNA、DNA等等。

1991年，哥本哈根大學的彼得·尼爾森（Peter Nielsen）提出了一種可能的原始複製子。它就像經曆了大量改動後的DNA。尼爾森保留了DNA中的堿基（A，T，C，G），並用聚酰胺取代DNA中的糖類作為骨架。他把這種新分子稱作聚酰胺核酸，簡稱PNA，後來又被稱作多肽核酸。

人們從未在自然界中發現過PNA的存在，但它的特性與DNA十分相似，PNA鏈甚至能取代DNA分子中的一條鏈，堿基配對仍能照常進行。並且就像DNA一樣，PNA也能形成雙螺旋結構。

史丹利·米勒對此產生了濃厚的興趣。他本就對RNA世界學說有所懷疑，在他看來，PNA更可能是最早出現的遺傳物質，2000年，米勒找到了更加有力的證據。此時他已年逾七旬，身體欠佳，但他仍未放棄研究。他重複了自己當年的經典實驗，隻不過這一次使用的原料為甲烷、氮氣、氨氣和水，最終得到了PNA的聚酰胺骨架。這說明早期地球上形成的很可能就是PNA，而不是RNA。而其他化學家也提出了不同形式的核酸。

2000年，阿爾伯特·埃申莫瑟（Albert Eschenmoser）合成了蘇糖核酸（簡稱TNA）。TNA與DNA基本相同，隻不過構成骨架的糖類型不同。TNA鏈也可以構成雙螺旋結構，還能與RNA相互複製信息。此外，TNA也能折疊成複雜的形狀，甚至可以和蛋白質結合在一起。這說明TNA也許和RNA一樣，也能發揮酶的作用。

2005年，埃裏克·梅格思（Eric Meggers）合成了乙二醇核酸，也可以形成雙螺旋結構。這些核酸的合成者都支持自己的觀點、互不相讓。但在自然界中，我們從未發現過這些核酸的蹤跡。因此，如果原始生命確實采用過這些核酸的話，後來肯定又棄之不用、改用了RNA和DNA。事實有可能是這樣，但我們依然缺乏證據。因此，RNA世界學說的支持者們仍處於進退兩難的窘境之中。

從另一方麵來看，RNA酶確實是存在的，而且在核糖體中占據了核心地位。但人們仍未找到能自我複製的RNA，也想象不出RNA最初是怎樣在原始物質混合物中形成的。其它形式的核酸或許能解決後一個問題，但又找不到它們在自然界中存在的依據。

我們隻能得出這樣的結論：RNA世界學說雖然看上去可信，但並不是全部的真相。

與此同時，自上世紀80年代以來，另一種理論也在逐漸興起。該理論的支持者認為，生命並非源自於RNA或DNA、或其它遺傳物質，而是從演變出了某種能夠利用能量的機製開始的。