生命的躍升：生命起源不是你想的那樣

紀舟

對人類來說，1953年可能是史上重要的一年，標志著英國女王伊麗莎白二世加冕、人類首度登上珠穆朗瑪峰、斯大林的死亡、DNA的發現，以及最后但同樣重要的一件事，那就是米勒跟尤瑞的實驗，它象征著一系列生命起源研究的開端。米勒那時候還是諾貝爾化學獎得主尤瑞實驗室里面一名固執的學生。他在2007年過世，也許還帶著極度的不甘，直到臨終前仍為捍衛自己半世紀前大膽提出的觀點而奮斗。不過，無論米勒那獨特論點后來的命運如何，他真正留給后人的遺產，應該是借由那些非凡的實驗開啟了這個領域的一扇門，以及那些直到今天依然讓人震驚的結果。

當年，米勒在一個大燒瓶里裝滿水和混合氣體，用來模擬他所認為的早期地球大氣組成。他所選擇的氣體是氨氣、甲烷跟氫氣。這些是根據光譜觀察后，據信為組成木星大氣的成分，因此也很有可能充斥在年輕地球的大氣中。接著米勒在這瓶混合物中通電用來模擬閃電，然后在靜置幾天、幾個星期或是數月后，米勒把樣品拿出來分析，看看他到底“烹調”出了什么。實驗結果大大出乎意料，遠遠超過他的想象。

米勒所煮的是一鍋太古濃湯，一鍋近乎謎般的有機分子，其中還包括一些建造蛋白質的基本成分，也就是氨基酸。這或許是當時最能代表生命的分子了，因為那個時候DNA還默默無聞。更驚人的是，米勒做出的氨基酸正好就是生命所使用的那幾種，而不是其他大量可能的隨機排列組合。換句話說，米勒僅僅電擊了很簡單的氣體組合，構筑生命所需的最基本的成分就這么凝結而出，好像它們早就等待已久，隨時準備登場一般。霎時間，生命的起源看起來變得好簡單。這個結果必定非常符合當時的某些潮流，因而登上《時代雜志》的封面，為科學實驗帶來前所未見的轟動宣傳。

不過隨著時間的過去，太古濃湯的構想漸漸失去支持。因為在對太古巖石進行分析后發現，地球其實從來就沒有充滿氨氣、甲烷與氫氣過，或者至少不是在隕石大轟炸把月亮轟出去之后。這段時間，太古濃湯理論的人氣跌到谷底。

遠古那次大轟炸扯碎了地球的第一個大氣層，把它們整個掃到外層空間去。如果用比較接近實情的大氣組成來做實驗，則結果頗令人失望。對二氧化碳跟氮氣的混合氣體，外加極微量的甲烷和其他氣體電擊一陣子之后，只會得到很少的有機分子，而且幾乎沒有氨基酸?，F在，當初太古濃湯的那個實驗，變得像是只為滿足好奇心所做，雖然還是一個很好的實驗，證明有機分子可以簡單地從實驗室里面做出來，但除此之外別無意義。

不過，隨后科學家又在太空中找到大量的有機分子，這個發現拯救了太古濃湯理論。這些有機分子多半存在于彗星與隕石上，有些彗星跟隕石甚至幾乎就只是混了大量有機分子的臟冰塊，而其中的氨基酸種類跟電擊氣體產生出來的非常相近。在驚訝之余，科學家開始尋找這些組成生命的分子有無任何特殊之處。在眾多有機分子中，是否有一小群特別適合形成生命？至此，隕石大轟炸有了另外一個面貌，它不全然是毀滅性的，這些撞擊變成為地球帶來水與生命源頭有機分子的終極來源。這個太古濃湯并不是在地球上形成的，而是從外層空間來的。雖然大部分的有機分子會在撞擊的過程中損耗掉，不過科學計算的結果顯示，仍有足夠的分子可以留下來成為湯的原料。

這一假設雖然不像霍伊爾爵士所提倡的“生命是由外層空間播種到地球上”那樣極端，不過它確實把生命起源（或至少太古濃湯）跟宇宙的組成成分聯系在一起。地球生命現在不再只是一個例外，而是統治整個宇宙的定律之一，就像重力一樣無可避免。天文學家當然很歡迎這個理論，至今依然。除了這點子實在不錯以外，更重要的是，它讓天文學家有飯可吃。

這濃湯還因為添加了分子遺傳學而更加美味，主要是因為生命的本質就是復制子，特別是基因這種復制子?；蚴怯蒁NA跟核糖核酸（RNA）所構成，它們可以一代又一代精確地自我拷貝。確實，天擇少了復制子這類東西絕對行不通，但也只有通過天擇，生命才可能由簡而繁。如此，對許多分子生物學家來說，生命的起源就等同復制的起源。而太古濃湯符合他們的需求，因為湯里面有各式各樣的成分，足以讓彼此競爭的復制子成長并演化。這些復制子可以在足夠濃稠的湯里各取所需，形成愈來愈長、愈來愈復雜的聚合物，最后帶入更多分子來形成精巧的構造，像是蛋白質或是細胞。從這個觀點來看，這鍋湯就像是漂滿英文字母的海洋，正在拼湊出許多單字，現在只等著天擇將它們釣上來并寫出漂亮的散文。

但是，太古濃湯是有“毒”的。它有“毒”并不是因為這構想必然錯誤，事實上遠古時期很有可能真有太古濃湯，只不過非常稀薄，遠不像當初想象般濃稠。它有“毒”是因為這構想讓科學家在尋找生命真相的時候，走了幾十年的冤枉路。如果我們在一個錫鍋里面裝滿滅過菌的湯（或者一鍋花生醬好了），放個幾百萬年，生命會跑出來嗎？當然不會。為什么？因為這些成分只會漸漸分解，什么都不會發生。就算你持續對錫鍋通電也不會改善情況，那些成分只會分解得更快。偶然強大的放電像是閃電，也許會讓某些分子黏在一起形成團塊，不過卻更有可能劈碎它們。我很懷疑復雜的生命復制子能從這鍋湯中出現，就像《阿肯色旅行者》這首歌里所說的：“你無法從這里走到那里?！币驗檫@不符合熱力學定律，同樣的道理，對一具尸體持續電擊也無法讓其復生。

熱力學是許多書本極力避免使用的詞匯之一，尤其是那些自詡為科普暢銷書的書籍。但是如果真正了解的話，它的魅力無窮，因為這是關于“欲望”的科學。原子跟分子的存在是由“吸引”、“排斥”、“需要”以及“釋放”所支配，它們是如此重要，以至于在寫化學書籍時幾乎不可能避免用到某些情色擬人法：分子“想要”失去或得到電子、電性異性相吸同性相斥、分子“想要”與同性質分子共存；當化學物質的每個成分都“想要”配對的時候，化學反應就會發生，或者它們會不情愿地被強大的外力強迫在一起；當然也有某些分子其實“很想”進行反應，但卻無法克服本身的羞赧，輕柔的調情也許會引發強烈的欲望，然后釋放出極大的能量。不過，或許我該在這里打住了。

我想說的是，熱力學定律讓這個世界轉動。兩個分子如果不想進行反應的話，那就很難引起反應。如果它們想反應的話，反應就會進行，就算也許要花點時間去克服彼此的羞赧。我們的生命是由這種“需要”來驅動的。在食物中的分子其實真的很想要跟氧氣反應，不過幸好這種反應不會自發進行（這些分子其實非常害羞），否則我們就會燒起來。但是讓我們存活下來的生命之火，也就是分子間緩慢的燃燒反應，其實跟燃燒是同一種反應：就是食物中的氫原子跑出來跟氧原子結合，釋放出讓我們存活的能量?；旧?，所有的生命都是由類似的主要反應所維持，化學反應“想要”發生，然后釋放出能量去驅動其他的副反應，這就產生了新陳代謝。所有的反應、所有的生命歸結起來都是如此，是出于兩個分子并列在一起時彼此趨向完全平衡，比如氫和氧，兩個相反的個體快樂地結合成一個分子并釋放出能量，然后除了剩下一小灘熱水外，什么也沒有。

而這就是太古濃湯的問題所在。從熱力學觀點來看它是死路一條，在湯里面并沒有哪些分子真的想發生反應，至少不是像氫跟氧想要發生的那種反應。因為在這湯里面并沒有什么不平衡，并沒有什么驅動力把生命不斷往上推，推過陡峭的活化能高峰之后，形成一個復雜的聚合物，比如蛋白質、脂質或是多糖類分子，或者是更重要的像RNA或DNA等分子。

有些人臆測第一個生命分子是RNA這類復制子，早于任何根據熱力學定律會產生的分子。這樣的想法，套句地質化學家羅素的話來說，就像是“把車子的引擎拔掉之后，還希望微調控計算機可以駕駛它”般荒謬。