生命進(jìn)化的十大發(fā)現(xiàn)（三）

3 模擬生命的起源（1953年）

斯坦利·勞埃德·米勒（1930年3月7日-2007年5月20日），是一位美國(guó)化學(xué)家和生物學(xué)家，以生命起源的無(wú)生源論研究而聞名，尤其是以證明有機(jī)化合物可從簡(jiǎn)單的無(wú)機(jī)分子經(jīng)由化學(xué)反應(yīng)形成的米勒-尤里實(shí)驗(yàn)而聞名于世。

現(xiàn)在遠(yuǎn)離太陽(yáng)、歷史上可能變化較小的巨行星（如木星和土星等），它們的大氣都是沒有游離氧的還原性大氣，其主要成分是氫、氦、甲烷和氨；由此推測(cè)原始地球的大氣，大概也是這樣的還原性大氣。據(jù)測(cè)定，現(xiàn)在能作用于地球大氣層的能源，主要是太陽(yáng)輻射中的紫外線、雷電和宇宙射線等。其中宇宙射線不足以合成有機(jī)物，還原性氣體僅吸收短波紫外線，但短波紫外線在太陽(yáng)輻射紫外線中僅占極微量，可用以有機(jī)合成能源的量極少；而每年雷電次數(shù)較多，可用以有機(jī)合成的能量較大，又在靠近海洋表面處釋放，這樣在原始地球大氣中合成的產(chǎn)物就很容易溶于原始海洋之中。

于是在1953年，米勒在一個(gè)密閉的空間中用氫、水、甲烷和氨模擬了早期地球的大氣。這便是有名的米勒-尤里實(shí)驗(yàn)。

米勒-尤里實(shí)驗(yàn)是一項(xiàng)模擬假設(shè)性早期地球環(huán)境的實(shí)驗(yàn)，研究目的是測(cè)試化學(xué)演化的發(fā)生情況，尤其是針對(duì)早在20世紀(jì)20年代就由俄國(guó)化學(xué)家亞歷山大·伊萬(wàn)諾維奇·奧巴林和英國(guó)科學(xué)家約翰·伯頓·桑德森-霍爾丹提出的學(xué)說(shuō)進(jìn)行檢驗(yàn)。該學(xué)說(shuō)認(rèn)為早期地球環(huán)境使無(wú)機(jī)物合成有機(jī)化合物的反應(yīng)較易發(fā)生。米勒一尤里實(shí)驗(yàn)也是關(guān)于生命起源的經(jīng)典實(shí)驗(yàn)之一，由芝加哥大學(xué)的米勒與哈羅德·尤里主導(dǎo)完成，其結(jié)果以《在可能的早期地球環(huán)境下之氨基酸生成》為題發(fā)表。然而這一實(shí)驗(yàn)沒有對(duì)蛋白質(zhì)上氨基酸序列的形成過(guò)程和核酸分子上堿基對(duì)的形成過(guò)程做出進(jìn)一步解釋，其結(jié)果也無(wú)法進(jìn)一步得到推廣和應(yīng)用。米勒本人在之后也指出，生物的演進(jìn)過(guò)程比此實(shí)驗(yàn)要復(fù)雜得多。

在實(shí)驗(yàn)中，研究者將水、甲烷、氨、氫氣與一氧化碳密封于無(wú)菌狀態(tài)下的玻璃管中，并置于燒瓶?jī)?nèi)，然后將其連接形成一個(gè)回路。裝置中的一個(gè)燒瓶裝著半滿的液態(tài)水，另一個(gè)則裝有一對(duì)電極。首先將液態(tài)水加熱促使其蒸發(fā)，進(jìn)而產(chǎn)生水蒸氣；而另一燒瓶的電極通電后會(huì)產(chǎn)生火花，以模擬閃電。水蒸氣經(jīng)過(guò)電極之后，又再度凝結(jié)并重回原先裝水的燒瓶中，使實(shí)驗(yàn)得以循環(huán)進(jìn)行。一周之后，米勒發(fā)現(xiàn)有10%-15%的碳以有機(jī)化合物的形式存在，其中2%屬于氨基酸，以甘胺酸最多，而糖類、脂質(zhì)與一些其他可構(gòu)成核酸的原料也在實(shí)驗(yàn)中形成。這一發(fā)現(xiàn)頓時(shí)轟動(dòng)了整個(gè)科學(xué)界，幾種無(wú)機(jī)化學(xué)氣體在天然條件下竟形成了生物獨(dú)有的氨基酸。人們由此推論：這證明地球上的生物是由無(wú)機(jī)物質(zhì)經(jīng)過(guò)一連串的物理和化學(xué)事件自然地、隨機(jī)地演化而成的。

2008年，科學(xué)家發(fā)現(xiàn)了米勒早期進(jìn)行該實(shí)驗(yàn)的儀器，并使用更精確的后端技術(shù)分析實(shí)驗(yàn)的物質(zhì)。該實(shí)驗(yàn)包含了先前未報(bào)告過(guò)的其他環(huán)境的模擬，例如火山爆發(fā)釋放人大氣層的氣體。之后的分析發(fā)現(xiàn)了更多種的氨基酸和其他讓人感興趣的化合物。

然而，米勒在做了他的實(shí)驗(yàn)40余年后告訴《科學(xué)美國(guó)人》雜志說(shuō)：“生命起源的奧秘。原來(lái)比我和其他大部分人所估計(jì)得更難解開?！逼渌茖W(xué)家的想法也有同樣的轉(zhuǎn)變。例如早在1969年，生物學(xué)教授迪安·凱尼恩跟別人合著了《生化學(xué)預(yù)定論》。但較近期的時(shí)候，他指出：“物質(zhì)可以自行跟能量組織成生物系統(tǒng)，這件事根本是難以置信的?！?/p>

凱尼恩認(rèn)為：“目前所有用化學(xué)解釋生命起源的理論，都犯了根本上的錯(cuò)誤?！睂?shí)驗(yàn)證明他的看法是對(duì)的。米勒和其他科學(xué)家合成了氨基酸后，科學(xué)家著手制造蛋白質(zhì)和DNA；這兩種物質(zhì)都是地球生物維持生命所必需的?？茖W(xué)家在生命起源以前的環(huán)境里進(jìn)行了數(shù)千次實(shí)驗(yàn)，但結(jié)果就像《生命起源的奧秘：再評(píng)目前各家理論》一書所說(shuō)：“我們?cè)诤铣砂被岱矫娴某删陀心抗捕茫铣傻鞍踪|(zhì)和DNA卻始終失敗；二者形成了強(qiáng)烈的對(duì)照。”科學(xué)家在合成蛋白質(zhì)和DNA方面所做的努力，可以用“總是失敗”來(lái)形容。

要解開的謎并非僅限于第一個(gè)蛋白質(zhì)分子和第一個(gè)核酸分子怎樣產(chǎn)生。同時(shí)也包括它們?cè)鯓庸餐l(fā)揮作用。只有這兩種分子共同發(fā)揮作用，生物才可能在地球上生存?？墒?，這兩種分子怎么會(huì)彼此緊密合作，“在生命起源方面”仍然“是個(gè)關(guān)鍵性的啞謎”