Thứ 2 chương Năng lượng: Sinh mệnh cao ốc kiến trúc sư

Tòng mệnh thể nội phức tạp nhất vật chất.

Một ví dụ là protein phân tử chế tạo. Chúng ta đã nói qua, protein phần tử là sinh mệnh hiện tượng trọng yếu nhất khu động lực, là tuyệt đại đa số sinh vật phản ứng hoá học quan chỉ huy. Bọn chúng đồng dạng từ ít thì mấy chục cái nhiều thì mấy ngàn cái axit amin phần tử dựa theo đặc định trình tự đầu đuôi tương liên mà thành. Đầu này axit amin trường liên tại trong tế bào gấp vặn vẹo, giống nhiễu dây móc một dạng, tạo thành phức tạp không gian ba chiều kết cấu. Protein phần tử giống như tinh vi thiết kế vi hình phần tử máy móc, công năng của bọn nó thường thường ỷ lại loại này đặc biệt ba chiều kết cấu. Tại một cái protein phần tử bên trong, dù là có một cái axit amin phân phối trang bị sai lầm, một chút xíu ba chiều kết cấu biến Hình, đều có thể triệt để hủy đi này đài phần tử máy móc.

Mà vào hôm nay trong phòng thí nghiệm, chúng ta đã có thể lợi dụng hóa học hợp thành phương pháp, lấy 20

Loại axit amin đơn thể làm nguyên liệu, lắp ráp ra dạng này tinh vi phần tử máy móc.

Chúng ta nghe nhiều nên quen Trung Quốc nhà khoa học nhân công hợp thành ngưu insulin việc làm chính là một cái ví dụ rất tốt. Ngưu insulin là một cái từ 51 cái axit amin, hai đầu axit amin liên tổ hợp mà thành protein phần tử. Bây giờ đã có thương nghiệp hóa máy móc có thể hoàn thành cái này nhiệm vụ

( Đương nhiên, chịu đến kỹ thuật hạn chế, đầu này liên còn không thể quá dài ). Cùng lúc đó, chúng ta cũng có thể dùng càng xảo diệu hơn phương pháp, để vi khuẩn hoặc khác vi sinh vật tới trợ giúp chúng ta đại lượng sinh sản mong muốn protein phần tử.

Một cái khác ví dụ rất tốt nhưng là DNA(deoxyribonucleic acid, khử ôxy axit ribonucleic )—— Trên Địa Cầu tuyệt đại đa số sinh mạng thể dùng để tồn trữ di truyền tin tức vật chất. Mặc kệ là đường kính chỉ có nhỏ mét vi khuẩn, vẫn là trong thân thể hơn triệu ức cái tế bào, tại những này

Tế bào chỗ sâu, đều cẩn thận từng li từng tí trân quý một tổ DNA phần tử. Đối với mỗi một tế bào mà nói, DNA phần tử đại biểu cho đến từ tổ tiên di truyền ấn ký, cũng quyết định chính nó đặc biệt tính trạng. Cùng protein phần tử giống, DNA cũng là từ rất nhiều cái đơn thể phần tử đầu đuôi tương liên hình thành dây xích. Nhưng mà xem như di truyền tin tức vật dẫn, DNA phân tử tính chất hoá học kỳ thực so protein phần tử đơn giản hơn. Nó tạo thành đơn nguyên chỉ có chỉ là bốn loại hạch đại chua phần tử. Hơn nữa cùng protein khác biệt, DNA kết cấu có thể nhìn làm một duy tuyến tính chất: Bốn loại hạch đại chua phân tử sắp xếp trình tự tạo thành một loại nào đó "Mật mã " , ghi lại quyết định sinh vật thể tính trạng tin tức —— Từ đậu hà lan hạt giống màu sắc, đến nhân loại cùng nhau Mạo, chiều cao cùng trí lực. Chúng ta kế tiếp trong chuyện xưa sẽ giảng đến, DNA mật mã viết quy tắc kỳ thực rất đơn giản, 3 cái lân cận hạch đại chua tạo thành một cái mật mã tử, quyết định protein phần tử bên trong một cái axit amin thân phận.

Chúng ta bây giờ đã có thể dùng hóa học hợp thành phương pháp lắp ráp ra một đoạn DNA phần tử, hoặc vận dụng tự nhiên tồn tại

DNA phục chế máy móc ——DNA tụ hợp môi —— Lắp ráp DNA phần tử. Tại nước Mỹ nhà khoa học Craig • Venter (Craig Venter) trong phòng thí nghiệm, mọi người thậm chí đã có thể hợp thành một loại vi sinh vật ( Ti hình dáng chi nguyên thể ) trọn bộ DNA( Gặp đồ 2-1), cùng sử dụng đoạn này dài đến 107 vạn hạch đại chua phân tử hình khuyên DNA triệt để thay thế ti hình dáng chi nguyên thể nguyên bản di truyền vật chất. Cái này thành tựu được xưng

Cục gạch viên ngói đến sinh mệnh cao ốc

Từ Wöhler phân u-rê đến Miller bình thuỷ tinh, kiến tạo sinh mệnh nguyên vấn đề tài liệu lấy được bộ phận giải quyết. Nhìn mặc kệ là tại phòng thí nghiệm bình thuỷ tinh bên trong, vẫn là tại viễn cổ Địa Cầu trong hoàn cảnh, chế tạo ra hợp thành cầu sinh mệnh cao ốc cục gạch viên ngói, hẳn là đều không phải là cái gì khó khăn Chuyện. Vào hôm nay trong phòng thí nghiệm, chúng ta càng là có thể dễ dàng mà chế tạo ra Địa Cầu sinh

Vì "Hợp thành sinh mệnh " Điểm xuất phát. Mà nếu như chỉ vẻn vẹn cân nhắc hợp thành DNA chiều dài, nhân loại còn có thể đi được càng xa. Tỷ như, 2017 đầu năm, nước Mỹ Đại học Columbia nhà khoa học nhân công hợp thành tổng trưởng độ đạt đến 1440 vạn hạch đại chua phân tử DNA liên, hơn nữa lợi dụng DNA biên mã quy tắc, ở bên trong tồn trữ trọn vẹn máy tính hệ điều hành cùng một bộ nước Pháp điện ảnh!

Đồ 2-1 Hợp thành sinh mệnh 3.0(Syn 3.0). Venter cùng hợp tác giả nhân công hợp thành loại này ti hình dáng chi nguyên thể trọn bộ DNA phần tử, tại tinh giản đến 473 cái gen sau, dùng nó triệt để thay thế trong tế bào nguyên bản DNA. Ở đây DNA dưới sự chỉ đạo, hoàn toàn mới hợp thành sinh mệnh sinh ra

Có thể tại phòng thí nghiệm sáng tạo phức tạp như vậy sinh mệnh vật chất, cái kia bản chất sinh mạng liền như vậy nhận được giải thích sao? Cũng không có.

Cứ việc từ phân u-rê hợp thành, Miller - Yuri thí nghiệm đến nhân tạo protein cùng

DNA, nhân loại chế tạo phức tạp sinh mệnh vật chất năng lực lấy được phi tốc đề thăng, nhưng những thứ này tiến triển cũng không có chân chính trợ giúp chúng ta lý giải sinh mệnh là cái gì cùng với sinh mệnh đến từ đâu vấn đề.

Bởi vì thường thức nói cho chúng ta biết, một đống lớn sinh mệnh vật chất đơn giản xen lẫn trong cùng một chỗ, cũng sẽ không tự nhiên biến thành sinh mệnh. Một bình lòng trắng trứng phấn sẽ không chính mình biến thành hoa hoa thảo thảo —— Cho dù lăn lộn DNA đi vào cũng không được. Ngược lại, làm sinh vật thời điểm tử vong, tạo thành tính mạng của nó vật chất có thể y nguyên không thay đổi bảo đảm lưu lại, nhưng mà sinh mệnh hiện tượng lại vẫn không thể nghịch chuyển mà biến mất. Nói một cách khác, sinh mệnh vật chất cùng sinh mệnh hiện tượng ở giữa nhất định tồn tại một đầu mặc dù không muốn người biết, lại khó mà vượt qua giới hạn.

Đầu này giới hạn đang ở đâu vậy?

Vì chứng minh vấn đề này, chúng ta không ngại trước tiên nghĩ một cái tương đối đơn giản tình hình. Thông qua

Miller - Yuri thí nghiệm chúng ta biết, tại viễn cổ Địa Cầu trong hoàn cảnh, tự phát xuất hiện như là axit amin cùng hạch đại chua dạng này hữu cơ tiểu phần tử hẳn là cũng không phải đặc biệt khó khăn. Nhưng mà căn cứ vào phía trên miêu tả, tại sinh vật trong cơ thể, số lớn axit amin cùng hạch đại chua phải dựa theo một loại nào đó đặc biệt trình tự lắp ráp thành protein cùng DNA phần tử mới có thể phát huy chân chính sinh vật học công năng. Chỉ có dạng này, protein phần tử mới có thể gấp thành ba chiều phần tử máy móc, thôi động sinh vật phản ứng hoá học tiến hành; Cũng chỉ có dạng này, DNA phần tử mới có thể tạo thành trường liên, tồn trữ phức tạp di truyền tin tức. Bởi vậy chúng ta có thể càng cần hơn hỏi vấn đề là: Tại viễn cổ Địa Cầu hoàn cảnh bên trong, axit amin cùng hạch đại chua phần tử tự phát ngay cả trưởng thành xuyên, có phải hay không chuyện dễ dàng?

Không phải. Để axit amin cùng hạch đại chua đơn thể phần tử tổ chức cùng một chỗ biến thành protein cùng

DNA liên, là một chuyện vô cùng khó khăn.

Chúng ta có thể từ mấy cái bất đồng góc độ lý giải loại này khó khăn. Đầu tiên là từ năng lượng góc độ. Ở Địa Cầu sinh mệnh thể nội, đem một cái axit amin nối liền nhau tạo thành protein cần tiêu hao rất nhiều năng lượng. Protein là dựa theo axit amin trình tự tiến hành phân phối trang bị , tràng diện có chút giống lắp ráp ô tô dây chuyền sản xuất. Mỗi cái axit amin đơn thể đầu tiên muốn bị người máy bắt lấy, tiếp đó chuẩn xác sắp đặt ở cái trước axit amin bên cạnh, cuối cùng lắp ráp tốt bán thành phẩm protein lại dọc theo dây chuyền sản xuất di động xuống dưới một ô, đưa ra không gian, để người máy phân phối trang bị cái tiếp theo axit amin. Thô sơ giản lược đoán chừng một chút, một tế bào bên trong 95% Năng lượng dự trữ đều dùng tới ủng hộ protein lắp ráp!

Thứ yếu là từ tin tức góc độ. Vô luận là protein vẫn là DNA, bọn chúng lắp ráp là có nghiêm khắc trình tự . Đem một đống axit amin hoặc hạch đại chua phần tử tùy ý ghép lại cùng một chỗ là không có ý nghĩa, dạng này lắp ráp đi ra protein cùng DNA tại tuyệt đại đa số thời điểm sự tình gì cũng không làm được. Nói một cách khác, nếu như trong tay ngươi có một đống axit amin cùng hạch đại chua đơn thể phần tử, mỗi lần nắm ném vào ma pháp sư mũ dạ bên trong để bọn hắn ngẫu nhiên liều mạng Tiếp, có thể thử được Địa Cầu biến mất một ngày kia cũng liều mạng không ra trên sinh vật học có ý nghĩa protein cùng DNA tới, khó khăn kia đại khái cùng con khỉ ngẫu nhiên gõ bàn phím đánh ra Shakespeare

《 Hamlet 》 không sai biệt lắm.

Kỳ thực nói đến đây, có chút bén nhạy độc giả có thể sẽ ý thức được, năng lượng cùng tin tức nói

Kỳ thực là cùng một sự kiện. Dựa theo chúng ta thế giới này vận hành cơ bản nguyên lý, từ hỗn loạn

( Một cái axit amin cùng hạch đại chua chất hỗn hợp ) bên trong sinh ra trật tự ( Axit amin cùng hạch đại chua dựa theo đặc biệt trình tự ráp lại ), bản thân liền là cực kỳ chuyện khó khăn.

Căn cứ định luật hai nhiệt động lực học ( Gặp đồ 2-2), bất kỳ một cái nào cô lập hệ thống hỗn loạn trình độ —— Nhà vật lý học càng ưa thích dùng "Thương " Cái này lượng vật lý tới thuyết minh —— Lúc nào cũng tại tăng lớn . Thông tục giảng giải chính là, nếu như không người trông nom, nhà cao tầng sẽ bị mưa gió ăn mòn chậm rãi rách nát, thậm chí sụp đổ thành cục gạch gạch ngói vụn; Một cái mới tinh ly pha lê trong quá trình sử dụng sẽ từ từ mài mòn quẹt làm bị thương, cuối cùng tại trong một lần ngoài ý muốn vỡ thành pha lê cặn bã. Đương nhiên, tại hỗn loạn độ kéo dài tăng lớn lịch sử trào lưu bên trong cũng có thể có bọt nước cùng nghịch lưu: Con khỉ nếu như đánh bàn phím đủ nhiều lần, cũng có thể trùng hợp một lần liều mạng ra Shakespeare kịch bản; Cấp đủ thời gian và không gian, vật chất hạt tròn tại ngàn tỉ lần ngẫu nhiên trong đụng chạm cũng hoàn toàn có thể ngẫu nhiên chắp vá ra sinh mệnh hiện tượng tới. Nhưng mà dạng này ngẫu nhiên đản sinh sinh mệnh nhất định là phù dung sớm nở tối tàn. Tại định luật hai nhiệt động lực học dưới sự chỉ huy, toà này ngẫu nhiên đản sinh sinh mệnh cao ốc, cũng sẽ giống một tòa không người duy trì cao ốc một dạng, dần dần cổ xưa xuống, thẳng đến mặt tường tróc từng mảng, song cửa sổ hủ hỏng, lương trụ sụp đổ.

Đồ 2-2 Định luật hai nhiệt động lực học hình tượng biểu đạt. Một cái phong bế hệ thống hỗn loạn độ

( Thương ) lúc nào cũng không ngừng tăng lớn , giống như đồ bên trong hai loại màu sắc cầu, cho dù tại ngay từ đầu phân biệt rõ ràng một tia bất loạn, nhưng mà theo thời gian đưa đẩy, tiểu cầu không ngừng mà ngẫu nhiên vận động, sẽ dần dần xu hướng tại nhào trộn đều đều, cuối cùng đạt đến lớn nhất hỗn loạn độ. Phía dưới là một cái khác ví dụ: Một người tiện tay ném loạn tấm gạch, những thứ này tấm gạch trùng hợp biến thành một bức chỉnh chỉnh tề tề tường xác suất là cực thấp, tại dưới đại đa số tình huống, bọn chúng sẽ ngổn ngang loạn chồng một chỗ

Lấy phụ thương mà sống

Có thể ngươi biết nói: Cục gạch biến thành cao ốc có gì không thể nào? Chúng ta hoàn toàn có thể tưởng tượng có như vậy một đài "Kiến trúc sư " Người máy, có thể dựa theo dự đoán tồn vào kiến trúc bản kế hoạch, đều đâu vào đấy vận chuyển tấm gạch, quấy xi măng, bên trên lương trang ngói, chẳng phải có thể nắp lầu sao? Mặc dù chúng ta bây giờ còn chế không được loại người máy này, nhưng mà trên lý luận là phi thường có thể được a! Hôm nay rất nhiều nhà máy trên dây chuyền sản xuất máy móc cánh tay, kỳ thực liền đã đang vì chúng ta dạng này chế tạo ô tô, tủ lạnh chờ đủ loại đủ kiểu phức tạp đồ chơi. Có dạng này một đài người máy, mặc kệ là xây lầu mới vẫn là giữ gìn lão Lâu, còn không phải chuyện dễ như trở bàn tay sao?

Không tệ. Định luật hai nhiệt động lực học chính xác cho sinh mệnh hiện tượng ổn định tồn tại mở một cái nho nhỏ lỗ hổng. Nếu như tồn tại năng lượng ngoại giới rót vào, một cái cục bộ hệ thống hỗn loạn độ chính xác cũng có thể hạ xuống mà không trái với định luật hai nhiệt động lực học. Đây cũng chính là Schrödinger tại 《 Sinh mệnh là cái gì 》 trong một lá thư danh ngôn "Cơ thể lấy phụ thương mà sống " . Như vậy, là năng lượng gì khu động này đài kiến trúc sư người máy việc làm, phân phối trang bị ra phức tạp protein cùng

DNA phần tử, từ không tới có mà xây dựng lên sinh mệnh cao ốc đâu?

Đương nhiên, tại trong vũ trụ này, trên viên tinh cầu này cũng không khuyết thiếu năng lượng. Từ 150 triệu ngoài ngàn mét đường xa mà đến ánh mặt trời là lấy không bao giờ hết năng lượng nơi phát ra. Cho tới hôm nay, toàn bộ cầu sinh mệnh có khả năng lợi dụng năng lượng mặt trời chung vào một chỗ, cũng chỉ là đến Địa Cầu năng lượng mặt trời tổng số lượng một phần ngàn. Tại đại dương dưới đáy, từ nham thạch trong cái khe phun ra ngoài nóng suối không chỉ mang đến Địa Cầu chỗ sâu nhiệt lượng, cũng mang đến đến từ lòng đất hóa học vật chất: Khí hydro, lưu hoá hydro, mê-tan, an khí, các loại. Những thứ này vật chất cùng quanh mình nước biển cấp tốc phản ứng, cũng thả ra số lớn năng lượng.

Nhưng mà những hoàn cảnh này bên trong năng lượng đến tột cùng là như thế nào bị sinh mệnh hiện tượng lợi dụng đây này? Hoặc có lẽ là, nếu như thật tồn tại sinh mệnh cao ốc kiến trúc sư lời nói, bọn chúng là như thế nào bị những hoàn cảnh này bên trong tồn tại năng lượng chỗ khu động, lợi dụng hoàn cảnh bên trong có sẵn cục gạch viên ngói, kiến tạo sinh mệnh cao ốc đây này?

20 đầu thế kỷ, một đám nhà sinh vật học bắt đầu chú ý vấn đề này. Bọn hắn quan tâm chính là sinh vật thể nội đủ loại đủ kiểu hiện tượng đến tột cùng là như thế nào bị khu động .

Bọn hắn đầu tiên chú ý đối tượng là động vật bắp thịt vận động. Đây là một cái vô cùng tự nhiên lựa chọn, dù sao, không có cái gì so cơ bắp mạnh mẽ hữu lực co duỗi càng có thể trực quan phản ứng sinh mệnh hiện tượng cần năng lượng nguồn gốc.

Mọi người rất nhanh xác nhận, cơ bắp co vào hẳn là một loại nào đó phản ứng hoá học khu động . Nước Đức nhà khoa học Otto • Meyerhof (Otto Meyerhof) cùng Archibald

• Hill

(Archibald Hill) lợi dụng tinh vi hóa học đo đạc phương pháp chứng minh, trong ống nuôi cấy ếch xanh sợi cơ nhục vẫn có thể lợi dụng đường glu-cô xem như năng lượng tiến hành kéo dài co vào. Trong quá trình này, đường glu-cô phần tử bị chuyển hóa thành một loại gọi là a-xít lac-tic vật chất, chính là loại kia có thể khiến người ta tại vận động dữ dội sau đó cảm giác cơ bắp đau nhức vật chất.

Nhìn, đường glu-cô chuyển hóa làm a-xít lac-tic phản ứng hoá học quá trình tựa hồ có thể phóng xuất ra sinh vật thể có thể lợi dụng năng lượng tới khu động cơ bắp co vào. Càng tươi đẹp hơn chính là, xem như nguồn năng lượng đầu đường glu-cô bản thân cũng không khó phải, động vật hoàn toàn có thể từ trong đồ ăn thu hoạch. Phải biết, tại bánh mì, cơm, bắp ngô, thổ đậu bên trong, chính là không bao giờ thiếu từ đường glu-cô phần tử tụ hợp mà thành tinh bột.

Bởi vậy tiếp xuống vấn đề liền rõ ràng: Tại đường glu-cô chuyển hóa thành a-xít lac-tic phản ứng hoá học Bên trong, năng lượng là như thế nào thả ra, lấy cái gì hình thức tồn tại, cuối cùng như thế nào bị chuyển dời đến đủ loại sinh vật quá trình ( Tỷ như cơ bắp co vào ) bên trong đi đây này?

Đến 20 thế kỷ 40 niên đại, theo mọi người bắt đầu giải đủ loại hoàn toàn khác biệt sinh vật quá trình —— Từ ếch xanh bắp thịt co vào đến a-xít lac-tic khuẩn hô hấp tác dụng —— Mọi người bắt đầu ý thức được, đối với Địa Cầu hiện có tất cả sinh vật tới nói, mặc kệ tướng mạo có bao nhiêu khác biệt, mặc kệ là sinh trưởng ở núi cao vẫn là biển sâu, mặc kệ là nhìn bằng mắt thường không thấy vi khuẩn vẫn là hình thể cực lớn động vật thực vật, đối với năng lượng phương pháp sử dụng kỳ thực cũng là hoàn toàn tương tự .

Tại sinh vật thể nội, phản ứng hoá học thả ra năng lượng đầu tiên bị dùng để hợp thành một loại gọi là ba a-xít phốt-pho-ríc tuyến đại (adenosine triphosphate, ATP, gặp đồ 2-3) phần tử. Sau đó loại này ẩn chứa năng lượng phần tử lại đi khu động nhiều loại sinh vật phản ứng hoá học. Thông tục nói, ATP chính là Địa Cầu sinh mệnh thông dụng năng lượng "Tiền tệ " .

Đồ 2-3 ATP hóa học kết cấu. Nó có thể phân giải làm ADP đồng thời phóng xuất ra năng lượng

Sở dĩ gọi nó "Tiền tệ " , là bởi vì loại vật chất này cùng tiền tệ một dạng, có một loại kỳ diệu bản thân tuần hoàn thuộc tính. Chúng ta biết, tiền giá trị là đang chảy thông bên trong thể hiện : Cần lúc mua đồ, chúng ta dùng tiền tệ trao đổi hàng hoá; Cần tiền thời điểm, chúng ta lại dùng lao động hoặc tài sản đổi lấy tiền tệ. Ở đây trong quá trình, tiền tệ bản thân sẽ không bị tiêu tan Hao tổn, chỉ là tại người sản xuất cùng người tiêu dùng ở giữa vô cùng vô tận mà giao lưu. Cùng tiền tệ một dạng, ATP phần tử cũng sẽ không bị tiêu hao, nó sẽ chỉ ở "Cao năng lượng " Cùng "Năng lực kém lượng " Hai loại trong trạng thái không ngừng nghỉ mà tuần hoàn qua lại, làm sinh mệnh hiện tượng cung cấp năng lượng. Trên thực tế trên cơ thể người bên trong, mỗi một cái ATP phần tử mỗi ngày đều phải qua hai ba ngàn lần tiêu phí - Sản xuất tuần hoàn. Làm sinh

Mệnh cần năng lượng thời điểm, ATP có thể bỏ đi một cái a-xít phốt-pho-ríc gốc, biến thành hai a-xít phốt-pho-ríc tuyến đại (adenosine diphosphate, ADP, gặp đồ 2-3), ẩn chứa tại trong phân tử bộ năng lượng hoá học liền sẽ bị phóng xuất ra. Mà ngược lại, đem năng lượng có dư thời điểm, ADP cũng có thể một lần nữa mang lên một cái a-xít phốt-pho-ríc gốc, biến trở về năng lượng tràn đầy ATP. Cái thuộc tính này có phải hay không rất giống chúng ta trong sinh hoạt hàng ngày sử dụng tiền tệ?

Mà chúng ta đương nhiên cũng có thể lập tức nghĩ đến, tiền xuất hiện là nhân loại phát triển kinh tế trọng yếu sự kiện quan trọng. Có tiền tệ, chúng ta liền không cần lúc nào cũng cầm dê rừng hối đoái lưỡi búa, dùng ngũ cốc hối đoái da thú . Chúng ta có thể đem tất cả có dư hàng hóa hối đoái thành tiền tệ chứa đựng lại, tiếp đó tại thời điểm cần thiết mua sắm cần thiết hàng hóa.

Giống mà, "Năng lượng tiền tệ " Xuất hiện cũng là sinh mệnh diễn hóa trong lịch sử một lần bay vọt. Có thông dụng năng lượng tiền tệ ATP, Địa Cầu sinh mệnh liền có thể đem trong hoàn cảnh đủ loại năng lượng

—— Từ năng lượng mặt trời, năng lượng hoá học, đến tự thực vật năng lượng —— Hối đoái thành ATP để dành, tiếp đó cung cấp sinh mệnh hoạt động mỗi khâu ( Gặp đồ 2-4). Nói một cách khác, ATP đại khái chính là sinh mạng cao ốc kiến trúc sư cần dầu diesel cùng điện lực. Chỉ cần tiến thêm một bước, giải thích một chút Địa Cầu sinh mệnh đến cùng là như thế nào sinh sản năng lượng tiền tệ ATP , sinh mệnh cao ốc kiến trúc sư chân tướng liền tinh tường vạch ra tại chúng ta trước mắt.

Đồ 2-4 Tất cả hiện có Địa Cầu sinh mệnh thông dụng năng lượng tiền tệ ATP.ATP xuất hiện để trong tế bào năng lượng thay đổi vị trí thoát khỏi "Lấy vật đổi vật " Trạng thái, có thể lấy ATP làm môi giới, đem đến từ ngoại giới năng lượng ( Năng lượng mặt trời, năng lượng hoá học, đến từ trong đồ ăn dinh dưỡng vật chất năng lượng chờ ) lấy ATP hình thức tạm thời chứa đựng lại, sau đó lại dùng đủ loại sinh mệnh bắt buộc hoạt động. Có ATP, sinh mệnh năng lượng nơi phát ra cùng năng lượng đi hướng liền có thể

Lấy tại thời không lên điểm rời đi. Giống như có tiền tệ, chúng ta liền không cần tại thiếu lương thực thời điểm lòng như lửa đốt mà dắt một đầu dê đến trên thị trường đi

Càng làm cho tất cả mọi người hưng phấn là, tất nhiên ATP là Địa Cầu hiện nay tất cả sinh mệnh thông dụng năng lượng tiền tệ, như vậy một cái thuận lý thành chương phỏng đoán chính là, Địa Cầu sinh mệnh cùng tổ tiên xa cũng nhất định là dùng ATP vì chính mình cung cấp năng lượng. Đã như vậy, nếu như chúng ta thật sự có thể giải thích rõ ràng ATP đến cùng là thế nào bị sinh vật thể sản xuất ra, có thể liền có thể ngờ tới ra, tổ tiên của chúng ta tại ước chừng 40 trăm triệu năm trước ban sơ trên địa cầu xuất hiện lúc

Đợi, đến cùng là bộ dáng gì !

Thoạt nhìn, tình hình đúng là đáng giá lạc quan. Sớm tại 20 đầu thế kỷ, mọi người liền đã biết tại cơ bắp co rúc lại quá trình bên trong, đường glu-cô có thể biến thành a-xít lac-tic đồng thời phóng thích năng lượng. Những người sau này ý thức được, quá trình này kỳ thực cùng Bath đức nghiên cứu qua bia biến chua quá trình là một chuyện: Một cái đường glu-cô phần tử chuyển biến thành hai cái a-xít lac-tic phần tử, đồng thời sinh ra hai cái ATP. Theo lý thuyết, động vật bậc cao tế bào cơ bắp và sẽ làm bia biến chất vi sinh vật ( Về sau biết là a-xít lac-tic khuẩn ) thế mà dùng chung cùng một bộ ATP sinh ra cơ chế, hơn nữa cái này cơ chế là một cái thuần túy phản ứng hoá học quá trình ( Gặp đồ 2-5).

Đồ 2-5 Tế bào cơ bắp bên trong a-xít lac-tic lên men quá trình. Một cái đường glu-cô phần tử chuyển biến làm hai

Cái a-xít lac-tic phần tử, sẽ sản sinh hai cái ATP. Ở trong quá trình này, bởi vì liên kết hoá học phá giải lắp ráp sẽ cố định mà phóng xuất ra một chút năng lượng, những năng lượng này lại lập tức dùng năng lượng tiền tệ ATP sinh sản, bởi vậy, trong này mỗi một bước đều rất chính xác cũng rất "Hóa học "

Sau đó, mọi người lại lần lượt phát hiện càng sinh sản nhiều hơn sinh ATP phản ứng hoá học quá trình. Tỉ như, Bath đức nghiên cứu qua bia sản xuất, kỳ thực chính là một ít vi sinh vật ( Cất rượu diếu

Mẫu ) đem một cái đường glu-cô phần tử chuyển hóa làm hai cái rượu cồn thêm hai cái CO2, đồng thời nương theo sinh ra hai cái ATP phân tử quá trình. Tự nhiên còn rất nhiều kỳ kỳ quái quái vi sinh vật, thậm chí còn có thể lợi dụng trong hoàn cảnh vật vô cơ ( Tỷ như lưu hoá hydro cùng sắt ion ) đến sản xuất ATP.

Bởi vậy như vậy xem ra, làm sinh mệnh cao ốc kiến trúc sư tìm được năng lượng nơi phát ra dường như là chuyện đã rồi . Đơn giản là một ít dinh dưỡng vật chất —— Có thể là đường glu-cô dạng này chất hữu cơ, cũng có thể là lưu hoá hydro dạng này vật vô cơ —— Thông qua phản ứng hoá học phóng thích năng lượng, hợp thành ATP, tiếp đó ATP lại đi vì đủ loại đủ kiểu sinh vật phản ứng hoá học cung cấp năng lượng quá trình đi.

Đương nhiên, tình huống thực tế muốn so lời giải thích này "Hơi " Phức tạp một điểm. Liền lấy đường glu-cô vì Lệ, tiềm lực của nó tuyệt không chỉ là chỉ là hai cái ATP tiền tệ. Tại dưỡng khí phong phú dưới điều kiện, một phần đường glu-cô phần tử có thể bị triệt để phân giải làm CO2 cùng thủy. Nếu như tính toán một cái trong quá trình này liên kết hoá học biến hóa, phóng thích ra năng lượng trên lý luận có thể sinh sản nhiều đến 38 cái ATP phần tử. Theo lý thuyết, nhà sinh vật học còn cần giảng giải cái này nhiều hơn 36 cái ATP phần tử đến tột cùng là như thế nào từ đường glu-cô bên trong biến ra , mới xem như hoàn toàn yết kỳ sinh mệnh hiện tượng năng lượng nơi phát ra vấn đề.

Nhưng nhìn vô luận như thế nào, câu trả lời cuối cùng công bố tựa hồ chỉ là cái vấn đề thời gian . Một cái đường glu-cô phân giải làm a-xít lac-tic hoặc rượu cồn có thể chế tạo hai cái ATP, như vậy đơn giản là a-xít lac-tic hoặc rượu cồn tiếp tục phân giải thành thủy cùng CO2, trong quá trình này phóng thích năng lượng chế tạo còn lại

36 cái ATP mà thôi. Chúng ta hoàn toàn có thể suy nghĩ dạng này phản ứng hoá học quá trình:

Đường glu-cô → A-xít lac-tic → X + Y → Z + W →...→ Thủy + CO2 tại mỗi một bước trong sự phản ứng, liên kết hoá học tháo gỡ phóng thích ra năng lượng có thể chế tạo một số cái

ATP phần tử. Như vậy cuối cùng đơn giản chính là một cái đơn giản toán học vấn đề mà thôi: Chỉ cần mỗi một bước phản ứng chế tạo ra ATP phần tử đếm cộng lại tương đương 38 là được rồi.

Hóa học thẩm thấu: Sinh mệnh vi hình trạm thuỷ điện

Kết quả cái này nhìn đơn giản con số trò chơi, để nhà sinh vật học từ

20 thế kỷ 40 niên đại

Vẫn bận sống đến 20 thế kỷ 60 niên đại, lại còn là không thể nào lấy tay.

Cái trò chơi này để cho người mê hoặc chỗ ở chỗ, theo thí nghiệm điều kiện biến hóa, mỗi cái đường glu-cô phần tử sinh ra ATP phần tử số lượng thế mà không phải hằng định. Phát huy tốt lúc

Đợi, năng lượng truyền lại phải giọt nước không lọt, mỗi cái đường glu-cô phần tử đều bị triệt để phân giải, có thể chế tạo ra 38 cái ATP tiền tệ, vừa vặn tương đương lý luận đoán chừng cực đại nhất. Nhưng mà phát huy không tốt thời điểm, có thể chế tạo 30 cái xung quanh ATP

Liền xem như may mắn, thấp đến 28 cái cũng không kì lạ. Càng chết là, khi mọi người tính toán chính xác đo đạc ATP sản xuất hiệu suất thời điểm, còn thường xuyên phát hiện cái số này thế mà không phải số nguyên, mà là có cả có linh ! Theo lý thuyết, tại đồng dạng một cái phản ứng thể hệ bên trong, mỗi cái đường glu-cô phần tử phân giải phóng thích năng lượng hiệu suất còn có thể không giống nhau!

Này liền quá bất khả tư nghị. Chế tạo mỗi một cái ATP cần có năng lượng là rõ ràng, tại phản ứng hoá học bên trong, mỗi một cái liên kết hoá học mở ra cùng tổ hợp có khả năng phóng thích hoặc tiêu hao năng lượng cũng là có thể chính xác đo lường. Như vậy theo lý thuyết, tại đồng dạng thí nghiệm dưới điều kiện, một cái đường glu-cô có thể sản xuất ra ATP số lượng chẳng lẽ không nên một cái hằng định số nguyên sao?

Nhà sinh vật học đương nhiên không cam tâm tại như thế tiếp cận sinh mệnh bí mật chỗ dừng bước lại. Tại cái kia 20 năm bên trong, bọn hắn thử đếm không hết phương án giải quyết, đo lường vô số lần đường glu-cô phân giải phản ứng hoá học hằng số. Đang giải thích sinh mệnh hoạt động năng lượng nơi phát ra "Cuối cùng một công

Bên trong " Hành trình bên trên, không biết lưu lại bao nhiêu tre già măng mọc nhà sinh vật học bi thương và bất đắc dĩ.

Đến cuối cùng, vấn đề này tại 20 thế kỷ 60 niên đại bị một vị thiên tài nhà khoa học dùng một loại không thể tưởng tượng nổi phương thức giải quyết viên mãn . Thiên tài tên gọi Peter • Mitchell (Peter Mitchell, gặp đồ 2-6), mà hắn đưa ra phương án giải quyết gọi là hóa học thẩm thấu

(chemiosmosis). Đơn giản tới nói, Mitchell tuyên ngôn là, sinh vật cơ chế tạo ATP quá trình căn bản cũng không phải là cái hóa học vấn đề! Các ngươi tại liên kết hoá học tháo gỡ bên trong tìm kiếm đáp án, căn bản chính là ngộ nhập lạc lối.

Đồ 2-6 Peter • Mitchell

Peter • Mitchell một đời chính là một bộ truyền kỳ.1920 năm xuất sinh, gia cảnh hậu đãi, nhận lấy tốt đẹp tinh anh giáo dục.31 tuổi thu được tiến sĩ học vị, 35 tuổi đến Edinburgh đại học dạy học, một đoạn này nhân sinh đường đi thuận buồm xuôi gió. Nhưng mà 1961 năm

Hắn tại 41 tuổi thời điểm phát biểu kinh thế hãi tục hóa học thẩm thấu lý luận, từ đây không

Gặp cho tại chủ lưu giới học thuật, thậm chí không thể không nửa bị thúc ép mà tại 1963 năm từ đi giáo chức, trở lại nông thôn, đem tinh lực chủ yếu tiêu vào tu sửa hắn hồi hương trong biệt thự. Mà tại 1965 năm, không cam lòng liền như vậy trầm luân hắn tự móc tiền túi, tại chính mình hồi hương biệt thự thành lập một nhà triệt để dân gian cơ cấu khoa học —— Cách Ryan sở nghiên cứu

(Glynn Research

Laboratories)—— Tiếp tục vì hắn hóa học thẩm thấu lý luận tìm kiếm chứng minh. Tại khoa học nghiên cứu bên ngoài, Mitchell còn thường xuyên có chút hăng hái mà dùng hắn hóa học thẩm thấu lý luận tới giải đọc xã hội hiện tượng.1978 năm, lý luận của hắn trợ giúp hắn lên ngôi Nobel hóa học thưởng, đang diễn giảng bên trong, hắn nói một câu như vậy ý vị thâm trường lời nói: "Vĩ đại Max • Planck nói qua, một cái mới khoa học ý nghĩ thắng lợi cuối cùng nhất, không phải là bởi vì nó thuyết phục đối thủ của nó, mà là bởi vì đối thủ của nó cuối cùng đều đã chết. Ta nghĩ hắn đã nói sai."

Đây là một cái ở xa truyền thống nhà sinh vật học sức tưởng tượng bên ngoài hoàn toàn mới thế giới. Mitchell cung cấp giảng giải kỳ thực rất giống trung học tiết học Vật Lý bản bên trong thảo luận qua một cái tràng cảnh —— Trạm phát điện thủy lực. Tại mỹ Richer xem ra, sinh vật lợi dụng dinh dưỡng vật chất hối đoái năng lượng tiền tệ ATP quá trình, kỳ thực liền cùng mọi người lợi dụng phát điện bằng sức nước quá trình giống.

Chúng ta biết, nói như vậy, ban đêm dùng lượng điện lúc nào cũng muốn so ban ngày không lớn lắm. Dù sao tắt đèn, quảng bá ngừng, đại bộ phận nhà máy cũng đều tan việc. Bởi vì cung cấp quá cầu, so sánh ban ngày điện giá cả, buổi tối dùng điện lúc nào cũng phải tiện nghi không thiếu. Bởi vậy có chút trạm thuỷ điện liền lợi dụng cái này thời gian chênh lệch tới tích súc năng lượng phát điện kiếm lấy chênh lệch giá: Lúc ban ngày, trạm thuỷ điện mở cống xả nước, đập chứa nước bên trong cao thủy vị chứa nước phi lưu thẳng xuống dưới, lôi kéo phát điện bằng sức nước cơ tua bin xoay tròn, trọng lực thế năng chuyển hóa làm điện năng. Mà tới được buổi tối, trạm thuỷ điện liền lợi dụng khá là rẻ điện giá cả phương pháp trái ngược: Động máy bơm nước, đem mực nước thấp thủy rút về đập bên trong, đem điện năng một lần nữa chuyển hóa thành trọng lực thế năng, cung cấp ban ngày phát điện sử dụng.

Tại mỹ Richer xem ra, tân tân khổ khổ mà đi tìm gì không biết phản ứng hoá học, căn bản liền đi nhầm phương hướng! Chế tạo

ATP quá trình cùng trạm phát điện tích súc năng lượng phát điện nguyên lý là giống nhau. Trạm phát điện tích súc năng lượng phát điện có thể chia hai bước, đầu tiên là buổi tối dùng điện bơm nước tích súc năng lượng, sau đó là ban ngày mở cống xả nước phát điện. Mà tại sinh mạng thể bên trong cũng giống như vậy chia hai bước, chỉ có điều năng lượng tồn trữ hình thức không phải điện mà là ATP; Lặp đi lặp lại di động sinh ra năng lượng không phải thủy mà là một ít có điện hà ion ( Đặc biệt là hydro ion ); Xây lên đập lớn không phải xi măng cốt thép mà là thật mỏng một tầng màng tế bào; Đập nước bên trên lắp đặt phát điện bằng sức nước cơ không phải ngốc đại hắc to sắt thép quái vật, mà là một cái có thể làm cho có điện ion di động sinh ra ATP protein máy móc thôi ( Miễn phí sách hưởng phân càng nhiều lùng tìm @ Nhã sách.).

Quá trình này có thể đơn giản miêu tả vì: Đầu tiên, sinh mạng thể lợi dụng dinh dưỡng vật chất ( Đặc biệt là đường glu-cô ) phân giải sinh ra năng lượng, năng lượng khu động mang electron điện tích hydro ion xuyên qua màng tế bào súc tích đứng lên, dần dần tích lũy gây ra dòng điện hóa học thế năng. Sau đó, tại sinh mệnh hoạt động cần năng lượng thời điểm, nồng độ cao hydro ion thông qua màng tế bào bên trên protein máy móc hướng ngược lại chảy ra, khu động hắn chuyển động sinh ra ATP.

1961 năm, Mitchell tại nổi tiếng 《 Tự nhiên 》 tạp chí phát biểu cái này kì lạ lý luận. Thế nhưng là hắn cả bản văn chương ngoại trừ ngờ tới cùng suy đoán bên ngoài, không có cho ra cái gì thí nghiệm số liệu ủng hộ. Nhà sinh vật học phản ứng có thể tưởng tượng được —— Trạm thuỷ điện? Tích súc năng lượng phát điện? Xin hỏi

Ngươi, ngươi nói máy bơm nước là cái gì? Ngươi nói máy phát điện lại dài dạng gì? Ngươi không phải còn nói đập nước? Có đập nước liền có thủy vị kém, ngươi cho ta xem thoáng qua xem! Bị hợp nhau tấn công Mitchell thậm chí một trận bị bức phải tại giới học thuật không tiếp tục chờ được nữa, không thể làm gì khác hơn là từ chức về nhà chăm sóc hoa cỏ, còn thuận tay tu sửa quê hương một tòa hồi hương biệt thự.

Nhưng là cùng từ xưa đến nay những cái kia vận mệnh bi thảm chính trị dị loại, tông giáo dị loại, văn nghệ dị loại không giống nhau, khoa học tìm tòi có một cái tuyên cổ bất biến nguyên tắc bảo vệ Mitchell cái khoa này học dị loại. Cái nguyên tắc này chính là, lại lớn bài quyền uy, lại truyền thống chủ trương, lại phù hợp trực giác thế giới quan, đều phải phù hợp thí nghiệm quan trắc kết quả, bằng không không có sức mạnh cứu được nó.

Rất nhanh, đại gia bắt đầu ý thức được Mitchell cái này ly kinh bạn đạo giả thuyết giá trị.

Giống như Mitchell vi hình trạm thuỷ điện mô hình đoán trắc như thế, mọi người phát hiện, tại động vật tế bào năng lượng nhà máy —— Một loại gọi là tuyến lạp thể vi hình tế bào trong cơ khí, xác thực tồn tại cực cao hydro ion nồng độ kém. Vượt qua tuyến lạp thể tầng bên trong màng, vẻn vẹn mấy nano khoảng cách khoảng cách liền có trên trăm hào phục hydro ion nồng độ kém, sự khác biệt này có thể so với dông tố mây cùng mặt đất ở giữa điện tích khác biệt. Phát hiện này bắt đầu dao động bộ phận người phản đối lòng tin: Bởi vì ngoại trừ Mitchell trong lý luận giả tưởng đập nước, thực sự khó có thể tưởng tượng tế bào vì cái gì cần muốn cẩn thận từng li từng tí duy trì nguy hiểm như thế cao điện áp.

Cùng lúc đó, tại mỹ Richer mô hình bên trong, đường glu-cô lơ lửng không cố định ATP hiệu suất sinh sản căn bản liền không còn là cái vấn đề . Phải biết, bơm nước tích súc năng lượng cùng mở cống phát điện, trên bản chất là hoàn toàn độc lập hai chuyện. Bơm nước tích súc năng lượng sau đó, đến cùng có mở hay không áp, mở bao lâu, phóng bao nhiêu thủy, phát bao nhiêu điện, đó đều là trạm thuỷ điện có thể tự do chuyện quyết định . Nếu như cùng ngày nhu cầu lớn, điện cao giá, liền nhiều phóng một điểm thủy tới phát điện; Nếu không thì thiếu phóng một điểm, chờ qua mấy ngày lại nói. Trong tế bào vi hình trạm thuỷ điện cũng có thể căn cứ vào trong tế bào năng lượng nhu cầu tới quyết định sinh sản ATP hiệu suất.28~38, nhóm này để sinh vật nhà hóa học vô cùng phát điên con số, liền nhẹ nhàng như vậy mà lấy được giảng giải!

Mà lớn nhất tính quyết định chứng cứ có lẽ là Mitchell suy đoán bộ kia phát điện bằng sức nước cơ —— Cái này ngay từ đầu bị sai lầm mà mệnh danh là "ATP môi " , về sau đồng dạng được xưng "ATP hợp thành môi " Protein —— Tại 1994 cuối năm tại lộ ra bộ mặt thật. Một năm này, Mitchell nước Anh đồng hành John • Walker (John Walker) lợi dụng X xạ tuyến diễn xạ kỹ thuật

Thấy rõ ATP môi chân thực kết cấu ( Gặp đồ 2-7), nó thậm chí so với mọi người cấp tiến nhất tối khoa huyễn tưởng tượng còn muốn đẹp! Cái này vi hình lòng trắng trứng máy móc công năng cùng bề ngoài đều cực giống một đài chân chính phát điện bằng sức nước cơ. Hạch tâm của nó bộ phận là từ 3 cái phiến lá đều đều mở ra cấu thành "Bánh răng " , cái này bánh răng cùng một cái mảnh quản tương liên. Làm nồng độ cao hydro ion mãnh liệt thông qua mảnh quản lúc, liền sẽ lôi kéo phiến lá lấy mỗi giây hơn trăm lần tốc độ cao tốc xoay tròn, từ đó sản xuất ra từng cái ATP phần tử tới.

Đồ 2-7 ATP hợp thành môi nguyên lý làm việc sơ đồ. Hydro ion xuyên qua đường hầm di động, thôi động bánh răng ba mảnh "Phiến lá " Theo thứ tự biến hình, mỗi một lần biến hình đều có thể sản xuất một Cái ATP tiền tệ. Cái này mô hình bắt nguồn từ ATP hợp thành môi ba chiều kết cấu. Bởi vì cái này kết cấu, Walker thu được 1997 năm Nobel hóa học thưởng

Khả năng này là đối với nhân loại trí tuệ không giữ lại chút nào thưởng dịch: Xem đi, căn cứ vào mấy trăm năm ở giữa tích lũy kinh điển cơ học cùng điện từ học tri thức, nhân loại thiết kế ra phát điện bằng sức nước cơ, mà hắn thế mà cùng thiên nhiên hàng tỷ năm quỷ phủ thần công không mưu mà hợp.

Cái này dĩ nhiên cũng có thể nhìn đối nghịch sinh mệnh kỳ tích tán dương: Không cần thiết kế bản kế hoạch, không cần nhân loại trí tuệ, tại nguyên thủy cầu một góc nào đó, thế mà sinh ra để cho người ta xem thế là đủ rồi vĩ đại "Công nghiệp " Thiết kế!

Sinh mệnh đến từ nóng suối miệng

Đến nước này, sinh mệnh cao ốc năng lượng nơi phát ra vấn đề lấy được viên mãn giải quyết.

Không phải nói kiến tạo sinh mệnh cao ốc cần năng lượng sao? Không phải nói tấm gạch đã đầy đủ, còn kém động viên kiến trúc sư tới kiến tạo cao ốc sao? Hóa học thẩm thấu lý luận chỉ ra, đây hết thảy kỳ thực không có phức tạp như vậy. Chỉ cần cho ta một tòa đập nước cùng một bộ máy phát điện là được rồi. Toà này đập nước có thể vô cùng thô ráp giản dị, chỉ cần có thể bộ phận mà ngăn cách vật chất di động, từ đó giống đập nước chứa nước như thế bảo trì lại một loại vật chất nào đó nồng độ kém là được. Có ổn định nồng độ kém, liền có thể ổn định súc tích điện hóa học thế năng; Mà điện hóa học thế năng liền có thể khu động máy phát điện, làm sinh mệnh cao ốc kiến trúc sư cung ứng năng lượng.

Ngoại trừ làm sinh mệnh cao ốc cung cấp năng lượng, hóa học thẩm thấu lý luận kỳ thực còn có càng sâu xa hơn ý nghĩa.

Chúng ta không ngại trước tiên tạm thời dừng lại hỏi mình một vấn đề: Địa Cầu sinh mệnh tại sao muốn dùng hóa học thẩm thấu loại phương pháp này tới chế tạo năng lượng tiền tệ?

Chúng ta biết phản ứng hoá học là có thể sinh ra ATP , hơn nữa đường glu-cô phân giải làm a-xít lac-tic, sinh ra ATP phản ứng hoá học phổ biến tồn tại ở đủ loại sinh vật thể nội. Như vậy Địa Cầu

Sinh mệnh vì cái gì bất tuân theo loại này càng ổn thỏa, càng tinh xác mạch suy nghĩ, tại đường glu-cô từng bước một phân giải phản ứng hoá học bên trong thu hoạch năng lượng, chế tạo ATP

? Hoặc chúng ta cũng có thể ngược lại hỏi vấn đề này. Như là đã có lợi dụng phản ứng hoá học chế tạo

ATP phân tử phương pháp, hôm nay Địa Cầu sinh mệnh vì cái gì vẫn không hẹn mà cùng tiếp tục lựa chọn mượn nhờ hydro ion nồng độ học sinh kém sinh ATP ?

Vấn đề này trước mắt còn không có giải quyết dứt khoát đáp án. Nhưng mà gần đây một chút nghiên cứu cung cấp một chút rất có sức thuyết phục góc nhìn.

Tỉ như tồn tại dạng này một cái khả năng: Đầu tiên tích lũy hydro ion nồng độ, sau đó lại lợi dụng hydro ion di động xung kích ATP hợp thành môi, loại này nhìn tinh xảo dị thường sách lược, có thể ngược lại là Địa Cầu sinh mệnh sớm nhất nguyên thủy nhất năng lượng nơi phát ra.2016 năm, nước Đức đỗ Selma nhiều chồng đại học nhà khoa học William • Martin (William Martin) phân tích hiện có sinh vật Địa cầu 600 vạn hơn cái gen DNA danh sách, từ trong xác nhận có 355 cái gen đông đảo tồn tại ở toàn bộ chủ yếu sinh vật loại bên trong. Căn cứ vào mục nghiên cứu này, Martin phỏng đoán, cái này 355 cái gen hẳn là đồng dạng tồn tại ở hiện tại địa cầu sinh vật cuối cùng cùng tổ tiên (last universal common ancestor, LUCA, gặp đồ 2-8) thể nội, hơn nữa bởi vì bọn chúng có cực đoan trọng yếu sinh vật học công năng, từ đó có thể vượt qua tiếp cận

40 ức năm thời gian một mực bảo tồn đến nay. Tại cái này 355 cái trong gien, bỗng nhiên liền có ATP hợp thành môi gen thân ảnh. Cùng với tương phản, tại hiện có sinh vật Địa cầu thể nội phụ trách khu động khác ATP hợp thành đường tắt môi, tỷ như thôi hóa đường glu-cô phân giải làm a-xít lac-tic hoặc rượu cồn từ đó chế tạo

ATP những cái kia protein, lại không thấy tăm hơi.

Đồ 2-8 LUCA. Nó cũng không nhất định là Địa Cầu bên trên sớm nhất xuất hiện sinh vật, nhưng mà hiện nay Địa Cầu tất cả sinh vật ( Động vật, thực vật, vi khuẩn, cổ vi khuẩn chờ ) cũng là con cháu của nó hậu đại. Nghiêm chỉnh mà nói, LUCA là một loại nhà sinh vật học giả tưởng ra sinh vật, vào hôm nay trên Địa Cầu không có dấu vết mà tìm kiếm. Nhưng mà căn cứ vào hiện có giống loài tin tức Genome tương đối

Kết quả, mọi người có thể phỏng đoán LUCA đại khái sinh hoạt tại cách nay 38 ức năm đến 35 trăm triệu năm trước, là nóng kỵ khí

Này liền rất có ý tứ, căn cứ vào suy luận này, Địa Cầu sinh mệnh ban sơ tổ tiên đã nắm giữ lợi dụng hydro ion nồng độ kém chế tạo ATP năng lực. Nhưng mà cần thiết phải chú ý, tổ tiên tựa hồ không có nắm giữ chế tạo hydro ion nồng độ năng lực, bởi vì tại cái này

355 cái trong gien, đồng thời không có tìm được có thể đem hydro ion từ mực nước thấp bơm hướng cao thủy vị môi. Theo lý thuyết, tổ tiên chỉ có thể bị động lợi dụng trong hoàn cảnh có sẵn hydro ion nồng độ kém.

Chúng ta có thể nghĩ tới là, tại một cái ổn định trong hoàn cảnh là không thể nào tồn tại cái gì ổn định hydro ion nồng độ kém. Kỳ thực ở trong hoàn cảnh như vậy, bất luận cái gì vật chất đều biết dần dần nhào trộn đều đều, giống như tại một chén nước bên trong nhỏ vào đỏ lam mực nước, qua không được bao lâu thủy màu sắc liền sẽ biến thành đều đều màu tím. Như vậy tại viễn cổ môi trường trái đất bên trong, làm sao có thể tồn tại có sẵn hydro ion nồng độ kém đâu?

Đáp án có thể đến từ biển sâu.

2000 cuối năm, nhà khoa học đang nghiên cứu Đại Tây Dương trung bộ đáy biển sơn mạch lúc, ngẫu nhiên phát hiện một mảnh dày đặc nóng suối phun miệng ( Gặp đồ 2-9). Mảnh này được mệnh danh là "Thất lạc chi

Thành " (Lost City) nóng suối cùng đã biết tất cả đáy biển núi lửa khác biệt, nó phun ra không phải nham thạch nhiệt độ cao, mà là 40~90 độ C, giàu có mê-tan cùng khí hydro tính kiềm chất lỏng. Mà tính kiềm nóng suối có thể cung cấp cơ hồ vĩnh viễn không suy kiệt hydro ion nồng độ kém! Viễn cổ hải dương trong nước biển làm tan số lớn CO2, hẳn là cường toan tính chất. Bởi vậy làm tính kiềm nóng chảy ra ra "Ống khói " Miệng, cùng tính axit hải dương gặp nhau thời điểm, tại cả hai tiếp xúc trên giao diện, liền sẽ tồn tại khác xa chua tính kiềm khác biệt. Mà chua tính kiềm khác biệt, kỳ thực chính là hydro ion nồng độ khác biệt.

Đồ 2-9 Biển sâu "Khói trắng song " . Dưới đáy biển chỗ sâu vỏ quả đất cấu tạo bạc nhược mà núi lửa hoạt động phát thêm khu vực, nước biển rót vào dưới mặt đất, bị Địa Cầu chỗ sâu nhiệt lượng làm nóng sau một lần nữa dâng lên Mà ra, liền tạo thành biển thực chất nóng suối. Những thứ này nóng suối mang theo ánh sáng cùng nhiệt, cùng với lớn Lượng khoáng vật chất. Đã từng những thứ này nhiệt độ cao cao áp khu vực bị coi là sinh mệnh cấm khu, nhưng mà Mọi người về sau phát hiện, đáy biển nóng suối phụ cận thường thường có việc vọt sinh vật quần thể xuất hiện

Càng kỳ diệu hơn chính là, mọi người còn phát hiện, nóng suối ống khói miệng nham thạch giống như một tảng lớn bọt biển, trong đó hiện đầy đường kính vẻn vẹn có nhỏ mét vi hình trống rỗng. Bởi vậy tại

2012 năm, Martin cùng nước Anh Luân Đôn đại học học viện Nick • Liền ân (Nick Lane) nói qua một cái rất có ý tứ giả thuyết. Bọn hắn cho rằng, những thứ này giống bọt biển một dạng nham thạch, kỳ thực có thể làm nguyên thủy đập nước, duy trì hydro ion nồng độ kém. Cứ như vậy, hóa học thẩm thấu cùng sinh mệnh khởi nguyên hai cái nhìn không liên quan nhau sự tình, thế mà có thể là chặt chẽ liên hệ với nhau!

Có thể tại xa trên Địa cầu thời cổ xưa, chính là tại tính kiềm nóng suối miệng nham thạch trong lỗ thủng, hydro ion xuyên qua nguyên thủy đập nước chảy xuôi, làm sinh mệnh xuất hiện cung cấp sớm nhất nguồn năng lượng sinh vật. Tổ tiên của chúng ta chính là lợi dụng dạng này nguồn năng lượng lắp ráp protein cùng DNA phần tử, kiến tạo vững chắc hơn đập nước súc tích hydro ion, phồn diễn sinh sống, cuối cùng tại viên tinh cầu này mỗi một góc khai chi tán diệp. Nói một cách khác, kỳ thực không phải hôm nay Địa Cầu sinh mệnh không hẹn mà cùng lựa chọn

Hóa học thẩm thấu, ngược lại là hóa học thẩm thấu thôi sinh Địa Cầu sinh mệnh xuất hiện.

Mà khi tổ tiên của chúng ta nắm giữ lợi dụng hóa học thẩm thấu chế tạo năng lượng kỹ năng sau đó, bọn hắn cũng liền đồng thời nắm giữ rời xa nóng suối miệng khối này ấm áp tã lót năng lực —— Bởi vì tổ tiên đã không còn cần có sẵn hydro ion nồng độ kém cùng thiên nhiên nham thạch đập nước tới chế tạo năng lượng . Bọn hắn lúc này có có thể vận chuyển hydro ion máy bơm nước, có thể ổn định chứa đựng hydro ion đập nước, có thể chế tạo ATP phát điện bằng sức nước cơ, thậm chí còn có thể đem năng lượng chứa đựng tại như là đường glu-cô dạng này dinh dưỡng vật chất bên trong trường kỳ dự bị.

Ba, bốn mươi ức năm một cái búng tay, ngày hôm nay địa cầu nhân loại tại ăn no nê sau đó đi ra ngoài đi làm, mặc vào giày chạy đua bắt đầu vận động, ngồi trên phi thuyền bay về phía mênh mông vũ trụ thời điểm, tại phía sau màn yên lặng ủng hộ chúng ta , vẫn như cũ là hydro ion không bao giờ ngừng nghỉ chảy xuôi cùng hóa học thẩm thấu lóe lên vĩnh hằng quang huy.

Thứ 3 chương Bản thân phục chế: Cơ nghiệp dài thanh bí mật

Cục gạch viên ngói đã đầy đủ, kiến trúc sư cũng đã tràn ngập năng lượng, tùy thời chuẩn bị không ngại cực khổ mà tu kiến lên huy hoàng tráng lệ sinh mệnh cao ốc, nhưng mà đối với bất luận một loại nào có thể kháng cự ức vạn năm phong sương ngăn trở, trên địa cầu sinh tồn và phồn thịnh sinh mệnh tới nói, vẻn vẹn có những thứ này còn còn thiếu rất nhiều.

Nguyên nhân rất dễ hiểu: Tòa cao ốc này quá yếu đuối .

Vạn nhất một hồi chấn động hoặc hoả hoạn hủy diệt duy nhất cao ốc làm sao bây giờ? Vạn nhất cao ốc cơ sở bị sâu kiến buông lỏng, hoặc một hồi bão cuốn đi cao ốc tầng cao nhất đâu? Phải biết, xác suất lại nhỏ ngoài ý muốn, đặt ở hàng tỷ năm chừng mực bên trong, đều biết trở nên thật sự đứng lên. Theo lý thuyết, vẻn vẹn từ năng lượng khu động tạo dựng lên sinh mệnh cao ốc, cho dù thật sự tại xa trên Địa cầu thời cổ xưa xuất hiện qua, chỉ sợ cũng sớm tại thời gian khá dài bên trong bị hủy bởi chuyện ngoài ý muốn , như vậy hôm nay địa cầu nhân loại đoán chừng liền không có duyên phận nhìn thấy dạng này sinh mệnh .

Càng nguy hiểm hơn nguyên nhân còn không ở nơi này, mà ở chỗ môi trường trái đất không phải vĩnh hằng bất biến ! Tại chúng ta mỗi người mấy chục năm sinh mệnh, chúng ta có thể có thể an tâm chờ mong một ngày lại một ngày mặt trời lên mặt trời lặn, năm qua năm Xuân Hạ Thu Đông. Đương nhiên, đây hết thảy còn phải chờ mong toàn cầu khí hậu biến hóa sẽ không mang đến hậu quả nặng nề. Nhưng mà nếu như đem thời gian chừng mực phóng đại đến sinh mệnh diễn hóa chừng mực —— Mấy chục triệu năm đến hàng tỷ năm, chúng ta liền sẽ phát hiện, môi trường trái đất biến hóa kịch liệt phải xa không phải "Thương hải tang điền " Mấy chữ có khả năng khái quát.

Nâng một cái chúng ta có thể sẽ nhắm mắt làm ngơ ví dụ a: Dưỡng khí. Nhân loại sinh tồn cần dưỡng Khí, đây là bởi vì trên cơ thể người bên trong, năng lượng tiền tệ ATP quá trình sinh sản nghiêm trọng ỷ lại dưỡng khí. Điểm này chúng ta đã thảo luận qua, tại dưỡng khí khuyết thiếu trong hoàn cảnh ( Tỷ như cơ bắp kéo dài co vào lúc ), một cái đường glu-cô phần tử phân giải thành hai cái a-xít lac-tic phần tử, vẻn vẹn có thể sinh ra hai cái ATP phần tử. Mà tại dưỡng khí dưới sự giúp đỡ, đường glu-cô phần tử có thể triệt để phân giải làm CO2 cùng thủy. Trong quá trình này phóng ra năng lượng, thông qua khu động trong tế bào vi hình trạm thuỷ điện ——ATP hợp thành môi, có thể chế tạo ra nhiều đến

28~38 cái ATP phần tử. Bởi vậy, nếu như không có dưỡng khí, nhân thể đem không cách nào tiến hành không bao giờ ngừng nghỉ sinh mệnh hoạt động

—— Từ tim đập, bơi lội chạy bộ, đến tư duy cùng ngôn ngữ. Trên thực tế, nhân thể đối với dưỡng

Khí nồng độ thích ứng khu gian là phi thường chật hẹp. Tại độ cao so với mặt biển bốn, năm ngàn mét Thanh Tàng cao nguyên, dưỡng khí nồng độ hạ xuống đến 10% Nhiều một chút, nhân thể sẽ xuất hiện thiếu dưỡng khí triệu chứng. Ngược lại, nếu như hút vào dưỡng khí nồng độ quá lớn, nhân thể sẽ xuất hiện cái gọi là "Dưỡng trúng độc " Hiện tượng, hệ thần kinh, phổi cùng ánh mắt đều biết chịu đến tổn thương nghiêm trọng. Đồng dạng ví dụ vẫn còn ấm độ. Nhân thể thích hợp nhiệt độ môi trường tại 25 độ C trên dưới lưu động. Nếu như nhân thể trường kỳ

Ở vào 40 độ C trở lên trong hoàn cảnh, rất dễ dàng gây nên bị cảm nắng tử vong; Ở vào nhiệt độ thấp

Trong hoàn cảnh cũng không được, người tại 5 độ C trong nước biển chỉ có thể sống cá biệt giờ.

Đặc biệt là, nếu như cân nhắc thời gian dài hơn chừng mực mà nói, chúng ta sẽ phát hiện, tại ức vạn năm sinh vật diễn hóa trong lịch sử, có thể thỏa mãn nhân thể hoàn cảnh sinh tồn yêu cầu đoạn thời gian thật sự là quá chật hẹp! Tại quá khứ 6 ức năm bên trong, đại khí dưỡng hàm lượng có thể tại 5% Đến 35% Ở giữa nhiều lần kịch liệt ba động, bình quân nhiệt độ không khí biến hóa phạm vi là

10~40

Độ C

( Xem như tham chiếu, bây giờ Địa Cầu bình quân nhiệt độ không khí ước chừng là 15 độ C ). Thỉnh chú

Ý, ở đây chúng ta vẻn vẹn suy tính đi qua 6 ức năm, hơn nữa chỉ suy tính dưỡng khí nồng độ và nhiệt độ hai cái hoàn cảnh chỉ tiêu. Nếu như đem thời gian chừng mực mở rộng đến toàn bộ Địa Cầu sinh mệnh lịch sử, suy nghĩ thêm đến ánh mặt trời cường độ, ngày đêm dài ngắn, đại khí tạo thành, đất đai hóa học thành phần, thức ăn và thiên địch chờ phức tạp hoàn cảnh nhân tố, liền sẽ có được một cái không cần nói cũng biết kết luận —— Tại trở mặt vô tình mẹ Địa cầu ôm ấp hoài bão bên trong, không có cái nào sinh mệnh có thể làm được vĩnh viễn mọi việc đều thuận lợi.

Nếu như sinh mệnh thật là một tòa cao ốc, như vậy mặc kệ lúc xây dùng cỡ nào kiên cố dùng bền gạch ngói, đang xây thành lúc là huy hoàng bực nào tráng lệ, cân nhắc đến nó một hồi sẽ dưới ánh mặt trời bạo chiếu, một hồi bao phủ tại trong mưa như thác lũ, một hồi lại muốn bị băng cứng bao trùm, khi thì bị sâu kiến ăn mòn, khi thì chịu mãnh thú va chạm, khi thì gặp mưa sao băng cùng động đất phá vỡ Gãy, nó tuyệt không có khả năng vĩnh viễn cơ nghiệp dài thanh.

Một cái rõ ràng nghịch lý xuất hiện. Đản sinh tại viễn cổ Địa Cầu Thủy tổ sinh mệnh —— Những cái kia từ năng lượng tên thiên tài này kiến trúc sư thiết lập sinh mệnh cao ốc —— Là như thế nào chạy ra không thể tránh chuyện ngoài ý muốn cùng khó mà kháng cự tang thương biến đổi lớn, kéo dài không dứt một cho tới hôm nay ?

Đáp án kỳ thực rất đơn giản: Bản thân phục chế.

Bản thân phục chế là Địa Cầu sinh mệnh cơ nghiệp dài thanh cơ sở —— Lấy tự thân vì hàng mẫu, càng không ngừng

Chế tạo ra cùng mình tương tự nhưng lại không hoàn toàn tương tự hậu thế.

Hậu đại càng ngày càng nhiều, liền bảo đảm cho dù trong đó một chút bởi vì chuyện ngoài ý muốn —— Mặc kệ là bão, chấn động vẫn là sâu kiến —— Chết đi, còn có đầy đủ cá thể có thể còn sống sót kéo dài hương hỏa.

Mà càng quan trọng chính là, ( Không đủ chính xác ) bản thân phục chế làm sinh mệnh hiện tượng dẫn vào biến Hóa. Loại biến hóa này số đông thời điểm khó mà phát giác, tỉ như sinh mệnh cao ốc lặng lẽ thay sân vườn lục thực hoặc là đại đường đăng sức. Nhưng một số thời khắc cũng có thể kinh thiên động địa, cả tòa cao ốc lầu cao, bên ngoài sức mặt thậm chí trụ cột kết cấu đều rực rỡ hẳn lên. Nhưng mà vô luận như thế nào, tại bản thân phục chế quá trình bên trong sinh ra biến hóa, lúc nào cũng nhanh hơn môi trường trái đất động một tí lấy ngàn vạn năm đếm hết biến hóa. Cũng chính vì dạng này, trên Địa Cầu sinh mệnh tới lại đi, hình dạng cũng thiên biến vạn hóa —— Nhà khoa học đoán chừng là, ở trên viên tinh cầu này, có thể đã có vượt qua

50 ức cái giống loài sinh ra, phồn thịnh, tiếp đó yên tĩnh chết đi —— Nhưng mà sinh mệnh hiện tượng bản thân lại ngoan cường mà đi qua 40 ức năm phong sương mưa tuyết.

Đương nhiên, tại bản thân phục chế bên trong xuất hiện những thứ này không thể nào làm cho người chú mục biến hóa rất nhỏ bản thân không thể nói là cái gì đúng sai, cũng không có cái gì phương hướng tính chất có thể nói. Không đủ chính xác bản thân phục Chế, kỳ thực là cung cấp đại lượng tại môi trường trái đất bên trong "Thử lỗi " Sinh vật hàng mẫu. Ai có thể còn sống sót, ai có thể tiếp tục hoàn thành một vòng mới bản thân phục chế, người đó chính là người thắng. Là môi trường trái đất chậm chạp biến thiên quyết định thời khắc khác nhau người thắng, cũng bởi vậy cuối cùng tạo nên sinh vật diễn hóa con đường.

Tỉ như, chúng ta mới vừa nói đến từ sáu trăm triệu năm trước cho tới hôm nay, trong khí quyển dưỡng khí hàm lượng từ đầu đến cuối tại thượng phía dưới ba động. Nhưng mà nếu như thời gian chừng mực thả càng rộng, chúng ta sẽ phát hiện dưỡng khí thậm chí căn bản cũng không phải là trên Địa Cầu cho tới bây giờ thì có đại khí thành phần. Tại 46 trăm triệu năm trước Địa Cầu hình thành thời điểm, đại khí thành phần chủ yếu là CO2, khí nitơ, sun-fua đi-ô-xít cùng lưu hoá hydro. Thẳng đến không sai biệt lắm 25 trăm triệu năm trước, nhóm đầu tiên có thể lợi dụng dương quang vi khuẩn xuất hiện tại nguyên thủy trong hải dương, lợi dụng ánh mặt trời năng lượng phân giải trong khí quyển CO2, đồng thời lấy bên trong nguyên tử cacbon làm thức ăn, lúc này mới chế tạo ra dưỡng khí. Đối với hôm nay Địa Cầu sinh mệnh vô cùng trọng yếu dưỡng khí, kỳ thực tại lúc đó chỉ là một ít sinh mệnh hoạt động sản phẩm phụ. Đáng sợ hơn là, loại này hoàn toàn mới hóa học vật chất còn độc chết lúc đó trên Địa Cầu cơ hồ tất cả sinh vật! Nhưng mà cùng lúc đó, tai nạn tính "Lớn oxi hoá " Sự kiện lại vì tương lai những cái kia lấy dưỡng khí vì

Sinh, phức tạp hơn đa dạng sinh mệnh mở ra phồn thịnh đại môn, người được lợi bao quát rong biển, cây cối, cá cùng nhân loại. Những cái kia có thể tại vô dưỡng đại khí bên trong sinh tức phồn thịnh sinh mệnh cùng những cái kia tại dưỡng khí bên trong không bị ràng buộc sinh hoạt sinh mệnh, cũng không cao thấp khác biệt, vẻn vẹn bởi vì môi trường trái đất biến hóa để cái trước chết đi, cái sau sống sót thôi.

Bởi vậy, bản thân phỏng chế hai cái nhìn tựa hồ tự mâu thuẫn đặc điểm bảo đảm Địa Cầu sinh mệnh vĩnh tục. Đối tự thân không ngừng phục chế bảo đảm sinh mệnh sẽ không bởi vì một hồi ngoài ý muốn mà triệt để hủy diệt, mà bản thân phục chế quá trình bên trong xuất hiện sai lầm, thì trợ giúp sinh mệnh thích ứng môi trường trái đất biến hóa.

Như vậy, bản thân phục chế lại là như thế nào phát sinh đâu?

Tư tưởng trong thí nghiệm sinh mệnh diễn hóa sử

Chúng ta không ngại trước tiên làm một cái tư tưởng thí nghiệm, cấu tạo một cái cực đoan giản hóa sinh mệnh, nghiên cứu thảo luận một chút sinh mệnh bản thân phỏng chế nguyên lý.

Từ đơn giản nhất tình hình bắt đầu, chúng ta tư tưởng trong thí nghiệm sinh mệnh —— Liền kêu nó sinh mệnh

1.0 a —— Chỉ có một cái protein phần tử. Từ phía trước trong chuyện xưa đại gia có thể rất dễ dàng tưởng tượng, có tư cách nhất trúng tuyển protein đại khái chính là vì sinh mệnh chế tạo năng lượng tiền ATP hợp thành môi . Cổ xưa này protein phần tử kích thước rất nhỏ, vẻn vẹn có cái nano lớn như vậy, lại cuộn lại gấp thành một cái phức tạp , mang theo 3 cái phiến lá cùng một cái đường ống ba chiều kết cấu, thông qua phi tốc xoay tròn càng không ngừng sinh sản ATP. Có nó, sinh mệnh 1.0 liền có thể chế tạo ATP phần tử, sau đó dùng ATP tới khu động đủ loại sinh mệnh hoạt động.

Nhưng mà sinh mệnh 1.0 là khó mà thực hiện bản thân phỏng chế. Lúc trước một chương bên trong chúng ta biết, ATP hợp thành môi có một cái cực đoan tinh xảo cùng phức tạp không gian ba chiều kết cấu, mỗi cái chiều không gian bên trên nguyên tử sắp xếp chính xác độ đạt đến không phẩy mấy nano trình độ. Không nói đến muốn không sai chút nào mà phục chế một cái dạng này kết cấu vô cùng khó khăn, tức chính là muốn thấy rõ ràng không có chút nào dễ dàng. Vào hôm nay nhân loại trình độ kỹ thuật phía dưới, phải thấy rõ ATP hợp thành môi mỗi một cái nguyên tử, cần vận dụng cường đại nhất X

Xạ tuyến diễn xạ nghi cùng kính hiển vi điện tử, mà muốn phỏng chế ra dạng này một cái kết cấu, vẫn là khoa huyễn tưởng tượng phạm trù.

Chúng ta đại khái có thể nói, muốn cẩn thận phục chế sinh mệnh 1.0, có thể cần một trận so sinh mệnh 1.0 hình thể to lớn hơn, càng thêm phức tạp và tinh vi máy móc mới phải làm đến. Thế nhưng là

Tại vừa mới xuất hiện sinh mệnh 1.0 xa trên Địa cầu thời cổ xưa, lại đi nơi nào tìm phức tạp như vậy máy móc

Đâu? Khó mà bản thân phỏng chế sinh mệnh 1.0 nhất định cô độc một đời —— Hơn nữa cuộc đời của nó nhất định phi thường ngắn ngủi.

Vì giải quyết bản thân phỏng chế kỹ thuật khó khăn, sinh mạng thể rõ ràng cần một loại phương pháp, có thể đơn giản hơn chính xác mà ghi chép cùng phục chế tự thân, không để cho chúng ta trừng to mắt đi ghi chép cùng phục chế một cái phức tạp ba chiều kết cấu mỗi nhất điểm không gian tin tức. Dạng này quá làm phiền, cũng quá dễ dàng sai lầm.

Thế là, sinh mệnh 2.0 theo thời thế mà sinh. Trong cơ thể con người ATP hợp thành môi là từ hơn 5000 cái axit amin phần tử dựa theo một loại nào đó đặc biệt trình tự bắt đầu xuyên hình thành protein lớn phần tử. Tại không gian ba chiều bên trong, những thứ này axit amin lẫn nhau hấp dẫn, bài xích, va chạm, kết hợp, tạo thành phục Tạp, động tĩnh ba chiều kết cấu. Như vậy có thể tưởng tượng được, chỉ cần chúng ta có thể ghi chép lại cái này hơn 5000 cái axit amin phân tử thứ tự trước sau, tiếp đó y dạng họa hồ lô mà y theo thứ tự này đi lắp ráp ATP hợp thành môi phần tử là được rồi, nó có thể tự mình hoàn thành tại không gian ba chiều gấp vặn vẹo. Cứ như vậy, không gian ba chiều tin tức liền bị tinh giản trở thành một chiều, chỉ là một tổ trình tự sắp xếp axit amin phần tử mà thôi.

Vào hôm nay tuyệt đại đa số Địa Cầu sinh mệnh, ba chiều đến một chiều tin tức đơn giản hoá là thông qua DNA phần tử thực hiện.DNA phân tử hóa học cấu thành kỳ thực vô cùng đơn giản, chính là do bốn loại tướng mạo bình thường hạch đại chua phần tử một vòng tiếp một vòng bắt đầu xuyên một đầu thật dài dây xích. Bí mật của nó giấu ở bốn loại hạch đại chua phân tử sắp xếp tổ hợp trình tự bên trong ( Gặp đồ 3-

1). Vào hôm nay Địa Cầu sinh mạng thể bên trong, DNA trường liên dựa theo 3 cái hạch đại chua sắp xếp trình tự quyết định một cái axit amin nguyên tắc, có thể trung thực ghi chép bất luận cái gì protein phân tử axit amin cấu thành —— Đương nhiên cũng bao quát sinh mệnh 1.0 bên trong ATP hợp thành môi.

Đồ 3-1 3 cái tẩy rửa cơ bản mật mã tử đối ứng một cái axit amin. Vào hôm nay tuyệt đại đa số Địa Cầu sinh mệnh, DNA liên bên trên hạch đại chua phần tử sẽ dựa theo tam tam một tổ tạo thành "Mật mã tử " , mỗi tổ mật mã tử đối ứng một loại axit amin

Cứ như vậy, sinh mệnh 2.0 tại bản thân phỏng chế thời điểm, liền không cần lo lắng phức tạp ATP hợp thành môi lòng trắng trứng không cách nào tinh tế miêu tả cùng phục chế. Nó chỉ cần y dạng họa hồ lô mà phục chế một đầu DNA trường liên là được rồi, bởi vì

DNA trường liên bản thân tổ hợp trình tự liền đã trung thực ghi chép ATP hợp thành môi toàn bộ tin tức ( Gặp đồ 3-2). Mà cùng lúc đó, chúng ta có thể tưởng tượng, phục chế một đầu có thể nhìn thành là một chiều DNA trường liên, muốn so trực tiếp phục chế ATP hợp thành môi tinh tế ba chiều kết cấu bớt lo dùng ít sức nhiều lắm.

Đồ 3-2 DNA phục chế mô hình. Đầu tiên, một đầu DNA song xoắn ốc liên chia ra làm Hai; Sau đó, hai đầu

DNA đơn liệm (RNA) phân biệt xem như mô bản, cùng mới gia nhập tẩy rửa cơ bản phần tử phối đôi, tạo thành hai đầu mới DNA

Song xoắn ốc

Tại 20 thế kỷ 50 niên đại, James • Ốc sâm (James Watson) cùng Francis • Krieg (Francis Crick) lợi dụng Rosalind • Franklin (Rosalind Franklin) lấy được X xạ tuyến diễn xạ đồ phổ, thành lập DNA song xoắn ốc mô hình, hơn nữa cơ hồ lập tức đoán được

DNA là như thế nào tiến hành bản thân phỏng chế. Đơn giản tới

Nói, DNA phục chế tuân theo chính là "Nửa giữ lại phục chế " Cơ chế. Giống như protein là từ 20 loại axit amin tấm gạch tổ hợp mà thành, DNA cũng có nó đặc hữu tấm gạch: Bốn loại khác biệt hạch đại chua phần tử ( Có thể đơn giản dùng A, T, G, C bốn chữ ngón cái đại ). Mỗi đầu DNA dây xích đều là do cái này bốn loại tấm gạch đầu đuôi tương liên tạo thành. Đặc biệt trọng yếu là, ATGC bốn loại phần tử có thể hai hai phối đôi tạo thành chặt chẽ kết nối: A cùng T, G cùng C. Bởi vậy có thể tưởng tượng, một đầu trình tự vì

AATG DNA có thể cùng một đầu CATT DNA đầu đuôi tương đối mà phối đôi tổ hợp quấn quanh ở cùng một chỗ. Dạng này phối đôi phương pháp đặc biệt thích hợp DNA mật mã bản thân phục chế: AATG cùng CATT hai đầu quấn quanh ở chung với nhau dây xích đầu tiên tách ra tới, hai đầu đơn liệm (RNA) lại căn cứ phối đôi nguyên tắc lắp đặt lên hoàn toàn mới hạch đại chua phần tử, tỷ như

AATG đối ứng

CATT, mà CATT thì phân phối trang bị

AATG, bởi vậy một cái DNA song xoắn ốc liền biến thành hoàn toàn tương tự hai cái DNA song xoắn ốc. Đặc biệt đáng giá chỉ ra chính là, DNA phục chế quá trình dị thường chính xác, trên cơ thể người trong tế bào, DNA phỏng chế ra sai xác suất vẻn vẹn có 10 9 lần phương phần có một. Này liền từ trên nguyên lý bảo đảm nó có thể làm sinh mệnh di truyền tin tức đáng tin vật dẫn.

Như vậy, đơn giản cường đại sinh mệnh

2.0

Có thể hay không ổn định sinh tồn và sinh sôi đâu?

Thật đáng tiếc, vẫn chưa được. Trên thực tế nó căn bản cũng không có thể tồn tại.DNA là một loại hóa học bên trên vô cùng ổn định phần tử —— Cái này cũng không kỳ quái, có thể bị chọn trúng xem như tin tức quyển mật mã hóa học phần tử đương nhiên nhất thiết phải ổn định cùng đáng tin, thậm chí là lười biếng. Cũng chính vì vậy, một cây trơ trụi DNA trường liên căn bản là cái gì cũng không biết làm, nó cũng không có thể bản thân phục chế, cũng không khả năng chế tạo ra cái gì ATP hợp thành môi tới. Giống như một bản viết đầy chữ cái quyển mật mã, nếu là không có người sao chép, không có ai giải đọc, chính nó cái gì cũng làm không .

Tốt a, không nhụt chí chúng ta đây tiếp tục thăng cấp ra sinh mệnh 3.0. Lần này, thứ chúng ta cần liền nhiều hơn rất nhiều. Ngoại trừ phụ trách chế tạo năng lượng tiền ATP hợp thành môi bên ngoài, sinh mệnh 3.0

Còn cần một đống lớn đủ loại đủ kiểu protein phần tử, tới thực hiện DNA phân tử bản thân phục chế, lợi dụng DNA phần tử mang theo tin tức chế tạo đủ loại mới protein.

Vẻn vẹn nói DNA phục chế liền đã vô cùng phức tạp. Sinh mệnh 3.0 cần protein phần tử hỗ trợ đem độ cao xếp DNA

Bày ra biến thành trường liên ( Liền lấy người DNA tới nói, hoàn toàn duỗi ra dài đến mấy mét, cho nên nhất thiết phải đi qua mấy vòng gấp đóng gói, mới có thể nhét vào đường kính vẻn vẹn có nhỏ mét trong tế bào, vẻn vẹn lúc sử dụng mới bộ phận bày ra ), cần protein phần tử tại DNA trường liên bên trên chính xác định vị đến cùng từ nơi nào bắt đầu phục chế, cần protein phần tử vận chuyển DNA phục chế cần nguyên vật liệu ( Tỉ như bốn loại hạch đại chua phần tử ), cần protein phần tử bổ khuyết phục chế ở trong lỗ hổng, sửa đổi phục chế quá trình bên trong xuất hiện sai lầm, còn cần protein phần tử đem phục chế tốt DNA trường liên một lần nữa gấp trở về.

Đồng thời, sinh mệnh 3.0 còn cần một đống lớn protein phần tử ( Gặp đồ 3-3), căn cứ vào DNA quyển mật mã tin tức chế tạo ATP hợp thành môi —— Có phụ trách đọc đến DNA quyển mật mã tin tức, có phụ trách vận chuyển protein nguyên liệu axit amin, có phụ trách axit amin phân phối trang bị trình tự, các loại. Đương nhiên, nhiều hơn nữa protein phần tử cũng không thắng được ta

Nhóm, chúng ta có thể lợi dụng tại sinh mệnh 2.0

Bên trong liền xác định quy tắc, đem tin tức của bọn chúng cũng nhập DNA trường liên bên trong đi, dạng này vẫn là phục chế một đầu

DNA trường liên, sinh mệnh 3.0 liền có thể đem tất cả protein phân tử tin tức đều trung thực phục chế cùng truyền xuống tiếp .

Đồ 3-3 DNA phục chế cần protein. Trong bản vẽ vẻn vẹn hiện ra một bộ phận cực nhỏ, nhưng chúng ta đã có thể nhìn thấy, DNA phục chế là một cái cần đại lượng protein giúp đỡ tham dự tinh tế quá trình.DNA song liên đầu tiên sẽ ở topol (cấu trúc liên kết) dị cấu môi hoà giải xoáy môi dưới sự giúp đỡ phân giải thành đơn liệm (RNA). Sau đó, khác biệt DNA tụ hợp môi phân biệt phụ trách hai cái phương hướng DNA phục chế, phục chế hoàn thành phim ngắn đoạn còn muốn tại kết nối môi dưới sự giúp đỡ ngay cả trưởng thành đoạn ngắn

Sinh mệnh 3.0

Vận mệnh như thế nào?

Chúng ta đã rất tiếp cận thành công, nhưng mà còn kém trọng yếu một chút.

Căn cứ vào trước mặt miêu tả, đại gia liền có thể phỏng đoán đến, protein phần tử cùng DNA trường liên, đối với sinh mệnh sinh tồn và phục chế tới nói, là hỗ trợ lẫn nhau thiếu một thứ cũng không được . Người trước chế tạo ỷ lại ở phía sau giả bảo tồn tin tức, mà cái sau cũng ỷ lại cái trước hoàn thành bản thân phục chế, bởi vậy không gian bên trên bọn chúng nhất thiết phải cách gần vừa đủ mới được. Chúng ta nhất định phải nghĩ ra một cái biện pháp, đem những vật này hết thảy tụ lại đến cùng một chỗ, bảo vệ. Bằng không, protein cùng DNA đều rất dễ dàng tại môi trường tự nhiên bên trong khuếch tán không còn thấy bóng dáng tăm hơi, ai cũng tìm không thấy ai.

Phương án giải quyết ngược lại cũng không khó khăn nghĩ, dùng một tấm tỉ mỉ lưới đem tất cả những thứ này nhiều như rừng protein cùng DNA đều cho bao vây lại là được rồi. Vào hôm nay Địa Cầu sinh mệnh cũng có cái này

Tấm lưới, tên gọi là màng tế bào, là một tầng vẻn vẹn có mấy nano độ dày, từ mỡ phần tử tạo thành màng mỏng. Tầng này màng mỏng cẩn thận bọc lại protein cùng DNA, tạo thành một tế bào, đem bọn nó cùng nguy hiểm môi trường tự nhiên ngăn cách ra. Vào hôm nay Địa Cầu sinh mệnh bên trong, ngoại trừ số ít ngoại lệ ( Tỉ như virus ), tuyệt đại đa số sinh mệnh đều là do một cái hoặc nhiều cái tế bào tạo thành.

Lần này, liền kêu nó sinh mệnh 4.0

A.

Trước mắt, sinh mệnh 4.0 đã có chút cực giản bản địa cầu sinh mệnh dáng vẻ . Chúng ta tạm thời tin tưởng nó có thể trên địa cầu sống sót, bởi vì nó có thể không ngừng mà từ trong hoàn cảnh cướp lấy năng lượng cung cấp sinh mệnh hoạt động, cũng có thể càng không ngừng bản thân phục chế đối kháng suy yếu cùng tử vong. Thực tế Bên trên, hôm nay Địa Cầu sinh mệnh cứ việc so với chúng ta tư tưởng trong thí nghiệm sinh mệnh

4.0 phức tạp hơn nhiều lắm, nhưng là từ cơ bản trên nguyên lý nhìn, chính xác không kém bao nhiêu.

Nhưng mà vấn đề mới tới: Cái này nhìn đáng tin cậy sinh mệnh 4.0, thật sự có có thể tại 40 trăm triệu năm trước ma pháp giống như mà ra hiện tại địa cầu bên trên sao? Nói một cách khác, sinh mệnh 4.0

Tư tưởng tất nhiên có nó bên trong lôgic, nhưng nó thật sự có có thể bắt chước Địa Cầu sinh mệnh ban sơ khởi nguyên sao?

Thật đáng tiếc, đáp án là không thể nào. Hoặc, ít nhất nhìn vô cùng không có khả năng.

Trong đó phiền phức có điểm giống "Gà đẻ trứng hay là trứng sinh gà " Vấn đề. Protein toàn bộ tin tức đều tồn trữ tại DNA quyển mật mã bên trong, dựa vào DNA quyển mật mã bên trong trung thực ghi chép tin tức, chúng ta có thể chế tạo ra đủ loại đủ kiểu protein phần tử. Bởi vậy, để chúng ta tạm thời giả định

DNA là "Gà " , protein là nó ở dưới "Trứng " .

Nhưng mà, một đầu lẻ loi DNA trường liên là không có cách nào làm bất kỳ chuyện gì, nó cần đủ loại protein phân tử hỗ trợ, mới có thể thực hiện bản thân phục chế, cần ỷ lại protein hỗ trợ mới có thể chế tạo ra mới protein. Nếu như không có sớm chuẩn bị hảo lòng trắng trứng

Chất "Trứng " , DNA "Gà " Căn bản không cách nào tiếp tục sinh "Trứng " !

Nói một cách khác, chúng ta thiết kế sinh mệnh 4.0 muốn tự phát xuất hiện, chúng ta phải không ngừng khẩn cầu thiên nhiên đồng thời bồi dưỡng tin tức lẫn nhau tương xứng "Gà " Cùng "Trứng " . Mà

Lại, "Gà " Cùng "Trứng " Còn nhất thiết phải gần như đồng thời xuất hiện, khoảng cách vô cùng tiếp cận, mới có thể

Phối hợp lại bồi dưỡng sinh mệnh. Nếu là tại một hồi sấm sét vang dội bên trong, một cái DNA "Gà " Được sáng tạo đi ra, nhưng mà nó phụ cận lại không có cái kia trong cõi u minh chú định thuộc về nó lòng trắng trứng

Chất "Trứng " , như vậy cái này chỉ

DNA "Gà " Chỉ có thể trầm mặc hướng đi phân giải phá toái, bởi vì chính nó cái gì cũng làm không được. Mà ngược lại, nếu là cái trứng đó trắng chất "Trứng " Trước tiên dưới đáy biển nóng suối miệng kỳ tích hiện thân, thậm chí còn có thể làm việc một chút hoặc sinh tồn một hồi, nhưng là bởi vì không có DNA "Gà " Giúp nó giữ lại cùng truyền lại tin tức, "Trứng " Tất nhiên cũng sẽ nhanh chóng hướng đi suy yếu cùng tử vong.

Vậy làm sao bây giờ? Địa Cầu sinh mệnh đối với vấn đề này trả lời là phi thường ý vị sâu xa : Không phải là trứng có trước, cũng không phải gà có trước. Trên thực tế, rất có thể tại sinh mệnh vừa lúc mới xuất hiện, gà và trứng đều không có bóng dáng đâu.

Không phải gà không phải trứng, đã gà lại là trứng

Để chúng ta về lại chú ý một chút sinh mệnh 4.0 cơ bản thiết kế nguyên tắc a.DNA phụ trách ghi chép protein phân tử axit amin sắp xếp tin tức, lấy DNA danh sách vì mô bản có thể chế tạo ra nhiều loại protein phần tử. Mà ngược lại, protein phần tử ngoại trừ chế tạo năng lượng, còn có thể giúp DNA thực hiện bản thân phục chế. Cái này tựa như là cái thật đơn giản hai nguyên hệ thống, có phải hay không?

Tại tự nhiên, đơn giản thường thường mang ý nghĩa hiệu suất cao, tiết kiệm cùng lại càng dễ tự phát xuất hiện. Nhưng mà rất khiến người ngoài ý chính là, Địa Cầu sinh mệnh không hẹn mà cùng lựa chọn một loại phức tạp hơn, tương đối cũng càng dễ dàng phạm sai lầm cùng càng lãng phí biện pháp: Tại DNA cùng protein hai nguyên hóa kết cấu ở giữa, vô duyên vô cớ có thêm bên thứ ba: RNA(ribonucleic acid, axit ribonucleic ).

RNA là một loại tướng mạo cực giống DNA hóa học vật chất, hai người duy nhất khác nhau chính là hóa học khung xương bên trên một cái dưỡng nguyên tử. Đối với sinh mạng của chúng ta 4.0 hệ thống tới nói, RNA giống Nhị Lang thần con mắt thứ ba một dạng, lộ ra vô cùng quái dị cùng dư thừa. Làm sinh mệnh bắt đầu hoạt động thời điểm, DNA quyển mật mã tin tức đầu tiên bị trung thực đằng chép được RNA phần tử bên trên, tiếp đó RNA phần tử lại đi chỉ đạo protein phân phối trang bị. Phóng tầm mắt nhìn tới, tăng thêm RNA sinh mệnh —— Liền kêu nó sinh mệnh 5.0 tốt —— Thật sự là nhìn không ra có ưu thế gì tới. Đánh cái so sánh, nguyên bản tại trong phân xưởng, một người quản lý trực tiếp chỉ đạo công nhân làm việc liền

Rất tốt, mệnh lệnh truyền đạt đơn giản mau lẹ còn không dễ dàng phạm sai lầm. Bây giờ nhất định phải cho quản lý phối một cái chủ quản, mỗi một đạo mệnh lệnh đều phải từ quản lý nói cho chủ quản, chủ quản lại nói cho công nhân. Trực giác nói cho chúng ta biết, hệ thống như vậy nhất định tồn tại mệnh lệnh biến dạng biến hình, quan hệ nhân mạch phức tạp đa dạng các loại vấn đề, chớ đừng nói chi là còn phải trả hơn cái này chủ quản tiền lương!

Nhưng mà, bộ này trùng nhau cái gọi là "Trong tâm pháp thì " ( Gặp đồ 3-4) cơ hồ trở thành tất cả Địa Cầu sinh mệnh vận chuyển hạch tâm, vừa bảo đảm di truyền tin tức đời đời lưu truyền, cũng bảo đảm mỗi một thời đại sinh mạng thể thực hiện tự thân sinh mệnh cơ năng. Loại tương phản to lớn này điều động mọi người từ hướng ngược lại suy xét, có thể DNA → RNA → Protein hệ thống có cực kỳ sâu xa nhưng vẫn không người biết đến ý nghĩa, đến mức cái này nhìn như thế dư thừa, thấp công hiệu cùng lãng phí hệ thống có thể gắng gượng qua tàn khốc nhiều thay đổi môi trường trái đất cùng giống loài cạnh tranh, giữ lại tại tuyệt đại đa số Địa Cầu sinh mệnh trong thân thể.

Đồ 3-4 Sinh mệnh "Trong tâm pháp thì " . Căn cứ trong tâm pháp thì, DNA bản thân phục chế bảo đảm di truyền tin tức truyền lại cùng sinh mệnh sinh sôi không ngừng, DNA cũng thông qua chỉ đạo protein hợp thành quyết định sinh mệnh hoạt động hình thái.RNA sinh ra nhưng là một cái trong đó ở giữa trình tự, RNA một phương diện trung thực sao chép DNA mật mã tin tức, một phương diện khác trực tiếp chỉ đạo protein chế tạo. Đáng giá chỉ ra chính là, Địa Cầu sinh mệnh cũng không ít trong tâm pháp thì bên ngoài sinh mệnh. Tỉ như một ít virus cũng không có DNA, mà là thẳng

Tiếp lợi dụng RNA tới tồn trữ di truyền tin tức ngón tay nhập lại đạo protein hợp thành ( Tỷ như cảm cúm cùng Bính bệnh gan độc ). Cũng có một chút virus mặc dù sử dụng

DNA, nhưng là cùng trong bản vẽ khác biệt, bọn chúng vẻn vẹn có một đầu đơn liệm (RNA) DNA, chỉ ở khởi động bản thân phỏng chế thời điểm mới biến thành song xoắn ốc

Làm như vậy ý nghĩa là cái gì đây?

Trên thực tế, sớm tại 20 thế kỷ trung kỳ, làm DNA → RNA

→ Protein bộ này di truyền tin tức truyền đi cái gọi là "Trong tâm pháp thì " Vừa mới bị nói lên thời điểm, liền đã có người hỏi vấn đề như vậy . Tỷ như 1968 năm, DNA song xoắn ốc người phát hiện một trong Krieg ngay tại một thiên văn chương bên trong lớn mật ngờ tới, có thể nhìn dư thừa RNA mới là sớm nhất hình thái sinh mạng. Hắn thậm chí nói: "Chúng ta cũng không phải là không thể tưởng tượng, nguyên thủy sinh mệnh căn bản không có protein, mà là hoàn toàn do RNA tạo thành." Nhưng mà phỏng đoán dù sao chỉ là phỏng đoán,

Nhìn như vô dụng RNA ngược lại có thể là sớm nhất sinh mệnh, trọng yếu DNA "Gà " Cùng protein "Trứng " Ngược lại vẻn vẹn RNA hậu đại cùng phụ thuộc phẩm. Ý nghĩ như vậy có thể dẫn phát rất nhiều trên triết học thú vị suy xét, nhưng mà có rất ít người chờ mong thật sự tại tự nhiên hoặc trong phòng thí nghiệm nghiệm chứng nó.

Thẳng đến 1978 năm, 30 tuổi sinh vật nhà hóa học Tom • Cech (Tom Cech) đi tới mỹ lệ sơn thành —— Nước Mỹ bang Colorado bang đức thiết lập phòng thí nghiệm của mình.

Nghiên cứu của hắn hứng thú cùng chúng ta nói qua trong tâm pháp lại có quan hệ mật thiết. Chúng ta biết, tại di truyền tin tức di động bên trong, RNA là tiếp nhận tại DNA cùng protein ở giữa phần tử. Nó đằng chép DNA quyển mật mã tin tức, sau đó lại lấy tự thân vì bản kế hoạch, chỉ đạo protein phân phối trang bị. Không quá sớm tại 20 thế kỷ 60 niên đại, mọi người liền đã phát hiện, RNA quyển mật mã kỳ thực cũng không phải một chữ không kém mà đằng chép DNA quyển mật mã tin tức, tỷ như DNA quyển mật mã bên trong thường thường sẽ viết đại đoạn đại đoạn nhìn đứng lên không có gì đặc biệt chỗ dùng "Phế vật " Chữ cái ( Bọn chúng tên khoa học gọi làm "Ở trong chứa tử " ). Tại sao chép RNA quyển mật mã thời điểm, sinh vật sẽ đầu tiên đàng hoàng đằng chụp đám rác rưởi này chữ cái, sau đó lại đem bọn chúng cả trang xé đi, chỉnh lý ra càng tinh giản hơn càng kinh tế một bản quyển mật mã.

Cech ngay lúc đó hứng thú chính là nghiên cứu loại này bị gọi là "RNA cắt nối " —— Cũng chính là như thế nào xé đi quyển mật mã ở giữa dư thừa trang giấy —— Hiện tượng. Hắn sử dụng đối tượng nghiên cứu là là nóng bốn màng trùng 1(tetrahymena thermophila), đây là một loại phân bố rộng rãi nhạt

Thủy sinh vật đơn tế bào, rất dễ dàng đại lượng bồi dưỡng, hơn nữa kích thước rất lớn ( Đường kính có 30~50

Bé nhỏ ), rất thuận tiện tiến hành đủ loại lộ ra vi mô làm. Mà nghiên cứu RNA cắt nối cũng phân là tử sinh vật học hoàng kim trong niên đại hấp dẫn một trong những đề tài, dù sao nó quan hệ đến di truyền tin tức như thế nào quyết định cuối cùng sinh vật thể đủ loại sinh vật hoạt động cùng tính trạng.

1 là nóng bốn màng trùng loại này nhìn không đáng chú ý sinh vật đơn tế bào dựng dục 20 thế kỷ rất nhiều vĩ đại phát hiện. Ngoại trừ nói tiếp sẽ giảng đến hạch môi cùng RNA thế giới, còn có đối với già yếu trọng yếu vô cùng bưng hạt cùng Telomerase (2009 năm Nobel sinh lý học hoặc y học thưởng ), cùng với protein phiên dịch sau tân trang chờ.

Ngay từ đầu, Cech mục tiêu là rất rõ ràng. Hắn đã biết, tại bốn màng trùng thể nội RNA phần tử trung đoạn, có một đoạn danh sách là không có ích lợi gì . Đoạn này được xưng là "Ở giữa danh sách " Vô dụng tin tức, tại RNA vừa mới chế tạo ra sau đó rất nhanh sẽ bị từ giữa đó chia cắt đi. Mà quá trình này là thế nào phát sinh đâu? Cech hy vọng lợi dụng bốn màng trùng cái này vô cùng đơn giản hệ thống tới nghiên cứu thật kỹ nghiên cứu. Suy đoán của hắn cũng rất tự nhiên: Khẳng định có như vậy một loại không biết protein, có thể chuẩn xác phân biệt đoạn này RNA ở giữa hàng ngũ hai đầu, tiếp đó "Răng rắc " Một đao cắt đánh gãy RNA trường liên, lại đem hai đầu vá kín lại, RNA cắt nối liền hoàn thành.

Vì tìm ra cái này không biết lòng trắng trứng, Cech phòng thí nghiệm sử dụng kiệt tác nhất hóa học tinh luyện phương pháp. Bọn hắn trước tiên chuẩn bị một nhóm chưa cắt hoàn chỉnh

RNA phần tử, lại thêm vào từ bốn màng trùng trong tế bào lấy ra protein chất hỗn hợp "Canh " . Như vậy rõ ràng, RNA phần tử hẳn là sẽ bị chặt đứt cùng khâu lại, từ đó hoàn thành quyển mật mã tinh giản trình tự. Kế hoạch của bọn hắn là, đem protein "Canh " Từng bước từng bước phân ly, tinh luyện, loại bỏ hết những cái kia đối với RNA cắt nối không có ảnh hưởng protein, như vậy cuối cùng lưu lại hẳn là bọn hắn muốn tìm cái kia phụ trách cắt nối RNA protein .

Nhưng mà, bọn hắn nếm thử mới vừa bắt đầu thiếu chút nữa chết từ trong trứng nước. Bởi vì Cech phát hiện, RNA phần tử tăng thêm protein "Canh " Chính xác sẽ rất thuận lợi khởi động cắt nối. Nhưng mà cho dù cái gì protein đều không thêm, RNA phần tử cũng đồng dạng xuất hiện cắt nối!

Bất kỳ một cái nào nhận qua tối thiểu khoa học huấn luyện người đều hiểu, cái hiện tượng này là cỡ nào làm cho người uể oải. Cái gì cũng không thêm RNA phần tử cũng có thể bị cắt nối, nhìn chỉ có hai cái khả năng: Đệ nhất, Cech bọn hắn chế bị RNA đã bị ô nhiễm, bên trong lẫn vào có thể cắt chém RNA protein, bởi vậy mặc kệ thêm không thêm đồ vật, RNA phần tử đều bị cắt nối ; Thứ hai, Cech bọn hắn nhìn thấy cái hiện tượng này căn bản cũng không phải là RNA kéo

Tiếp, mà là một loại không biết là cái gì thí nghiệm sai lầm, bởi vậy thêm không thêm khác lòng trắng trứng Chất, bọn hắn nhìn thấy đều không phải là cắt nối. Mặc kệ là loại nào giảng giải, mắt thấy cái thí nghiệm này liền không làm tiếp được .

Thế là, Cech bọn hắn thử đủ loại đủ kiểu biện pháp tới cải tiến thí nghiệm. Bọn hắn đầu tiên giả định chính mình thuần hóa công phu chính xác không đúng chỗ, RNA bị ô nhiễm , bởi vậy muốn từ bên trong tìm ra loại kia bị "Ô nhiễm " Lòng trắng trứng là cái gì, không thành công; Về sau bọn hắn hướng về thuần hóa ra RNA phần tử lý gia trên đủ loại phá hư protein hoạt tính vật chất, tính toán ngừng RNA cắt nối, phát hiện cũng không thể được công; Bọn hắn thậm chí còn làm càng tinh tế hơn hóa học thí nghiệm, tới nghiên cứu RNA đến cùng là thế nào bị cắt nối , xảy ra chuyện gì hóa học tu

Sức......

Cuối cùng, đến 1982 năm, Cech bọn hắn dứt khoát từ bỏ đối với RNA phần tử đủ loại phí công tinh luyện, trực tiếp đang thử trong khu vực quản lý hợp thành một cái mới RNA phần tử. Tiếp đó, lợi dụng đầu này trên lý luận liền không khả năng tồn tại ô nhiễm tinh khiết RNA, bọn hắn cuối cùng có thể minh bạch không sai lầm xác nhận, đầu này RNA tại cái gì ngoại lai protein cũng không có dưới điều kiện, vẫn cố chấp thực hiện bản thân cắt nối, đem cái kia đoạn vô dụng ở giữa danh sách cắt đi ra.

Sự tình đã không thể nghi ngờ. Căn bản vốn không tồn tại loại kia không nhìn thấy sờ không được lại lúc nào cũng ngoan cố mà cắt nối RNA

Protein, RNA có thể tự mình kéo đánh gãy cùng dính liền chính mình!

Nói đến khốc hơn một điểm, nguyên bản đại gia cảm thấy dư thừa cùng lãng phí RNA phần tử, lại có thể thân kiêm

DNA cùng protein song trọng công năng: Nó rõ ràng có thể cùng

DNA một dạng tồn trữ tin tức, đồng thời cũng có thể giống protein một dạng thôi hóa sinh vật phản ứng hoá học —— Tại Cech ví dụ bên trong, cái này phản ứng hoá học chính là đối tự thân tiến hành cắt chém cùng khâu lại. Cech cho bọn hắn tìm được loại này mới vật chất mệnh danh là "Hạch môi " (ribozyme, gồm cả hạch chua cùng môi công năng chi ý, gặp đồ 3-5), mà giới khoa học cũng như thiểm điện địa y 1989 năm Nobel hóa học thưởng hồi báo cái này nhất định ghi tên sử sách vĩ đại phát hiện.

Đồ 3-5 "Đầu búa " Hạch môi (hammerhead ribozyme), đông đảo tồn tại ở từ vi khuẩn đến nhân thể nhiều loại sinh vật bên trong. Một đầu RNA liên có thể nội bộ gấp phối đôi, tạo thành một loại giống như kẹp tóc kết cấu, đồng thời có thể tại đặc biệt vị trí thực hiện bản thân chia cắt

Đương nhiên vô luận như thế nào, cắt nối chuyện này bản thân nhìn kỳ thực bất quá là một loại cũng không phức tạp như vậy sinh vật phản ứng hoá học. Đơn giản là "Răng rắc " Một đao, tiếp đó vá tốt, ở Địa Cầu sinh mệnh thể nội chỉ có thể coi là một loại không có gì lạ hiện tượng. Nhưng mà phát hiện này vẫn có cực kỳ sâu xa ý nghĩa, tất nhiên tại một loại đơn tế bào sinh vật phù du thể nội xác thực tồn tại lấy một loại phần tử, nó vừa có thể làm quyển mật mã ghi chép sinh mạng thể di truyền tin tức, lại có thể làm phần tử máy móc khu động một loại đơn giản sinh mệnh hoạt động quá trình, như vậy suy một ra ba, liền sẽ nghĩ đến, có thể đã từng tồn tại một loại lớn lôgic tương tự hạch môi phần tử, bọn chúng vừa có thể ghi chép đủ loại di truyền tin tức, lại có thể thực hiện muôn hình muôn vẻ sinh mệnh cơ năng, một thân gánh vác DNA cùng protein sứ mệnh.

Mà chỉ cần thêm chút mở rộng, chúng ta liền sẽ phát hiện, hạch môi khái niệm tựa hồ có thể dùng đến giảng giải sinh mệnh khởi nguyên! Không phải nói DNA cùng protein gà có trước hay là trứng có trước vấn đề này không cách nào giải quyết sao? Hạch môi loại vật kỳ quái này, ít nhất trên lý luận có thể đã gà lại là Trứng! Chỉ cần tưởng tượng một cái dạng này

RNA phần tử, nó tự thân mang theo di truyền tin tức, đồng thời lại có thể thôi hóa tự thân phục chế ( So sánh cắt nối, đây đương nhiên là một loại phức tạp nhiều lắm sinh vật phản ứng hoá học ), cái kia không phải có thể thực hiện di truyền tin tức bản thân phục chế cùng muôn đời vĩnh tục sao? Cái gì DNA, cái gì protein, đối với vĩ đại sinh mệnh khởi nguyên tới nói, bất quá là sau đó thêm gấm thêm hoa tô điểm mà thôi!

RNA thế giới

Không thể không thừa nhận, ý nghĩ này não động vẫn là mở rất lớn. Phải biết, mặc dù Cech phát hiện hạch môi chính xác thực hiện một điểm thay thế protein công năng, nhưng chức năng này vẫn là vô cùng đơn giản, chỉ là cho RNA làm chặt đầu tục huyền ngoại khoa giải phẫu mà thôi. Mà nếu quả thật muốn suy nghĩ một loại hạch môi có thể thực hiện bản thân phỏng chế công năng, nó nhất thiết phải có thể lấy tự thân vì hàng mẫu, đem một cái tiếp một cái hạch đại chua dựa theo trình tự chính xác mà lắp ráp ra một đầu hoàn toàn mới RNA

Dây xích tới. Độ khó này so với RNA cắt nối, quả thực là ô tô dây chuyền sản xuất cùng búa cái kéo khác biệt.

Bất quá cũng không lâu lắm, đại gia đang nghiên cứu trong tế bào protein quá trình sinh sản thời điểm, liền ý thức được RNA năng lực viễn siêu sự tưởng tượng của mọi người. Chúng ta biết, protein phân tử sinh sản là lấy RNA phần tử vì mô bản, nghiêm ngặt dựa theo 3 cái hạch đại chua phần tử đối ứng một cái axit amin phân tử lôgic, dần dần lắp ráp ra một đầu protein trường liên quá trình. Quá trình này là tại một cái tên là "Hạch đường thể " ( Mô hình gặp đồ 3-6) trong phân xưởng tiến hành. Mà từ 20 thế kỷ 80 niên đại bắt đầu, mọi người đang nghiên cứu hạch đường thể thời điểm dần dần ý thức được, cái này làm cho người hoa cả mắt phức tạp phần tử máy móc, lại là lấy RNA làm chủ thể hình thành! Tại vi khuẩn bên trong, hạch đường thể xưởng nhân viên công tác bao quát 50 nhiều cái protein, cùng với ba đầu phân biệt dài đến 2900, 1600 cùng 120 cái hạch đại chua phân tử RNA liên. Những thứ này RNA dây xích bên trên mấu chốt cương vị đối với quyết định protein sản xuất tốc độ cùng độ chính xác cực kỳ trọng yếu ( Miễn phí sách hưởng phân càng nhiều lùng tìm @ Nhã sách.).

Đồ 3-6 Hạch đường thể mô hình

Tất nhiên liền protein sinh sản như thế công tác phức tạp RNA cũng có thể có thể gánh vác, cái kia còn có lý do gì nói, tại sinh mệnh sinh ra mới bắt đầu, RNA phần tử liền nhất định không thể làm được bản thân phục chế đâu?

Chính là tại dạng này não động mở lớn mạch suy nghĩ dưới sự chỉ dẫn, toàn thế giới triển khai phát hiện, cải tạo cùng thiết kế hạch môi thi đua. Chúng ta đương nhiên không có cách nào thấy cầu sinh mệnh diễn hóa lịch sử thượng cái thứ nhất bản thân phỏng chế hạch môi rốt cuộc là tình hình gì , nhưng mà nếu như nhân loại nhà khoa học có thể ở trong phòng thí nghiệm nhân công chế tạo ra một cái có thể bản thân phỏng chế hạch môi, chúng ta liền có lý do tin tưởng, có đồng dạng năng lực phần tử tại xa trên Địa cầu thời cổ xưa xuất hiện, cũng không phải cái gì chuyện Ngàn Lẻ Một Đêm.

2001 năm, nước Mỹ MIT nhà khoa học thành công "Chế tạo " Ra một loại gọi là R18 , có bộ phận bản thân chức năng sao chép hạch môi phần tử ( Gặp đồ 3-7), lần thứ nhất chứng minh hạch môi chính xác không chỉ có thể làm búa cái kéo, còn thật sự có thể chứa phối ô tô! Làm Nhiên, R18 công năng còn xa không thể cùng chúng ta giả tưởng bên trong cái kia vừa có thể làm gà lại có thể làm trứng tổ tiên RNA so sánh, R18 vẻn vẹn có thể phục chế tự thân không đến 10% Danh sách, mà tổ tiên của chúng ta có thể nhất định cần

100% Phục chế năng lực của tự thân. Nhưng cái này dù sao cũng là một cái trên khái niệm cực lớn đột phá. Phải biết, tất nhiên nhân loại nhà khoa học có thể tại ngắn ngủi trong vài năm

Thiết kế ra một cái có sơ bộ phục chế năng lực hạch môi, như vậy chúng ta liền không có lý do gì nghi ngờ Nghi, vô cùng mênh mông Địa Cầu nguyên thủy hải dương tại mấy ức năm bên trong sẽ dựng dục ra một cái chân chính tổ tiên hạch môi.

Đồ 3-7 Nhân công thiết kế hạch môi tiến triển kinh người.R18 có thể phục chế chiều dài là tự thân 7% Danh sách, mà mới nhất tC9Y hạch môi có thể phục chế vượt qua hợp thành chiều dài RNA danh sách, ít nhất trên lý luận, tC9Y đã có bản thân phỏng chế năng lực

Tại chuỗi này kích động lòng người khoa học phát hiện bên trong, Krieg 1968 năm giả thuyết một lần nữa

Bị mọi người lật ra đi ra, mà tới được 1986 năm, một vị khác Nobel thưởng được chủ, Đại học Harvard Walter • Gilbert (Walter Gilbert) càng là chính thức nâng lên "RNA thế giới " Lý luận đại kỳ, muốn thay

RNA đoạt lại Địa Cầu sinh mệnh phát minh quyền .

Khả năng này là tiếp cận nhất chân tướng cũng giỏi nhất trợ giúp chúng ta lý giải sinh mệnh khởi nguyên lý luận. Cái lý luận này hạch tâm chính là, RNA xem như một loại vừa có thể tồn trữ di truyền tin tức lại có thể thực hiện thôi hóa chức năng sinh vật lớn phần tử, là sừng sững ở sinh mệnh sinh ra trước đây ngọn đèn chỉ đường. Có thể tại mấy tỉ năm trước nguyên thủy trong hải dương, không biết là bởi vì cao tới mấy trăm độ C

Biển sâu nhiệt độ nước, đâm thủng trường không sấm sét, vẫn là đáy biển núi lửa phun trào ra nồng độ cao hóa học vật chất, đếm không hết RNA phần tử cứ như vậy bị không có nguyên do mà sản xuất ra, phiêu tán, phân giải. Thẳng đến có một ngày, tại cái này vô số

RNA phần tử ( Cũng chính là vô cùng vô tận tẩy rửa cơ bản danh sách tổ hợp ) bên trong, có dạng này một loại tổ hợp, vừa vặn sinh ra bản thân phỏng chế thôi hóa năng lực. Thế là nó thức tỉnh, hoạt động, vô số "Hậu đại " Bị chế tạo ra. Loại này bản thân phỏng chế phản ứng hoá học sinh ra đại khái còn không thể bị gọi là sinh mệnh, bởi vì nó vẫn cần ngoại lai năng lượng nơi phát ra, nó còn không có "Lấy phụ thương mà sống " Cao siêu bản lĩnh. Nhưng mà, nó rất có thể chiếu sáng sinh mệnh sinh ra phía trước sau cùng đêm tối, tại ánh sáng của nó tắm rửa phía dưới, sinh mệnh lập tức sẽ phát ra tiếng thứ nhất cao vút hót vang.

Hôm nay, tuyệt đại đa số Địa Cầu sinh mệnh đều ở trung tâm pháp tắc dưới sự chi phối sinh tồn sinh sôi, DNA tồn trữ di truyền tin tức đồng thời kéo dài bản thân phục chế, DNA thông qua RNA khống chế protein hợp thành cùng sinh vật thể tính trạng ( Gặp đồ 3-8).RNA vẻn vẹn xem như tin tức lưu động ở giữa vật dẫn xuất hiện, nhìn dư thừa mà lãng phí. Nhưng mà tại viễn cổ Địa Cầu, tình hình có thể sẽ rất không giống nhau. Tán thành RNA thế giới lý luận nhà khoa học cho rằng, vào lúc đó có thể đã không có DNA

Cũng không có protein, mà là RNA phần tử thân kiêm hai trách nhiệm: Vừa có thể thay thế DNA tồn trữ di truyền tin tức, lại có thể thay thế protein thôi động đủ loại sinh vật phản ứng hoá học.

Đồ 3-8 Hôm nay sinh vật thế giới cùng RNA thế giới mà có thể tại RNA thế giới xuất hiện thậm chí thống trị Địa Cầu sau đó, hôm nay Địa Cầu sinh mệnh người thống trị tuyệt đối ——DNA cùng protein —— Mới bộc lộ tài năng. Từ một loại ý nghĩa nào đó nói, bọn chúng lợi dụng riêng phần mình ưu thế, từ thân kiêm tồn trữ di truyền tin tức cùng thôi hóa sinh mệnh hoạt động RNA

Phần tử nơi đó cướp đi nguyên bản thuộc về vinh quang của nó. So sánh RNA, DNA

Là tốt hơn di truyền tin tức vật dẫn, bởi vì DNA

Tính chất hoá học càng thêm ổn định, tại bản thân phỏng chế quá trình bên trong phạm sai lầm tỷ lệ thấp hơn. So sánh

RNA, protein lại là tốt hơn sinh mệnh hoạt động chất xúc tác. Từ 20 loại axit amin phân phối trang bị mà thành protein phần tử, so vẻn vẹn có bốn loại hạch đại chua phân phối trang bị mà thành RNA, có thể gấp ra phức tạp hơn không gian ba chiều kết cấu, có thể thôi động càng nhiều phức tạp hơn sinh vật phản ứng hoá học. Bởi vậy, vào hôm nay trên Địa Cầu, đối với tuyệt đại đa số sinh vật mà nói, RNA ngược lại thành một cái ở giữa nhân vật, vẻn vẹn thông qua cứng rắn nói đem DNA cắm vào protein bên trong tin tức di động, tuyên kỳ chính mình khi xưa vô hạn vinh quang. Vẻn vẹn số ít thể virus bên trong, RNA vẫn đóng vai lấy độc nhất vô nhị di truyền tin tức quyển mật mã nhân vật. Mà chúng ta phỏng đoán, một chút virus sở dĩ đến nay vẫn ngoan cố mà kháng cự sử dụng DNA xem như di truyền vật chất, một cái khả năng nguyên nhân là bọn chúng cần nhanh chóng sinh ra biến dị lấy đào thoát hệ thống miễn dịch công kích. Tại cái này phương Mặt, phục chế khâu sai lầm tỷ lệ khá cao

RNA phần tử ngược lại có đặc biệt ưu thế.

Cho nên nói đến đây, chúng ta không thể không tiếc nuối tuyên bố, sinh mệnh 1.0

Đến 4.0

Tư tưởng thí nghiệm rất có thể là dư thừa. Địa Cầu sinh mệnh đang sinh ra mới bắt đầu có thể căn bản vốn không cần độc lập di truyền vật chất cùng thôi hóa phần tử, bọn chúng chỉ cần năng lượng trợ giúp Địa Cầu sinh mệnh thoát khỏi nhiệt lực học nguyền rủa, tại hỗn loạn vô tự trong giới tự nhiên thành lập được tinh xảo có thứ tự sinh mệnh kết cấu. Mà RNA tổ tiên thì đảm đương nổi bản thân phục chế, làm sinh mệnh khai chi tán diệp nhiệm vụ quan trọng. Mà sau đó 40 ức năm mênh mông diễn hóa, DNA cùng protein xuất hiện, nhiều tế bào sinh vật sinh ra, nhân loại bắt đầu sinh, trí tuệ xuất hiện, kỳ thực cũng chỉ là một lần kia vĩ đại kết hợp rả rích dư vị mà thôi!

第 2 章 能量：生命大厦建筑师

从命体内最复杂的物质。

一个例子是蛋白质分子的制造。我们已经讲过，蛋白质分子是生命现象最重要的驱动力，是绝大多数生物化学反应的指挥官。它们一般由少则几十个多则几千个氨基酸分子按照特定的顺序首尾相连而成。这条氨基酸长链在细胞内折叠扭曲，像绕线团一样， 形成复杂的三维立体结构。蛋白质分子就像精密设计的微型分子机器，它们的功能往往依赖这种特别的三维结构。在一个蛋白质分子中，哪怕有一个氨基酸装配的错误、一丁点三维结构的变 形，都可能彻底毁掉这台分子机器。

而在今天的实验室里，我们已经可以利用化学合成的方法，以 20

种氨基酸单体为原料，组装出这样的精密分子机器。

我们耳熟能详的中国科学家人工合成牛胰岛素的工作就是一个很好的例子。牛胰岛素是一个由 51 个氨基酸、两条氨基酸链组合而成的蛋白质分子。如今已经有商业化的机器可以完成这项任务

（当然，受到技术限制，这条链还不能太长）。与此同时，我们也可以用更巧妙的方法，让细菌或者其他微生物来帮助我们批量生产想要的蛋白质分子。

另一个很好的例子则是 DNA（deoxyribonucleic acid，脱氧核糖核酸）——地球上绝大多数生命体用来存储遗传信息的物质。不管是直径只有几微米的细菌，还是人体内上百万亿个细胞，在这些

细胞的深处，都小心翼翼地珍藏了一组 DNA 分子。对于每一个细胞而言，DNA 分子代表着来自祖先的遗传印记，也决定了它自己的独特性状。和蛋白质分子类似，DNA 也是由许多个单体分子首尾相连形成的链条。但是作为遗传信息的载体，DNA 分子的化学性质其实比蛋白质分子更简单。它的组成单元只有区区四种核苷酸分子。而且和蛋白质不同，DNA 的结构可以看作一维线性的：四种核苷酸分子的排列顺序形成了某种"密码"，记载着决定生物体性状的信息——从豌豆种子的颜色，到人类的相 貌、身高和智力。我们在接下来的故事里会讲到，DNA 密码的书写规则其实很简单，三个相邻的核苷酸形成一个密码子，决定了蛋白质分子中一个氨基酸的身份。

我们现在已经可以用化学合成的方法组装出一段 DNA 分子，或者动用天然存在的 DNA 复制机器——DNA 聚合酶——组装DNA 分子。在美国科学家克雷格 • 文特尔（Craig Venter）的实验室里，人们甚至已经可以合成一种微生物（丝状支原体）的整套 DNA（见图 2-1），并用这段长达 107 万个核苷酸分子的环形DNA 彻底替代了丝状支原体原本的遗传物质。这项成就被称

砖头瓦块到生命大厦

从维勒的尿素到米勒的烧瓶，建造生命的原材料问题得到了部分解决。看起来不管是在实验室的烧瓶里，还是在远古地球的环境中，制造出组成地球生命大厦的砖头瓦块，应该都不是什么难 事。在今天的实验室里，我们更是可以轻而易举地制造出地球生

为"合成生命"的起点。而如果仅仅考虑合成 DNA 的长度，人类还可以走得更远。例如，2017 年初，美国哥伦比亚大学的科学家人工合成了总长度达到 1440 万个核苷酸分子的 DNA 链，并且利用 DNA 编码规则，在里面存储了一整套计算机操作系统和一部法国电影！

图 2-1 合成生命 3.0（Syn 3.0）。文特尔和合作者人工合成了这种丝状支原体的整套 DNA 分子，在精简至 473 个基因后，用它彻底替换了细胞内原本的 DNA。在此 DNA 的指导下，全新的合成生命诞生了

能在实验室创造如此复杂的生命物质，那生命的本质就此得到解释了吗？并没有。

尽管从尿素合成、米勒 - 尤里实验到人造蛋白质和 DNA，人类制造复杂生命物质的能力得到了飞速提升，但这些进展并没有真正帮助我们理解生命是什么以及生命从何而来的问题。

因为常识告诉我们，一大堆生命物质简单地混在一起，并不会自然地变成生命。一瓶蛋白粉不会自己变成花花草草——即便混了DNA 进去也不行。反过来，当生物死亡的时候，组成它的生命物质可能原封不动地保留下来了，但是生命现象却仍然不可逆转地消失了。换句话说，生命物质和生命现象之间一定存在着一条虽然不为人知、却难以逾越的界限。

这条界限在哪里呢？

为了说明这个问题，我们不妨先考虑一个相对简单的情形。通过

米勒 - 尤里实验我们知道，在远古地球的环境中，自发出现诸如氨基酸和核苷酸这样的有机小分子应该并不是特别困难。但是根据上面的描述，在生物体中，大量的氨基酸和核苷酸要按照某种特定顺序组装成蛋白质和 DNA 分子才能发挥真正的生物学功能。只有这样，蛋白质分子才能折叠成三维的分子机器，推动生物化学反应的进行；也只有这样，DNA 分子才能形成长链，存储复杂的遗传信息。因此我们可能更需要问的问题是：在远古地球的环境里，氨基酸和核苷酸分子自发连成长串，是不是件容易的事情？

不是。让氨基酸和核苷酸单体分子组织在一起变成蛋白质和

DNA 链，是一件非常困难的事情。

我们可以从几个不同的角度理解这种困难。首先是从能量角度。在地球生命的体内，把单个氨基酸串在一起形成蛋白质需要消耗很多能量。蛋白质是按照氨基酸顺序进行装配的，场面有点类似组装汽车的流水线。每个氨基酸单体首先要被机械手抓取，然后准确地安放在上一个氨基酸的旁边，最后组装好的半成品蛋白质再沿着流水线向下移动一格，腾出空间，让机械手装配下一个氨基酸。粗略估计一下，一个细胞中 95% 的能量储备都用来支持蛋白质组装了！

其次是从信息角度。无论是蛋白质还是 DNA，它们的组装是有着严格的顺序的。把一堆氨基酸或者核苷酸分子随意地拼接在一起是没有意义的，这样组装出来的蛋白质和 DNA 在绝大多数时候什么事情都干不了。换句话说，如果你手里有一堆氨基酸和核苷酸单体分子，每次抓一把丢进魔法师的礼帽里让他们随机拼 接，可能试到地球消失的那一天也拼不出生物学上有意义的蛋白质和 DNA 来，其难度大概和猴子随机敲键盘打出莎士比亚的

《哈姆雷特》差不多。

其实说到这里，有些敏锐的读者可能会意识到，能量和信息说的

其实是同一件事。按照我们这个世界运行的基本原理，从混乱

（单个氨基酸和核苷酸的混合物）中产生秩序（氨基酸和核苷酸按照特定顺序组装起来），本身就是极其困难的事情。

依据热力学第二定律（见图 2-2），任何一个孤立系统的混乱程度——物理学家更喜欢用"熵"这个物理量来表述——总是在增大的。通俗的解释就是，如果无人照管，高楼大厦会被风雨侵蚀慢慢破败，乃至倾颓成砖头瓦砾；一个崭新的玻璃杯在使用过程中会慢慢磨损划伤，最终在一次意外中碎成玻璃碴。当然了，在混乱度持续增大的历史潮流中也可以有浪花和逆流：猴子如果敲击键盘足够多次，也能凑巧一次拼出莎士比亚的剧本；给足时间和空间，物质颗粒在亿万次的随机碰撞中也完全可能偶然拼凑出生命现象来。但是这样随机诞生的生命一定是昙花一现的。在热力学第二定律的指挥下，这座随机诞生的生命大厦，也会像一座无人维护的高楼一样，逐渐陈旧下去，直到墙皮剥落，窗棂朽坏， 梁柱倾颓。

图 2-2 热力学第二定律的形象表达。一个封闭系统的混乱度

（熵）总是不断增大的，就像图里两种颜色的球，即便在一开始泾渭分明一丝不乱，但是随着时间推移，小球不断地随机运动，会逐渐趋向于混合均匀，最终达到最大的混乱度。下面是另外一个比喻：一个人随手乱扔砖块，这些砖块凑巧变成一堵整整齐齐的墙的概率是极低的，在大多数情况下，它们会横七竖八地乱堆一地

以负熵为生

也许你会说：砖头变成大厦有啥不可能的？我们完全可以想象有那么一台"建筑师"机器人，能够按照预先存入的建筑蓝图，有条不紊地搬运砖块，搅拌水泥，上梁装瓦，不就能盖楼了吗？虽然我们现在还造不出来这种机器人，但是理论上是非常可行的啊！ 今天很多工厂生产线上的机器臂，其实就已经在为我们这样制造汽车、电冰箱等各种各样的复杂玩意了。有了这样一台机器人， 不管是建新楼还是维护老楼，还不是手到擒来的事情吗？

没错。热力学第二定律确实给生命现象的稳定存在开了一个小小的口子。如果存在外界能量的注入，一个局部系统的混乱度确实也可以下降而不违反热力学第二定律。这也正是薛定谔在《生命是什么》一书中的名言"有机体以负熵为生"。那么，是什么能量驱动了这台建筑师机器人工作，装配出复杂的蛋白质和 DNA 分子，从无到有地修筑起生命大厦呢？

当然了，在这个宇宙里、这颗星球上并不缺乏能量。从一亿五千万千米外远道而来的太阳光是取之不尽的能量来源。直到今天， 全部地球生命所能利用的太阳能加在一起，也仅是抵达地球的太阳能总量的千分之一。在大洋底部，从岩石裂缝中喷涌而出的热泉不光带来了地球深处的热量，也带来了来自地底的化学物质： 氢气、硫化氢、甲烷、氨气，等等。这些物质与周遭的海水迅速反应，也释放出了大量的能量。

但是这些环境中的能量究竟是如何被生命现象所利用的呢？或者说，如果真的存在生命大厦建筑师的话，它们是怎样被这些环境中存在的能量所驱动，利用环境里现成的砖头瓦块，建造生命大厦的呢？

20 世纪初，一群生物学家开始关注这个问题。他们关心的正是生物体内各种各样的现象究竟是怎么被驱动的。

他们首先关注的对象是动物肌肉的运动。这是一个非常自然的选择，毕竟，没有什么比肌肉强有力的伸缩更能直观反映生命现象所需的能量来源了。

人们很快确认，肌肉收缩应该是某种化学反应驱动的。德国科学家奥托 • 迈尔霍夫（Otto Meyerhof）和阿奇博尔德 • 希尔

（Archibald Hill）利用精密的化学测量方法证明，培养皿里的青蛙肌肉纤维仍然可以利用葡萄糖作为能量进行持续收缩。在此过程中，葡萄糖分子被转化成一种叫作乳酸的物质，就是那种能让人在剧烈运动之后感觉肌肉酸痛的物质。

看起来，葡萄糖转化为乳酸的化学反应过程似乎能够释放出生物体可以利用的能量来驱动肌肉收缩。更美妙的是，作为能量源头的葡萄糖本身并不难得，动物完全可以从食物中获取。要知道， 在面包、米饭、玉米、土豆里，最不缺的就是由葡萄糖分子聚合而成的淀粉。

因此接下来的问题就清楚了：在葡萄糖转化成乳酸的化学反应 中，能量是怎样释放出来的，以什么形式存在，最终又是怎样被转移到各种生物过程（例如肌肉收缩）中去的呢？

到 20 世纪 40 年代，随着人们开始了解各种各样完全不同的生物过程——从青蛙肌肉的收缩到乳酸菌的呼吸作用——人们开始意识到，对于地球现存的所有生物来说，不管长相有多么不同，不管是长在高山还是深海，不管是肉眼看不见的细菌还是体形巨大的动物植物，对能量的使用方法其实都是完全一样的。

在生物体内，化学反应释放的能量首先被用来合成一种叫作三磷酸腺苷（adenosine triphosphate，ATP，见图 2-3）的分子。之后这种蕴含能量的分子再去驱动各式各样的生物化学反应。通俗地说，ATP 就是地球生命通用的能量"货币"。

图 2-3 ATP 的化学结构。它可以分解为 ADP 并释放出能量

之所以叫它"货币"，是因为这种物质和货币一样，有一种奇妙的自我循环的属性。我们知道，货币的价值是在流通中体现的：需要买东西的时候，我们用货币交换商品；需要货币的时候，我们再用劳动或者资产换取货币。在此过程里，货币本身不会被消 耗，只是在生产者和消费者之间无穷无尽地交流。和货币一样， ATP 分子也不会被消耗，它只会在"高能量"和"低能量"两种状态里无休止地循环往复，为生命现象提供能量。实际上在人体中， 每一个 ATP 分子每天都要经过两三千次消费 - 生产的循环。当生

命需要能量的时候，ATP 可以脱去一个磷酸基团，变成二磷酸腺苷（adenosine diphosphate，ADP，见图 2-3），蕴含在分子内部的化学能就会被释放出来。而反过来，当能量富余的时候，ADP 也可以重新带上一个磷酸基团，变回能量满满的 ATP。这个属性是不是很像我们日常生活中使用的货币？

而我们当然也能立刻想到，货币的出现是人类经济发展的重要里程碑。有了货币，我们就不需要总是拿山羊兑换斧头，用谷物兑换兽皮了。我们可以把所有富余的货物兑换成货币存储起来，然后在需要的时候购买急需的货物。

类似地，"能量货币"的出现也是生命演化历史上的一次飞跃。有了通用的能量货币 ATP，地球生命就可以将环境中的各种能量

——从太阳能、化学能，到来自食物的能量——兑换成 ATP 储存起来，然后供给生命活动的各个环节了（见图 2-4）。换句话说，ATP 大概就是生命大厦建筑师所需的柴油和电力。只要再进一步，解释一下地球生命到底是如何生产能量货币 ATP 的，生命大厦建筑师的真相就清楚地揭示在我们眼前了。

图 2-4 所有现存地球生命的通用能量货币 ATP。ATP 的出现让细胞中的能量转移摆脱了"以物易物"的状态，能够以 ATP 为媒介，将来自外界的能量（太阳能、化学能、来自食物中营养物质的能量等）以 ATP 的形式暂时存储起来，然后再用于各种生命必需的活动。有了 ATP，生命的能量来源和能量去向就可

以在时空上分离开来。就像有了货币，我们就不需要在缺粮食的时候心急火燎地牵一头羊到市场上去了

更让所有人兴奋的是，既然 ATP 是地球现今所有生命的通用能量货币，那么一个顺理成章的推测就是，地球生命的共同远祖也一定是用 ATP 为自己提供能量的。既然如此，如果我们真的能够解释清楚 ATP 到底是怎么被生物体生产出来的，也许就能够猜测出，我们的祖先在大约 40 亿年前最初在地球上出现的时

候，到底是什么模样的！

初看起来，情形确实是值得乐观的。早在 20 世纪初，人们就已经知道在肌肉收缩的过程中，葡萄糖可以变成乳酸并释放能量。后来人们意识到，这个过程其实和巴斯德研究过的啤酒变酸的过程是一回事：一个葡萄糖分子转变成两个乳酸分子，同时产生了两个 ATP。也就是说，高等动物的肌肉细胞和会让啤酒变质的微生物（后来知道是乳酸菌）居然共用了同一套 ATP 产生机制， 而且这个机制是一个纯粹的化学反应过程（见图 2-5）。

图 2-5 肌肉细胞中的乳酸发酵过程。一个葡萄糖分子转变为两

个乳酸分子，并产生两个 ATP。在这个过程中，由于化学键的拆解组装会固定地释放出一些能量，这些能量又随即用于能量货币 ATP 的生产，因此，这里面的每一步都很精确也很"化学"

之后，人们又陆续发现了更多产生 ATP 的化学反应过程。比如，巴斯德研究过的啤酒酿造，其实就是某些微生物（酿酒酵

母）将一个葡萄糖分子转化为两个酒精加两个二氧化碳，同时伴随产生了两个 ATP 分子的过程。自然界还有很多奇奇怪怪的微生物，甚至还能够利用环境中的无机物（例如硫化氢和铁离子） 来生产 ATP。

因此这样看来，为生命大厦的建筑师找到能量来源似乎是水到渠成的事情了。无非是某些营养物质——可以是葡萄糖这样的有机物，也可以是硫化氢这样的无机物——通过化学反应释放能量， 合成 ATP，然后 ATP 再去为各种各样的生物化学反应提供能量的过程嘛。

当然，实际情况要比这个解释"稍微"复杂一点。就拿葡萄糖为 例，它的潜力绝不仅仅是区区两个 ATP 货币。在氧气充足的条件下，一份葡萄糖分子能被彻底分解为二氧化碳和水。如果核算一下在此过程中化学键的变化，释放出的能量理论上能生产多达38 个 ATP 分子。也就是说，生物学家还需要解释这多出来的 36 个 ATP 分子究竟是怎么从葡萄糖里变出来的，才算是完全揭示了生命现象的能量来源问题。

但是看起来无论如何，最终答案的揭晓似乎仅仅是个时间问题 了。一个葡萄糖分解为乳酸或酒精能够制造两个 ATP，那么无非是乳酸或酒精继续分解成水和二氧化碳，在此过程中释放能量制造剩下的 36 个 ATP 而已。我们完全可以设想这样的化学反应过程：

葡萄糖→乳酸→ X + Y → Z + W →...→水 + 二氧化碳在每一步反应中，化学键的拆装释放出的能量可以制造若干个

ATP 分子。那么最终无非就是一个简单的数学问题而已：只要每一步反应制造出的 ATP 分子数加起来等于 38 就可以了。

化学渗透：生命的微型水电站

结果这个看起来简单的数字游戏，让生物学家从 20 世纪 40 年代

一直忙活到 20 世纪 60 年代，竟然还是无从着手。

这个游戏最让人迷惑的地方在于，随着实验条件的变化，每个葡萄糖分子产生的 ATP 分子数量居然不是恒定的。发挥好的时

候，能量传递得滴水不漏，每个葡萄糖分子都被彻底分解，可以制造出 38 个 ATP 货币，恰好等于理论估计的最大值。但是发挥不好的时候，能制造 30 个左右的 ATP 就算是幸运的了，低到 28 个也不稀奇。更要命的是，当大家试图精确测量 ATP 的产出效率的时候，还经常发现这个数字居然不是整数，而是有整有零 的！也就是说，在同样一个反应体系里，每个葡萄糖分子分解释放能量的效率还可能不一样！

这就太不可思议了。制造每一个 ATP 所需要的能量是清清楚楚的，在化学反应中，每一个化学键的拆开和组合所能释放或者消耗的能量也是可以精确测量的。那么按理说，在同样的实验条件下，一个葡萄糖能生产出的 ATP 数量难道不该是一个恒定的整数吗？

生物学家当然不甘心在如此接近生命秘密的地方停下脚步。在那20 年里，他们尝试了不计其数的解决方案，测量了无数次葡萄糖分解的化学反应常数。在解释生命活动能量来源的"最后一公

里"征程上，不知道留下了多少前仆后继的生物学家的悲伤和无奈。

到最后，这个问题在 20 世纪 60 年代被一位天才科学家用一种匪夷所思的方式圆满解决了。天才的名字叫彼得 • 米切尔（Peter Mitchell，见图 2-6），而他提出的解决方案叫作化学渗透

（chemiosmosis）。简单来说，米切尔的宣言是，生物体制造ATP 的过程根本就不是个化学问题！你们在化学键的拆装里寻找答案，压根儿就是误入歧途。

图 2-6 彼得 • 米切尔

彼得 • 米切尔的一生就是一部传奇。1920 年出生，家境优渥，受到了良好的精英教育。31 岁获得博士学位，35 岁到爱丁堡大学任教，这一段人生旅途一帆风顺。但是 1961 年

他在 41 岁的时候发表了惊世骇俗的化学渗透理论，从此不

见容于主流学术界，甚至不得不半被迫地在 1963 年辞去了教职，回到乡下，把精力主要花在整修他的乡间别墅上。而在 1965 年，不甘就此沉沦的他自掏腰包，在自己的乡间别墅成立了一家彻底的民间科学机构——格莱恩研究所

（Glynn Research Laboratories）——继续为他的化学渗透理论寻求证明。在科学研究之外，米切尔还经常饶有兴致地用他的化学渗透理论来解读社会现象。1978 年，他的理论帮助他加冕诺贝尔化学奖，在演讲中，他说了这么一句意味深长的话："伟大的马克斯 • 普朗克说过，一个新的科学想法最终胜利，不是因为它说服了它的对手，而是因为它的对手最终都死了。我想他说错了。"

这是一个远在传统生物学家想象力之外的全新世界。米切尔提供的解释其实很像中学物理课本里讨论过的一个场景——水力发电站。在米切尔看来，生物利用营养物质兑换能量货币 ATP 的过程，其实就和人们利用水力发电的过程类似。

我们知道，一般来说，夜间的用电量总是要比白天小得多。毕竟灯关了，广播停了，大部分工厂也都下班了。因为供过于求，相比白天的电价，晚间用电总是要便宜不少。因此有些水电站就利用这个时间差来蓄能发电赚取差价：白天的时候，水电站开闸放水，水库中高水位的蓄水飞流直下，带动水力发电机涡轮旋转， 重力势能转化为电能。而到了晚上，水电站就利用比较便宜的电价反其道而行之：开动水泵，把低水位的水抽回坝内，将电能重新转化成重力势能，供白天发电使用。

在米切尔看来，辛辛苦苦地去寻找什么未知的化学反应，压根儿就走错了方向！制造 ATP 的过程和电站蓄能发电的原理是一样的。电站蓄能发电可以分成两步，首先是晚间用电抽水蓄能，然后是白天开闸放水发电。而在生命体内也是一样分成两步，只不过能量的存储形式不是电而是 ATP；往复流动产生能量的不是水而是某些带电荷的离子（特别是氢离子）；筑起大坝的不是钢筋混凝土而是薄薄的一层细胞膜；水坝上安装的水力发电机不是傻大黑粗的钢铁怪物，而是一个能够让带电离子流动产生 ATP 的蛋白质机器罢了（免费书享分更多搜索@雅书.）。

这个过程可以简单地描述为：首先，生命体利用营养物质（特别是葡萄糖）的分解产生能量，能量驱动带正电荷的氢离子穿过细胞膜蓄积起来，逐渐积累起电化学势能。之后，在生命活动需要能量的时候，高浓度的氢离子通过细胞膜上的蛋白质机器反方向流出，驱动其转动产生 ATP。

1961 年，米切尔在著名的《自然》杂志发表了这个奇特的理论。可是他的整篇文章除了猜测和推断之外，没有给出任何实验数据的支持。生物学家的反应可想而知——水电站？蓄能发电？请问

你，你说的水泵是什么？你说的发电机又长啥样？你不是还说水坝？有水坝就有水位差，你给我展示一下看看！被群起而攻之的米切尔甚至一度被逼得在学术界待不下去，只好辞职回家侍弄花草，还顺手整修了家乡的一座乡间别墅。

但是和古往今来那些命运悲惨的政治异类、宗教异类、文艺异类不一样，科学探索有一个亘古不变的原则保护了米切尔这个科学异类。这个原则就是，再大牌的权威、再传统的主张、再符合直觉的世界观，都必须符合实验观测的结果，否则没有力量救得了它。

很快，大家开始意识到米切尔这个离经叛道的假说的价值了。

就像米切尔的微型水电站模型所预测的那样，人们发现，在动物细胞的能量工厂——一种叫作线粒体的微型细胞机器中，确实存在极高的氢离子浓度差。跨越线粒体内层膜，仅仅几纳米的距离跨度就有上百毫伏的氢离子浓度差，这个差别堪比雷雨云和地面之间的电荷差别。这个发现开始动摇部分反对者的信心：因为除了米切尔理论中的假想水坝，实在难以想象细胞为什么需要小心翼翼地维持如此危险的高电压。

与此同时，在米切尔的模型里，葡萄糖飘忽不定的 ATP 生产效率压根儿就不再是个问题了。要知道，抽水蓄能和开闸发电，本质上是完全独立的两件事。抽水蓄能之后，到底开不开闸、开多久、放多少水、发多少电，那都是水电站可以自由决定的事情 了。如果当天需求大，电价高，就多放一点水来发电；否则就少放一点，等过几天再说。细胞内的微型水电站也可以根据细胞内的能量需求来决定生产 ATP 的效率。28~38，这组让生物化学家无比抓狂的数字，就这么轻松地得到了解释！

而最具决定性的证据也许是米切尔推测的那台水力发电机——这个一开始被错误地命名为"ATP 酶"，后来一般被称作"ATP 合成酶"的蛋白质——在 1994 年终于露出了庐山真面目。这一年，米切尔的英国同行约翰 • 沃克（John Walker）利用 X 射线衍射技术

看清了 ATP 酶的真实结构（见图 2-7），它甚至比人们最激进最科幻的想象还要美！这个微型蛋白机器的功能和外表都酷似一台真正的水力发电机。它的核心部分是由三个叶片均匀张开构成 的"齿轮"，这个齿轮和一个细管相连。当高浓度的氢离子汹涌通过细管时，就会带动叶片以每秒钟上百次的速度高速旋转，从而生产出一个个 ATP 分子来。

图 2-7 ATP 合成酶的工作原理示意图。氢离子穿过孔道流动， 推动齿轮的三片"叶片"依次变形，每一次变形都可以生产出一 个 ATP 货币。这个模型来源于 ATP 合成酶的三维结构。因为这个结构，沃克获得了 1997 年的诺贝尔化学奖

这可能是对人类智慧毫无保留的奖掖：看吧，根据几百年间积累的经典力学和电磁学知识，人类设计出了水力发电机，而它居然和大自然几十亿年的鬼斧神工不谋而合。

这当然也可以看作对生命奇迹的礼赞：不需要设计蓝图，不需要人类智慧，在原始地球的某个角落，居然诞生了让人叹为观止的伟大"工业"设计！

生命来自热泉口

至此，生命大厦的能量来源问题得到了圆满的解决。

不是说建造生命大厦需要能量吗？不是说砖块已经齐备，就差动员建筑师来建造大厦了吗？化学渗透理论指出，这一切其实没那么复杂。只要给我一座水坝和一套发电机就可以了。这座水坝可以非常粗糙简易，只需要能够部分地隔绝物质流动，从而像水坝蓄水那样保持住某种物质的浓度差就行。有了稳定的浓度差，就能够稳定地蓄积电化学势能；而电化学势能就可以驱动发电机， 为生命大厦的建筑师供应能量。

除了为生命大厦提供能量，化学渗透理论其实还有着更深远的意义。

我们不妨先暂时停下来问自己一个问题：地球生命为什么要用化学渗透这种方法来制造能量货币？

我们知道化学反应是可以产生 ATP 的，而且葡萄糖分解为乳酸、产生 ATP 的化学反应普遍存在于各种生物体内。那么地球

生命为什么不遵循这种更稳妥、更精确的思路，在葡萄糖一步步分解的化学反应中获取能量，制造 ATP ？或者我们也可以反过来问这个问题。既然已经有了利用化学反应制造 ATP 分子的方法，今天的地球生命为什么仍然不约而同地继续选择借助氢离子浓度差生产 ATP ？

这个问题目前还没有一锤定音的答案。但是近来的一些研究提供了一些很有说服力的视角。

比如存在这样一个可能性：首先积累氢离子浓度，然后再利用氢离子的流动冲击 ATP 合成酶，这种看起来异常精巧的策略，可能反而是地球生命最早最原始的能量来源。2016 年，德国杜塞尔多夫大学的科学家威廉 • 马丁（William Martin）分析了现存地球生物 600 多万个基因的 DNA 序列，从中确认有 355 个基因广泛存在于全部主要的生物门类中。根据这项研究，马丁推测，这355 个基因应该同样存在于现在地球生物的最后共同祖先（last universal common ancestor，LUCA，见图 2-8）体内，并且因为它们有着极端重要的生物学功能，从而得以跨越接近 40 亿年的光阴一直保存至今。在这 355 个基因里，赫然便有 ATP 合成酶基因的身影。与之相反，在现存地球生物体内负责驱动其他 ATP 合成途径的酶，例如催化葡萄糖分解为乳酸或酒精从而制造 ATP 的那些蛋白质，却不见踪影。

图 2-8 LUCA。它并不一定是地球上最早出现的生物，但是现今地球所有生物（动物、植物、细菌、古细菌等）都是它的子孙后代。严格来说，LUCA 是一种生物学家假想出的生物，在今天的地球上无迹可寻。但是根据现存物种的基因组信息比较

结果，人们可以推测 LUCA 大致生活在距今 38 亿年至 35 亿年前，嗜热厌氧

这就很有意思了，根据这个推论，地球生命的最初祖先已经掌握了利用氢离子浓度差制造 ATP 的能力。但是需要注意，祖先似乎没有掌握制造氢离子浓度的能力，因为在这 355 个基因里，并没有找到能够将氢离子从低水位泵向高水位的酶。也就是说，祖先只能被动地利用环境中现成的氢离子浓度差。

我们可以想到的是，在一个稳定的环境中是不可能存在什么稳定的氢离子浓度差的。其实在这样的环境里，任何物质都会逐渐混合均匀，就像在一杯水中滴入红蓝墨水，过不了多久水的颜色就会变成均匀的紫色。那么在远古地球环境里，怎么可能存在现成的氢离子浓度差呢？

答案也许来自深海。

2000 年末，科学家在研究大西洋中部的海底山脉时，偶然发现了一片密集的热泉喷口（见图 2-9）。这片被命名为"失落之

城"（Lost City）的热泉与已知的所有海底火山不同，它喷射出的不是高温岩浆，而是 40~90 摄氏度的、富含甲烷和氢气的碱性液体。而碱性热泉能够提供几乎永不衰竭的氢离子浓度差！远古海洋的海水中溶解了大量的二氧化碳，应该是强酸性的。因此当碱性热泉涌出"烟囱"口，和酸性海洋相遇的时候，在两者接触的界面上，就会存在悬殊的酸碱性差异。而酸碱性差异，其实就是氢离子浓度差异。

图 2-9 深海"白烟囱"。在海底深处地壳构造薄弱而火山活动多发的地带，海水渗入地下，被地球深处的热量加热后重新喷薄 而出，就形成了海底的热泉。这些热泉携带着光和热，以及大 量的矿物质。曾经这些高温高压的地带被视作生命禁区，然而 人们后来发现，海底热泉附近往往有活跃的生物群体出现

更奇妙的是，人们还发现，热泉烟囱口的岩石就像一大块海绵， 其中布满了直径仅有几微米的微型空洞。因此在 2012 年，马丁和英国伦敦大学学院的尼克 • 连恩（Nick Lane）提出过一个很有意思的假说。他们认为，这些像海绵一样的岩石，其实可以作为原始水坝，维持氢离子浓度差。这样一来，化学渗透和生命起源两件看起来风马牛不相及的事情，居然有可能是紧密联系在一起的！

也许在远古地球上，正是在碱性热泉口的岩石孔洞中，氢离子穿过原始水坝的流淌，为生命的出现提供了最早的生物能源。我们的祖先正是利用这样的能源组装蛋白质和 DNA 分子，建造了更坚固的水坝蓄积氢离子，繁衍生息，最终在这颗星球的每个角落开枝散叶。换句话说，其实不是今天的地球生命不约而同地选择

了化学渗透，反而是化学渗透催生了地球生命的出现。

而当我们的祖先掌握了利用化学渗透制造能量的技能之后，他们也就同时掌握了远离热泉口这块温暖襁褓的能力——因为祖先已经不再需要现成的氢离子浓度差和天然的岩石水坝来制造能量 了。此时的他们拥有了能够运输氢离子的水泵，能够稳定储存氢离子的水坝，能够制造 ATP 的水力发电机，甚至还能将能量储存在诸如葡萄糖这样的营养物质中长期备用。

三四十亿年弹指一挥间，当今天的地球人类在饱餐一顿之后出门上班、穿上跑鞋开始运动、坐上飞船飞向茫茫太空的时候，在幕后默默支持我们的，仍旧是氢离子永不停歇的流淌和化学渗透闪烁的永恒光辉。

第 3 章 自我复制：基业长青的秘密

砖头瓦块已经齐备，建筑师也已经充满能量，随时准备不辞辛苦地修建起辉煌壮丽的生命大厦，但是对于任何一种能够抗拒亿万年风霜摧折、在地球上生存和繁盛的生命来说，仅仅有这些还远远不够。

原因很容易理解：这座大厦太脆弱了。

万一一场地震或者火灾毁掉了唯一的大厦怎么办？万一大厦的基础被蝼蚁松动，或者一场台风卷走了大厦的顶层呢？要知道，概率再小的意外，放在几十亿年的时间尺度中，都会变得实实在在起来。也就是说，仅仅由能量驱动建立起来的生命大厦，即便真的在远古地球上出现过，恐怕也早在漫长的时光里毁于意外事故了，那么今天的地球人类估计就没有缘分看到这样的生命了。

更要命的原因还不在这里，而在于地球环境不是永恒不变的！在我们每个人几十年的生命中，我们也许可以安心期待日复一日的日升日落、年复一年的春夏秋冬。当然，这一切还得期待全球气候变化不会带来灾难性的后果。但是如果把时间尺度放大到生命演化的尺度——几千万年到几十亿年，我们就会发现，地球环境的变化剧烈得远非"沧海桑田"几个字所能概括。

举一个我们可能会熟视无睹的例子吧：氧气。人类生存需要氧 气，这是因为在人体中，能量货币 ATP 的生产过程严重依赖氧气。这一点我们已经讨论过，在氧气缺乏的环境下（例如肌肉持续收缩时），一个葡萄糖分子分解成两个乳酸分子，仅仅能产生两个 ATP 分子。而在氧气的帮助下，葡萄糖分子可以彻底分解为二氧化碳和水。这个过程中所释放的能量，通过驱动细胞内的微型水电站——ATP 合成酶，可以制造出多达 28~38 个 ATP 分子。因此，如果没有氧气，人体将无法进行永不停歇的生命活动

——从心脏跳动、游泳跑步，到思维和语言。实际上，人体对氧

气浓度的适应区间是非常狭窄的。在海拔四五千米的青藏高原， 氧气浓度下降到 10% 多一点，人体就会出现缺氧的症状。反过来，如果吸入的氧气浓度过大，人体就会出现所谓的"氧中毒"现象，神经系统、肺和眼球都会受到严重损伤。同样的例子还有温度。人体适宜的环境温度在 25 摄氏度上下浮动。如果人体长期

处于 40 摄氏度以上的环境中，很容易引起中暑死亡；处于低温

环境下也不行，人在 5 摄氏度的海水里只能活个把小时。

特别是，如果考虑更长的时间尺度的话，我们会发现，在亿万年的生物演化历史上，能够满足人体生存环境要求的时间段实在是太狭窄了！在过去六亿年的时间里，大气氧含量可能在 5% 到35% 之间反复剧烈波动，平均气温的变化范围是 10~40 摄氏度

（作为参照，如今地球的平均气温大约是 15 摄氏度）。请注

意，这里我们仅仅考虑了过去六亿年，并且只考虑了氧气浓度和气温两个环境指标。如果把时间尺度扩大到整个地球生命史，再考虑到太阳光强度、昼夜长短、大气组成、土壤的化学成分、食物和天敌等复杂的环境因素，就会得到一个不言而喻的结论—— 在翻脸无情的地球母亲的怀抱里，没有哪个生命可以做到永远左右逢源。

如果生命真的是一座大厦，那么不管修建的时候用了多么坚固耐用的砖瓦，在建成时是多么辉煌壮丽，考虑到它一会儿会在阳光下暴晒，一会儿淹没在倾盆大雨中，一会儿又要被坚冰覆盖，时而被蝼蚁侵蚀，时而受猛兽冲撞，时而遭受流星雨和地震的摧 折，它绝不可能永远基业长青。

一个显而易见的悖论出现了。诞生于远古地球的始祖生命——那些由能量这个天才建筑师建立的生命大厦——是如何逃开了无可避免的意外事故和难以抗拒的沧桑巨变，绵延不绝一直到今天 的？

答案其实很简单：自我复制。

自我复制是地球生命基业长青的基础——以自身为样本，不停地

制造出和自己相似但又不完全一样的子孙后代。

后代越来越多，就保证了即便其中一些因为意外事故——不管是台风、地震还是蝼蚁——死去，还有足够的个体能存活下来延续香火。

而更重要的是，（不够精确的）自我复制为生命现象引入了变 化。这种变化大多数时候难以察觉，比如生命大厦悄悄更换了天井的绿植或是大堂的灯饰。但有些时候也可以惊天动地，整座大厦的楼高、外饰面乃至主干结构都焕然一新。但是无论如何，在自我复制过程中产生的变化，总是快过地球环境动辄以千万年计数的变化。也正因为这样，地球上的生命来了又走，样貌也千变万化——科学家的估计是，在这颗星球上，可能已经有超过 50 亿个物种诞生、繁盛，然后静悄悄地死去——但是生命现象本身却顽强地走过了 40 亿年的风霜雨雪。

当然，在自我复制中出现的这些不怎么引人瞩目的细微变化本身谈不上什么对错，也没有什么方向性可言。不够精确的自我复 制，其实是提供了大量在地球环境中"试错"的生物样品。谁能活下来，谁能继续完成新一轮自我复制，谁就是胜利者。是地球环境的缓慢变迁决定了不同时刻的胜利者，也因此最终塑造了生物演化的路径。

比如，我们刚才说到从六亿年前到今天，大气中氧气的含量始终在上下波动。但是如果时间尺度放得更宽，我们会发现氧气甚至压根儿就不是地球上从来就有的大气成分。在 46 亿年前地球形成的时候，大气的主要成分是二氧化碳、氮气、二氧化硫和硫化氢。直到差不多 25 亿年前，第一批能够利用阳光的细菌出现在原始海洋中，利用太阳光的能量分解大气中的二氧化碳，并以其中的碳原子为食，这才制造出了氧气。对于今天的地球生命无比重要的氧气，其实在当时只是某些生命活动的副产品。更可怕的是，这种全新的化学物质还毒死了当时地球上几乎所有的生物！ 但是与此同时，灾难性的"大氧化"事件却为未来那些以氧气为

生、更复杂多样的生命开启了繁盛的大门，受益者包括海藻、树木、鱼和人类。那些能够在无氧大气里生息繁盛的生命和那些在氧气中自在生活的生命，并无高下之别，仅仅是由于地球环境的变化让前者死去、后者存活罢了。

因此，自我复制的两个看起来似乎自相矛盾的特点保证了地球生命的永续。对自身的不断复制保证了生命不会因一场意外而彻底毁灭，而自我复制过程中出现的错误，则帮助生命适应了地球环境的变化。

那么，自我复制又是怎么发生的呢？

思想实验中的生命演化史

我们不妨先做一个思想实验，构造一个极端简化的生命，探讨一下生命自我复制的原理。

从最简单的情形开始，我们思想实验中的生命——就叫它生命

1.0 吧——只有一个蛋白质分子。从前面的故事里大家可以很容易想象，最有资格入选的蛋白质大概就是为生命制造能量货币的ATP 合成酶了。这个古老的蛋白质分子尺寸很小，仅有个纳米那么大，却蜷曲折叠成一个复杂的、带有三个叶片和一个管道的三维结构，通过飞速旋转不停地生产 ATP。有了它，生命 1.0 就可以制造 ATP 分子，然后用 ATP 来驱动各种生命活动了。

但是生命 1.0 是难以实现自我复制的。从前一章中我们知道， ATP 合成酶有一个极端精巧和复杂的三维立体结构，每个维度上原子排列的精确度达到零点几纳米的水平。且不说想要分毫不差地复制一个这样的结构非常困难，即便是想要看得清楚一点都不容易。在今天人类的技术水平下，要看清楚 ATP 合成酶的每一个原子，需要动用最强大的 X 射线衍射仪和电子显微镜，而想要复制出这样一个结构，还是科幻想象的范畴。

我们大概可以说，要想一丝不苟地复制生命 1.0，可能需要一架比生命 1.0 体形更庞大、更加复杂和精密的机器才做得到。可是

在刚刚出现生命 1.0 的远古地球上，又去哪里找这样的复杂机器

呢？难以自我复制的生命 1.0 注定要孤独一生——而且它的一生一定非常短暂。

为了解决自我复制的技术困难，生命体显然需要一种方法，能更简单精确地记录和复制自身，不要让我们瞪大眼睛去记录和复制一个复杂三维结构的每一点空间信息。这样太烦琐，也太容易出错了。

于是，生命 2.0 应运而生。人体中的 ATP 合成酶是由五千多个氨基酸分子按照某种特定顺序串起来形成的蛋白质大分子。在三维空间中，这些氨基酸彼此吸引、排斥、碰撞、结合，形成了复 杂、动态的三维结构。那么可想而知，只要我们能记录下这五千多个氨基酸分子的先后顺序，然后依样画葫芦地依照这个顺序去组装 ATP 合成酶分子就行了，它可以自己完成在三维空间的折叠扭曲。这样一来，三维空间的信息就被精简成了一维，只是一组顺序排列的氨基酸分子而已。

在今天的绝大多数地球生命中，三维到一维的信息简化是通过DNA 分子实现的。DNA 分子的化学构成其实非常简单，就是由四种长相平凡的核苷酸分子环环相扣串起来的一条长长的链条。它的秘密隐藏在四种核苷酸分子的排列组合顺序中（见图 3-

1）。在今天的地球生命体内，DNA 长链按照三个核苷酸的排列顺序决定一个氨基酸的原则，能够忠实记录任何蛋白质分子的氨基酸构成——当然也包括生命 1.0 中的 ATP 合成酶。

图 3-1 三个碱基密码子对应一个氨基酸。在今天绝大多数的地球生命中，DNA 链上的核苷酸分子会按照三三一组形成"密码子"，每组密码子对应一种氨基酸

这样一来，生命 2.0 在自我复制的时候，就不需要担心复杂的ATP 合成酶蛋白无法精细描摹和复制了。它只需要依样画葫芦地复制一条 DNA 长链就行了，因为 DNA 长链本身的组合顺序就已经忠实记录了 ATP 合成酶的全部信息（见图 3-2）。而与此同时，我们可以想象，复制一条可以看成是一维的 DNA 长链，要比直接复制 ATP 合成酶的精细三维结构省心省力得多。

图 3-2 DNA 的复制模型。首先，一条 DNA 双螺旋链一分为 二；随后，两条 DNA 单链分别作为模板，与新加入的碱基分子配对，形成两条新 DNA 双螺旋

在 20 世纪 50 年代，詹姆斯 • 沃森（James Watson）和弗朗西斯 • 克里克（Francis Crick）利用罗莎琳 • 富兰克林（Rosalind Franklin）获得的 X 射线衍射图谱，建立了 DNA 的双螺旋模型， 并且几乎立刻猜测到了 DNA 是如何进行自我复制的。简单来

说，DNA 复制遵循的是"半保留复制"的机制。就像蛋白质是由20 种氨基酸砖块组合而成的，DNA 也有它独有的砖块：四种不同的核苷酸分子（可以简单地用 A、T、G、C 四个字母指代）。每条 DNA 链条都是由这四种砖块首尾相连组成的。特别重要的是，ATGC 四种分子能够两两配对形成紧密的连接：A 和 T，G 和 C。因此可以想象，一条顺序为 AATG 的 DNA 可以和一条CATT 的 DNA 首尾相对地配对组合缠绕在一起。这样的配对方法特别适合 DNA 密码的自我复制：AATG 和 CATT 两条缠绕在一起的链条首先分离开来，两条单链再根据配对原则安装上全新的核苷酸分子，例如 AATG 对应 CATT，而 CATT 则装配了

AATG，由此一个 DNA 双螺旋就变成了完全一样的两个 DNA 双螺旋。特别值得指出的是，DNA 的复制过程异常精确，在人体细胞中，DNA 复制出错的概率仅有 10 的 9 次方分之一。这就从原理上保证了它可以作为生命遗传信息的可靠载体。

那么，简单而强大的生命 2.0 能否稳定地生存和繁衍呢？

很遗憾，还是不行。事实上它根本就不可能存在。DNA 是一种化学上非常稳定的分子——这并不奇怪，能被选中作为信息密码本的化学分子当然必须稳定和可靠，甚至是懒惰。也正因此，一根光秃秃的 DNA 长链根本就什么都不会干，它既不可能自我复制，也不可能制造出什么 ATP 合成酶来。就像一本写满了字母的密码本，要是没有人抄写，没有人解读，它自己什么也做不 了。

好吧，不气馁的我们继续升级出了生命 3.0。这次，我们需要的东西就多了许多。除了负责制造能量货币的 ATP 合成酶之外， 生命 3.0 还需要一大堆各种各样的蛋白质分子，来实现 DNA 分子的自我复制，利用 DNA 分子携带的信息制造各种新的蛋白质。

单单说 DNA 复制就已经非常复杂了。生命 3.0 需要蛋白质分子帮忙把高度折叠的 DNA 展开变成长链（就拿人的 DNA 来说，完全伸展开来长达数米，所以必须经过几轮折叠包装，才能塞进直径仅有几微米的细胞里，仅仅在使用时才部分展开），需要蛋白质分子在 DNA 长链上精确定位到底从哪里开始复制，需要蛋白质分子运送 DNA 复制所需的原材料（比如四种核苷酸分子）， 需要蛋白质分子填补复制当中的缺口，修正复制过程中出现的错误，还需要蛋白质分子将复制好的 DNA 长链重新折叠回去。

同时，生命 3.0 还需要一大堆蛋白质分子（见图 3-3），根据DNA 密码本的信息制造 ATP 合成酶——有的负责读取 DNA 密码本的信息，有的负责搬运蛋白质的原料氨基酸，有的负责氨基酸的装配顺序，等等。当然了，再多的蛋白质分子也难不倒我

们，我们可以利用在生命 2.0 中就确定的规则，把它们的信息也写入 DNA 长链中去，这样仍然是复制一条 DNA 长链，生命 3.0 就可以把所有蛋白质分子的信息都忠实地复制和传递下去了。

图 3-3 DNA 复制所需的蛋白质。图中仅仅呈现了极小的一部分，但我们已经可以看到，DNA 复制是一个需要大量蛋白质帮手参与的精细过程。DNA 双链首先会在拓扑异构酶和解旋酶的帮助下分解成单链。随后，不同的 DNA 聚合酶分别负责两个方向的 DNA 复制，复制完成的短片段还要在连接酶的帮助下连成长片段

生命 3.0 的命运如何？

我们已经很接近成功了，但是还差重要的一点点。

根据前面的描述，大家就能猜想到，蛋白质分子和 DNA 长链， 对于生命的生存和复制来说，是相辅相成缺一不可的。前者的制造依赖于后者保存的信息，而后者也依赖前者完成自我复制，因此空间上它们必须离得足够近才行。我们必须想出一个办法，把这些东西统统聚拢到一起，保护起来。否则，蛋白质和 DNA 都很容易在自然环境中扩散得无影无踪，谁也找不到谁。

解决方案倒也不难想，用一张致密的网把所有这些林林总总的蛋白质和 DNA 都给包裹起来就行了。在今天的地球生命中也有这

张网，名字叫作细胞膜，是一层仅有几纳米厚度、由脂肪分子构成的薄膜。这层薄膜紧紧地包裹住了蛋白质和 DNA，形成了一个细胞，把它们和危险的自然环境隔绝开来。在今天的地球生命里，除了少数例外（比如病毒），绝大多数生命都是由一个或者多个细胞组成的。

这次，就叫它生命 4.0 吧。

目前，生命 4.0 已经有点极简版地球生命的样子了。我们权且相信它能够在地球上生存下来，因为它能够不断地从环境中攫取能量供给生命活动，也能不停地自我复制对抗衰退和死亡。实际 上，今天的地球生命尽管比我们思想实验中的生命 4.0 要复杂得多，但是从基本原理上看，确实相差无几。

但是新的问题来了：这个看起来靠谱的生命 4.0，真的有可能在40 亿年前魔法般地出现在地球上吗？换句话说，生命 4.0 的构想固然有它的内在逻辑，但它真的有可能模拟了地球生命的最初起源吗？

很遗憾，答案是不可能。或者，至少看起来非常不可能。

其中的麻烦有点像"鸡生蛋还是蛋生鸡"的问题。蛋白质的全部信息都存储在 DNA 密码本中，依靠 DNA 密码本中忠实记录的信息，我们能够制造出各种各样的蛋白质分子。因此，让我们权且假定 DNA 是"鸡"，蛋白质是它下的"蛋"。

但是，一条孤零零的 DNA 长链是没有办法干任何事情的，它需要各种蛋白质分子的帮忙，才能实现自我复制，需要依赖蛋白质的帮忙才能制造出新的蛋白质。如果没有提前准备好蛋白

质"蛋"，DNA"鸡"根本没法继续生"蛋"！

换句话说，我们设计的生命 4.0 想要自发出现，我们得不断祈求大自然同时造就信息互相匹配的"鸡"和"蛋"。而

且，"鸡"和"蛋"还必须几乎同时出现，距离无比接近，才有可能

配合起来造就生命。要是在一阵电闪雷鸣中，一只 DNA"鸡"被创造了出来，但是它附近却没有那只冥冥中注定属于它的蛋白

质"蛋"，那么这只 DNA"鸡"只能沉默着走向分解破碎，因为它自己什么也做不了。而反过来，要是那个蛋白质"蛋"率先在海底的热泉口奇迹现身，甚至还能工作一下或生存一会儿，但是因为没有 DNA"鸡"帮它保留和传递信息，"蛋"必然也会快速走向衰退和死亡。

那怎么办？地球生命对这个问题的回答是非常耐人寻味的：既不是先有蛋，也不是先有鸡。事实上，很可能在生命刚刚出现的时候，鸡和蛋都还没有踪影呢。

不是鸡不是蛋，既是鸡又是蛋

让我们再回顾一下生命 4.0 的基本设计原则吧。DNA 负责记录蛋白质分子的氨基酸排列信息，以 DNA 序列为模板可以制造出各式各样的蛋白质分子。而反过来，蛋白质分子除了制造能量，还可以帮助 DNA 实现自我复制。这好像是个挺简单的二元系统， 是不是？

在自然界，简单往往意味着高效、节约和更容易自发出现。但是很让人意外的是，地球生命不约而同地选择了一种更复杂、相对也更容易出错和更浪费的办法：在 DNA 和蛋白质的二元化结构之间，平白无故地多了第三者：RNA（ribonucleic acid，核糖核酸）。

RNA 是一种长相酷似 DNA 的化学物质，两者的唯一区别就是化学骨架上的一个氧原子。对于我们的生命 4.0 系统来说，RNA 像二郎神的第三只眼睛一样，显得非常怪异和多余。当生命开始活动的时候，DNA 密码本的信息首先被忠实地誊抄到 RNA 分子上，然后 RNA 分子再去指导蛋白质的装配。放眼望去，加上RNA 的生命——就叫它生命 5.0 好了——实在是看不出有什么优势来。打个比方，原本在车间里，一个经理直接指导工人干活就

挺好的，命令传达简单快捷还不容易出错。现在非要给经理配一个主管，每一道命令都必须由经理告诉主管，主管再告诉工人。直觉告诉我们，这样的系统一定存在命令走样变形、人际关系复杂多变等问题，更不要说还得多付这个主管的工资了！

然而，这套叠床架屋的所谓"中心法则"（见图 3-4）几乎成了所有地球生命运转的核心，既保证了遗传信息的世代流传，也保证了每一代生命体实现自身的生命机能。这种巨大的反差驱使人们从反方向思考，也许 DNA → RNA →蛋白质的系统有极其深远但仍不为人所知的意义，以至于这个看起来如此多余、低效和浪费的系统能够挺过严酷多变的地球环境和物种竞争，保留在绝大多数地球生命的身体里。

图 3-4 生命的"中心法则"。依据中心法则，DNA 的自我复制保证了遗传信息的传递和生命的生生不息，DNA 也通过指导蛋白质合成决定了生命活动的形态。RNA 的产生则是其中的一个中间步骤，RNA 一方面忠实抄写了 DNA 的密码信息，另一方面直接指导了蛋白质的制造。值得指出的是，地球生命中也有不少中心法则之外的生命。比如某些病毒并没有 DNA，而是直

接利用 RNA 来存储遗传信息并指导蛋白质合成（例如流感和丙肝病毒）。也有一些病毒虽然使用 DNA，但是和图中不同，它们仅有一条单链 DNA，只在启动自我复制的时候才变成双螺旋

这样做的意义是什么呢？

事实上，早在 20 世纪中叶，当 DNA → RNA →蛋白质这套遗传信息传递的所谓"中心法则"刚刚被提出的时候，就已经有人问这样的问题了。例如 1968 年，DNA 双螺旋的发现者之一克里克就在一篇文章中大胆地猜测，也许看起来多余的 RNA 才是最早的生命形态。他甚至说："我们也不是不能想象，原始生命根本没有蛋白质，而是完全由 RNA 组成的。"但是猜想毕竟只是猜想， 看似无用的 RNA 反而可能是最早的生命，重要的 DNA"鸡"和蛋白质"蛋"反而仅仅是 RNA 的后代和附属品。这样的想法可以引发很多哲学上有趣的思考，但是很少有人期待真的在自然界或者实验室里验证它。

直到 1978 年，30 岁的生物化学家汤姆 • 切赫（Tom Cech）来到美丽的山城——美国科罗拉多州的邦德建立了自己的实验室。

他的研究兴趣和我们讲过的中心法则有密切的关系。我们知道， 在遗传信息的流动中，RNA 是承接在 DNA 和蛋白质之间的分子。它誊抄了 DNA 密码本的信息，然后再以自身为蓝图，指导蛋白质的装配。不过早在 20 世纪 60 年代，人们就已经发现， RNA 密码本其实并不是一字不差地誊抄了 DNA 密码本的信息， 例如 DNA 密码本中往往会写着大段大段看起来没有什么特别用处的"废物"字母（它们的学名叫作"内含子"）。在抄写 RNA 密码本的时候，生物会首先老老实实地誊抄这些废物字母，之后再将它们整页撕去，整理出更精简更经济的一本密码本。

切赫当时的兴趣就是研究这种被叫作"RNA 剪接"——也就是如何撕去密码本中间多余的纸张——的现象。他使用的研究对象是嗜热四膜虫 1（tetrahymena thermophila），这是一种分布广泛的淡

水单细胞生物，很容易大量培养，并且个头很大（直径有 30~50

微米），很方便进行各种显微操作。而研究 RNA 剪接也是分子生物学黄金年代里热门的话题之一，毕竟它关系到遗传信息如何最终决定了生物体五花八门的生物活动和性状。

一开始，切赫的目标是很明确的。他已经知道，在四膜虫体内的RNA 分子中段，有一截序列是没有什么用的。这段被称为"中间序列"的无用信息，在 RNA 刚刚制造出来之后很快就会被从中间剪切掉。而这个过程是怎么发生的呢？切赫希望利用四膜虫这个非常简单的系统来好好研究研究。他的猜测也很自然：肯定有那么一种未知的蛋白质，能够准确地识别这段 RNA 中间序列的两端，然后"咔嚓"一刀切断 RNA 长链，再把两头缝合起来，RNA 剪接就完成了。

为了找出这个未知的蛋白，切赫的实验室使用了最经典的化学提纯方法。他们先准备了一批尚未切割的完整 RNA 分子，再加入从四膜虫细胞中提取出来的蛋白质混合物"汤"。那么显然，RNA 分子应该会被切断和缝合，从而完成密码本的精简步骤。他们的计划是，把蛋白质"汤"一步一步地分离、提纯，排除掉那些对RNA 剪接没有影响的蛋白质，那么最终留下的应该就是他们要找的那个负责剪接 RNA 的蛋白质了。

但是，他们的尝试刚一开始就差点胎死腹中。因为切赫发现， RNA 分子加上蛋白质"汤"确实会很顺利地启动剪接。但是即便什么蛋白质都不加，RNA 分子也同样出现了剪接！

任何一个受过起码的科学训练的人都明白，这个现象是多么令人沮丧。什么都不加的 RNA 分子也能被剪接，看起来只有两个可能性：第一，切赫他们制备的 RNA 已经被污染了，里面混入了能够切割 RNA 的蛋白质，因此不管加不加东西，RNA 分子都被剪接了；第二，切赫他们看到的这个现象压根儿就不是 RNA 剪

接，而是一种不知道是什么的实验错误，因此加不加其他蛋白 质，他们看到的都不是剪接。不管是哪种解释，眼看着这个实验就做不下去了。

于是，切赫他们尝试了各种各样的办法来改进实验。他们首先假定自己的纯化功夫确实不到位，RNA 被污染了，因此想要从里面找出那种被"污染"的蛋白是什么，没成功；后来他们往纯化出的RNA 分子里加上各种各样破坏蛋白质活性的物质，试图停止RNA 的剪接，发现也不成功；他们甚至还做了更精细的化学实验，来研究 RNA 到底是怎么被剪接的、发生了什么化学修

饰......

终于，到了 1982 年，切赫他们干脆放弃了对 RNA 分子各种徒劳的提纯，直接在试管里合成了一个新的 RNA 分子。然后，利用这条理论上就不可能存在污染的纯净 RNA，他们终于可以明白无误地确认，这条 RNA 在什么外来蛋白质都没有的条件下，仍然固执地实现了自我剪接，把那段没用的中间序列切割了出来。

事情已经无可置疑。根本不存在那种看不见摸不着又总是顽固地剪接 RNA 的蛋白质，RNA 可以自己剪断和粘连自己！

说得更酷一点，原本大家觉得多余和浪费的 RNA 分子，居然可以身兼 DNA 和蛋白质的双重功能：它显然可以和 DNA 一样存储信息，同时也可以像蛋白质一样催化生物化学反应——在切赫的例子里，这个化学反应就是对自身进行切割和缝合。切赫给他们找到的这种新物质命名为"核酶"（ribozyme，兼具核酸和酶的功能之意，见图 3-5），而科学界也闪电般地以 1989 年诺贝尔化学奖回报了这个注定要名垂青史的伟大发现。

图 3-5 "锤头"核酶（hammerhead ribozyme），广泛存在于从细菌到人体的多种生物中。一条 RNA 链能内部折叠配对，形成一种状似发卡的结构，并能在特定位置实现自我剪切

当然无论如何，剪接这件事本身看起来其实不过是一种并不那么复杂的生物化学反应。无非是"咔嚓"一刀，然后缝好，在地球生命的体内只能算是一种平淡无奇的现象。但是这个发现仍然具有极其深远的意义，既然在一种单细胞浮游生物体内确实存在着一种分子，它既可以作为密码本记录生命体的遗传信息，又可以作为分子机器驱动一种简单的生命活动过程，那么举一反三，就会想到，也许曾经存在一大类逻辑类似的核酶分子，它们既能够记录五花八门的遗传信息，又能够实现形形色色的生命机能，一身担起 DNA 和蛋白质的使命。

而只要稍加推广，我们就会发现，核酶的概念似乎可以用来解释生命起源！不是说 DNA 和蛋白质先有鸡还是先有蛋这个问题无法解决吗？核酶这种奇怪的东西，至少理论上可以既是鸡又是 蛋！只要想象一个这样的 RNA 分子，它自身携带遗传信息，同时又能催化自身的复制（相比剪接，这当然是一种复杂得多的生物化学反应），那不就可以实现遗传信息的自我复制和万代永续了吗？什么 DNA，什么蛋白质，对于伟大的生命起源来说，不过是事后锦上添花的点缀而已！

RNA世界

不得不承认，这个思路的脑洞还是开得很大的。要知道，虽然切赫发现的核酶确实实现了一点替代蛋白质的功能，但这个功能还是非常简单的，只是给 RNA 做个砍头接脚的外科手术而已。而如果真要设想一种核酶能够实现自我复制的功能，它必须能够以自身为样本，把一个接一个的核苷酸按照顺序精确地组装出一条全新的 RNA 链条来。这个难度比起 RNA 剪接，简直是汽车流水线和榔头剪刀的差别。

不过没过多久，大家在研究细胞内的蛋白质生产过程的时候，就意识到 RNA 的能力远超人们的想象。我们知道，蛋白质分子的生产是以 RNA 分子为模板，严格按照三个核苷酸分子对应一个氨基酸分子的逻辑，逐渐组装出一条蛋白质长链的过程。这个过程是在一个名叫"核糖体"（模型见图 3-6）的车间里进行的。而从 20 世纪 80 年代开始，人们在研究核糖体的时候逐渐意识到， 这个令人眼花缭乱的复杂分子机器，居然是以 RNA 为主体形成的！在细菌中，核糖体车间的工作人员包括 50 多个蛋白质，以及三条分别长达 2900、1600 和 120 个核苷酸分子的 RNA 链。这些 RNA 链条上的关键岗位对于决定蛋白质生产的速度和精度至关重要（免费书享分更多搜索@雅书.）。

图 3-6 核糖体模型

既然连蛋白质生产这么复杂的工作 RNA 都可以胜任，那还有什么理由说，在生命诞生之初，RNA 分子就一定不能做到自我复制呢？

就是在这样脑洞大开的思路指引下，全世界展开了发现、改造和设计核酶的竞赛。我们当然没办法看到地球生命演化历史上第一个自我复制的核酶到底是什么样子的，但是如果人类科学家能在实验室里人工制造出一个能够自我复制的核酶，我们就有理由相信，具备同样能力的分子在远古地球上出现，并不是什么天方夜谭。

2001 年，美国麻省理工学院的科学家成功"制造"出了一种叫作R18 的、具有部分自我复制功能的核酶分子（见图 3-7），第一次证明核酶确实不光能当榔头剪刀，还真的可以装配汽车！当 然，R18 的功能还远不能和我们假想中的那个既能当鸡又能当蛋的祖先 RNA 相比，R18 仅仅能够复制自身不到 10% 的序列，而我们的祖先可一定需要 100% 复制自身的能力。但这毕竟是一个概念上的巨大突破。要知道，既然人类科学家可以在短短几年内

设计出一个具备初步复制能力的核酶，那么我们就没有理由怀 疑，无比浩瀚的地球原始海洋在几亿年的时间里会孕育出一个真正的祖先核酶。

图 3-7 人工设计核酶的进展惊人。R18 能够复制长度为自身7% 的序列，而最新的 tC9Y 核酶可以复制超过合成长度的 RNA 序列，至少在理论上，tC9Y 已经具备了自我复制的能力

在这一系列激动人心的科学发现中，克里克 1968 年的假说重新

被人们翻了出来，而到了 1986 年，另一位诺贝尔奖得主、哈佛大学的沃特 • 吉尔伯特（Walter Gilbert）更是正式扛起了"RNA 世界"理论的大旗，要替 RNA 抢回地球生命的发明权了。

这可能是最接近真相也最能帮助我们理解生命起源的理论了。这个理论的核心就是，RNA 作为一种既能够存储遗传信息又可以实现催化功能的生物大分子，是屹立于生命诞生之前的指路明灯。可能在数十亿年前的原始海洋里，不知道是由于高达数百摄氏度

的深海水温、刺破长空的闪电，还是海底火山喷发出的高浓度化学物质，数不清的 RNA 分子就这样被没有缘由地生产出来，飘散，分解。直到有一天，在这无数的 RNA 分子（也就是无穷无尽的碱基序列组合）中，有这样一种组合，恰好产生了自我复制的催化能力。于是它苏醒了，活动了，无数的"后代"被制造出来了。这种自我复制的化学反应所产生的大概还不能被叫作生命， 因为它仍然需要外来的能量来源，它还没有"以负熵为生"的高超本领。但是，它很可能照亮了生命诞生前最后的黑夜，在它的光芒沐浴下，生命马上要发出第一声高亢的啼鸣。

今天，绝大多数地球生命都在中心法则的支配下生存繁衍，DNA 存储遗传信息并持续地自我复制，DNA 通过 RNA 控制了蛋白质的合成和生物体的性状（见图 3-8）。RNA 仅仅作为信息流动的中间载体出现，看起来多余而浪费。但是在远古地球，情形可能会很不相同。赞成 RNA 世界理论的科学家认为，在那时也许既没有 DNA 也没有蛋白质，而是 RNA 分子身兼两职：既能代替DNA 存储遗传信息，又能代替蛋白质推动各种生物化学反应。

图 3-8 今天的生物世界和 RNA 世界

而可能在 RNA 世界出现甚至统治地球之后，今天地球生命的绝对统治者——DNA 和蛋白质——才崭露头角。从某种意义上

说，它们利用各自的优势，从身兼存储遗传信息和催化生命活动的 RNA 分子那里抢走了原本属于它的荣耀。

相比 RNA，DNA 是更好的遗传信息载体，因为 DNA 的化学性质更加稳定，在自我复制的过程中出错率更低。相比 RNA，蛋白质又是更好的生命活动催化剂。由 20 种氨基酸装配而成的蛋白质分子，比仅有四种核苷酸装配而成的 RNA，可以折叠出更复杂的三维立体结构，可以推动更多更复杂的生物化学反应。因此， 在今天的地球上，对于绝大多数生物而言，RNA 反而成了一个中间角色，仅仅通过生硬地将 DNA 插入蛋白质中的信息流动，宣示着自己曾经的无限荣光。仅仅在少数病毒体内，RNA 仍然扮演着独一无二的遗传信息密码本的角色。而我们推测，一些病毒之所以至今仍然顽固地抗拒使用 DNA 作为遗传物质，一个可能的原因是它们需要快速产生变异以逃脱免疫系统的攻击。在这方 面，复制环节错误率较高的 RNA 分子反而具备了独特的优势。

所以说到这里，我们不得不遗憾地宣称，生命 1.0 到 4.0 的思想实验很可能是多余的。地球生命在诞生之初可能根本不需要独立的遗传物质和催化分子，它们只需要能量帮助地球生命摆脱热力学的诅咒，在混乱无序的自然界中建立起精致有序的生命结构。而 RNA 祖先则肩负起自我复制、为生命开枝散叶的重任。而此后 40 亿年的漫漫演化，DNA 和蛋白质出现，多细胞生物诞生， 人类萌生，智慧出现，其实都只是那一次伟大结合的绵绵余韵而已！