為什麼一堆沒有生命的分子組合在一起就變成了有生命的生物?
生命是自然選擇塑造的信息,是物質的運動模式,其根本特徵是自我製造。沒有生命的粒子組合起來作為生命信息的物質載體,獲得了自我製造的能力,就變成了有生命的生物。在系統性上,生物是自我組織並自我製造的,只要保持信息的延續性即可。
自我製造能力在RNA分子、蛋白質分子的層面就已經存在了。「沒有生命的分子」要拆分到核苷酸、氨基酸的層面。
- 早在能稱為生命之前,自組織產生的大分子的化學性質就是使用材料進行自組織。能將環境中的無機物和有機物當做材料來組裝自身的分子,只要還沒有被不適宜的環境因素或彼此的幹擾給破壞掉,組裝過程就能一直重複執行,組裝出來的分子也具備和組裝者同樣的組裝能力。
人類可以輕易製造具有這種能力的分子:
成楚暘:會自我複製和進化的分子?zhuanlan.zhihu.comDNA和RNA能夠儲存遺傳信息,但長鏈的自發產生需要的化學反應太過緩慢、需要有效的催化劑,在現代生物體內這個任務是蛋白質完成的,而蛋白質是在DNA或RNA指導下合成的,這是個「先有雞還是先有蛋」的問題。
二十世紀八十年代,人們發現RNA能夠摺疊來具備一定的結構多樣性、行使酶的功能,具備自複製和自組裝的可能性。1986年,隨著多種RNA核酶催化活性的發現,Walter Gilbert的RNA世界假說應運而生,認為生命起源的第一個分子是RNA。
目前已經發現的RNA分子可以獨立地進行遺傳信息的儲存,可以作為核酶催化各種反應,可以對基因的表達進行調控。
1993年,哈佛大學的科學家在實驗室裏創造出能執行RNA聚合酶功能的RNA。從那以來,人類製造出的這種RNA的性能不斷改善,2016年David P. Horning和Gerald F. Joyce發現的24-3聚合酶幾乎能複製任何RNA鏈並將其擴增萬倍。
在RNA的自發產生方面,2009年,Matthew W. Powner等人成功找到了從原始有機物到U、C兩種鹼基核苷的化學反應過程;2016年,Carell團隊破解了從原始有機物到A、G兩種鹼基核苷的化學反應過程;2019年,Carell團隊搞出了能在遠古地球的環境條件及簡單的無機底物作用下同時產生四種RNA核苷酸的過程。該過程不需要複雜的分離和純化,即可產生關鍵的生命組分: