《生命是什么》 ——第三章:自我复制

        本章围绕生命的自我复制,展开讲述了其中的几部分内容:思想实验中的生命演化史、最初的生命是从何而来、以及进一步验证前面的猜想。

        生命体本身之所以要进行自我复制,是因为一个我们在日常生活中都不曾着重关注的事实——即大环境对我们的影响,小到温度、氧含量、气候,大道板块的运动、星体之间的相互作用。因为他们的变化周期这对我们来说,都太过长远,但放眼整个地球46亿年的历史里,适应每一种生命体的时间都绝非永久,而这种生命体之所以存在,是因为他在不断地自我复制中不断进化。有些找到了一个“可行”的方向,于是他的的后代也就存活了下来。从宏观来看,就是我们说的适者生存。这种方式之所以可行,正是由于生命的进化快过地球本身以千万年计数的变化,而正是地球缓慢的迁变,塑造了奇妙的生命演化的路径。

        那具体的,落到“思想实验”里的生命现象本身,又拥有着怎么样的演变过程?我们大致可将书中提到的思想实验,简化为这么几个重要阶段:

        阶段一:此时的生命体仅仅含有一个蛋白质分子,显然它最有可能是我们所说的为生命制造能量货币的ATP合成酶。而这个阶段的问题在于,简单来说由于它是以一种三维的方式呈现,所以自我复制的过程及其困难,以至于这种复制在当时并不存在可能性。正如书中所说:如果我们要一丝不苟的复制它,那么我们可能需要一台比他自己更为庞大、更加精密、更加复杂的机器,而这个机器在远古地球上,显然事不存在的。由此,我们必须在此基础上添加一些东西,这也就进入了下一个阶段。

          阶段二:我们在假设中加入了DNA,现在,他的主要作用不是去简化繁杂的信息,因为根本就不存在如此之多的信息需要整理,而是直接用长链这种“有效”的复制原本存在于ATP合成酶的信息即可。补充说明,此处的“有效”建立在ATP合成酶在自我复制时的“无效”上。对于DNA再说,它遵循的时半保留复制机制,它由四种不同的核苷酸分子构成,每种分子之间都有着固定的搭配,这也使得它在自我复制是有着足够的精确性,从而在原理上在原理上保证了他作为生命遗传信息的载体的可靠性。不过仅仅拥有便于复制的载体,没有进行复制过程的组成部分,那么再精炼的信息也都是徒劳,于是,我们还需要在此基础之上加入某些东西——

        阶段三:为了解决上述问题,我们需要加入各种各样的蛋白分子,来实现DNA的自我复制,也就是利用DNA所携带的信息来制造新的蛋白质。

        此时,这些负责进行复制的蛋白质分子是这样工作的:把原来长为几米的DNA,现在被压缩为微米级的DNA链条展开,进行一系列的复制工作,简记为运输材料,有序复制、填补缺口、修复错误,然后,需要把DNA链条重新折叠成原来的样子。

          这个自我复制的过程,基本已经完善,最终需要的,仅是把上述说有的这些组成部分聚拢到一起,进而可以相辅相成地稳步工作,而这也就是我们所说的细胞膜。

        想到此,书中的问题让我感到一阵犯傻,他说“这种生命体真的有可以在40亿年前魔法般的出现在地球上么吗?”难道这不该是在进行这个思想实验之前就想到的事情吗,也就是我们所说的“合理性”,一旦一个实验没有了合理性,我们不该立马叫停吗?         

        不过,尽管它看上去几乎不可能,但他却至少说明了一个情况,那就是DNA与ATP合成酶以及各种蛋白质分子的合作模式。

        顺着作者,也许是曾经人类的思路,我们猜想肯存在一种东西,我们这里直接称其RNA,简单来说,这是一种中线酷似DNA的化学物质,唯一区别在于化学骨架上多了一个氧原子,RNA的工作模式是誊抄DNA上的信息,然后再去指导蛋白质装配。但如此,并不能直观看出RNA的价值,表面上无非是让这个结构变得更加复杂。

          对此,书中给出了一个看似非常合理但略有些耐人寻味的解释“RNA是一个生命体的运转中心,他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。”换言之,即为在保证遗传物质传递的同时,不局限新的生命的变异。

          到此,好像运转机制这件事情算是解释明白了,那人们也就有了下一个更加跳脱的猜想:RNA是否可能是生命体最早的样子?

          经过一系列实验,科学家们发现了一个重要的事情:RNA即可以和DNA一样储存信息,也可以跟蛋白质一样催化生物化学反应——他的能力超乎我们之前对他的想象与预设。由此,我们认为,或许RNA就是在这浩瀚宇宙中最早出现的生命体。

          实际上,这种自我复制的化学反应大概还不能叫做生命体,因为它仍需来自外界的能量来源,也就是它还没有“以负熵为生”的超高本领。不过它很有可能就是生命体的“祖先”,是地球上生命到来之前的一个暗示。

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