007宇宙的复调04

除了保证复制过程准确无误——毕竟这事关遗传——DNA还会指挥细胞的其他活动，也就是所谓的新陈代谢。它们合成信使RNA，后者离开细胞核，确保酶在正确的时间、正确的地点得到制造。这些工作的成果，也就是单一的酶，能够执行细胞的某个特定化学反应。人类DNA长梯上的核苷酸多达10亿。大多数的核苷酸组合可能都没有意义：它们合成出的蛋白质没有任何功能，能给我们这样复杂的生物带来益处的只有很小一部分。但是，它们能做出的组合数量多得惊人——甚至比全宇宙的电子和质子加起来还要多。也就是说，人类拥有的可能性，远远多于历史已经呈现的样貌：我们还有巨大的潜力尚未得到发掘。肯定有什么组合方法能让核酸发挥出——不管选取什么标准——更好的效果，完全超越我们和先人。尽管目前人们还不知道该怎么重排核苷酸序列来创造全新的人类，但将来某一天，我们肯定能让新生儿具备任何想要的特征。只是这个前景令人警醒不安。

演化是通过变异和自然选择进行的。如果DNA聚合酶在复制过程中出错，突变就可能产生——但它很少出错。除此之外，辐射、太阳紫外线、宇宙射线或者环境中的化学物质，都可能改变核苷酸的序列，或者让核酸扭结。如果突变率太高，我们就会失去40亿年艰苦演化的遗传成果。如果太低，物种演化速度又会跟不上未来环境的变化。物种演化需要在基因突变和自然选择中取得精确的平衡，才能展现出非凡的适应性。DNA上单个核苷酸的变化，会导致该DNA编码里单个蛋白质氨基酸发生变化。欧洲裔人口的红细胞多呈球状，一些非洲裔人口的红细胞则像镰刀或者新月。镰状细胞能携带的氧含量较少，容易导致贫血症，但对疟疾有抗性。毫无疑问，贫血症肯定比死亡好。两种红细胞的区别之大，看一眼照片即知。这种对血液功能的重大影响是个典型例子，说明人类细胞DNA里百亿核苷酸的其中之一遭到改变，可能会导致什么样的结果。而我们至今不了解绝大多数的核苷酸到底能起什么作用。

光是看外表，人类和树木很不一样，我们和树木对世界的感知方式也天差地别。然而深入生物分子层面上，树木和人并无二致。我们都用核酸来进行遗传，都以蛋白质为酶来控制细胞的化学反应。更重要的是，和几乎所有地球生物一样，我们用同一套编码手册来将核酸的信息转化为蛋白质信息。[3]这种分子层面的一致性，最可能的解释是所有生物——树也好，人也好，琵琶鱼也好，黏菌也好，草履虫也好——的祖先，都是这颗星球早期历史上某种单一又普遍的生物。问题是，那个决定性的分子到底是怎么产生的呢？

我在康奈尔大学有间实验室。除了通常的内容，我们还研究生命起源前的有机化学，算是给生命的乐章补充点注解。我们在一个容器里还原了早期地球的大气，成分包括氢、水、氨、甲烷、硫化氢——你能在今天的木星和宇宙各处找到这些气体。然后，我们用火花放电刺激气体。电火花相当于闪电——它们同样存在于远古地球和今天的木星上。容器起初是透明的，什么都看不见。但是十分钟以后，容器壁上慢慢浮现出了奇怪的棕色条纹。那是褐色的焦油层。随着它们不断增厚，容器变得越来越不透明。如果我们用紫外线来模拟当时的阳光，结果也会大同小异。焦油是复杂有机分子的集合体，其中包括了蛋白质和核酸的组成部分。这个实验告诉我们，为生命创造原材料实在是一件很轻松的事情。

早在20世纪50年代初，斯坦利·米勒就做过这个实验，他当时还是研究生，师从化学家哈罗德·尤里。尤里曾有力地论证过，和宇宙大部分地方一样，地球早期大气富含氢。后来地球的氢慢慢消失，而巨大的木星没有发生类似的情况；至于生命，它们在氢气消失之前就起源了。有人问尤里，他希望通过原始大气火花放电实验得出什么结论，尤里回答：“拜尔施泰因。”《拜尔施泰因》是厚达28卷的德语著作，列出了所有化学家知道的有机分子。

只要用上早期地球存量最丰富的几种气体，再加上能够破坏化学键的能量，我们就有了制造生命的基础材料。但出现在容器里的东西只能算生命的音符，构不成旋律。这些分子积木还得按照正确的顺序组合在一起才行。是的，构成蛋白质的氨基酸和构成核酸的核苷酸远远不算生命，但在把这些积木拼接成分子长链方面，实验也已经取得了进展。氨基酸在原始地球环境下组装出了类似蛋白质的分子，它们当中还有一些接近酶，能够对化学反应进行些许控制。核苷酸拼接在一起，形成了几十个单位长的核酸链。假使容器中的条件合适，短核酸还能合成出与自身相同的拷贝。

这类还原早期地球环境的试验有许多，但到目前为止，还从没有报告说有新生命爬出了试验缸。类病毒是我们已知的最小生物，由不到一万个原子组成，能引发栽培植物的好几种疾病。不过，类病毒可能是由更复杂，而不是更简单的生物演化变成的。说实话，很难想象出比它们结构更简单的生物。类病毒只由核酸构成，和病毒不一样，连衣壳蛋白都没有。它们不过是一条RNA链，呈线条状或闭合环状。尽管体型微小，类病毒的破坏力可不弱。这些顽强的寄生生物和病毒类似，能接管更大、功能更完善的细胞，把它们改造成生产同胞的工厂。

独立生存的生物里，最小的要数PPLO（类胸膜肺炎微生物）以及类似的生物，它们约由五千万个原子组成。为了独立求生，它们得比类病毒和病毒更复杂。当今的地球环境对简单生物来说并不友好，你只有拼尽全力才活得下来，还得应付想拿你当饭吃的掠食者。但在这颗星球历史的早期，也就是由阳光照射富氢大气产生大量有机分子那阵子，即使是非常简单的非寄生生物也有竞争的良机。最早的独立生存生物可能接近类病毒，只有几百个核苷酸长。尝试创造这类生物的工作也许会在20世纪末展开。关于生命的起源，包括遗传密码的起源，我们还有太多需要了解。不过我们从事这方面的研究才30年，而大自然可是早在整整40亿年前就动手了。这么一想，我们干得还不赖。

这些实验使用的材料并非地球所独有。实际上，你能在宇宙各处找到相似的气体和能量。实验室容器里的变化，很可能也是星际间有机物质和陨石上氨基酸的来源。银河系数十亿的行星上一定产生过同样的反应。宇宙中充满了生命的分子。但即使另一个星球的生物有着和我们一样的分子化学，你最好也别指望它们会长成我们熟悉的模样。想想地球的生物多样性吧，这还只是同一颗星球，同一套分子生物学体系的产物。外星动植物很可能与我们熟悉的任何生物都大相径庭。也许我们能找出些趋同演化的迹象——因为某些环境问题可能只有一个最优解——比如长出两只眼睛去观察可见光，但总的来说，由于演化过程的随机性，它创造出的生物会远远超出人类的想象。

我无法明确告诉你外星生物可能会长什么样，因为我对生命的了解仅仅局限于地球。有些人，比如科幻小说作家和画家，构思过外星人的模样。但我对绝大多数的此类幻想持怀疑态度，因为那太像我们了解的生命形式了。每一种生物之所以会形成某一样貌，都需要历时甚长、几乎无法复现的演化史。我不认为外星生物看起来会像是爬虫、昆虫或者人类——就算把皮肤染绿、耳朵拉尖、加上触须也一样。不过，如果读者坚持，我可以试着想点不一样的东西出来：假设有一颗巨大的气体行星，它类似木星，大气中富含氢、氦、甲烷、水和氨，往下探不到陆地，但那里有稠密的云层，有机分子从大气高层落下，就像天上掉的馅饼，这个过程和我们实验室容器里发生的没什么区别。但想在这样的地方讨生活，生物必须克服巨大的环境障碍：这里湍流动荡，下方无比炽热。要是不小心行事，就会落下去被烤熟。