王立铭专栏|生命的秘密(二):寻找造物的第一推动力

作者: 王立铭

来源: 知识分子

发布日期: 2016-04-13

本文探讨了生命起源的科学理论,从活力论到化学渗透理论,揭示了生命组成物质可以在远古地球环境中自发形成的可能性,以及化学渗透理论如何解释生命体内能量的转换和储存。

在两千多年的时间内,亚里士多德提出的活力论主导着人类对生命现象的理解,在活力论的视角下,生命和非生命的区别由一种看不见摸不着的“活力”来决定。当活力消失,生命之树也就随之枯萎。从1824年的尿素合成,到1952年的米勒-尤里实验,终于为生命特殊论画了个漂亮的句号,也证明了生命的组成物质可以在远古地球的环境中自发形成。

但直到天才科学家彼得·米切尔提出的化学渗透理论被最终证实,生命大厦的建筑师才真正浮出水面。

到底什么是生命?或者反过来问,一个东西到底需要具有什么样的特征,才会被我们人类看做是生命?在很长一段时间里,人们普遍相信相比非生命物质,生命具有一些在物理规律之上的神秘特质。古希腊的亚里士多德认为这种神秘物质就是“灵魂”。这种叫灵魂的东西看不见摸不着,也不可能脱离生命“灵魂出窍”,而这种东西赋予了生命体各种各样的生存目的。

但是这种理论却有着极其顽强的生命力。亚里士多德逝世两千年后的十九世纪,就在亚里士多德大多数具体的科学论点——像五种元素构成世界、越重的物体运动速度越快等——已经被后辈科学家们抛弃或修正的时候,他关于生命源自“灵魂”驱动的理论却近乎完整地保留了下来,并且以所谓“活力论”的形式重新成为科学主流。在活力论的视角下,生命和非生命的区别由一种看不见摸不着的“活力”来决定。当活力消失,生命之树也就随之枯萎。

1824年,德国化学家弗里德李希·维勒在让氰酸和氨水——两种天然存在的“无活力”物质——混合反应时,意外得到了一种白色晶体。经过几年的分析,他终于肯定了这种白色晶体的成分是尿素,一种从动物肾脏和尿液里找到的“活力”物质。换句话说,维勒的意外发现证明,所谓的活力物质没有什么神秘,完全可以直接从天然存在的物质中制造出来。

1952年,芝加哥大学的新生斯坦利·米勒对地球生命的起源产生了浓厚的兴趣。

他说服了自己的导师哈罗德·尤里,设计了一个即便是今天看来也有点科幻色彩的实验。米勒在一个大烧瓶里装上热水,模拟原始地球的原始海洋;通进氢气、甲烷和氨气模拟上古时代的地球大气;然后反复在烧瓶中点燃电火花模拟远古地球大气中的闪电。一周之后,当他从烧瓶里取出“海水”进行分析,神奇的事情发生了:电闪雷鸣和硝烟暴雨,居然在这么短的时间里就制造出了几种氨基酸!

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。生物学家们的反应可想而知——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?还有水坝?那请展示一下水位差看看?被群起而攻之的米切尔甚至于一度被逼得在学术界呆不下去,只好辞职回家侍弄花草,还顺手整修了家乡的一座古老庄园。

化学渗透的出现还有更深远的影响。化学渗透的整个过程如果抽象来看,可以看作是生物体把自然界天然存在的能量,转化成身体里可以储存和随时利用的能量的过程。有了化学渗透,生命体就可以把各种能量来源——不管是海底热泉的喷发、太阳光的照耀、还是美味的猎物——转化成化学势能,甚至更进一步的转化成通用的能量货币ATP,或者是更稳定的能量分子(包括淀粉、脂肪、蛋白质)储存起来以备不时之需。

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