我们还不知道生命是如何、在何处、为何首次出现在我们的星球上的。部分困难在于“生命”没有严格的、普遍认可的定义。
通常这不是问题,因为绝大多数生命肯定是活着的,只有对极端边缘(病毒、朊病毒等)感兴趣的生物学家才需要担心精确的分类。但为了研究生命的起源,我们必须研究一个从根本上改变非生命物质的过程。据推测,这个过程是分阶段发生的,一路上断断续续,因此不协调的化学反应和活力开始之间的界限肯定是模糊的。
在这里至少提出一个简单的生命定义是有帮助的,而不是重写生物学教科书,但至少我们可以正确地构建对生命起源的讨论。为了达到这些目的,一个简单的陈述就足够了:生命是服从达尔文进化论的。也就是说,生命经历自然选择,即通过生存能力的简单美德选择特征和特征传递给新一代的持续压力。如果该特征以某种方式(甚至是迂回的)对生物体的生存能力及其繁殖能力做出贡献,那么它就会持续存在。其他一切都被丢弃(或者,充其量,被毫不客气地带走)。
地球是太阳系、银河系、整个宇宙中唯一已知发生达尔文进化论的地方。
为了成功进化并摆脱单纯的化学反应,生命必须做三件事。首先,它必须以某种方式存储信息,例如各种过程、特性和特征的编码。这样,成功的特质就可以代代相传。
其次,生命必须自我复制。它必须能够相当准确地复制自己的分子结构,以便其自身包含的信息有机会成为新一代,并根据其生存能力进行改变和改变。
最后,生命必须催化反应。它必须影响自己的环境,无论是为了运动,还是为了获取或储存能量,或者生长新的结构,或者是生命每天进行的所有许多奇妙的活动。
通过与环境交互、复制自身以及存储信息(例如如何与环境交互并复制自身),生命可以进化,随着地质时间的推移,其复杂性和专业化不断增长,从卑微的分子到能够窥探其自身隐秘的起源。
在现代,经过数十亿年的实践,地球上的生命已经进化出一系列令人眼花缭乱的化学和分子机器来繁殖自己——一个如此复杂和相互关联的动物园,以至于我们尚未完全理解它。但基本情况已经出现。简而言之(因为我不想让你误认为我是生物学家),生命通过三种分子工具来完成这些任务。
一种是DNA,它通过遗传密码仅使用四种分子的组合来存储信息:腺嘌呤、鸟嘌呤、胞嘧啶和胸腺嘧啶。DNA存储大量信息的原始能力简直就是一个奇迹。我们自己的1和0数字系统(之所以发明是因为它比中间的某个阶段更容易判断电路是打开还是关闭)是我们可以对DNA信息密度进行的最接近的比较。自然语言甚至在图表上都没有占有一席之地。
第二个成分是RNA,它与DNA非常相似,但有两个微妙但显着的差异:RNA将其代码库中的胸腺嘧啶替换为尿嘧啶,并且含有糖核糖,它比DNA的脱氧核糖少一个氧原子。RNA也存储信息,但同样只是笼统地说,它的主要工作是读取DNA中存储的化学指令,并用它来制造三联体的最后一个成员——蛋白质。
“蛋白质”是一个通用术语,指的是几乎无数种分子机器:它们将分子分开,将它们重新结合在一起,制造新分子,将结构固定在一起,变成结构本身,将重要分子从一个地方移动将能量从一种形式转换为另一种形式,等等。
蛋白质还有一项额外功能:它们负责解开DNA并复制DNA。因此,三联体完成了生命的所有功能:DNA存储信息,RNA利用该信息制造蛋白质,蛋白质与环境相互作用并执行DNA的自我复制。这个循环让生物体体验到进化的礼物。
正如我所说,这个周期极其复杂,显然是数十亿年微调和完善的结果。DNA、RNA和蛋白质相互关联的性质意味着它不可能从原始软泥中诞生,因为如果只缺少一个组件,整个系统就会分崩离析——一张三腿桌子缺少一个就无法站立。