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因的重组产生了多种多样的特征结果，如：肤色、体型、对疾
病的抵抗力，甚至酗酒的倾向性。
尽管孟德尔有了遗传物质的概念，但他并不清楚这个过程
在化学上是如何实现的。在孟德尔死后，大约过了70年，这个
谜终于被解开了。 在剑桥工作的沃森（James Watson）和克里
克（Francis Crick）发现基因由两股复杂的分子组成，这就是现
已广为人知的DNA双螺旋。
现已发现所有生物的每一个细胞中全都含有DNA。虽然它
是非常大的有机分子，但令人惊奇的是，构成DNA的基本化学
单位只有4种。它们分别是：A（腺嘌呤，adenine）、T（胸腺
嘧啶，thymine）、G（鸟嘌呤，guanine）、C（胞嘧啶，cytosine）。
它们数以亿计地散处于DNA分子结构中。这4种物质中的3种便
可以构成一个特定的代码或“词”， 这些由“3个字母”组成
的代码使单个的氨基酸能够按照指定的顺序组合成蛋白质。蛋
白质不单单是组成人体器官的必要物质，所有的生命都要依靠
蛋白质来提供自身所需的复杂化学物质。
使这一过程形象化的最佳办法，莫过于将一个细胞想象成
一大套百科全书。每一册书就是细胞中的一条染色体。人类的
每个细胞中都含有23对染色体，它们由极长并紧密盘绕的DNA
构成。人类身上的这套“百科全书”共有46册，每一册都有数
十亿的词汇量。
就像大百科全书的每一册都讨论大量不同的问题一样，每
一条染色体都控制着生物种种不同的物理特征。打个比方说，
眼睛的颜色就好比是“文艺复兴时期的经济理论”；毛发的类
型就是“第一次世界大战时期伦敦的双层公交车”，身高相当
于“鸭嘴兽的交配习性”。这本百科全书中的每一个条目就是
单个的基因。当然，每个条目都是由段落、单词和字母组成的。
依据我们的类比，段落就是基因中大段的DNA，而单词是DNA
中由3个“字母”组成的“词”（它为氨基酸编码）， 其中的
字母就是基本单元：A、T、C和G。
图 3 遗传密码与单词、书和图书馆的类比
除提供组成基因的必要物质外，通过在细胞中复制自身，
DNA同样也是生长过程中的重要媒介物。它就像是一块模板那
样产生自身新的拷贝。我们的这本“大百科全书”似乎可以无
限地复印和分送；你只要拆开它就能一份一份地复印出相同的
拷贝。但是正像复印一样，在这一过程中总有些小误差。这些
“小误差”被称为“变异”，它们可能是有益的，但也有可能
会产生不良后果。
在克里克和沃森对DNA结构具有独创性和开拓性的发现之
后15年，科学家们对于“大百科”中的“单词”的形成有了充
分的认识。他们发现在A、T、C和G这4种基本物质中，每次只
要3种即可正确定位氨基酸以形成蛋白质。这样一来，用4个不
同的字母，我们就可以得到64个不同的单词（长度为3）。 举
例来说， “G…A…T”就决定了一种特定的氨基酸——“天冬氨
酸。
然而，这并不是故事的全部。DNA并不是遗传机制中唯一
的生化物质。另一种同样重要的化合物叫做RNA（ribonucleic acid
的缩写，即核糖核酸）。它与DNA的关系相当近。让我们来再
看一看大百科全书和复印机之间的关系。大百科全书的书页通
过复印机复制。复印机扫描书页并用墨将书上的文字和图片在
另一张纸上重复展现出来。在生化反应中，将信息从原件传送
至复制件的正是RNA分子。这种特殊的分子可以被看成信息传
递者——它把DNA编码转送至细胞内另一种叫做“核糖体”（
类似于复印机中的实际复印部件）的生化“装置”中，由后者
来构造蛋白质。
整个过程也可以看成工厂中的一条生产线。DNA将“引物
核苷酸”——一种体内已预先制备好的有机大分子——正确地
连接起来制造出更多的DNA和RNA。用我们的类比来看，引物
核苷酸就像是机器的许多小部件，这些部件可以在机械车间的
装配线上拼装在一起。要完成这项工作，DNA还必须使用酶。
酶是另一种有机分子（蛋白质），它能促成某些化学反应的进
行（加快反应的速度，也就是说，它们是生化催化剂）。RNA
将DNA的设计指令转送到核糖体，核糖体用较为简单一些的化
合物（氨基酸）来制造蛋白质。利用这些蛋白质又可以制造出
更多的DNA、RNA和其他大分子，同时另一部分蛋白质以酶的
形式共同参与到细胞乃至整个生命体的维持运作中（包括所有
以上这些过程）。
图 4 DNA如何制造蛋白质
这可是一条自给自足的生产线。大脑是公司的总裁，每个
细胞的细胞核就是一个生产车间，而这些大分子则是机器，所
有的机器和它们的产品是用同样的零件制造出来的。这一切的
一切都由我们吃的食物来提供能量。车间由我们呼吸的空气来
通风，所有的过程都在水（或一种似水的溶液）中完成⑤。
整个过程相当清晰。它展现了生命维持自身运作的机理。
但是，在这个生命循环的生化过程中是否有些问题呢？想一下
生命的基本要素：生命的定义是能够复制并将变异的信息一代
代传下去或通过自然选择而进化的实体。进化是通过复制过程
中的遗传变异来实现的。遗传密码由DNA携带，DNA是在细胞
内利用RNA生产蛋白质的某种生化过程中产生的。不过，我们
陷入了一个左右为难的困境，如果说进化对“生命”乃是必不
可少的，而这个过程本身又要求一系列相当复杂的变化，那么
生命最初是如何产生的呢？从另一个角度来看，所有能够进化
的实体（按我们的定义就是“活的”）都要具有足够复杂的结
构来运作自身的遗传机制，从而实现进化过程——即便最简单
的细菌也是如此（这就是为什么细菌被认为是有生命的原因）。
但一种实体在没有进化的情况下又是如何变得如此复杂的呢？
它究竟是怎么开始攀上这进化之梯的呢？这是出名的“先有鸡
还是先有蛋”之类令人进退维谷的难题。幸运的是，这个看来
无法解答的谜却是有答案的。
直至17世纪，所有关于生命起源的思想都深深扎根于宗教
而不是自然哲学（现代科学的先驱）的基础上。神被视为所有
生命的缔造者；人类是由神通过一种无法（或是不该）了解的
神圣方法创造出来的。随着时光的推移，先后出现了一些试图
解释其中奥秘的理论。
“自然发生论”是最早的理论之一。从很久以前，人们就
注意到一些有机物，特别是像奶酪和面包这样的食物，表面常
常会无缘无故地长出生命来。例如，一块放置了几天的奶酪上
会长出霉茵来。同样的现象也会发生在面包和熟透了的水果上。
由此就引出了生命会“自然”产生的想法。
一直到1860年，这种想法的势头才得以遏制。巴斯德（Louis
Pasteur）证明如果将这些东西装入密封容器中， 它们并不会长
出真菌或其他可见的薄膜。即使面对这样的事实，那些“自然
发生论”的支持者们仍辩称，巴斯德只是证明了面包或奶酪上
自然产生的生命由于缺少空气而窒息并停止生长罢了。巴斯德
于是又接着说明真菌或细菌的生长是由于空气中不可见的孢子
或微生物引起的。有机物表面出现的那种生命形式正是细菌或
真菌的菌落生长到了肉眼可以观察到的地步，而空气、合适的
湿度和可靠的食物来源也都是促成这一切发生的必要条件。
几乎就在巴斯德的研究成果发表之际，自然发生论的丧钟
敲响了——达尔文（Charles Darwin）和华菜士（Alfred Russel
Wallace）几乎同时创建了自然选择的进化理论。在他的革命性
著作《物种起源》中，达尔文证明了生物是如何在一个漫长的
时期中，从简单进化到复杂，而且尽管奶酪上的生物非常简单，
它们决不是随意突然地产生的。鉴于当时的宗教敏感性，达尔
文在《物种起源》中并没有推测生命在地球上产生而不必借助
神的力量。他在书中写道：“造物主”呼出了“一种或几种生
命”。然而，当私下里与他的朋友和同事胡克尔（Joseph Hooker）
通信时，达尔文表达了自己真实的想法——生命从化学中产生：
“从充满了氨、硫酸盐、光、热、电等等所有这一切的某些温
暖的小池塘中诞生。”
自然哲学家试图依据早期的实验以自然发生论来诠释地球
乃至其他星球的生命起源。但是，所有的生命都必须经历进化
过程，从定义上来说都要在自然选择法则的支配下运作——它
们要卷入代代相传的遗传变异，并且必须变得复杂到能够参与
这种过程。虽然我们面临着“先有鸡还是先有蛋？”的问题，
自然发生论却不是这个问题的答案，它只是一条死胡同。
有一种避开了这一起源问题的理论叫做“胚种说”。它主
要由瑞典化学家阿雷尼乌斯（Svante August Arrhenius） 之倡导
而在19世纪大为流行。阿雷尼乌斯认为生命是从外层空间以孢
子的形式传到地球上的，他的这种理论得到当时多位著名科学
家的支持，其中包括杰出的物理学家亥姆霍兹（Hermann von Helmholtz）
和开尔文勋爵（Lord Kelvin）。从详细的模型中可以看到， 胚
种说提出“生命的种子”从一颗行星传至另一颗行星，当某颗
行星演化到适宜于生命时，生命就会开始出现。
根据胚种说支持者的说法，地球上的生命是在大约35亿至
40亿年前，生命种子或孢子来到地球以后开始出现的。当时地
球上已经形成了适合这些“种子”生长和进化的大气层和地面
环境。
迄今为止，这种理论仍相当有争议。现代胚种说的积极支
持者霍伊尔（Fred Hoyle） 和维克拉马辛在过去几十年内一直
不懈地进行着论证，而且事实上也没有任何科学推理可以证明
这是不可能的。 即便艾伦山84001是第一块被发现含有生物化
石的火星岩石，它无论如何也决不是唯一含有有机物质的陨石。
我们已经从坠落在地球上的岩石中发现过大量不同的复杂有机
分子。这些岩石中有一部分是从太阳系外历经数千万年来到这
里的。就像彗星一样，从其他恒星的行星系统中诞生（虽然不
常如此），并踏上漫漫旅程前来此地⑥。
胚种说的一个疑点在于：细菌作为最简单的生命，经受不
住宇宙中以百万年计的漫长旅行。不过，新的证据却使持此疑
问的反对者失去了优势。
近几年的研究表明，细菌可以在地球上一些环境非常恶劣
的地方生存。10年前，科学家在活火山口附近发现了细菌的生
长。类似的情况也出现在其他地方。在热泉和南北两极的荒漠
地带也都有能够忍受极端温度的细菌的影踪。更有甚者，在核
反应堆通风口处也有生命在繁茂生长。不过，这些比起1996年
的一项发现来说却又算不了什么了。一群科学家在美国东海岸
的海床上钻了一个深洞后惊奇地发现，在水下11 000英尺（约
3350米）的沉积物下面2500尺（约760米） 的地方也有细菌存
在。
很难想象科学家们当时震惊的样子。几乎所有地面上的生
物都不能承受海平面以下13 000英尺（约4000米）处的环境。
那里的温度大约是170℃，而且压力约是地面上的400倍。虽然
这与星际空间中几乎毫无大气压力、并且处在绝对零度（…273
℃或0Ｋ）边缘的环境不完全相同，但这无疑同样是很严酷的
条件。没有理由说，能够在地表以下13 000英尺（约4000米）
处的恶劣条件下生存的细菌，如果在一颗彗星或流星体的中心
部分静静地处于休眠状态的话，就一定不能忍受太空中的环境。
然而，完全没有必要在“是否可能”这上点上大费周章。
在前面的章节里我已说过，DNA和RNA是由一种叫做“引物核
苷酸”的大型有机分子或生化物质产生的，“引物核苷酸”镶
嵌在一起形成更坚实的单元，它们制造出DNA和RNA的组成部
分。有些人认为这种较为简单的“生命前”单元（作为生命前
驱的大型有机分子，但其自身并不是“活的”）可以承受星际
之旅）将生命之种传播到地球上。
这次生命之旅的出发点可能是我们这个太阳系中的某处——
也许是火星，假如那里确实先于地球有过生命。要不然，它也
可能是从许多光年以外比我们太阳系先有生命的另一个行星系
统出发，长途跋涉才来到这里。
尽管恒星之间相距遥远，封闭在彗星或流星体中的有机物
质往往要在太空中漂泊数百万年，但是生命通过这种方式传播
到地球的可能性依然存在。最近的估计表明宇宙的年龄大约是
150亿年，而地球上最早出现生命的时间是35亿～40亿年前。
可见， 从大爆炸到地球上首次出现生命之间至少有100亿年的
时间。很有可能在银河系或其他星系中有某个行星系统比我们
的太阳系形成和冷却得稍早一些，如果生命在那里开始进化，
哪怕只比这里早了1％，也会给生命之种数千万年的时间飞抵地
球。
20世纪70年代，一群加拿大和英国科学家在胚种说的基础
上提出了一种更精致的思想，称为“生命云”理论。这种理论
展示了星际尘埃云中含有的有机化学成分如何反应生成核糖体
和蛋白质。按照这种理论，当行星穿越这样的云时，生命之种
的传播就完成了，一旦行星上的环境变得适宜，生命就开始繁
盛起来。他们认为地球很有可能在35亿～40亿年前曾穿越过这
样的星云。
基于“胚种说”的种种可能的理论都非常有趣，也没有什
么科学依据可以完全否定地球生命源于某个遥远世界的假设，
但是它同样无法解开生命的起源之谜。这些理论就像移动球门
柱一样，将问题的重心转移了一下而已。就算“胚种说”是正
确的，它确实解释了地球生命的起源，但老问题仍未解决：生
命究竟是怎样在它第一次出现的地方产生的呢？
不管某一天“胚种说”会被证实为对或错，如果我们要认
真地探究生命起源的话，就应该先把它放在一边。取而代之的
是，让我们暂且假设地球上的生命不是来自其他地方，而是在
当时的环境条件下，通过某种途径自行产生的。那么，它会是
如何产生的呢？
1936年，俄国生物学家奥巴林（Aleksandr Ivanovich）在《
生命的起源》一书中首次尝试描述含简单化合物的溶液如何通
过一系列生物化学反应形成非常复杂的分子结构。在那本书中，
奥巴林提出原始的生物有可能是从已有的有机物中产生的，而
那些有机物又是由更为简单的化合物自然形成的。这样，他真
正开始将达尔文的进化论放入前生命系统之中。尽管奥巴林可
以在实验室中用精密的实验来证实他的构想，但不足为奇，他
在当时受到了全体宗教思想家和科学家的怀疑。不过，他的理
论得到了英国大生物学家霍尔丹（John Haldane）的支持。霍尔
丹是第一位提出在原始海洋中发现的某些有机化合物或许能合
成某种可自我复制的物质形式的科学家。他认为富氢的大气环
境会大有帮助，这一系列条件称为“还原性大气”⑥。
20世纪40年代和50年代中，认为生命起源于大气中含氢的
原始地球的想法相当盛行，并且由于1953年两位美国化学家米
勒（Stanley Lloyd Miller）和尤里（Harold Clayton Urey） 进行的
有些传奇色彩的实验而得到了长足的发展。
1953年4月， 全世界都为克里克和沃森所揭示的DNA分子
“双螺旋”结构所震惊。一时间，关于生命的话题以及如何利
用科学技术手段来揭开遗传和进化之谜的各种讨论成为新闻的
焦点。在这样的环境下，一个月之后，也就是1953年5月， 米
勒和尤里公布了他们的革命性发现。
按照试验计划，米勒和尤里决定要验证一下奥巴林和霍尔
丹的理论。他们在实验室中做了一个假想生命出现时地球环境
的模拟实验。首先将氢、水、甲烷和氨混合成某种气体（为了
和史前地球大气的成分相吻合），然后模拟闪电，让这些混合
物经受一星期的放电反应。
一周之后，他们得到了令人吃惊的结果。在烧瓶底部的红
褐色沉淀物中发现了大量的有机化合物。其中包括多种有机酸
（脂肪酸和羟基酸）和尿素，此外还有一系列与糖的结构相似
的化合物。进一步的研究表明，这种方法可以产生大量生�