地球生命起源之謎（2）大分歧，三派逐鹿俱稱先
本文編譯自BBC年度熱文“the secret of how life on earth began”，本期第二章。
本文與前期文章《天地玄黃、宇宙洪荒：宇宙大爆炸理論介紹》共同組成天問第一期“溯源”主題，探討萬物起源和第一推動力問題，也就是門衛保安經常問的第一個問題：“你從哪里來的？”。
到20世紀50年代初，科學家已經擺脫了由來已久的假設，即生命是神的恩賜。 他們開始探索生命早期在地球上自然而自然地形成的可能性 - 而且由于斯坦利·米勒（Stanley Miller）的標志性實驗，他們甚至對這個想法有了實質的支持。
當米勒試圖從頭開始創造生命時，其他科學家正在弄清楚什么是基因。到目前為止，許多生物分子已經弄明白了。
這些包括糖，脂肪，蛋白質和核酸（如“脫氧核糖核酸” - deoxyribonucleic acid或簡稱DNA）。
今天我們想當然地認為DNA攜帶我們的基因，但對20世紀50年代的科學家來說是非常震驚的。 蛋白質更復雜，所以科學家認為它們是基因。 這個想法在1952年被華盛頓卡內基學院的Alfred Hershey和Martha Chase駁斥。 他們研究了僅含有DNA和蛋白質的簡單病毒，并且這些病毒必須感染細菌才能繁殖。 他們發現：進入細菌的是病毒的DNA，而蛋白質留在了外面。 顯然，DNA是遺傳物質。
Hershey和Chase的調查結果引發了一場瘋狂的比賽，以確定DNA的結構以及運作機理。第二年，英國劍橋大學的弗朗西斯·克里克（Frankie Crick）和詹姆斯·沃森（James Watson）破解了這個謎團，過程中獲得了同事羅莎琳德·富蘭克林（Rosalind Franklin）的許多未被明確承認的幫助。 他們是二十世紀最偉大的科學發現之一。 它還通過揭示隱藏在活細胞內的難以置信的復雜性，重塑了對生命起源的追求。
詹姆斯·沃森（James Watson）和弗朗西斯·克里克（Francis Crick）與他們的DNA模型（來源：A.Barrington-Brown / Gonville和Caius College / Science Photo Library）
Crick和Watson認識到DNA是一個雙螺旋，就像一個被扭曲成螺旋的梯子。 梯子的兩個“極”分別由稱為核苷酸的分子構建。
這個結構解釋了細胞如何復制DNA。 換句話說，它揭示了父母如何復制他們的基因并將其傳給他們的孩子。關鍵是雙螺旋可以“解壓縮”。 這暴露了遺傳密碼 - 遺傳基因堿基對A，T，C和G的序列，通常被鎖定在DNA梯子的“梯級”內。 然后將每條鏈作為模板來重新創建另一個的副本。
使用這種機制，從生命開始以來，基因已經從父母傳給孩子。 您的基因最終都來自那個所有生物的終極祖先細菌，而且每一步都使用克里克和沃森發現的機制進行復制。
請在下面視頻中探索DNA的結構：
克里克和沃森在1953年《自然》上發表了一篇論文，提出了他們的發現。 在接下來的幾年中，生物化學家們你追我趕的尋找DNA中攜帶的準確信息，以及這些信息在活細胞中的用途。 生命中最深處的秘密第一次得到曝光。
最終發現，DNA只有一個工作：你的DNA告訴你的細胞如何制作蛋白質——這些蛋白質是大量基礎生命化學活動的載體。 沒有蛋白質你不能消化你的食物，你的心臟會停止，你不能呼吸。
但使用DNA制作蛋白質的過程證明是錯綜復雜的。 這對任何試圖解釋生命起源的人都是一個巨大的困難，因為很難想象這么復雜的事情是如何開始的。
每個蛋白質本質上是長長的鏈氨基酸，以特定的順序串聯在一起。 氨基酸的序列決定了蛋白質的三維形狀，以及決定了它行使的功能。
該信息承載在DNA的堿基序列的編碼中。 因此，當細胞需要制作特定的蛋白質時，它讀取DNA中的相關基因（【嶺南按】一段按照特定順序排列的堿基編碼）以獲得氨基酸序列。
但DNA是雙螺旋扭曲的，（或許）因為DNA是寶貴的，所以細胞更愿意把它捆綁在一起保證安全。 為此，他們將信息從DNA復制到稱為RNA（ribonucleic acid，核糖核酸）的另一種分子較短的物質上。 如果DNA是一本圖書館書籍，RNA就是一小片紙，“涂抹”著一段重要的編碼信息。 RNA類似于DNA，只不過它只有一條鏈（strand）。
兩個主要的核酸的比較： RNA (左) 和 DNA (右), 展示分別采用的螺旋和核堿基。
最后，將RNA鏈中的信息轉化為蛋白質的過程，發生在一種稱為“核糖體”(ribosome)的極其縝密復雜的分子中。
這個過程正在每個活細胞中進行，甚至是最簡單的細菌。 對生命來說它和飲食、呼吸一樣至關重要。 對生命起源的任何解釋必須闡明這種復雜的三位一體 ：DNA、RNA和核糖體蛋白質，是如何共存、并相互協作的。
細胞能變得非常復雜（來源：Russell Kightley / Science Photo Library）
突然間，Oparin和Haldane的觀點看上去過于原始和簡單，而Miller的實驗，只產生了幾種用于構建蛋白質的氨基酸，看起來也有些業余。他的開創性的研究顯然只是漫長道路的第一步，距離指引我們創造生命還有很遠的路。
約翰·薩瑟蘭（John Sutherland）說：“DNA產生RNA再產生蛋白質，所有這些都是在脂質包裹的化學物質中發生的”（【嶺南按】：指在細胞中發生）。
“你看著這些，只能說：‘哇，太復雜了’，我們又怎么去找到一種有機化學反應--讓這個過程一次發生呢？”
第一個真正直面這個問題的人是英國化學家萊斯利·奧格爾（Leslie Orgel）。 他是第一個看到克里克和沃森的DNA模型的人之一，并且將幫助美國國家航空航天局與他們的維京計劃，這個計劃將登陸機器人發往火星。
奧格爾著手簡化問題。 在他1968年寫的論文里（得到克里克的支持），他認為第一次生命沒有蛋白質或DNA。 相反，它幾乎完全是靠RNA實現的。 如果是這樣的話，這些原始RNA分子必須是特別通用的。 一方面，他們一定能夠建立自己的副本，大概使用與DNA相同的堿基配對機制。
生命從RNA開始的想法將被證明是非常有影響力的。 但也引發了一場一直持續到今天的你來我往的科學賽馬戰。
DNA幾乎是每一個生物的核心（來源：Equinox Graphics Ltd）
通過主張生命從RNA和一點其他次要物質開始，Orgel提出生命的一個關鍵方面： 它的“復制能力”出現在所有其他方面之前。 從某種意義上說，他不僅僅是假設生命是如何組裝的，他在說的是：什么是生命。（【嶺南按】也就是說：生命就是復制）
許多生物學家都會同意Orgel “復制第一” 的想法。 在達爾文的進化論中，創造后代的能力絕對是核心功能：生物可以“贏”的唯一途徑就是留下很多孩子。
但是生命的其他特征似乎同樣重要。 最明顯的是新陳代謝：從周圍環境中提取能量并利用它來保持自己的活力。 對于許多生物學家來說，新陳代謝才是原始生命的首要特征，“復制”后來才出現。
所以從二十世紀六十年代起，研究生命起源的科學家就分裂成幾個陣營。
Sutherland說：“基本的分歧是：‘新陳代謝第一’ PK ‘繁殖第一’ ”。
同時，第三組認為，首先要出現的是關鍵分子的容器，以防止它們脫落。 薩瑟蘭說：“分割室必須先形成，否則就沒有任何意義要做新陳代謝，除非你是分隔的。 換句話說，需要先形成一個細胞（正如Oparin和Haldane在幾十年前所強調的那樣），也許是由簡單的脂肪和脂質膜所包圍形成的。（【嶺南按】細胞第一）
所有這三個想法都獲得了追隨者的支持，并且發展到了現在。 科學家們已經熱衷于堅持他們自己圈養的觀念，有時甚至是盲目的。
結果，關于生命起源的科學會議往往成為爭吵事件，一個陣營的科學家經常告訴這個問題的記者，從其他陣營出現的想法是愚蠢的或更糟的。
感謝Orgel，生命開始于RNA和遺傳學的觀念能早日開始。 然后到了八十年代，一個驚人的發現幾乎證實了這一點……
一位科學家在探索“復制第一”的道路上，找到了一個重要的證據，證明RNA對于生命起源極其重要，并獲得了2009年諾貝爾獎，RNA究竟如何重要呢？且聽下回分解, 嘿嘿 ……
RNA可能是生命的關鍵（來源：Equinox Graphics Ltd）
原作者：Michael Marshall ，31 October 2016
http://www.bbc.com/earth/story/20161026-the-secret-of-how-life-on-earth-began
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