目前已知,携带遗传信息+具有酶催化功能+具备自我复制能力的分子是一类RNA,并因而催生了生命起源的RNA world学说。人类目前还不知道。教科书中经典的米勒实验其实可重复性并不高。而且以二氧化碳,甲烷这么简单的小分子起始,单就米勒实验自身来说是无法获得比氨基酸更为复杂的有机分子的。但如果以核苷酸和RNA等复杂有机分子作为起始,以Harvard Medical School的诺奖得主Jack Szostak为代表的研究者做了大量的研究探索,不少成果还颇为津津乐道。比如,Jack Szostak和他的博后Katarzyna Adamala就发现,RNA分子可以在脂质小泡或者淤泥表面依靠柠檬酸的保护实现非酶促反应(non-enzymatic)的模板依赖性扩增,简单来说就是不需要酶催化就可以实现RNA的复制。
但即便如此,如何从简单无机物演化出复杂、具有组织规律的有机分子簇,现在还是未知的。这个问题涉及的恐怕不只是有机化学规律,因为化学反应总是会向熵增、吉布斯自由能减小的方向发展,而生命起源过程显然是熵减、吉布斯自由能增加的。究其原因,就是经典的有机反应通常是封闭的热力学体系,而生命过程则是有能量输入的开放体系(比如ATP供给)。因此,非线性动力学和非平衡态统计的规律在此过程中可能扮演着至关重要的角色,而后二者正是目前人类科学研究的前沿边界,尚待更多研究成果。
近年来另一个理论,包含了碱性热泉与金属特别是二价离子的原初能量转化机制的理论更加具有逻辑性和实物证据。观察生物体内的能量转化和二价离子的不可或缺性(例如ATP的水解与合成,还有离子梯度与质子传递,酶反应等等),说明了生物体的能量传递依靠的是生物膜两侧质子梯度差来进行的,而且容易在不同价间转换的二价离子比如镁铁铜等在生命之初就是最基本的成分。因此自然界中必然有天然的质子梯度环境和以金属离子为中心构建的自发能量转化系统,并以此为基础构建出早期的大分子以及self-cleavage或trans-acting的类酶分子比如RNase P,hammerhead RNA等。随着碱性热泉和周边化石的发现,以及黄铁矿管状结构的研究,进一步证实了这一假说。因此RNA World是可能存在但不是最早的起源,两者很可能是同一时间线上的不同阶段。
米勒模拟实验(Miller–Urey experiment)一种模拟在原始地球还原性大气中进行雷鸣闪电能产生有机物(特别是氨基酸),以论证生命起源的化学进化过程的实验。1953年由美国芝加哥大学研究生米勒(S.L.Miller)在其导师尤利(H.C.Urey)指导下完成。
这个实验说明在自然条件(电闪雷鸣、火山高温、紫外线等)的作用下,无机物确实可以生成有机物。
不过这中间有个问题,你生成了一大堆有机物,也不一定就能启动自我复制的链条吧。
直到后来科学家发现了可以自我催化的RNA,这才是关键,催化剂对有机合成有多重要我就不多说了。有了催化剂,才能摆脱电闪雷鸣等复杂反应条件,在温和的环境中进行。
那RNA能否催化自己复制自己呢?如果找到了的话,就算是搞清了生命起源。





