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这个有趣的发现对达尔文后来的科学研究 达尔文的理论对我们理解生命有什么启示( 二 )


达尔文提出，生命不是在开阔的海洋中、而是在陆地上的一个小型水体中形成的，其中富含各种化学物质 。这和“原始汤”理论本质相同，但有一项优势：随着水在温暖的白天不断蒸发，溶解在池塘中的化学物质的浓度也会随之提高 。生命所需的化学物质也可以在光、热和化学能的共同驱动下开始合成 。
达尔文的想法在很多方面都极其不完善，但我们并不能责怪他，毕竟在他写下这段话的时候，科学家还没有发现DNA等核酸，物种学家对基因还一无所知，细胞内部的运作机制也仍然成谜 。达尔文猜想，生命起源于蛋白质，但当时并没有人清楚蛋白质究竟是什么 。一直到1902年，科学家才弄明白，蛋白质原本是由氨基酸构成的长链 。
但达尔文的基本构思至今仍是科学家研究的对象 。并且许多研究人员相信，这是目前为止对生命起源的最佳解释 。
热与光
威斯康星大学麦迪逊分校的莉娜•文森特（Lena Vincent）所做的研究可以与“池塘说”兼容，不过她更倾向于持开放态度 。她一直在尝试合成能够复制自身的化学物质组合 。例如有一对名为A和B的化学物质，区别可以合成对方，即A可以制造出B、B可以制造出A 。这样一对化学物质可以实现自我复制，但必须在二者都存在的情况下才能成功，单独一种则不可以 。实践中用到的化学物质组合比这要复杂得多，但基本原理是相同的 。
最关键之处在于，文森特是在矿物质表面开展实验的 。如果关键化学物质位于矿物质表面，“就更容易发生反应、与彼此接触 。”这些化学物质为了附着在矿物质上，还会与彼此进行竞争 。“我们认为，这样产生的环境可以创造出竞争优势，说不定就是进化的前身 。”而自然界中的池塘表层本身就覆盖着黏土等矿物质 。
还有许多证据显示，阳光中的紫外辐射也可以驱动关键化学物质的形成，特别是RNA 。RNA与DNA类似，科学家认为它在早期生命的形成中扮演了关键角色 。这种过程只能在光照充足的环境中发生 。而在这一点上，小池塘无疑比深海更占优势 。
剑桥医学研究委员会分子物种学实验室的约翰•萨瑟兰（ John Sutherland）在相关研究中发挥了主要作用 。他于2009年证实，利用紫外线辐射等简单处理手段，在RNA的四种基本构件中，有两种都可以由简单的碳基化学物质形成 。在此之后，他又证实，如果对处理方法稍加改动，这些初始化学物质还可以形成蛋白质的基本构件、或者构成细胞外膜的脂质 。
“他正在逐渐具备合成复杂核酸长链的完整条件 。”明尼苏达大学的凯特•艾达马拉（ Kate Adamala）指出 。

这个有趣的发现对达尔文后来的科学研究 达尔文的理论对我们理解生命有什么启示

文章插图
最终，陆地上的池塘在炎热环境下会接近干涸、下雨时再被重新注满，如此周而复始 。这种干湿循环看似无关紧要，却会对生命相关的化学物质产生重大影响 。
例如，萨瑟兰在2009年开展的实验只合成了RNA四种基本构件中的两种 。而在2019年，德国研究人员则一次制齐了四种 。他们将简单的碳基化学物质置于热水中的矿物质表面，然后让它们不断经历干湿循环 。如此持续几天时间，便足以合成RNA的基本构件了 。
无独有偶，加州大学圣克鲁斯分校的戴维•迪莫（David Deamer）也证实，干湿循环可以促进简单“原细胞”的形成（即由一层脂质外壳包裹的RNA等物种分子） 。此外，现任职于爱丁堡大学的瓦伦蒂娜•埃拉斯托娃（Valentina Erastova）也发现，在干湿循环的条件下，氨基酸会与矿物质表面的简单蛋白质衔接到一起 。
生命的摇篮
迪莫提出，“不断波动的火山温泉池塘”是生命最可能起源之处 。萨瑟兰则认为，沿陨石撞击坑流下的小溪在坑底汇成的池塘才是生命最早出现的地方 。目前还不清楚究竟哪种可能性更大 。还有很多年轻学者表示，我们对生命的起源过程仍然所知甚少，不足以排除任何一种情况，因此不愿早早站边 。在实际研究中，仍有许多研究人员很重视“碱性热泉说”，尽管该假说也存在一定问题 。
不过有一点很清楚：达尔文的观点极具前瞻性 。他成功预见到，必须有一系列化学物质集中在一个小规模空间中，并且需要一个能量源来驱动化学反应 。
“就像达尔文的许多观点一样，”文森特指出，“‘温暖的小池塘’假说也‘很有先见之明’ 。”
文森特表示，达尔文在信中还提到了另一点，而这一点的主要性被人们“大大低估”了 。“在这个温暖的小池塘中发生的反应也许很容易发生，因此本来无时无刻不在进行 。而我们之所以没能观察到这一点，也许是因为，每当自然条件下合成了一个新蛋白质或类似分子，就被一只饥肠辘辘的


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