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第十五章 议生命起源

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  过了一会一阵子,摆渡飞船上的几个人又聊了起来。
  “我们只知道生命是由单细胞生物进化而来的,那单细胞生物是怎么诞生的?”中国青年问生物学家。
  “要研究细胞的诞生,那就要先研究基因的诞生和蛋白质的诞生,而基因是由脱氧核糖核苷酸分子构成的,蛋白质是由氨基酸分子构成的,也就是说,要诞生生命,首先必须要有核糖核苷酸和氨基酸,只要这两种化学分子形成了,诞生生命就只是时间的问题了。”生物学家说。
  “那这个构成基因的核酸怎么诞生?构成蛋白质的氨基酸又是怎么产生的?”德国青年问。
  “在核算和氨基酸诞生之前,地球上应该都是以无机物为主,因此这些只能是通过化学反应最早诞生的,这部分不如就让旁边的化学老师讲讲吧!”生物学家转向化学老师。
  化学老师笑了笑,也表示同意,飘到靠近大家的地方,才说道:“好吧,那我来讲讲吧,最开始地球发生了一系列的物理变化,地球刚凝聚诞生的时候,遭受着无数的小行星撞击,甚至包括忒伊亚撞击地球,产生月球等等,经过漫长的发展,地球的温度也慢慢的在下降。化学变化就开始了,形成了原始大气层,包含二氧化碳,水蒸气,氮气,氢气等,后又生成甲烷,氨等等,之后又随着温度变化,形成液态水,加上闪电,强烈紫外线,火山,小行星或者陨石撞击,地质活动等等的长期的变化,数亿年的时间,有些氢气,氨,甲烷,水等在这混乱而特殊的条件下产生了多种氨基酸化合物,这就为蛋白质的合成创造了基础条件。”
  “同时,在这个漫长的过程中,也形成了很多构成核苷酸的原料,比如糖类,磷酸,碱基,而糖类物质当中有一种单糖是五元环结构的五碳糖,它不仅碳环结构稳定,而且是化学键位最少的稳定单糖。因为三元环,四元环的碳环结构不稳定,六元环以上的糖类虽然环结构也稳定,但化学键为太多导致变量太多,因此,化学结构相对最稳定的糖类就是这种五碳糖,所以,大部分的碱基和磷酸跟这种五碳糖结合能够更稳定存在,与这种五碳糖生产的核苷酸就会累积和留存下去,逐渐就产生了大量核苷酸。”
  “虽然,在这个时候,特定的地球环境条件下形成了氨基酸和核苷酸,但只能合成一些混乱的大分子化合物,再经过漫长的演变,一些核苷酸长链,也就是基因的前身,在某些特定的条件下,与一些游离氨基酸在无数偶然的不期而遇中,发生了一定的相互作用,形成了很多多肽链和蛋白质等,而后核苷酸长链与游离氨基酸、蛋白质等又相互作用,形成一种含有四种含氮碱基的,具有特定结构的一类更稳定的核苷酸长链,即核糖核酸。它们之间也慢慢形成了稳定的相互关系,变得更稳定的核糖核酸又继续与游离氨基酸发生一系列反应,产生了各种的多肽聚合物,进而形成更多种类的活性蛋白质分子。”
  “但在演变过程中,核糖核酸长链中的核糖上面还有一个多余的羟基结合键位,这个羟基键位有可能与某些化学物质结合或者改变核酸结构,这就是个唯一的潜在不稳定因素了。因而在进一步演变过程中,又形成了一种没有多余羟基键位的脱氧核糖核酸单链,脱氧核糖核酸单链因为没有了多余的羟基结合键位,所以分子结构变得更稳定更加严密,更容易长期存在和保留信息。于是,经过淘汰和演化就留存下来了一种等宽的特定碱基对互补的双链结构的稳定的脱氧核糖核酸,脱氧核糖核酸也就成为了记录和保存各种核糖核酸与各种氨基酸之间相互作用信息的载体,而核酸所含的4种碱基形成的序列与多种氨基酸之间分别形成了特定的密码对应关系,以碱基序列当中的3种相邻碱基为一组形成的三连密码子体系,总共就包含着64组密码子,可是除了其中的3个终止密码子之外的61组密码子全部被20种氨基酸占用,但这时候核酸与氨基酸和蛋白质的相互关系也变得更加确定有序。这样,经过了核糖脱氧,核酸双链碱基互补,碱基序列与氨基酸之间严格的密码子体系,以及活性蛋白质作用等等这一系列复杂而漫长的演化,形成了一条复杂而有序的,且能够稳定传递其化学反应规律的链式系统,也就出现了一种在一系列复杂的化学反应过程中信息能够稳定遗传的物质,到这时,基因终于正式诞生了。
  此后,只有4种碱基的稳定而有序的基因结构,也只能利用那20种相对应的氨基酸来合成多肽,进而继续形成更多活性蛋白质等物质,再然后,各种各样的活性蛋白质,核酸,糖类,脂肪类,磷酸…等等这些主要物质经过长期的相互作用和演化,这些主要化学物质之间的化学反应越来越具有组织性,形成了一些有助于其化学反应的功能性结构,再后来就诞生了更具活性的细胞结构。细胞形成后,生命进化的序幕就此拉开了。”
  大家都在认真地听着化学老师的讲解,虽然大家都或多或少的了解一些相关知识,能够让一位大化学家重新给大家捋一遍,也是非常难得的。
  “讲的真好,这细胞的形成不就是生物学上的‘道生一’的过程吗?哈哈哈!这么看来老子描述的这个‘道’实质上也算是物理变化和化学反应的基本规律啊!”中国青年说完,德国青年也跟着笑了。
  “那这么说的话,是不是通过科学方法就可以人工制造细胞,制造生命了?”美国青年提出疑问。
  化学家听了,缓慢的摇摇头说:“人工制造蛋白质是可行的,人工制造核酸也可行的,但是要制造生命细胞还是不太可能,光是细胞中复杂的蛋白质结构,相互作用的模式,就多到无法想象,就算是有量子计算机恐怕也不行。”
  看着大家不是太理解的表情,化学家继续解释道:“咱们来举个例子对比一下,会好理解一点,现在人类可观测的宇宙其实已经大到无法想象,但就我们能观测的范围内所有的物质所含的原子数量,不,是所有的物质所含的质子的数量,全部加起来总共才10的90次方个,但是,仅仅一个酵母细胞中的蛋白质相互作用模式就有10的790亿次方,这种数量级的信息,就是完全不可控的了。”
  “10的90次方,就已经很难理解了。”
  “10的790亿次方,这……还只是一个细胞啊。”
  “所以,真正要人工制造生命是不可能的。想想,在蛋白质一级结构顺序不变的情况下,仅仅是蛋白质二级结构的一种折叠方式的改变,就使得正常基因产生的蛋白质变成了100%致死率的朊病毒。”
  在场的几个人,脑海里还在想象着这两组数据的对比。突然又被朊病毒吓一跳,都感觉到不可思议。生命真的是深不可测,神奇而又令人敬畏。
  “这么看来,所谓的人工智能想要产生自我意识是没有可能的吧,哈哈哈!”美国青年笑着说。
  “人工智能的所有行为,所有程序都是人工设计赋予的,本质上永远都只是个厉害的机器或者处理信息的工具,永远都没法和真正生命的复杂性相提并论,除非人类科学技术强大到了一个现在无法想象的文明水平。”化学家说。
  “确实,单个细胞都这么复杂,更别说进化了38亿年才诞生的人类,人工智能无法与之相比,更何况人工智能底层逻辑就决定了它永远都只能是人工智能。”德国青年说。
  “那按道理说,火星最早的时候也是和地球差不多的情况啊,火星也至少应该会诞生单细胞生命吧?”美国青年问。
  化学家有开始解答:“其实,诞生单细胞生命,本质上就是在特定物理条件下,经过一系列的化学反应,经历多种物理演变和化学演变,最后诞生活性大分子物质,从而,构成细胞生命的过程。”
  “说起来简单,但是实际上复杂无比,大家都知道,地球是46亿年前诞生,在38亿年前才诞生了单细胞生命,也就是说,这个过程需要持续7-8亿年的演化,才能诞生单细胞生命。而这7-8亿年还只是一个诞生生命的窗口期。另外,还要在特定的物理环境和条件,配合必要的化学物质发生相关的化学反应才有可能。”
  “总之,就是要火星在降温的过程中,形成适合的大气浓度,必要的化学成分,在闪电,紫外线,撞击,地质活动等条件下,于不同的温度下降阶段及时生成不同的化合物。但是,很明显火星温度变化太快,引力本来就小,磁场还在40亿年就早早地消失了,窗口期太短,因此,火星诞生生命的概率就非常低了。”
  大家听完化学家的讲述,也觉得火星诞生生命的可能性很小了,在火星的某个特殊的地能够诞生一些外星小生命,毕竟除地球以外,太阳系也就只有火星存在生命的可能性较高。
  俄罗斯青年似乎对金星比较感兴趣,你是又提出一个问题:“金星虽然也没有磁场,但是引力大一些,早期的大气浓度应该还没这么高,可能和地球差不多,是不是有这种可能,金星上面早期有可能诞生生命,只不过后期随着大气浓度和二氧化碳浓度变得越来越高,形成了高温高压的恶劣环境,才使得金星上面的生命消失了。”
  化学家说道:“金星是一颗特殊的行星,虽然大小和地球相差不大,但是金星的自转方向和其他行星正好相反,而且自转速度非常慢,金星的一天相当于地球的243天,而且金星的公转周期和自转周期是差不多的,近似于被太阳锁定了,形成了昼半球和夜半球。这种状态是什么时候形成的不知道,但如果是40亿年前就是这个状态的话,那没机会诞生生命了。”
  “其实,诞生生命没看起来那么容易,即使在地球上,诞生生命也不是必然的一个过程。”
  “如果让地球以相同的起点重新演化一次,很有可能在窗口期就诞生不了生命。”
  “如果让人类在同样的自然环境下从灵长类出现开始重新进化一次,说不定现在人类和猩猩还在互相抢地盘呢,很有可能就没有人类文明了。”
  众人听着听着忽然被吓一跳,化学家突然说这两句话,给大家泼了一盆冷水,让大家对外星生命过于乐观的估计和期望值,一下子拉低了好多。
  看着大家有些诧异,化学老师淡淡的笑了笑,又接着解释道:“就算是做个化学实验,不同的人做,或者不同的时间做,就有可能是不同的结果,甚至是失败的结果。更何况是生命的自然诞生呢!”
  “当然,这只是说概率比较小,并且存在很多偶然因素,但是尺度放大到整个银河系或者更大的宇宙,外星生命存在的可能性还是非常高的。”化学家补充说道。
  “嗯,那就好,不然的话,银河系超过千亿恒星系中,如果只有人类一个文明那就太孤单了吧,哈哈哈。”美国青年说道。。
  “在宇宙尺度去看,银河系其实也很渺小,虽然存在生命的可能性是很大的,但是演化另一个智慧文明的概率很小很小。生命要自然地进化出智慧文明不仅是个小概率事件,而且偶然因素更多。”化学家再次说道。
  “……”几人又一次产生了被浇了一盆冷水的感觉。从灵长类动物出现,到进化至石器时代,不是才5千万年吗!在进化尺度上,这算是非常快了呀!
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