落霞小說

第二章 復制基因 · 1

[英]理查德·道金斯2018年11月25日Ctrl+D 收藏本站

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天地伊始,一切單一純簡。即使是簡單的宇宙,要說清楚它是怎樣開始形成的真是談何容易。而復雜的生命,或能夠創造生命的生物如何突然出現,而且全部裝備齊全,我想,這無疑是一個更難解答的問題。達爾文的自然選擇進化論是令人滿意的,因為它說明了由單一純簡變成錯綜復雜的途徑,說明了雜亂無章的原子如何能分類排列,形成越來越復雜的模型,直至最終創造人類。人們一直試圖揭開人類生存的奧秘,而迄今為止只有達爾文提供的答案是令人信服的。我打算以比一般還要通俗的語言闡明這個偉大的理論,并從進化還未發生以前的年代談起。

達爾文的“適者生存”其實是穩定者生存(survival of the stable)這個普遍法則的廣義特殊情況。宇宙為穩定的物質所占據。所謂穩定的物質,是指原子的聚合體,它具有足夠的穩定性或普遍性而被賦予一個名稱。它可能是一個獨特的原子聚合體,如馬特霍恩(Matterhorn)[*],它存在的時間之長足以值得人們為之命名。穩定的物質也可能是屬于某個種類(class)的實體,如雨點,它們出現得如此頻繁以致理應有一個集合名詞作為名稱,盡管雨點本身存在的時間是短暫的。我們周圍看得見,以及我們認為需要解釋的物質——巖石、銀河,海洋的波濤——雖大小不同,卻都是穩定的原子模型。肥皂泡往往是球狀的,因為這是薄膜充滿氣體時的穩定形狀。在宇宙飛船上,水也是穩定成為球形的液滴狀,但在地球上,由于地球引力的關系,靜止的水的穩定表面是水平的。鹽的結晶體一般是立方體,因為這是把鈉離子和氯離子聚合在一起的穩定形式。在太陽里,最簡單的原子即氫原子不斷熔合成氦原子,因為在那樣的條件下,氦的結構比較穩定。遍布宇宙各處的星球上,其他各種甚至更為復雜的原子正在形成。依照目前流行的理論,早在開天辟地大爆炸之時,這些比較復雜的原子已開始形成。我們地球上各種元素也是來源于此。

[*]原系阿爾卑斯山脈一山峰的名稱,現用以指某種原子聚合目。——譯者注

有時候,在原子相遇時,經化學反應而結合成分子,這些分子具有程度不同的穩定性。它們可能很大。一顆鉆石那樣的結晶體可以視為一個單一分子,其穩定程度是眾所周知的,但同時又是一個十分簡單的分子,因為它內部的原子結構是無窮無盡地重復的。在現在的生命有機體中,還有其他高度復雜的大分子,它們的復雜性在好幾個方面表現出來。我們血液中的血紅蛋白就是典型的蛋白質分子。它是由較小的分子氨基酸的鏈組成,每個分子包含幾十個精確排列的原子。在血紅蛋白分子里有574個氨基酸分子。它們排列成4條互相纏繞在一起的鏈,形成一個立體球形,其結構之錯綜復雜實在使人眼花繚亂。一個血紅蛋白分子的模型看起來像一棵茂密的蒺藜。但和真的蒺藜又不一樣,它并不是雜亂的近似模型,而是毫厘不爽的固定結構。這種結構在人體內同樣地重復6萬億億次以上,其模型完全一致。如血紅蛋白這樣的蛋白分子,其酷似蒺藜的形態是穩定的,就是說,它的兩條由序列相同的氨基酸構成的鏈,像兩條彈簧一樣傾向于形成完全相同的立體盤繞模型。在人體內,血紅蛋白蒺藜以每秒約400萬億個的速度形成它們“喜愛”的形狀,而同時另外一些血紅蛋白以同樣的速度被破壞。

血紅蛋白是個現代分子,人們通常用它來說明原子趨向于形成某種穩定模型的原理。我們在這里要談的是,遠在地球還沒有生命之前,通過一般的物理或化學過程,分子的某種形式的初步進化現象可能就已存在。沒有必要考慮諸如預見性、目的性、方向性等問題。如果一組原子因受到能量的影響而形成某種穩定的模型,它們往往傾向于保持這種模型。自然選擇的最初形式不過是選擇穩定的模式并拋棄不穩定的模式罷了。這里面并沒有什么難以理解的地方。事物的發展只能是這樣。

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可是,我們自然不能因此認為,這些原理本身就足以解釋一些結構復雜的實體,如人類的存在。取一定數量的原子放在一起,在某種外界能量的影響下,不停地搖動,有朝一日它們會碰巧落入正確的模型,于是亞當[*]就會降臨!這是絕對辦不到的。你可以用這個方法把幾十個原子變成一個分子,但一個人體內的原子多得不計其數。如果想制造一個人,你就得搖動你那個生物化學的雞尾酒混合器,搖動的時間之久,就連宇宙存在的漫長歲月與之相比都好像只是一眨眼的工夫。即使到了那個時候,你也不會如愿以償。在這里,我們必須求助于達爾文學說的高度概括的理論。有關分子形成的緩慢過程的故事只能講到這兒,其他的該由達爾文的學說去解釋了。

[*]基督教《圣經》中所說的“人類的始祖”。這是喻指會出現奇跡。——譯者注?

有關生命的起源,我的敘述只能是純理論的。事實上當時并無人在場。在這方面存在很多觀點對立的學說,但它們也有某些共同的特點。我的概括性敘述大概與事實不會相去太遠。[*]

[*]我們有很多關于生命起源的學說。在《自私的基因》里,我只選擇了其中之一來闡述我的主要觀點,而不是不厭其煩地全都過一遍。但我并不想留下諸如這是唯一嚴肅的答案或這是最佳答案這樣的印象。事實上,在《盲人鐘表匠》(The Blind Watchmaker)中,我刻意挑選了另一種學說來解釋同樣的問題,那是凱恩斯–史密斯(A. G. Cairns-Smith)的黏土學說。在兩本書里,我都沒有認同所選擇的理論假說。如果我再寫另一本書,我可能會利用機會嘗試從另一個角度來解說,比如德國數學化學家曼弗雷德·艾根(Manfred Eigen)及其同事的理論。我一直以來試圖強調的是學說里的那些基本要素。每一個成功的關于任意星球上生命起源的理論都需要有這些基本要素,特別是要有能自我復制的遺傳實體這個概念。

生命出現之前,地球上有哪些大量的化學原料,我們不得而知。但很可能有水、二氧化碳、甲烷和氨:它們都是簡單的化合物。就我們所知,它們至少存在于我們太陽系的其他一些行星上。一些化學家曾經試圖模仿地球在遠古時代所具有的化學條件。他們把這些簡單的物質放入一個燒瓶中,并提供如紫外線或電火花之類的能源——原始時代閃電現象的模擬。幾個星期之后,在瓶內通常可以找到一些有趣的東西——一種稀薄的褐色溶液,里面含有大量的分子,其結構比原來放入瓶內的分子來得復雜。特別是在里面找到了氨基酸——用以制造蛋白質的構件(building block),蛋白質乃是兩大類生物分子中的一類。在進行這種試驗之前,人們原來認為天然的氨基酸是確定生命是否存在的依據——如果人們在火星上發現了氨基酸,那么火星上存在生命似乎是可以肯定無疑的了。但在今天,氨基酸的存在可能只是意味著在大氣層中存在一些簡單的氣體,還有一些火山,陽光和發生雷鳴的天氣。近年來,在實驗室里模擬生命存在之前地球的化學條件,結果獲得了被稱為嘌呤和嘧啶的有機物質。它們是組成遺傳分子脫氧核糖核酸的構件,即DNA。

“原始湯”的形成想來必然是過程與此類似的結果。生物學家和化學家認為“原始湯”就是大約30億到40億年前的海洋。有機物質在某些地方積聚起來,也許在岸邊逐漸干燥起來的浮垢上,或者在懸浮的微小水珠中。在受到如太陽紫外線之類的能量的進一步影響后,它們就結合成大一些的分子。現今,大的有機分子存在的時間不會太長,我們甚至覺察不到它們的存在,它們會很快地被細菌或其他生物所吞噬或破壞。但細菌以及我們人類都是后來者。所以在那些日子里,大有機分子可以在稠濃的湯中平安無事地自由漂浮。

到了某一時刻,一個非凡的分子偶然形成。我們稱之為復制基因(replicator)。它并不見得是那些分子當中最大或最復雜的,但它具有一種特殊的性質——能夠復制自己。看起來這種偶然性非常之小。的確是這樣,發生這種偶然情況的可能性是微乎其微的。在一個人的一生中,實際上可以把這種千年難得一遇的情況視為不可能。這就是為什么你買的足球彩票永遠不會中頭等獎的道理。但是我們人類在估計什么可能或什么不可能發生的時候,不習慣于將其放在幾億年這樣長久的時間內去考慮。如果你在一億年中每星期都購買一次彩票,說不定你會中上幾次頭等獎呢。

事實上,一個能復制自己的分子并不像我們原來想象的那樣難得,這種情況只要發生一次就夠了。我們可以把復制基因當做模型或樣板,把它想象為由一條復雜的鏈構成的大分子,鏈本身是由各種類型的起構件作用的分子組成的。在復制基因周圍的湯里,這種小小的構件多得是。現在讓我們假定每一塊構件都具有吸引其同類的親和力。來自湯里的這種構件一接觸到它對之有親和力的復制基因的另一部分,就往往附著在那兒不動了。按照這個方式附著在一起的構件會自動地仿照復制基因本身的序列排列起來。這時我們就不難設想,這些構件逐個地連接起來,形成一條穩定的鏈,和原來復制基因的形成過程一模一樣。這個一層一層逐步堆疊起來的過程可以繼續下去。結晶體就是這樣形成的。另一方面,兩條鏈也有一分為二的可能,這樣就產生了兩個復制基因,而每個復制基因還能繼續復制自己。

一個更為復雜的可能性是,每塊構件對其同類并無親和力,而對其他的某一類構件卻有互相吸引的親和力。如果情況是這樣的,復制基因作為樣板的作用并不產生完全相似的拷貝,而是某種“反象”,這種“反象”轉過來再產生和原來的正象完全相似的拷貝,對我們來說,不管原來復制的過程是從正到反還是從正到正都無足輕重;但有必要指出,現代的第一個復制基因即DNA分子,它所使用的是從正到反的復制過程。值得注意的是,突然間,一種新的“穩定性”產生了。在以前,湯里很可能并不存在非常大量的某種特殊類型的復雜分子,因為每一個分子都要依賴于那些碰巧產生的結構特別穩定的構件。第一個復制基因一旦誕生了,它必然會迅速地在海洋里到處擴散它的拷貝,直至較小的構件分子日漸稀少,而其他較大的分子也越來越難有機會形成。

 

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