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命分子可能成亿成亿地迅速复制和自身一样的分子。偶然的突变
会产生形式稍有改变的分子，而那些在某方面比其他分子效率更
高的分子会牺牲它的邻居而繁殖起来，从而取代那些旧分子。如
第十三章 细 胞
第十三章 细 胞
果一组分子在温水中效率比较高，而另一组在冷水中效率比较高，
这样就会产生两个种，每个种都局限在最适合自己生存的环境中。
这样有机进化的过程就运转起来了。
即使一开始有多个独立存在的生命分子出现，也很可能效率
最高的一个比其他的都繁殖得快，所以今天所有的生命很可能是
由一个单个的原始分子传下来的。尽管现在存在着各种各样的生
物，但它们都具有相同的蓝图。它们的细胞都以大致相同的方式
进行代谢。此外，所有生物的蛋白质都是由
L…型而不是
D…型氨基
酸构成的，这一点似乎特别值得注意。也许发展成各种生命的原
始核蛋白碰巧是由
L…型氨基酸构成的；由于
D…型氨基酸不能与
L
型氨基酸结合成任何稳定的链，所以开始时碰巧由
L…型氨基酸构成
的蛋白质便一直自我复制而变得极其普遍了。（这并不意味着自然
界里完全不存在
D…型氨基酸。在某些细菌的细胞壁里和某些抗菌
素化合物里有
D…型氨基酸。不过，这些都是罕见的例子。）
最初的细胞
当然，从生命分子到我们今天所知道的生命仍然有很大的距
离。除了病毒以外，所有的生命都是由细胞构成的，而一个细胞
（不论以人为标准看上去多么小）在化学结构和相互关系方面是极
其复杂的。细胞是怎样开始的呢？
美国生物化学家
S。 W。福克斯的研究阐明了细胞起源的问
题。他认为，地球在很久以前一定非常热，因此单靠热能就足以使
简单的化合物形成复杂的化合物。1958年，为了验证这个假说，
福克斯把氨基酸的混合物加热，发现它们形成了类似蛋白质分子
的长链。这些类蛋白可以被消化普通蛋白质的酶所消化，并可以
作为细菌的食物。
最令人惊奇的是，当福克斯把类蛋白溶于热水中并让溶液冷
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却时，他发现类蛋白会凝集成小中心球，大小像小的细菌。以通常
的标准来看，这些中心球不是活的，但它们的表现却和细胞一样，
至少在某些方面是如此（例如，它们都有一层被膜）。往溶液里加
入某些化学药品，福克斯可以使中心球膨胀或收缩，非常像普通的
细胞。它们能够产生芽，有时芽似乎长大一点，然后脱落下来。中
心球能够分裂，一个分裂成两个，也能够凝集成链。
可能在原始时期，地球上形成了许多种这样微小而不完全有
生命的物质聚合体。有些聚合体特别富含
DNA并且非常善于自
我复制，但只能一般地储存能量；另一些聚合体储存能量比较多，
却不善于自我复制。最后，这些聚合体可能结合在一起，互相合
作，互相弥补缺陷，从而形成了近代的细胞。细胞比组成它的任何
单独部分效率都高。近代的细胞至今仍然含有细胞核（富含
DNA，但自身不能利用氧）和许多线粒体（能非常有效地利用氧，
但没有细胞核不能进行自我复制）。（事实上，线粒体仍然具有少
量的
DNA，这表明线粒体可能曾经是独立的实体。）
诚然，近些年来，人们越来越怀疑大气Ⅰ没有持续多久，而大
气Ⅱ几乎在开始时就有了。例如，金星和火星都有大气Ⅱ（含二氧
化碳和氮），当地球像金星和火星那样没有生命的时候，可能也是
有大气Ⅱ。
这并不是一个重大的改变。二氧化碳、水蒸气和氮仍然能够
形成简单的化合物。大概在雷电的影响下，氮和二氧化碳或水（或
二者）结合，可以转化成一氧化氮、氰化物或氨；然后，在阳光和其他
能源的作用下，分子的变化继续朝着生命的方向发展。
动物细胞
在大气Ⅰ和大气Ⅱ存在的整个阶段，原始的生命形态只有靠
把复杂的化学物质分解成比较简单的化学物质，并把这个过程中
第十三章 细 胞
第十三章 细 胞
释放的能量储存起来，才能维持生存。比较简单的物质在太阳紫
外线辐射的作用下重新形成复杂的物质。一旦大气Ⅱ完全形成并
有了臭氧层，这些原始的生命形态挨饿的危险就会到来，因为紫外
线的供应切断了。
可是，到那时已经形成了一些类似线粒体的聚合体，它们含有
叶绿素（即近代叶绿体的祖先）。1966年，加拿大生物化学家霍德
森和
B。 L。 贝克用吡咯和甲醛（二者都可以用更简单的物质以米
勒式的实验合成）作为起始物质，只经过
3个小时的温和加热，就
形成了叶绿素的基本结构卟啉环。
在臭氧层形成的时候，含有最初原始叶绿素的聚合体尽管不
能有效地利用可见光，但一定比逐渐饿死的无叶绿素聚合体好得
多。可见光能够轻易地穿过臭氧层，而且可见光比较低的能量（与
紫外线相比）足以激活叶绿素系统。
最初利用叶绿素的生物体可能还不如今天的单个叶绿体复
杂。实际上，现在有
2 000多种叫做蓝绿藻的单细胞光合作用的
生物体（它们并不全是蓝绿色，但最初研究的一些是这种颜色）。
它们都是非常简单的原核生物，结构和细菌非常相似，只是它们含
有叶绿素而细菌没有。蓝绿藻可能是原始叶绿体的最简单的后
代，而细菌可能是失去叶绿素的叶绿体的后代，它们靠寄生或从死
组织及其成分中获取养分。
当叶绿体在原始海洋中繁殖的时候，二氧化碳逐渐减少而为
分子氧所取代，于是形成了现在的大气Ⅲ。植物细胞的效率不断
提高，每个细胞都含有许多叶绿体。同时，没有叶绿素的精细细胞
已不能靠以前的基础生存，因为除了在植物细胞里，海洋里不再形
成新的食物。然而，这些细胞虽然没有叶绿素，却具有精细的线粒
体装备，可以高效率地分解复杂分子并把分解时的能量储存起来，
因此，它们可以靠摄取植物细胞和剥夺植物细胞辛苦合成的分子
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来生存。动物细胞就这样产生了。最后，生物体变得非常复杂，开
始留下我们今天所看到的动植物的化石记录。
同时，从创造新生命的观点来看，地球环境发生了重大改变。
生命再不能由纯化学进化来产生和发展了。首先，最早使生命出
现的能量的形式（紫外线和辐射能）基本上消失或至少严重地减小
了；其次，已经确立的生命形态会将自生的任何有机分子很快地消
耗掉。由于这两个原因，实际上已经不存在任何由非生命变为生
命的新的独立的突破（除非人类在将来学会某种方法去干预）。我
们可以认为，自然发生在今天是根本不可能的。
其他星球上的生命
如果我们接受这个观点，即生命只是由物理和化学定律的作
用产生的，那么，我们就会得出这样的结论，生命很可能不局限于
地球。在宇宙的其他地方生命存在的可能性又如何呢？
当最初人们认为太阳系的各个行星都是一个世界时，理所当
然地认为它们的上面都住有生命，甚至有智慧生命。后来发现月
球上没有空气和水，因此很可能也没有生命，对此人们感到有些震
惊。
在具有火箭和探测器（见第三章）的现代，科学家们确信，不仅
月球上没有生命，而且除地球以外，内太阳系的其他行星上也都没
有生命。
外太阳系也没有多少生命存在的可能性。诚然，木星有一层
深厚而复杂的大气，可见云层的温度很低，但云层内部的温度很
高。某些地方深度和温度都适当，并且已经知道有水和有机化合
第十三章 细 胞
第十三章 细 胞
物，人们会设想（如同萨根所提出的）那里可能有生命存在。如果
木星上有生命的话，三颗其他气体巨行星上可能也有生命。
此外，木卫二星上覆盖着一层冰；但是，由于木星潮汐效应会
使冰融化，所以冰下面可能是一个水的海洋。土卫六有一层由甲
烷和氮组成的大气，而且表面上可能有液态氮和固态有机化合物，
海卫一可能也是这种情况。可以设想，在这三颗卫星上可能存在
着某种形式的生命。
不过，这些都是推测而已。我们虽然�