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重返生命之源

2009-08-25
生命之源,生命起源
重返生命之源

选自:《新发现》 2009年09月号 发布时间:2009-8-24

40亿年前,地球上最初的生命细胞是如何产生的?泛生论认为氨基酸来自太空,论据是从陨石里发现了氨基酸。其他观点倾向于地球自身的化学变化,1953年,美国人斯坦利·米勒(Stanley Miller)对此进行了模拟实验。今天,当人们再度分析他的研究材料,意想不到的结果令人惊讶不已……

编译:赵静利

  米勒的实验已经过去了50多年,然而,时至今日,科学家们才刚刚获知它的全部价值!真是意义非凡,因为它说明地球在形成不久后就很可能已经通过火山产生氨基酸这种生命诞生不可或缺的成分。看来不需借助泛生论的“太空播种说”,我们就能成功解释生命在地球上出现的原因了。化学足以说明一切。

  1953年,芝加哥大学23岁的年轻人斯坦利·米勒凭借这个实验声名大噪。通过在实验室模拟大约40亿年前主宰原始地球的化学环境,他证实,随着化学作用的进行,氨基酸就从生命出现之前的化学反应中产生了。实验获得的巨大成功使其被人奉为经典……然而15年以后,基于更精密的计算方法,一些理论学家揭示,米勒实验中再现的地球原始环境与实际并不相符。在这一原始时期,大气中氢的含量比上世纪50年代的学者们所估计的要少,而二氧化碳的含量却更多。“米勒实验”从此被打入另册……

  不过那是低估了这位化学家的老朋友们。米勒于2007年5月20日溘然长逝。没多久,他的两位老搭档安东尼奥·拉斯卡诺(Antonio Lazcano)和杰弗里·巴达(Jeffrey Bada)在得克萨斯举行的一次研讨会上相遇。安东尼奥?拉斯卡诺做了一场关于地球生命起源的报告,他所展示的一些照片令杰弗里·巴达大感惊讶,因为它们显示的是一些可能曾经属于斯坦利?米勒的小瓶。他那著名实验的成果是否就装在里面?“在离世前十几年,斯坦利·米勒曾收到来自大英博物馆的提议,对方想购买他的实验器材和实验产品。”安东尼奥?拉斯卡诺回忆道,“我当时在场,就问他是否还保留着那些氨基酸分子。他于是把这些小瓶子找来并送给了我。我一直保存着这些小瓶。”杰弗里?巴达于是了解到这些样品一直都被闲置着。此外在加州大学圣地亚哥分校米勒生前最后工作过的实验室里,至今仍保存着他的数十本工作手册和另外几十个小玻璃瓶。杰弗里?巴达于是产生了一个想法:如果能够重新找到对应于拉斯卡诺手头样品的文字记录,或许就能对此再进行一次分析……“我们原来就知道这些工作手册的存在,但从来没有查阅过,直至我们意识到那些样品还在。”杰弗里·巴达解释说。而这小小的历史好奇心竟然导致了意想不到的结果。

  首先,在检查米勒的实验室时,克里弗斯(Cleaves)、拉斯卡诺、巴达等几位与他关系密切的老同事发现,事实上,米勒做了不只一个实验,而是好几个。这位化学家,强烈执著于探寻生命之源,在其他参数条件下,进行了一系列相同的实验。

出人意料的发现

  作为一名训练有素的科学家,米勒做得一丝不苟,每一个小玻璃瓶都有与其对应的实验方案记录。与拉斯卡诺手上的玻璃瓶对应的1953年和1954年的实验记录现已被找到。得到确认后,这些样品就能被重新分析。研究人员不再采用米勒那个年代通过溶剂使得分子在试纸上移动从而来鉴定分子的色谱法,而是借助高敏质谱仪来分析,它通过测定分子量来鉴定分子,是一种更加精确的分析方法。于是人们有了第一个发现,米勒实验残留物所含的氨基酸种类要比米勒当初识别出的更多。但尤其令研究人员感兴趣的,是该实验的那些“变体”。因为变体实验中再现的不是整个原始地球及其错误的大气条件的模型,而是一些更为局部而特殊的微环境,这样就不再涉及大气构成问题。

  尽管这些变体实验在工作手册上有详尽的记录,但仅在1955年的某篇文章中被简要地一带而过。为最初模型的成功光环所掩盖,变体实验被抛在了忘川。为什么斯坦利·米勒从未发表这些变体实验的结果?这至今仍是一个谜。并且在他生命最后的时光里,这位年迈的学者重复了他那著名的实验,使用的依然是整体大气模型,只不过与时俱进,采纳了关于原始大气的最新观点。

火山的作用

  这次修正后的实验发现了大量氨基酸,全部结果在米勒逝世后得以公布。然而米勒却从未再进行过变体实验……

  因此,他永远也不会知道这些变体实验中的一个,根据新的分析来看,显得比之前那个让他声名鹊起的实验还要意义重大。该变体实验所模拟的化学环境类似某些火山云。通过工作笔记,我们知道米勒在这个模拟实验中识别了5种氨基酸,而新的分析却揭示,实验产物中实际含有22种氨基酸,而且大部分都属于蛋白质合成不可或缺的那20种——它们很早就被科学家们认定为构成生物体的基本“砖块”。当然,还缺几种,不过所缺的如组氨酸和色氨酸之类,可能在进化过程中出现得较晚……泛黄的小瓶,尘封的笔记,竟然隐藏着一个沉睡了半个多世纪的惊人秘密:火山或许推动了生命基本元素的出现!而从更广的角度来说,这些实验充分证明,氨基酸的合成可以在生命体诞生前的原始条件下轻松完成。当然,这一极其重大的发现并不能否定这些氨基酸来自宇宙的可能。

  斯坦利·米勒的实验室里会不会还藏着其他秘密?“在圣地亚哥分校,大约存有200个来自米勒各次实验的小瓶。”杰弗里·巴达介绍道,“我们刚刚找到米勒于1958年在哥伦比亚大学完成的一个实验的产品。这个实验也从未公布。我们计划着对这些样品展开分析。”安东尼奥·拉斯卡诺认为这个模拟实验中富含硫,因此有可能呈现出另一种很有意思的火山微环境模式。研究人员会不会发现其他有机分子,进一步为火山推进地球生命元素诞生的观点带来佐证呢?看来斯坦利?米勒的秘密一时半会还道不完……
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本栏目主要介绍生命探索方面,包括生命起源、生命科学、生命现象、人类起源、重返生命之源等。特别关注有关人与生命的意义与生命的价值方面的研究。

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