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图4—6 细胞合成嘧啶环与嘌呤环的碳原子和氮原子来源，两种环都省略了所有的双键。如果你有耐心的话，可以与图3—3对照一下。另外，细胞合成嘌呤需要甲酰基，而提供甲酰基的物质是一种四氢叶酸，与乙酰辅酶A路径长分支里装载甲酰基的四氢叶酸是几乎一样的物质。（作者绘）
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白烟囱假说的建立者，威廉·马丁和米歇尔·罗素就持有这种意见，毕竟，碱性热液喷口非常缺乏氰化物，却能生成种类繁多的不饱和有机酸，这些有机酸只需要稍微加工一下，就能变成氨基酸，成为有机合成里源源不断的好材料IV。而且正如我们在第十章介绍过的，目前的热液喷口模拟实验已经获得了17种标准氨基酸，这让这些假说同样颇具希望。不过，在更具决定性的实验结果问世之前，这本书并不打算带着你去钻研这些假说的反应细节。
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总而言之，我们已经拆解完了RNA，看到它无论多么复杂，都是由4种挺简单的单体组成的，而所有的单体，又是由3种更简单的物质组成，其中，磷酸与核糖的起源都还称得上简单，只是碱基的起源有不少的意见分歧。
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那么，姑且让我们豁达一些，由着那些科学家用不同的方案探索碱基的地质化学起源吧，我们现在已经愉快地发现，要通过地质化学反应获得RNA的单体，在理论上已经没有什么鸿沟了，而且考虑到我们早在第三幕就拿到了乙酰磷酸这样的高能物质，各种有机物早已变得活跃起来，那么在白烟囱里，核苷酸的出现已经称得上“水到渠成”了[7]。
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我们接下来需要讨论的，是一个看起来更大的问题：在细胞出现之前，这些RNA的单体要怎样才能组合成上一章结尾处预言的，既能编码遗传信息，也能催化复制自己的神奇RNA呢？
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生命的起源：所有生命的共同祖先在40亿年前是怎样诞生的？ [:1700256327]
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·跳出悖论·
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对于那些熟悉中心法则的读者来说，下面是一件理解起来毫无难度的事情：遗传信息在核酸之间的传递遵循碱基互补配对原则。比如DNA上的信息“ACGGCTGGATTA”转录到RNA上，就会变成“UAAUCCAGCCGU”这样一段完全颠倒的镜像序列——那么，如果原来的序列有意义，新的序列就总是没意义，反之，要得到有意义的新序列，原来的序列就总是没意义。[8]
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所以回头再看第六章的图2—47，你会发现，对DNA上的每个基因来说，双链中的一条链叫作“编码链”，意思是它编码了遗传信息，但真正用来转录RNA的“模板链”却是那条没意义的镜像序列——这就好像一面镜子会呈现颠倒的影像，再来一面镜子又能把影像颠倒回去。
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可是，这就引出了又一个重要的问题：在RNA世界假说中，早期的RNA并不是从那条DNA模板链上“镜像”出来的，而是RNA们互相“镜像”出来的。可这些RNA都是单链的，并不能像DNA那样耍出两面镜子倒回去的把戏，那么在最开始的时候，第一条RNA究竟是有意义的那条，还是没意义的那条？
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如果是有意义的那条，那么它的意义是从哪儿镜像来的？如果是没意义的那条，谁来把它镜像成有意义的那条？
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所以仅凭上一章结尾处笼统概述的RNA世界假说，我们只能跳出DNA与蛋白质的遗传与代谢之争，却仍未跳出中心法则，那么，遗传与代谢的两难就仍然萦绕在RNA世界的起源之处：有意义的RNA是代谢的起源，负责催化RNA复制，没有它，RNA就无法复制；没意义的那条是遗传的起源，负责担任模板，没有它，RNA也无从复制。看起来，我们遇到了一个难堪的悖论。
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要解决这样一个悖论，最好的办法就是“跳出来”。只要彻底跳出中心法则，不依赖碱基互补配对的手段获取RNA，一切问题就都迎刃而解了。所以说来说去，我们就是要讨论RNA的单体在没有模板和聚合酶的条件下，能不能聚合成链状的RNA。
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如果认为只要有了RNA的单体，RNA就会在随机运动里自然而然地涌现出来，那就未免步了原始有机汤假说的后尘：稳定的溶液中不只有核苷酸聚合成RNA的反应，还有RNA水解成核苷酸的反应，而且后者要快得多，所以从化学平衡上看，RNA单体不会自发聚合成链，链状的RNA倒是会自发地水解成单体。
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这个问题普遍存在，今天也同样不得不面对。例如，细胞里的RNA聚合酶负责按照DNA的模板链，用游离的核苷酸聚合出一条镜像序列的RNA，所以，它在理想情况下应该按着箭头指示的方向运动。
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但是，在那个反应发生的位置，刚刚聚合的RNA也同样有可能发生水解反应，重新断裂成核苷酸[9]，而且概率更大，如果不加干涉，RNA聚合酶其实会逆着箭头走——怎么办呢？
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生命的解决之道当然就是能量：那些核苷酸同时是能量通货，细胞内的种种能量代谢会源源不断地制造它们，使它们总能维持非常高的浓度。这就让核苷酸漂进并参与反应的概率远远超过了漂出的概率，彻底扭转了那个化学平衡，让聚合酶总能顺着箭头前进了。
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显然，在生命出现之前，地球上绝不可能有如此高效的核苷酸生成机制，也就绝不可能像细胞这样直接扭转化学平衡。这就是为什么在原始有机汤假说之后，一大批假说都将生命起源寄托在了陨石坑、火山口湖和火山温泉中——这些地方水量很少，在较高的温度下很容易发生周期性的干涸，其中的核苷酸也就能够周期性地浓缩起来，周期性地逆转那种化学平衡了。而热液喷口假说最常遭遇的一种质疑，就是这种环境位于深海，似乎很难把核苷酸持续地浓缩起来。
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图4—7 细胞内的RNA聚合酶工作原理示意图。这张图的样式和配色与这本书里其他的图明显不同，因为这张图是作者在写这本书之前画的。
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然而这种质疑严重地低估了白烟囱假说。
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白烟囱最独特的性质，就是它的内部充满了迷宫一样的毛细管道——仔细观察图3—11，你会看到那些沉积物就像疏松的海绵一样。超过40℃的热液和只有4℃的海水在其中缓慢流动着，形成了显著的温度差异，也就产生了强烈的“热泳效应”。
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所谓“热泳效应”，是指在温度差异的作用下，介质中的微粒会在统计上向着温度较低的方向扩散。尤其对于那些住集中供暖的老房子的北方读者来说，这种效应听着陌生，却早已是生活中的烦恼了：暖气片比它紧邻的墙壁更热，所以空气中的灰尘微粒就会向着墙壁运动，天长日久，暖气片背后的那堵墙就会被“熏”得又黑又黄，怎么都洗刷不干净。
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同样，分子较大的有机物如果出现在了白烟囱的毛细管道里，也会被热泳效应驱赶到温度较低的地方，在那里浓缩聚集起来。而且越大的有机物，越容易浓缩：核苷酸这种尺寸的分子可以通过这种机制浓缩至原本的1/5 000V，而当它们在这浓缩的过程中发生了聚合反应，浓缩的程度还会急剧增长。几个碱基长度的短RNA可以浓缩至原来的几十万分之一，上百个碱基的RNA链就可以浓缩至原来的数千亿分之一，而只需5厘米长的微管和10℃的温差，RNA就有可能聚合到200个碱基的长度VI。这实在是令人振奋的数据，要知道，真核细胞的转运RNA，也只有最多90个碱基的长度。