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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？ [:1700256300]
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·遗传信息·
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答案是，这个绝技本身也是生命的信息的一部分。生命的信息，或者说“组成生命的一切物质要以怎样的状态处于怎样的位置上”，不只决定了生命的形态，还决定了生命的功能，就好比计算机里面存储的信息不只有文本、图片、音频和视频之类的“文件”，还有各种各样用来处理这些文件的“程序”。
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是的，生命在很多地方都像极了一台计算机，尤其是机械式的计算机。对于在读完第二章之后就阅读了增章的读者，这已经不再是一个比喻。而那些没有读过增章的读者，索性再接受一个比喻吧：一切生命活动能够维持秩序，归根结底，是因为细胞内的有机大分子能像机器里的齿轮、链条、连杆、转轴甚至电路板一样，以恰到好处的三维形态彼此配合，迫使所有的物质像输入计算机的数据一样，按照恰当的方式发生恰当的化学反应。
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比如，在第五章里，从糖的发酵到丙酮酸的三羧酸循环再到线粒体内膜上的电子传递链，每一步反应都有某种专职的酶来催化。这些酶就是凭借独特的三维形态，识别并结合它们应该催化的分子，也同样是凭借精细的三维形态，迫使那些分子发生特定的反应——那个水轮机似的ATP合酶已经是一个很经典的例子了，我们不妨再举例说明一下电子传递链中的复合物I，它是“电路板”的好例子。
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图2—40 复合物I的结构简图，小黑点是一对电子。（作者绘）
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在第五章初次邂逅这个复合物的时候，如图2—17，我们已经知道，它的功能是把辅酶NADH中的一对电子转交给辅酶Q，同时利用这对电子中的能量，把4个氢离子泵到线粒体内膜的外侧，也就是膜间隙去。那么，它是怎么做到的呢？
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复合物I是个极其复杂的大型蛋白复合物，竭尽所能地简化之后，可以概括成图2—40：它有一条膜内臂，膜内臂疏水，所以嵌在线粒体内膜的脂质里；它还有一条外延臂，外延臂亲水，所以游离在线粒体基质的水环境中。
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在外延臂两端各有一个位点，分别可以结合一个还原态的辅酶NADH和一个氧化态的辅酶Q，而在两者之间，又以精确的间距排列着7粒“铁硫簇”[6]。我们在序幕里谈到过与生命起源有关的几种石头，有一种被称为铁硫矿，而铁硫簇就可以被看作铁硫矿最微小的碎片，在某种程度上，你可以把它们当作“导体”。
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这就有意思了：
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氧化态的辅酶Q有氧化性，很希望得到一对电子，就像一个“电源正极”；还原态的辅酶NADH有还原性，很愿意给出一对电子，就像一个“电源负极”。而中间成串排列的7个铁硫簇刚好可以导电——它们虽然没有彼此接触，但间距精确控制在了1.4纳米以内，在这样的尺度下，电子将充分展现出诡谲的量子效应，在这里瞬间消失，同时在那里瞬间出现，好像鬼现身。
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于是，毫无悬念地，辅酶NADH上的那对电子，就将顺着那7个铁硫簇组成的量子导线，一路瞬移闪现，痛痛快快地拥抱辅酶Q。而得到了电子的辅酶Q又会失去与外延臂位点的亲和性，飘荡着离开，把电子交给传递链上的下一个复合物了。
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我们都知道，电子的定向运动会产生电流，而电流是可以做功的。那对电子在外延臂上顺着电势运动，就会释放许多能量，这些能量会掀起一系列的蛋白质形态变化，推动膜内臂上的4个通道，也就能够顺势把4个氢离子泵到膜的另一侧了。I
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对于铁硫簇，我们还会在整本书里邂逅很多次，它之于这本书，恰如眼睛之于《盲眼钟表匠》。不过眼下，先让我们赞叹一句“真是太奇妙了！”——恐怕每一个对生命怀有好奇的人，都会为这精巧的结构感到震惊吧？
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然而仔细想一想，还会觉得更加惊人：两个铁硫簇的距离不超过1.4纳米，这是什么概念呢？在一根最细的头发上横着可以排列42 000多个铁硫簇，而且，任意两个铁硫簇之间的距离只要增减0.1纳米，电子跃迁的可能性就会相应地缩放10倍，整个有氧呼吸的效率，也跟着变化10倍。
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复合物I的任何一点点变化都会有严重的影响，所以它在几十亿年中进化得非常缓慢。别说所有的动物，算上所有的植物、真菌、变形虫、古虫……所有的真核生物，连同所有的细菌，只要有复合物I，这7个铁硫簇的位置就都差不多。
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想想看吧，一张网上流传的搞笑图，多转几次手，都会像素模糊，颜色变绿，水印摞水印快要有厚度了，那么究竟是什么东西，在生命体内形成了如此精准的信息？又是什么力量，在几十亿年的时间里如此精准地保存了信息？
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对于前一个问题，答案就5个字：氨基酸序列。
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是的，复合物I看着再像电路板，也仍是些蛋白质，必然由成串的氨基酸折叠而成。而只要氨基酸序列是确定的，蛋白质的三维形态就是确定的，铁硫簇的位置也就是确定的——如果有读者好奇这背后的过程，本章的第二篇“延伸阅读”，会把高中知识拓展得更加深刻一些。
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总之，不仅复合物I，细胞内任何一种蛋白质能够拥有生物活性，也都是因为它们独特的三维形态，也就都是因为它们的氨基酸序列。而更近一步，细胞内的一切物质能够出现在恰当的位置上，归根结底都是各种蛋白质协调、工作的结果。
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所以，确定了所有蛋白质的氨基酸序列，就能确定生命的全部信息。当然，这么说并不是无懈可击的严谨陈述，因为我们很快就会遇到一个“先有鸡还是先有蛋”的难题，这个结论其实是给生命活动选择了一个“静态的切面”。
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对于后一个问题，答案更短，只有两个字：遗传。
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正如我们今天发现的，遗传信息大概可以分为三类：一类是记录所有蛋白质的氨基酸序列的遗传信息；一类是调控遗传信息的遗传信息；还有一类迄今为止没发现任何功能，十有八九是些垃圾信息。
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那么，遗传信息究竟是什么样的，它是如何记录氨基酸序列的，又是如何世代传递的？
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