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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？ [:1700256362]
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·混合的配方·
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长期以来，这都是白烟囱假说，乃至各种生命起源假说普遍遇到的一大难题，但就在这本书写成的同时，一些最新的研究却发现脂肪酸的成分只要稍微复杂一些，事情就会惊人地好转起来。2019年8月，华盛顿大学化学部发表的新研究表明II，只要在脂肪酸里混入少许氨基酸，就能在高浓度的盐溶液里形成稳定的泡泡。这可以称作情理之中、意料之外的事情，因为氨基酸的一端是羧基和氨基，都很亲水，而另一端是各种各样的侧链，像丙氨酸、缬氨酸、亮氨酸、甲硫氨酸等氨基酸，它们的侧链同样拥有非常强的疏水性，所以这些氨基酸本来也同样是双极两亲分子，它们与脂肪酸结合起来一同形成胶束，再一同构成泡泡，完全是“物以类聚”的事情。
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氨基酸不只是参与形成了这个泡泡，不只是让泡泡能在海水浓度的盐溶液里稳定下来，它还赋予了泡泡对抗变化的能力。这样的混合泡泡一旦形成，即便溶液中的脂肪酸浓度显著降低，它们也不会重新瓦解成胶束，而是会继续稳定地存在着。虽然这个研究团队认为生命起源于海岸附近周期性干涸的浅池，认为这种稳定性能让原始细胞适应浅池中的物质浓度变化，但这种好处也同样适用于白烟囱假说，毕竟热液喷口里到处流窜的水流同样会让脂肪酸的浓度波动起来。
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不仅如此，氨基酸与脂肪酸有如此好的天然亲和的能力，也将为蛋白质与细胞膜的牢固结合，包括第五章那种电子传递链，提供出现的可能——这在我们的下一章里有很大的意义。
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稍晚，2019年11月，支持白烟囱假说的尼克·莱恩，也发表了他们团队的新成果III：如果那些脂肪酸的烃基错乱一些，长长短短的，那么最终形成的泡泡就能在中性和碱性的溶液里稳定存在了。比如10到15个碳原子的脂肪酸混合起来形成泡泡，就能在6.5到12的pH值范围内稳定存在，也不惧怕海水那种浓度的钙离子和镁离子，足以适应白烟囱里的各种环境了。更有意义的是，尼克·莱恩所在的团队还在脂肪酸中加入了香叶醇和香叶酸，两种最简单的类异戊二烯，发现由此形成的泡泡同样可以在很浓的海水里稳定存在，即便加热到70℃也不破灭。
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如果你完全忘了“类异戊二烯”是什么东西，那么，现在就翻到在第七章的图2—85，那是“类异戊二烯”在本书中第一次出现的地方。在那里我们说过，所有细胞的膜结构都由磷脂构成，但具体是哪种磷脂，在细菌和古菌的细胞膜上却截然不同：细菌和真核细胞一样，是用脂肪酸的甘油二酯构成磷脂，而古菌的细胞膜却完全不含脂肪酸，由类异戊二烯的甘油二醚构成磷脂。
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所以，我们一直盯着脂肪酸不放，是因为我们最熟悉的那些细胞，尤其是自己的细胞膜富含脂肪酸，但如果眼光放得长远一些，既然细菌和古菌是末祖的孪生子，那我们还有什么理由只考虑脂肪酸这一种可能呢？
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而且，“类异戊二烯”这个名字虽然晦涩得很，好像与脂肪酸没有一点儿瓜葛，但是古菌在制造它们时，却与细菌制造脂肪酸用的完全是同一种原料——是的，又是乙酰辅酶A。
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如果要详细介绍今天的细胞如何分别制造了这两类物质，那无疑会令本书的作者、读者、校对者和出版商都感到万分头痛，但如果只是概括地说一下它们在方案上的区别，倒也容易得很——在这一章结束之后，又会有一篇“延伸阅读”用最简单的方式介绍脂肪酸与类异戊二烯的联系与区别。在这里，虽然相关的研究还很稀少，但我们仍然很有理由认为，类异戊二烯很可能与脂肪酸一同出现在生命起源的地方，都是原始细胞膜的主要成分，这也将是细菌和古菌产生细胞膜成分差异的地质化学基础。
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图5—6 右侧是构成古菌细胞膜的类异戊二烯的甘油二醚构成的磷脂的结构，左侧是构成细菌细胞膜的脂肪酸的甘油二酯构成的磷脂的结构。这张图与图2—85一模一样。（作者绘）
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当然，这两种方案并不冲突，毕竟脂肪酸、氨基酸和类异戊二烯可以也应该同时存在于生命起源的环境里，它们综合起来让原始细胞膜更加稳定，是顺理成章的事情。而更让局面明朗的是，我们还有一个出现得更早的解决方案，不但能与这两个方案相容，还同时解决了另一个挺重要的问题。
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而这另一个挺重要的问题，或许有些敏锐的读者早已经惦记着了：那些自我复制的RNA团体一旦被这些泡泡包裹起来，还怎么扩增呢？毕竟，在最初的RNA世界里，包括RNA单体在内的各种有机物都是白烟囱里的地质化学反应的产物，如今却都被一张双分子膜挡在外面，岂不是要饿死了？
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话说回2009年，就在阿达·约纳特因为对核糖体的研究获得诺贝尔化学奖的同时，哈佛大学医学院的遗传学教授杰克·绍斯塔克也因为对端粒酶的研究获得了当年的诺贝尔生理学或医学奖（参见图4—56）。但是随后，绍斯塔克就全身心地投入到了对生命起源的研究中。他是一个不可思议的实验家，经过他与团队的通力协作，RNA的无催化复制、原始细胞膜的化学性质、多肽的早期生化作用等生命起源的重大问题都有了新的突破。
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比如，就这个包裹与扩增的冲突问题来说，我们应该注意到，虽然都是双分子层，但今天的细胞膜由磷酸甘油酯构成，而推想中的原始细胞膜却由脂肪酸或者其他同样简单的分子构成，它们的通透性或许非常不同。于是绍斯塔克在2013年专门设计了一套原始细胞的模拟实验，获得了令人喜出望外的结果IV。
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他在脂肪酸的溶液中加入了柠檬酸，这种物质是三羧酸循环里的关键节点（参见图2—13或图3—2），在生命起源的环境里很可能广泛存在，而且与镁离子或钙离子有特殊的亲和能力。绍斯塔克希望它能让这些阳离子恰到好处地“克制”起来，让它们既不会流窜出来破坏原始细胞膜里的脂肪酸，又能在RNA需要的时候释放出来参加反应。
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果然，有了柠檬酸以后，脂肪酸构成的原始细胞膜在碱性的盐溶液里稳定了下来，这再次解决了上一个问题。更妙的是，脂肪酸的流动性也增强了，这让那些RNA单体，包括能量通货ATP，甚至4个碱基构成的超短RNA，都能顺利地穿透原始细胞膜，钻进原始细胞里面去了。
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图5—7 柠檬酸与镁离子的两种结合方式。图中的有机物都是柠檬酸，只是在空间中摆成了不同的形状。柠檬酸有三个羧基和一个羟基，这些带有氧原子的官能团能在空间中以多种方式，从不同的角度把一个二价阳离子，比如镁离子和钙离子，螯合起来。这让阳离子在水中保持了很大的溶解度，同时也“克制”起来，不轻易发生反应。（作者绘）
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最终，在绍斯塔克的实验中，人类首次证明了只需在原始细胞外面补充RNA单体，就能让原始细胞里面的RNA模板复制扩增，这无疑是意义深远的事情。
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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？ [:1700256363]
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·生长与增殖·
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只要RNA团体能够持续扩增，我们就自然而然地走向了一个密切相关的问题：原始细胞是怎样生长与增殖的呢？
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在今天，这毫无疑问是细胞生活里最重大、最复杂的事情，数不清的酶参与其中，有的负责复制遗传物质，有的负责分配细胞物质，有的负责改变细胞形态，但对于原始细胞来说，这一切就简单了很多：反正RNA一直都在复制，随便什么力量把它弄成两半，每一半都将是一个新的细胞。
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