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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？ [:1700256380]
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·图景回想·
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当我们说到细菌和古菌奔向了自由的海洋，那么，我们的整个生命起源图景也就构造完成了。如果从第三幕开始计算，你已经阅读了差不多20万字——那可是挺难读的20万字。
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你或许想要回想一下这20万字究竟讲述了哪些故事，那么，图5—31是一幅概览的图示。
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在第三幕里，我们讨论了一切的开端，介绍了新兴的白烟囱假说，它用跨膜的氢离子梯度和铁硫矿催化反应很好地解释了原始海洋里，那些构成生命的有机物是如何由最简单的无机物转化而来的。这些最初的有机物非常简单，但是很快转化成了一些更加复杂，也更加重要的有机物，尤其是核苷酸、氨基酸、脂肪酸（或类异戊二烯），以及乙酰磷酸。这开启了最初的物质代谢和能量代谢，不过，这样的代谢还谈不上什么控制。
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在第四幕里，第十一章到十四章讲述了核苷酸是如何在白烟囱里浓缩起来，通过自我催化发展出了一个精彩的“RNA世界”，这也是60年来相当闪耀的生命起源假说。而后，第十五章讲述了这个RNA世界催化了氨基酸的缩合反应，制造了编码的蛋白质，转变成了联合世界，乃至绵延至今的DNA世界。至于RNA是如何催化了氨基酸的缩合反应，那占去了第十六章到十八章的漫长篇幅。在第四幕结束的时候，中心法则的控制功能也初步落成了。
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图5—31 从第三幕到第五幕，我们描绘的生命起源图景的大致模样。（作者绘）
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与此同时，脂肪酸，或者类异戊二烯，也因为疏水作用组装成了最初的膜结构，在那三个世界的变换中封装出了我们的元祖与共祖，这件事在第十五章有过整体的描述，然后在第五幕讨论了一些关键的细节——原本由地质化学作用实现的物质能量代谢逐渐被细胞内的生物化学接管，被严密地控制起来，与此同时，细胞膜的边界控制也臻于成熟。
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更具体地，从第二十章到这一章，我们分别讨论了跨膜的氢离子梯度要如何从白烟囱的矿物洞壁上转移到末祖的细胞膜上，那个著名的ATP合酶要如何从负责核酸复制的螺旋酶上转化过来，以及最精细的，原本由铁硫矿物催化的乙酰辅酶A路径要如何由铁硫蛋白接管。
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这场“代谢接管”的运动不只需要种类丰富的蛋白质，还需要细胞膜阻止绝大部分离子的通行。于是，末祖的两支后代在细胞膜紧密化的过程中采用了两种不同的材料，因此分化成了两个相似却又不同的类群。最后，它们又发展出了两套相当不同的复制DNA的酶系统，完善了中心法则。
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就这样，我们抵达了整个图景的终点：生命离开了白烟囱，开始自由生存，细菌域和古菌域也从此诞生了。
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当然，这不是一切困惑的终结，甚至还引出了一些新问题。比如细胞很可能分好多次从病毒那里获得复制DNA的酶系统，那么，这些基因转移都发生在什么时候，又是否取代了细胞固有的酶系统呢？啊，这就是一个目前还没有研究清楚，所以这本书也暂时回答不了的问题了。
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但是，这样的问题又何止这一个呢？
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这本书里所有的故事环环相扣，拼合在一起，构成了一幅空前完整的生命起源图景。可这“空前完整”也只是相对而言，在书中的每一幕、每一章、每一节、每一段甚至每一个脚注里，都埋藏着现代科学尚未探索明白的难题，这宏大的拼图上，还有数不清的缺口，等待未来的科学家们倾注心血，在这广阔的世界里找到遗失的碎片。而且可以预见的是，我们找到的碎片越多，就会在那碎片上看到越多的谜题。在科学的征途上，我们回答的问题越多，萌生的困惑也就越多，这是一场永无止境的分形之旅。
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但请不要把科学上的“谜题”与什么信仰上的“神秘”混为一谈。的确，自有生民以来，人类作为已知世界里仅有的心智，每当思虑起无穷的未知，就如同驾着一叶扁舟漂浮在无垠的海面之上，海面之下却是一个巨大的黑影在逡巡徘徊。相信“神迹”或其他“神秘”，只是这个心智在软弱无助的时候转移了视线，不看那个黑影，又给自己编造了一个彼岸世界的安慰故事。但这安慰无论多么圆满，听上去多么高尚，黑影兀自还是黑影。一个强大起来的心智必然会勇敢地跃入水中，竭尽所能地看清一切。
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而这本书的作者相信，一个读者如果已经读到了这里，那就已经毫无疑问地拥有了这样勇敢的心智——以及，那些看完第十五章的结尾就跳过来先读第五幕的读者，现在是时候返回第十六章了。
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因为下一章是整本书正文的结尾，还是留在最后看为好。
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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？ [:1700256381]
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延伸阅读核黄素依赖型电子分歧
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从宏观上看，电子分歧是在用未来的能量转移现在的电子，而从微观上看，电子分歧又是在用可能的反应推动不可能的反应。
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比如说，细菌和古菌要让氢分子自发地把电子交给铁氧还蛋白[8]，就是一个不可能的反应。因为氢分子一旦交出电子就会变成氢离子，而氢离子比铁氧还蛋白的氧化性更强，也就是结合电子的能量更强，所以那对电子即便交出去也是放鸽子，立刻就会返回来，与氢离子重新结合成氢分子——在第八章中我们讲过，这种“不可能”与氢气直接还原“二氧化碳”的不可能是同一种“不可能”。
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当然，这种不可能是指自发的不可能，如果能给那对电子强塞一笔额外的能量，这个反应当然还是会发生的。比如矿物管壁上的铁硫矿晶体，或者能量转换氢化酶，都是利用天然氢离子梯度中蕴含的能量办成了这件事。可是，生命既然要离开天然的氢离子梯度，又要去哪里找来这笔能量呢？——就从可能发生的反应里出吧！
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再让我们说得具体些。细菌和古菌用来催化电子分歧的酶大多需要核黄素，也就是磷酸化的维生素B2，所以统称“核黄素依赖型电子分歧酶”。它们普遍都有类图5—32那样看起来很简单的铁硫簇电路。XII
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这个电路的最右端是氢分子，是整个反应的“供体”。供体结合在一个铁镍簇上，通过一条铁硫簇主线抵达了一个核黄素，那是电路的“门控”。门控又发出了两条岔路：下方的岔路通往等待还原的铁氧还蛋白，那是整个反应的“目标”；而上方的岔路就通往某种氧化性辅酶，我们可以沿用正文的比喻，叫它“抵押”。
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在电子分歧酶的具体催化过程中，开头的部分没什么好奇怪的，和我们之前的许多例子都是一个原理：右边那一串铁硫簇的间距都在1.4纳米以下，这足以引发一种诡异的量子跃迁效应，电子可以像跨过哆啦A梦的任意门那样，从一个铁硫簇上消失，同一个瞬间又在相邻的铁硫簇上出现，而氢分子的那对电子，就能以这种方式转移到核黄素上。