前一篇《關於生命起源的一些思考》我試圖給出生命起源和發展的基本框架,現在這一篇還想進一步論述其中的一些細節。
以前,人們探討生命起源的時候,很自然的想法,認為由無機物形成有機物,由有機物形成了最簡單的單細胞生物,再由簡單的單細胞生物發展到複雜的擁有組織器官的生物。好像只要填充好這個鏈條,生命起源就清清楚楚了。這種簡單自然的想法是對整個生命過程的誤解。我認為,原始生命雖然沒有細胞,沒有遺傳物質核酸,沒有我們見到的生物的生長、發育、繁殖等等一切生命現象,但是,原始生物有它們自己的豐富多彩的生活,它們曾經有過自己的充分發展的歷史,否則,我們所見到的生物生命現象的產生就是不可理解的。我的看法是,從有機物到生命再到有細胞的生命不是有機物自然發生的轉變,而是原始生命體生活過程的結果;我們永遠不能從實驗室利用有機物合成有生命的生物。
原始生命是自然發生的有機物的運動。機械性、化學性、氣候環境是有機物產生的物理前提,而屬於有機物自己的性質的初始原因必然是眾多有機分子的聚集、聚集之中的相互作用、相互結合和分離。
對生命過程具有最重要意義的是核酸和蛋白質,核酸是遺傳信息的載體,而蛋白質是生命活動的主要承擔者,構成生物體的物質基礎。構成生命的重要有機物還有脂肪類和糖類。對生命越重要的物質,其在有機物中的支配地位越在後來實現,比如蛋白質;而有些物質是只能在生命活動中才能產生的,比如核酸。
在開端,有機物的群體性質就是大量有機分子的聚集,在群體性質之下發生的是有機分子的結合和分離。能夠自然產生的、對生命有重要意義的是蛋白質類、糖類和脂肪類。它們附著於無機物表面,隨著量的增大,在無機物表面展開,這就是聚集、結合;另一方面,在物質自然作用下分裂、分離,分裂使有機物能夠初步取得自己的個體性。脂肪類能夠在分離的邊界形成膜,把一個個體團塊和其他個體團塊分離開來。在初始情況下,有機物質團內部有機分子間的相互結合和分離,和在這些團塊之間發生的分子間的結合與分離並沒有不同,但是在團塊內部的由於物質自然而發生的聚合和分離也得到脂肪膜的初步保護。
在這一階段發生的,一方面是有機分子之間的互相轉化,另一方面是蛋白質和糖有機分子鏈的延長。這種有機物質團的性質,不僅僅由有機分子鏈的化學結構決定,而且決定於多種有機物分子混合的物理性質及其所附著的無機物。原始生命作為有自己的運動的有機物,不僅僅是有機分子相互作用的結果,它必然包含機械性、化學性的物質形式於自身之內。在此階段,有機物質團附著於無機物的物理結構之上,在這種情況下,也可以說,在此時,生命沒有自身的形象,它的形狀決定於無機自然物。
在近代,人們發現一種致病蛋白質,稱之為朊病毒。它和與它相對應的正常的蛋白質在化學結構上完全相同,但是摺疊不同,也就是說物理的三維構象不同。人們稱這種致病蛋白為病毒,是因為這種蛋白具有傳染性,具有把與它不同構象的蛋白質扭轉為與它相同構象的蛋白質的能力,破壞了原有蛋白質的正常功能,——這好像它具有一種通過控制蛋白質從而控制生物體成長的能力,——但不同於核酸在生物遺傳上的運動形式;核酸是自我分解,自我複製,然後復歸於自身;而朊病毒之改變他物,並不分解自身,它直接把他物改變成和自己相同的形式,在這一過程中自己作為自己直接作用於對象;從辯證邏輯上觀察,朊蛋白作為控制生物體成長的載體相較於核酸作為遺傳信息的載體似乎屬於生命發展的初級階段,而核酸作為遺傳信息的載體則屬於生命發展的高級階段。
朊蛋白可以通過控制蛋白質的空間結構而在一定程度上控制有機物質團的形態,使有機物質團的形狀從決定於無機物的形態發展到具有自己的形態,從而使自己從附著於無機物改變為使無機物成為自己的一部分,成為自己的工具,在一定程度上實現自己運動的形式,由此而可以被稱之為生物體,——原始生命。
現在所發現的朊病毒及其對生物體的影響應該認為只是原始生命蛋白質的運動的殘存的、很小的部分形式,只是冰山一角。這一發展階段構成了有機物質團向以核酸為遺傳信息載體、以細胞為基本構成單位的高級生命形式的過渡。沒有這一發展階段,高級生命形式的產生就是不可理解的。所以這一發展階段的假設可以說是由生命發展的必然性決定的。這一理論推測還有需要商榷的地方,也有很多能夠繼續擴充發展的地方,但是其中所表達的最重要的原則,——生命的起源和各種生命現象的奧秘只能在生命自己的生活過程中去尋找,——這一原則卻是確定無疑的。
生命發展進程中的第一階段,脂肪類的總量一定大大多於蛋白質的總量,這有利於有機物分裂中個體化的有機物質團的產生。厚厚的脂肪膜強大的保護作用使有機物質團與地球惡劣的原始生態環境隔離開來,以減低無機自然對有機物的侵蝕瓦解作用。隨著時間的推移,在有機物質團內部的化學反應也和團塊的邊緣上的化學反應有所區別。在有機物質團內部,化學反應的速度會更快,並且在內部會創造出不同於自然環境中的化學反應的條件和物質。
蛋白質同樣可以在自然條件下產生。蛋白質被包裹於有機物質團內部,由於其分子鏈能夠不斷延伸,並且由於其摺疊形成三維結構而逐漸在有機物質團塊內部取得了主導地位。蛋白質家族由於其統治地位造就了一個豐富多彩的原始生命世界。由於蛋白質家族的統治,生命開始從附著於無機自然物逐步達到具有自己的外在結構形態。起初,因為附著於無機自然物,原始生命隨著無機自然物的運動而反作用於自身。原始生命自身的結構被所附著的無機物牽、拉、擠、壓而分離和結合。在這種運動過程中原始生命也改變著自己的活動機構,這種改變後來就由原始生命體在自己內部自己建立起來,這樣,這種建立就包含機械性和化學性於自身之內。原始生命內部的生化反應具有兩種不同的趨向,並且是相互對立的。一種趨向是使自己具有穩定的結構,類似朊病毒一樣,朊病毒把它所接觸的蛋白質轉化為不可溶解的、並使其所侵佔的有機物結構轉化為由它決定的穩定的海綿體結構;另一種趨向是有機物在相互作用中,一種反應的產物成為另一種反應的條件及加速反應的酶,而且其發展方向是:化學反應以有機分子鏈在酶的催化作用下完全分解為基本組成單位,然後再重新組合成長鏈大分子,以便取得更適合於自身發展的形式。第一種趨向使蛋白質的作用逐步增強、量逐漸增大,為第二種趨向準備了物質基礎。能阻止朊蛋白同化作用的只有大量脂肪類、糖類一起形成的厚厚的膜結構。所以第二種趨向只有在和無機物相接觸之處、原始生命的活動機構那裡首先產生。在那裡的牽、拉、擠、壓動作很容易形成有膜保護的空腔並且滲漏進有機物分子的組成成分和水分、礦物質等等,形成胞結構。胞結構也可以由拉伸而平分自己的內部成分,形成分裂。
引起進一步發展的不是那種由蛋白質決定的穩定的結構形式,那種形式只是同一性的東西無限反覆,試圖在無限反覆中增大自己的量;引起進一步發展的,是那種分解有機物為其基本的組成單位,並在進一步反應中形成適合自己發展的生物大分子的胞結構形式。在胞體內部最初發生的是能夠滲透進膜中的大分子之間的相互結合和分離,在它們結合和分離過程中也產生其他小分子物質,這些小分子物質就是那些大分子相互排斥的產物。當這些小分子反過來成為加速反應過程的媒介時,就成為酶。這些胞體能夠長期存在、和細胞生命的細胞相比具有長壽命的原因與厚厚的膜的保護和反應過程簡單及反應速度的緩慢有關。有機物大分子的分解越來越徹底,加上酶的不斷加強和多樣化使生化反應更加深入和快速。蛋白質體的空間結構如果呈海綿狀,那麼胞結構也會侵入它的空隙,從而,經長時間的發展,也能遍布整個生物體。這時,隨著生物體內部生化反應的需要,軀體結構也會發生相應的改變,使生物能夠攫取其他生物作為自己內部需要的材料,——吞噬行為的產生,——與這一起產生的,還有把生化反應產生的廢物排出體外的結構,——生物在其軀體的整體上初步實現了新陳代謝功能。吞噬行為是生物體主動實現的行動,而生化反應是在生物體行為背後發生的,——至今,在人類這種智力高度發達的生命那裡,生化反應依然在日常人們的行動的背後,在這種意義上依然是不以人的意志為轉移而發生的。這裡所發生的東西不過是:與生命體內的生化反應相應,軀體的外在結構及行為會和其內部發生的生化反應互相協調一致。在高級生命那裡,似乎這一切有理可循,而在原始生命階段這一切似乎具有偶然發生的外貌。但是,這一切其實在理論上是前後一致的。
吞噬行為可能的結果,一種是被吞噬物的完全溶解;一種是兩者一起的共生,最後形成一體;一種是雖然兩者有一定程度的融合,但也埋下分裂的根源。分裂起初只在關節部位具有胞體的部位發生,經過很長時間的進化,才能有原始生物體整體的分裂。最初的整體分裂是兩個不等的個體,當原始生命進化到由一個整體分裂出兩個相同的個體時,生命就跨出了劃時代的一步。在有初步的吞噬、排洩功能開始,生命保護自己的本能就在起作用;當生命分裂出兩個同樣的個體時,種族的延續就有了開端;與此相對應的必然是生化反應的高度發展,——核酸這一遺傳信息的載體開始在生命運動中、在細胞中產生。
核酸起初只是蛋白質、脂肪和糖類在生命體中相互轉化、相互排斥的產物。然後它就和一些蛋白酶一樣參與生命體中的生化反應。由於核酸特有的性質,它不僅作為生化反應的中間產物,而且由於和胺基酸的結合特性成為細胞組裝蛋白質的工具。在最原始的胞體分裂中,核酸和其它有機分子一樣,在胞體間平均分配。生命自身分裂成兩個相同個體需要內部胞體的分裂增加機制已經有了高度發展,自然的有機分子在胞體中的機械形式的平均分配顯然是遠遠不夠的;那麼,以一種化學性質穩定的環狀的或鏈狀的有機大分子作為胞體結構的起支配調節作用的基質就是最佳的選擇;核酸具有能同樣容易和胺基酸結合也能自身結合的特性,其自身結合的鏈狀結構具有化學反應的強穩定性等等現代科學已經了解的適合作為這一基質的方方面面;在漫長的生命發展過程中,生命選擇了它作為遺傳信息的載體;核酸運動形式,——它首先分解、複製自身;其次,它分解自身,轉錄自己的部分,然後轉錄的部分成為組裝蛋白質的工具;其次,其自身及其產物又成為調節合成蛋白質、調節自身合成、分解、轉錄、逆轉錄、翻譯的酶。核酸的這些運動形式在整體上實現了生物體對蛋白質從而對整個生物體自身的控制。以反應的速度、深度和廣度全方位的優勢,核酸取代了蛋白質曾經的統治地位,並把蛋白質的結構扭轉為適合它自己的形式。
從以上敘述可以得出結論,單細胞生物是更複雜的多細胞生物發展過程的產物。但是一旦單細胞生物產生,它就依靠自己的強大的分裂速度,相對以前的生命發展來說,可以說迅速覆蓋了整個地球,從而把地球上的生態環境改變成更適合生命發展的狀態。
但是分裂,還不是生殖,——分裂生殖只是一種形式上的生殖,它僅僅有生殖的外貌。真正的生殖是多細胞生命達到成熟後,產生單細胞的卵,卵自身發育成和母體多細胞生物同類的過程。一個細胞,能發育成完整個體,需要的必要條件就是遺傳信息作為整體貫穿於整個生物體,同時在各個機構、各個器官那裡只有一種特殊性得到表達。反過來,當遺傳信息作為整體貫穿於整個生物體,同時在各個機構、各個器官那裡只有一種特殊性得到表達時,就必然產生由一個單細胞發育成多細胞完整個體的生殖方式。高級生物那裡,這通常表現為在單個體細胞中包含全部遺傳信息,在不深入思考時,初看起來,似乎高級生命那裡存在一種遺傳物質的浪費,好像不符合自然發展所擁有的一切都是以最簡約有效為原則的原理似的。
生殖的最高級形式就是兩性生殖。植物的兩性生殖為我們展示了最原始的由生命自身分裂而形成的兩個獨立部分自然產生的相互吸引運動。動物的兩性生殖則為我們展示了更深刻的生命進化現象。前文提到一種觀點,即生命的生化過程是在生命主動行動背後發生的過程,兩者似乎漠不相關;動物的兩性生殖,尤其是高級動物的兩性生殖最重要的意義是:生命的生化過程把生命的主動行動納入自己的控制;反過來,高級動物通過兩性生殖也使自己主動走進了自己的種族繁衍。
吞噬、排洩系統和生殖系統可以說是生物體的基本構成,它們甚至把對外埠建立在在同一個器官上,提示它們由共同的根源分化而來。認識的器官就和它們稍稍分開,並且獨立發展的每一步都是對自然控制的一種擺脫,都是活動範圍的擴大,都是向自由的一種進步。
直到人類出現,創造了光輝燦爛的文明,他們的精神和文化以文字和語言為載體。人類在一定程度上擺脫了自然的束縛之後,終於能以科學的目光審視自己的生命和生活過程,開始了一個新的紀元。