How life began
生命是如何起源的
——米勒實驗與生物大分子起源
「我從哪裡來？」這個問題，大家一定都在很小的時候詢問過。那麼，生命從哪裡來呢？一代又一代的科學家不斷地探索地球上的生命起源。
讓我們一起來看看吧！
PART ONE
在生命起源問題上，化學進化論目前為多數人所接受，類似於達爾文進化論中的思想：從簡單到複雜的生命進化樹。
該學說認為，在原始地球的條件下，無機物可以轉變為有機物，有機物可以發展為生物大分子和多分子體系，直到最後出現最原始的生命體——一個最簡單、最原始的細胞，既原細胞(protocell)。該學說起初也稱為「原始湯」(primodial soup)生命起源假說，由奧巴林和霍爾丹提出，他們認為地球上的生命是由非生命物質經過長期演化而來的。
試圖為化學進化論提供理論依據的是米勒，1952年美國芝加哥大學研究生S.L.米勒，在其導師H.C.尤裡指導下，進行了模擬原始大氣條件（如雷鳴閃電）的實驗，由無機物混合物（CH4、HO2、H2和少量NH3）得到了20種有機化合物，其中11種胺基酸中有4種(甘氨酸、丙氨酸、天門冬氨酸和穀氨酸)是生物的蛋白質所含有的，而當時人們認為蛋白質是生命的本質。
米勒的實驗（Miller’s simulated experiment）在當時很有創新性，不僅啟發人們沿著化學進化這一方向進行更深入的研究，也啟發人們去探索生物分子的非生物合成。
胺基酸生成的可能機理:米勒在火花放電的頭125小時內，不斷打開"U"形管的活塞抽樣，進行分析，發現首先合成了大量的氰化物和醛類;以後它們的合成速度逐漸下降，而在整個實驗期間，均以近乎恆定的速度合成胺基酸，就是說，首先甲烷與氨作用生成氫，甲烷與水作用生成醛類;然後氫、醛類與氨作用生成氨基腈(aminoni- trile);氨基腈水解就生成胺基酸。
生命起源是一個極其複雜而又難以研究的問題。雖然19世紀70年代恩格斯在《反杜林論》中就指出:"生命的起源必然是通過化學的途徑實現的";20世紀20年代奧巴林和霍爾丹也相繼提出生命起源的化學進化觀點，即認為在原始地球的條件下，無機物可以轉變為有機物，有機物可以發展為生物大分子和多分子體系，直到演變出原始的生命體;但這些都只是理論的推測，還缺乏令人信服的實驗證據。
米勒首次在實驗室內模擬原始地球還原性大氣中的雷鳴閃電，結果從無機物合成出有機物，特別是多種組成蛋白質的胺基酸，這是生命起源研究的一次重大突破。
後來，科學家們仿效米勒的模擬實驗，已合成出大量與生命有關的有機分子。例如，有人用紫外線或γ射線照射稀釋的甲醛(HCHO)溶液獲得了核糖和脫氧核糖(1966);用紫外線照射HCN獲得了腺嘌呤和鳥嘌呤;用丙炔腈(N≡C-C≡CH)、KCN和H2O，在100℃下加熱一天得到了胞嘧啶(1966);將NH3、CH4、H2O與聚磷酸加熱到100~140℃獲得了尿嘧啶(1961);將腺嘌呤和核糖的稀溶液與磷酸或乙基偏磷酸鹽(ethyl- metaphosphate)放在一起，用紫外線照射，可生成腺苷(1977);將腺苷、乙基偏磷酸鹽封入石英玻璃管中用紫外線照射，可產生腺苷酸(A)(1966)。此外，長鏈脂肪酸也可通過在高壓下用γ射線照射乙烯和CO2而獲得。也就可以說，幾乎全部的生物小分子，都可以通過模擬原始地球的條件，在實驗室內合成了。
PART TWO
我們先假設化學進化學說是對的，那麼由無機物得到簡單的有機物小分子，後者將進一步構成有生物功能的大分子。生命機體形成過程中，DNA和蛋白質出現的先後問題困擾著許多研究學者。
經典的遺傳學中心法則認為DNA通過轉錄形成mRNA，mRNA指導蛋白質的合成，即通過「翻譯」把鹼基序列轉變為胺基酸序列；在生物體內，沒有蛋白質作為酶的催化作用就不能合成DNA，而沒有DNA作為遺傳信息的指導，胺基酸也不能組合成有特定功能的蛋白質分子。
另外，學術界還有一個觀點：先形成的不是DNA和蛋白質，而是RNA（RNA world hypothesis：「RNA世界」一詞由諾貝爾獎得主沃特·吉爾伯特於1986年提出）。
隨著RNA作為某些病毒遺傳物質載體的發現，以及對RNA分子的結構和功能的研究，科學家發現它既有DNA的自我複製能力，又具有蛋白質的催化性質，從而推測RNA可能是三者中最古老的分子，起初同時承當了DNA和蛋白質的功能，後來漸漸出現形態功能的分化，衍生出後兩者。
生物大分子(biomacromolecule)與低相對分子量的生物有機化合物相比，高相對分子量的有機化合物具有更高級的物質群 。它們是由低相對分子量的有機化合物經過聚合而成的多分子體系。
生物大分子大多數是由簡單的組成結構聚合而成的，蛋白質的組成單位是胺基酸，核酸的組成單位是核苷酸……像胺基酸、脂肪酸等都叫做生物單分子，是與生命有著密切關係的物質，它們是構成大分子的基本物質。
常見的生物大分子包括蛋白質、核酸、多糖。這個定義只是概念性的，與生物大分子對立的是小分子物質(二氧化碳、甲烷等)和無機物質。
19世紀30年代以來，當細胞學說建立的時候，有人已經研究蛋白質了。蛋白質命名始於1836年，當時著名的瑞典化學家柏爾採留斯(J.Berzelius)和正在研究雞蛋蛋白類化合物的荷蘭化學家穆爾德(G.J.Mulder)就提出用"蛋白質"命名這類化合物，並且把它列為生命系統中最重要的物質。
19世紀末，有機化學家們就開始探討蛋白質的結構。德國有機化學家費舍爾(E.Fischer)與別人合作提出了胺基酸之間的肽鍵相連接而形成蛋白質的論點，1907年費舍爾又合成了一個由15個甘氨酸和3個亮氨酸組成的18個肽的長鏈。同時英國晶體分析學派中的貝爾納(J.D.Bernal)和阿斯特伯理(W.T.Astbury)等曾用X射線衍射分析方法分析羊毛、頭髮等蛋白的結構，證明它們是摺疊捲曲纖維狀物質。
隨著研究的逐步深入，科學家們搞清了蛋白質是肌肉、血液、毛髮等的主要成份，有多方面的功能。
科學研究的一般規律是把自然規則研究清楚透徹，然後應用到實驗室生產出人類的福利。從大自然到實驗室，這是人類漫長進化史中形成的一種對規律的運用。
自然廣袤無邊，讓我們懷著對自然的敬畏之心，去探尋生命的奧秘，認識人類本身吧。