第二个是从有机小分子到有机大分子形式,就是氨基酸、嘌呤、嘧啶等。有机大分子像蛋白质、多糖、核酸,因为蛋白质是组成生物体的主要的物质,还有多糖、糖类都是组成很多细胞的骨架,细胞壁的主要成分,还有核酸,这是遗传物质,所以这个过程也是不可或缺的。
第三个生物的大分子演化到原始单细胞的生命。一个原始的单细胞,外面有一个膜包裹,里面有遗传物质,要进行新陈代谢的交换。所以生命起源的过程其实可以简单地分成这三个过程:对这三个过程我们现在做到哪一步?我们还有什么没有解决的?第一从无机物到有机小分子的过程,在热泉中,在深海的海底“黑烟囱”中,还是在实验室中,都能够合成这个米勒的实验,就是一个最经典的实验,就是把无机物合成了有机小分子,这个过程也是必不可少的。
第二个过程是有机小分子到有机大分子的过程,这个过程其实在热泉,像海底热泉口,还有陆地上,像黄石公园,中国云南的热泉都有这种过程,因为温度很高,有机物在里面可以进行热聚合脱水反应,能形成蛋白质。在实验室里面,这个过程也是可以重复的,所以生命起源的第二个过程也不是很难的事情。
最难的是生命起源的第三个过程,就是生物大分子到原始单细胞的过程,可以说这个过程是迄今为止科学家们研究上遇到的最大难题,也是无机生命到生命,无机化合物到有机生命不可跨越的一个鸿沟,这个过程包括哪几部分?换句话说,要研究生物大分子,到原始单细胞生命,从哪几个部分来入手?第一,要研究自我遗传系统。一个遗传系统,就是能自我复制的生物大分子系统的建立,DNA、RNA这种系统的建立。它是怎么建立的?它怎么合成的?它们怎么有遗传功能?第二,蛋白质的合成,要纳入到自我复制系统的控制,就是新陈代谢,是能量和物质在细胞内的交换,接受太阳光、接受化学能,产生有机物,再用这有机物分解而产生能量,这个能量像一个马达一样,来运转这个细胞。这个过程是非常难的一个过程,第三个过程,生物膜系统的形成,比如说像细胞壁、细胞膜,生物膜的系统,为什么重要?因为我们知道无机界是没有隔离的,只有在生物里面有一个膜跟外界隔离,同时这个膜也不是绝对隔离,而是跟外面进行物质的交换。它有一些小的空隙,所以这个生物膜系统是一个非常精密的生物机构,在生命起源之中这三个阶段缺一不可,也是非常难的三个步骤。
迄今为止,生命的起源可以描述成:在40亿年前的地球上,由无机分子合成的有机小分子,聚集在热泉口或者火山口附近的热水中,通过聚合反应,形成了生物的大分子,这些大分子进行自我复制,自我选择,进而通过分子的自我组织,并复制和变异,从而形成核酸和活性蛋白质,同时分隔结构同步产生,最后在基因控制下的代谢反应,为基因的复制和蛋白质的合成提供能量,这样一个由生物膜包裹着的具有能自我复制的原始细胞,就在地球上产生了。这个原始细胞可能是异养的,或者是化学自养的,可能类似于现代生物在热泉附近的嗜热古细菌。这个短短的描述,就把生命起源的过程基本上描述了。但它有四个无法逾越的鸿沟,一个是自我选择,因为组成生物大分子或者RNA、DNA,这些分子都是非常有限的几种分子。在无机条件下,或者在闪电情况下、或者在热水中,它形成很多这样的分子,这些分子怎么自我选择,合成DNA、RNA,把其他的大分子抛弃掉,这个过程我们并不知道。第二个是自我复制,DNA、RNA它自己能够复制,能够为下一代遗传下去,这个过程我们也并不知道。第三个是分隔结构,就是细胞膜或者细胞内部的膜结构,这个过程我们也不是很清楚它是怎么形成的?像磷脂、精细的生物结构怎么形成的,我们也并不是很清楚。另外一个是新陈代谢的问题,先是吸收外面的能量,这个过程我们并没有解决,但不管怎样这种热泉中生命起源的假说,确实有很多有利证据的支持,特别是近年来,取得了一系列最重要的进展。