53年前的玻璃瓶孕育生命？

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（文/Ed Yong）1958年，年轻的科学家斯坦利?米勒将几种不同的气体混合在一起，并放入电极，用以模拟无生命的早期地球大气环境。这是继1953年斯坦利?米勒首次设计生命起源实验后的又一次实验，这是久负盛名的著名实验之一。出于某些不知名的原因，斯坦利?米勒的这次实验没有发表没有报道。他一丝不苟地收集了所有的实验样本，并将这些样本保存在玻璃瓶中，无论斯坦利?米勒是否健康或者愉快他都没有分析1958年的实验结果。
1958年的实验样本一直被存放在斯坦利?米勒办公室的纸箱子里，静静地躺在一个角落。虽然没做分析，但是米勒从未想过要丢弃它们。1999年，这些玻璃瓶易主。米勒因中风而把他办公室里所有的仪器、卷宗、实验记录遗赠给他的学生杰弗里?巴达。直到2007年巴达才真正地继承这笔历史性的宝藏。杰弗里?巴达在接受纽约时报采访的时候表示，我们发现米勒留下了大量的玻璃瓶，每一个都贴有标签，标签对应实验记录本上当年的笔记。我们通过这些可以看到那个历史性的一刻。
4 ^% |/ \1 R" d/ e+ m( N2007年米勒一病不起，直到死于心肌梗塞，然而他的遗产却完好地传承下来。巴达的学生艾瑞克?帕克完成了米勒当年的分析步骤。帕克应用现代的技术分析当年米勒保留下来的样本结果，并且帕克将这一分析结果写成论文发表在期刊上，帕克完成了53年前开始的一项实验。
  [# i; ^; H$ I0 E$ M米勒在1953年开始他的研究生论文实验。在当时，米勒的实验首次回答了生命起源的问题。在他们的实验室里，他们尝试模拟早期地球产生生命的条件，大气中充满了单一的气体，常常电闪雷鸣。米勒在一个曲颈瓶里将甲烷、氨、水和氢混合在一起，并放入电极。
- m0 d; |' Y  N% ?在电极的处理下，瓶子里发生了变化。米勒在曲颈瓶中找到了5种不同的氨基酸，这5种氨基酸是组成蛋白质的重要元素，也是构成生命的基础。
关于生命的起源一直在科学界争论不休，但是没有人能否认米勒实验带来的影响。米勒的实验被奉为生命起源的经典实验，米勒也因此名声大噪，上了《时代》杂志封面。尼克?连在他的《追溯生命》一书中对米勒的实验有精彩着墨：米勒用电极处理曲颈瓶里的气体，随后产生了构建生命的基础物质。生命起源的秘密一直都存在，突然被人们发现。原来生命起源看上去并不很难。
随后的十年，米勒重复生命起源实验多次。他在电极瓶中注入热水以模拟早期原始地球火山喷发情形。2008年，巴达的学生亚当?约翰生发现米勒留下的曲颈瓶中所包含的氨基酸数量远远不止米勒1953年所发现的五种。
# e' T( }3 Y: R6 }( r1 O0 d4 ?0 j6 y) q* q% p米勒后来在曲颈瓶中新增了两种物质，硫化氢和二氧化碳。现在人们要重复这个实验十分容易。出于兴趣，帕克和巴达希望分析米勒当年留下来的玻璃瓶。
5 S: A( b" P$ J& `4 T相比米勒的时代，现代的技术比米勒所用的技术要先进十亿倍，帕克在米勒的瓶子中发现了23种氨基酸。其中七种氨基酸含有硫元素，这具有重要的意义。当时科学家们都在尝试人造含硫的氨基酸，包括科学家卡尔?萨冈。然而米勒却不知道其实他早就在实验室中造出了含硫氨基酸。直到1972年米勒才发表造出含硫氨基酸的论文。

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在米勒的实验中，每一种氨基酸以两种镜像结构存在，且互为镜像。这种现象几乎只能在实验室存在，自然界中的氨基酸几乎只以一种形态结构存在。正是这样，帕克可以证实实验瓶中的氨基酸是实验过程中产生的，而不是受到了外界的污染。
想象一下洪荒之初，年轻的、电闪雷鸣的地球，火山不断喷发，有毒气体不断蔓延。这些自然现象释放出的气体和液体成就了地球上的早期生命。此外，太空的陨石坠落增加了地球上的元素种类。后来，帕克在瓶子中找到的一些氨基酸与1969年坠落在澳大利亚的默契森陨石中发现的氨基酸十分相似。
, e+ M+ Z0 }! q7 D0 o7 U! p研究地球大气进化的吉姆?凯斯提说，这些充满想象力的画面，怎么会不能让我们兴奋？我对这些实验印象深刻。不过我发现一个问题，米勒可能对早期地球条件的摸索存在错误。
, a& f% N3 H& b+ F) p6 g1 k通过分析古老的岩石，科学家们发现早期的地球富含氢的气体含量并不多，比如甲烷，硫化氢或是氢气。如果你重复米勒的实验，用更为真实的气体，比如二氧化碳和氮，则很难在瓶子中生产氨基酸。
对于这个质疑，帕克欣然接受，但是他认为在地球某些特殊的地方是具有产生生命的条件的。比如说，火山爆发的地方，释放出大量的含硫磺的物质，以及甲烷和氨。这些气体在闪电的时候被释放出来，通过下雨或是沉积与其他物质作用而产生氨基酸。不过，卡斯提仍旧认为这并不可信。即便有这些气体的存在，也很难被集中起来。
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尼克?雷恩说，尽管我们年轻的地球有适宜的条件产生氨基酸，然而氨基酸不是生命起源的物质，它离生命还有很远的距离。确实，米勒的实验表明，产生氨基酸并不难。更大的挑战是产生核苷酸（RNA或是DNA的基础物质）。生命的起源依赖于那些可繁衍的分子。雷恩说，即便你可以在“原始汤”中造出氨基酸（甚至核苷酸），如何产生生命仍旧是个难题。
0 d% i9 q4 a5 ]2 Y问题是，可复制的分子并不是自然的出现在生命基础元素之上，就好像你不能期盼把汽车零件丢入游泳池后就能获得一辆汽车。核苷酸天生很羞涩。它们需要有强有力的结构分子，显然这不仅仅是雷鸣电闪就可以做到的。这些分子必须集中起来，并且集中在一个不断有能量供给的地方，还需要有催化剂。这些因素缺一不可，只要缺少一样生命就不可能产生。
深海喷口是一个可能产生生命的好地方。在海洋深处，过热的岩石释放出大量含氢的气体。岩石结构松散，存在很多孔洞，生命起源的基础物质可能被聚集在那些狭小的孔洞中，慢慢累积，岩石中的矿物质可能发挥催化剂的作用。远离“原始汤”，海底可能才是生命起源之地。
" b/ Y' N, v- z" ?& H因此，米勒的经典实验和现在完成的分析结构并不可能迈出寻找生命起源的第一步。《生命起源》的作者亚当?拉塞福说，这是具有历史性意义的一个部分，就像当时达尔文在他的记录本中描述迅猛龙一样。
无论如何对米勒曲颈瓶结果的分析是一丝不苟科学精神的体现。我们看到米勒无比细致地准备样品，详细地写实验记录，细心地保留所有的实验用具，甚至可以让他的学生在50多年后再重新延续他的实验。
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1 {9 ^# D  u1 |, {/ @3 B1 X! P博主介绍： Ed Yong，著名科学作者。他白天在英国癌症研究中心上班，晚上回家写他自己的科普博客Not Exactly Rocket Science。他的文章被众多知名刊物采用，包括New Scientist, Nature, the Economist, the Guardian, the Daily Telegraph以及SEED等。

张萌萌

或许早期生命有着各种各样的存在形式——但自然选择让光合作用的植物存活下来了，就像选择性培养基一样