第三節　生命所需要的分子能夠在太空中自然形成

組成生命的分子如葡萄糖、氨基酸、脂肪酸，看上去都非常復雜（圖1-5），就算化學家在實驗室里制造它們，也得花費不少力氣，在生物出現之前，這些分子又是從哪里來的呢？其實這些分子不僅可以在自然條件下形成，而且還相當容易形成。

星球耗盡內部的燃料爆炸后，噴灑到空中的氣體溫度降低，電子和原子核結合，生成各種元素的原子。原子在形成之后又會發生化學反應，彼此連接到一起，形成分子。除了幾種惰性元素（氦、氖、氬、氪、氙、氡）外，絕大多數元素的原子都會和其他原子組成分子，而不會以單原子的形式存在。

氫是宇宙中最豐富的元素，兩個氫原子彼此結合，就組成氫分子（H₂）；氫還會和氧發生反應生成水（H₂O），和氮反應生成氨（NH₃），和碳反應生成甲烷（CH₄），和硫反應生成硫化氫（H₂S）；碳和氧反應生成一氧化碳（CO）和二氧化碳（CO₂），硫和氧反應生成二氧化硫（SO₂）；氫還可以與碳和氮一起，形成氰化氫（HCN）；等等。除了水容易形成液體外，這些物質基本上都是氣體（圖1-5左）。

有些化學反應生成的物質卻可以在太空環境中形成固體，如二氧化硅（SiO₂，沙子的主要成分）和其他礦物質（硅酸鹽、硫酸鹽和硝酸鹽等）。這些分子聚集在一起，形成太空中的宇宙塵埃。塵埃還可以聚集，形成隕石。

塵埃和隕石表面都能夠吸附水分子，而潮濕的表面又可以溶解和吸附前面所說的那些氣體分子，包括氨、甲烷、硫化氫、一氧化碳、二氧化碳、二氧化硫、氰化氫等，這就大大提高了這些分子的濃度，并且將它們聚到一起。

來自星球的輻射如紫外線，具有很高的能量，能夠打斷這些分子中的化學鍵，讓各種原子有機會重新組合。水也會活躍地參與這些反應，塵埃和隕石的表面對化學反應還有催化（即幫助和加速）作用。在這些環境條件下，簡單分子就會變為比較復雜的分子，包括組成蛋白質的氨基酸、組成脂肪的脂肪酸等（圖1-5右）。

在引言中講過，RNA的組成單位是A、G、C、U四種核苷酸，其實核苷酸本身又是由三種分子相連而成的，分別是堿基、核糖和磷酸。堿基是含氮的環狀化合物，因為在水中呈堿性而被稱為堿基。核苷酸里面的堿基有兩種，分別叫嘌呤和嘧啶，這兩個奇怪的名稱是它們英文名稱（purine和pyrimidine）的音譯，其中嘌呤又分為腺嘌呤（用A代表，注意在這里字母不再代表元素）和鳥嘌呤（用G代表）；嘧啶又分為胞嘧啶（用C代表）和尿嘧啶（用U代表），四種核苷酸也以它們所含堿基的符號作為自己的符號。這些嘌呤和嘧啶以及核糖，也可以在宇宙環境中生成。

例如，在1969年9月28日，一顆隕石降落在澳大利亞的默奇森地區，被命名為默奇森隕石（圖1-6左）。這顆隕石上面有15種氨基酸，包括組成蛋白質的甘氨酸、丙氨酸和谷氨酸。在從隕石中取樣時最容易被污染的絲氨酸和蘇氨酸沒有被檢出，說明這些氨基酸確實來自太空。除氨基酸以外，默奇森隕石還含有嘌呤和嘧啶、核糖，以及大量的芳香化合物（由碳原子和氫原子組成的環狀化合物）、直鏈型碳氫化合物（由碳原子連成長鏈，上面再連上氫原子）、醇類（含有羥基（—OH）的碳氫化合物）、羧酸（含有羧基（—COOH）的碳氫化合物）等。默奇森隕石的例子證明，構成生命的分子確實可以在太空中自然形成。

除了宇宙塵埃和隕石，地球早期的表面也可以形成生命所需要的分子。地球表面有巖石、水、大氣（包圍地球的氣體），有來自太陽的輻射、閃電，還有火山爆發帶來的高溫，這些因素也能夠使簡單分子中的原子重新組合，形成新的、更加復雜的分子。

1953年，美國科學家斯坦利·米勒（Stanley Miller）（圖1-6右）混合甲烷、氨、氫、水這些地球早期大氣中的分子，再對這個混合物放電，以模擬閃電。一個星期后，水變成了黃綠色。米勒在水中檢測到有氨基酸形成，如甘氨酸、丙氨酸、天冬氨酸。1972年，米勒重復了這個實驗，但是用了更靈敏的方法來檢查實驗產物，結果發現了33種氨基酸，其中10種是生物體所使用的。

1964年，美國科學家思德利·福克斯（Sidney Fox）用了和米勒不同的方法來模擬地球早期的狀況。他把甲烷和氨的混合氣體通過加熱到1000攝氏度的沙子，以模擬火山熔巖，再把氣體吸收到冷凍的液態氨中，結果生成了蛋白質中使用的12種氨基酸，包括甘氨酸、丙氨酸、纈氨酸、亮氨酸、異亮氨酸、谷氨酸、天冬氨酸、絲氨酸、蘇氨酸、脯氨酸、酪氨酸和苯丙氨酸。

這些結果說明，利用星球爆炸后形成的簡單分子，如氫、氨、甲烷和水，在塵埃表面或者地球表面，可以生成許多生命所需要的分子。氨基酸既可以在太空中形成（如默奇森隕石中的氨基酸），也可以在米勒和福克斯各自模擬的地球表面的條件下生成，說明氨基酸在自然界中形成并不是一件難事，而且還可以通過多種途徑生成。嘌呤分子看似復雜，其實不過是由5個氰化氫分子聚合而成。這些分子就可以成為生命的起始材料。

檢查氨基酸、脂肪酸、葡萄糖的分子結構，發現它們有一個共同特點，即都是以碳為骨架的。這是因為碳原子是四價的，不僅能夠彼此相連成為長鏈或者環形結構，還可以在骨架上連上其他原子或者基團（如氨基、羥基、羧基等），因此地球上的生命是以碳為基礎的。這個事實許多人都體驗過：米飯煮煳了，肉和蔬菜燒焦了，都會變為黑色，那就是食物分子被高溫分解后殘留下來的碳。

由于和生命有關的復雜分子都含有碳，在化學上就把含有碳的分子叫作有機分子（一氧化碳和二氧化碳等簡單的含碳分子除外），從生物的另一個名稱有機體（organism）這個詞而來，原意是來自生命的分子。由有機分子組成的物質叫作有機物。

這些生物的起始材料可以在地球上生成，在太空中形成的這些材料也可以被隕石和塵埃帶到地球上。當地球上積累了越來越多的這些分子時，又一個意義極其重大的事件發生了，這就是生命的誕生。