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另一项实质性的任务——自我复制。
当一部分生物化学家专注地寻找那些特异分子（它们能够
完成通常由DNA实施的功能）时，另一部分人也努力尝试着从
其他途径找到问题的答案。其主要思想是：原始地球上的RNA、
DNA和酶与今天的不同。换句话说，就是希望我们能接受分子
也在某种意义上进化的观念。
这种观点看起来也不算很牵强附会。一条潜在的原则是，
原始的DNA需要原始的RNA和简单形式的酶来催化当时的生物
化学进程。如果事实果真如此，那么有可能早期RNA的部分功
能已渐渐被其他更适合的分子取代了。而且据估计，催化剂（
加快反应速度的化学成分）的角色也可能在相同环境下已由某
种无机物质替代了。⑦
由于没有切实的证据，也没有人成功地制造出能自我复制
的RNA分子，这种理论迄今仍只是地球生命起源众多可能解释
中的一种罢了。
另一些有力的竞争者将非生命物质到生命物质的飞跃建立
在一种完全不同而很有争议的理论上。
在克里克、奥格尔和沃斯形成RNA世界假说的同时、另一
位生物化学家——格拉斯哥大学的凯恩斯－史密斯（A。 Graham
Cairns…Smith）提出了一种令人耳目一新的革命性观点。他认为
导致生命形成的有机物最初是从无机物质演化而来的。
起初，这听起来有些令人咋舌。毕竟，对于我们大多数人
来说，无机物和有机物之间是存在着巨大差异的。一切生命都
是有机的，当然包括我们的所有食物在内。遍布全球的森林、
动物、植物全都是有机的。而像岩石和组成大气的气体等一般
视为“无生命”的东西则均是无机物。
尽管碳具有一些与众不同的特性，但对于化学家而言也只
不过是元素周期表中100多个元素之一员， 况且有机物（常常
与“有生命的”相联系）与无机物（总是与“无生命的”联系
着）之间的界限实际上是一个概念问题。
凯恩斯－史密斯指出，就像利用DNA和RNA的生物化学系
统一样，复杂的无机系统也可以复制和传递信息——虽然是以
简单得多的方式。让我们回顾一下现代生物圈的运转过程，DNA
携带着一整套复杂得令人难以置信的复制蓝图——遗传密码。
我们已详加讨论的RNA和蛋白质则为此各司其职。现在，凯恩
斯－史密斯提出的全新观点却是：40亿年前某种更简单的系统
在运转，它最初并不需要DNA和RNA，甚至不需要蛋白质。
在这个系统中（在有史以来最受欢迎的科学书籍之一——
《生命起源的七条线索》中有很精彩的描写），凯恩斯－史密
斯展现了地球生命的两条迥然不同的演化途径。第一步是利用
存在于粘土中的晶体结构产生他所称的“低技术”组织，这种
晶体在当时应该（和现在一样）相当普遍。这些粘土在结构上
虽然远不及DNA分子来得复杂，但却能产生自我复制系统，以
此将信息从一“层”传到下一“层”。这与DNA的复制过程有
着异曲同工之妙。
凯恩斯－史密斯相信，从这种“低技术”开始，渐渐演化
出了结合成有机分子的更为复杂的系统。它有可能就像米勒、
尤里和其他人主张的那样，是在早期的地球上产生的，或者也
有可能从另一个已有生命的世界远道而来。这些不甚复杂的结
构经过漫长的时间，进化到今天这种包含了DNA、RNA和蛋白
质的“高技术”组织，从而促成了目前这样通过自然选择不断
进化的遗传机制。凯恩斯－史密斯把从“低技术”迈向“高技
术”的转折点称为“１号基因”诞生。自此之后，地球上生命
的进一步发展都以其为原始模板。这种理论超越了达尔文的生
命起源于“温暖的小池塘”的假说，将我们引向一个甚至不是
有机物的共同祖先。
凯恩斯－史密斯的想法相当大胆，它处在人们通常接纳的
科学范畴的边缘，但事实上它并不见得比RNA世界假说更令人
惊讶，而且也有相当多的证据支持它。关于通往“生命”之途
的最终思考与这两个过程都有联系。
图 6 粘土的“复制”
化石记录告诉我们，在很久以前地球上就开始出现生命了。
1980年，在澳大利亚的沙漠中发现了一种名叫叠层岩或“活石
头”的生物化石，这种生物大约生活在35亿年前，在过去16年
中它一直被视为地球上最古老的生命形式。然而，在1996年底，
圣迭戈斯克里普斯海洋学研究院的科学家们又将这一时间往回
推了一些，他们成功地分离出一种碳的同位素的混合物⑧。据称
这种同位素是由38亿年前的生物产生的。我们知道，地球上的
环境是在大约40亿年前才开始变得适宜生物形成的，所以，这
样看来，在此之后仅仅过了几亿年时间，最简单的生命就已经
出现了。
当然，所有这些并没有给出在地球外的其他行星上也有生
命进化的证据，但它至少向我们表明，一旦有合适的条件生命
就会出现。卡尔·萨根曾经写道：“现有的证据充分表明，只
要给出初始条件和10亿年的演化时间，就应该会出现生命。在
适宜的行星上产生生命似乎构成了宇宙化学的一部分。”他在
这里所描述的就是自组织原理。
最近的研究表明，某些物理或化学系统可以自发地从较简
单的状态跃变为高度复杂或高度有组织的结构。有些人认为这
种组织原理是“反熵”（一种从有序转化为无序的过程之逆过
程）的一种表现，而且有可能与生命有着某种神秘的联系。
熵是一个系统中的“无序程度”，在自然界中它总是增长
的——放着的水果会渐渐腐败，它的细胞分解开来，“干净”、
“有组织”的新鲜水果就变成了一堆无组织的物质。据信自组
织原理是宇宙中熵不断增长这一趋势的逆过程。由此看来，由
太空中的简单分子或“低技术”无机系统发展出有机分子；尔
后又由这些有机分子最终形成生命的可能性就大大增加了。
由于宾夕法尼亚州立大学的物理学家斯莫林（Lee Smolin）
教授最近的一项提议，生物学界和物理学界正陷入一场激烈的
辩论之中。引起这场骚动的具体原由是斯莫林教授提出，宇宙
也有可能像生命那样通过达尔文的自然选择而演化。他称这项
原理为“宇宙学选择”。按照这一理论，我们所处的宇宙乃是
从时间开端以来一直在演化着的一系列宇宙中年代最近的一个。
更有甚者，我们宇宙中的生命则是黑洞的副产品。在这个达尔
文式的系统中，黑洞的创生乃是真正的动力，斯莫林指出这样
说的依据是：一个宇宙拥有的黑洞数量越多，这个宇宙就越稳
定。
不过最值得注意的是，该理论表明只有存在碳的宇宙才有
可能形成黑洞。根据宇宙学选择理论，生命恰巧也依赖于碳纯
粹只是一种巧合。＇3＇
很显然，要找到生命起源——甚至只是找到地球上生命起
源的确切答案仍有很长一段路要走。假若我们在不久的将来真
能有幸研究外星生命，这就能使我们有更多的机会揭开简单生
命在地球或其他地方发生发展的奥秘。不论最后究竟会是哪一
种理论获胜，也不论最终的解答是本书中已经提及的或是至今
尚未出现的，要解开这个科学史上最大的疑谜之一，找到切实
的证据把现时尚属臆测的想法变为真实的答案，我们要做的工
作还很多很多。
_________
① 这自然引起了许多伦理上的思考，特别是近期在遗传方面
关于克隆技术的一些突破。比方说，根据上面的说法，克隆羊
“多利”算不算是有生命的呢？克隆出来的子代和它们的亲代
完全相同。这虽然非常有趣，但却不是一个章节的内容可以涵
盖的，如此复杂的、谜一样的问题完全可以写一本书来讨论一
番。
② 你们中的有些人也许仍然无法相信，并怀疑这不过是我们
一厢情愿的想法罢了。要想真正地论证这个复杂的问题恐怕需
要整整一个章节才行。不过在这里将给出一个例子，我希望这
已经足够说明问题了。运用一种叫做“光谱分析”的技术，天
文学家可以探恻遥远恒星的光波并分析它们的组成。研究结果
表明，它们的光与我们的太阳光相似（主要区别在于不同颜色
成分的比例）。光的差异由组成这些恒星的化学元素所确定，
这些元素都可以在我们的太阳中或在地球上找到。就像前面提
及的莱维所说的那样。从根本上来讲，所有的东西——从高楼
大厦的砖瓦，到我们眼睛的细胞和这本书的每一张纸——都是
从恒星而来；而所有恒星的基本组成都是相同的。
③ 根据最近的统计，元素周期表中共有109种元素。 随着对
核反应的进一步研究，这个数字还在不断增长。这些新增的不
稳定元素叫做超铀元素，它们的寿命很短，很快分解成原子量
较小的其他元素。最重要的是，它们都是元素周期表尾部的重
元素，与那些主要构成元素周期表的稳定元素相比，它们的原
子序数大，原子量也大。
④ 对有些人来说，这样的断言听起来有些过于主观。这样的
意见在此时此刻应该说是有一定道理的，毕竟，在浩瀚宇宙中
存在某些以目前我们还不甚了解的机制进化而来的生命形式也
是有可能的。不过这样的情况不在眼下讨论的范围之内，它将
在第四章中讨论。
⑤ 最后的这一点正是含水的环境对于生命的出现和维持至为
重要的原由（参见第三章）。
⑥ 迄今观测到的大部分彗星都来自太阳系边缘的两个区域，
即奥尔特云和柯伊伯云。有理由相信， 在过去的46。5亿年中周
期性地造访地球的某些天体也许来自遥远的、环绕其他恒星运
行的世界。
⑦ 有些读者可能会奇怪，为什么科学家选择了RNA而非DNA
作为最原始的导火索？原因是制造RNA所用的核苷酸要比制造
DNA的脱氧核苷酸更加容易合成。而且这样也更容易想象DNA
如何从RNA演变成今天这样的遗传信息的保卫者和储存者的角
色。
⑧ 几乎所有的元素都至少有两种同位素形态，它们的质子数
相同，但是中子数不同，这就导致了原子量（原子核内中子与
质子之和）的不同。
第三章 凸眼怪物和小绿人
第三章 凸眼怪物和小绿人
“它是生命，吉姆，但不是我们所知道的那种生命。”
——引自《星际迷航》
让我们设想宇宙中充满了生命。暂且假设怀疑论者的想法
是错的，生命之花在银河系乃至其他星系处处盛开。那么外星
生物会是什么样子呢？
对这个问题有两种不同的观点。一部分人认为在外星世界
里，物种的数目与地球上大致相当，但是占统治地位的生物与
我们人类看起来完全不同。另一种推理是，外星世界中有着大
量不同的物种，但真正进化到能够创造一个文明的生物则应具
有和人类大致相同的形态。
两方阵营的论据都相当复杂，关键在于对进化生物学的不
同诠释，以及关于宇宙范围内进化方式的互相对立的观点。
我们已经知道，自从1859年达尔文的《物种起源》出版后
自然选择的进化理论开始流行起来。这是一部堪与爱因斯坦的
相对论、立体派或勋伯格（Schoenberg） 的十二音阶体系媲美
的作品。就和所有划时代的革命性发现一样，进化论被当时的
许多人误解。甚至时至今日，它仍为不少人曲解。
19世纪后半叶，当达尔文的密友赫胥黎（Thomas Huxley，
（绰号“达尔文的斗犬”）竭力宣传进化论时，传媒和大众都
完全错误地接受“人是由猴子变来的”这样的观点。这是对一
种缜密的理论的粗滥而错误的解释。时至今天，不少人仍持有
如此荒谬的想法，此外，还有一些更诱人的误解掺杂进来。
最近在某科普杂志刊登的一篇关于其他行星上的生命的文
章中，我惊讶地看到它说在另一颗行星上产生和我们相同的基
因序列的机遇是5×（10的16 557 000次方），即5后面跟着1600多
万个零。这无疑是个大得难以想象的数字，它意味着在其他星
球上出现与地球生命相仿的生命是极有可能的（扫校者注：中
译本原文如此，疑为作者或译者笔误，产生相同基因序列的机
遇应当是1/（5后面跟1600多万个0）， 也就是说在其它星球上产
生与我们相仿的生命是极其没有可能的。从下文看，作者也是
这个意思）。而事实上，这种说法是彻底错误的，它没有将进
化的因素考虑进去。
诚然，在一个没有进化的宇宙中，要产生与智人相似的生
命形式是不大可能的。不过，由于基因随着环境而进化、变异，
所以倘若地外环境与地球并非截然不同的话，那么在有生命的
行星上的生物基因经过长时期的进化，产生与地球上相似的生
命是完全有可能的。
但是，达尔文进化论的重要性远不止如此。它并不是简单
地描述生命形式的发展，或高等生物如何从低等生物进化而来；
它是生命的发动机。不管那些宗教顽固派怎么说，没有进化也
就没有生命。
进化的机制究竟是什么呢？它如何影响着关于外星生命特
征的种种争论？进化的结果是否会产生凸眼怪（bug…eyed monsters
常简称为“BEM”），有没有小绿人（“LGM”），或是其他
什么闻所未闻的东西？
进化过程是在不经意间发生的，冷酷无情的。这是岩石的
核心，是生存的恶梦，是在陷井底的恐怖，是那种将你在清晨
4 点惊醒的恐惧。通过自然选择而进化，是所有物种从较不完
善的形态转变为更能适应环境的形态的过程。这个过程是由逆
境、环境的改变、以及竞争来驱动的（由此而产生了另一个被
大大曲解的观点——“适者生存”）。生物所遭遇的逆境越多，
进化的速度也越快。
我所以说达尔文进化论——或者说自然选择进化是冷酷而
又不经意的，是因为这只是一种机制：进化过程中的种种变化
都是没有导向管理的，并没有什么神在谋划或在幕后操纵着这
一切。
达尔文进化论不需要神，这是一个在遗传层次上运作的自
我延续过程。越能适应环境的物种，生存和繁衍的机会就越大。
通过有性繁殖，它们将遗传物质传给子孙后代。至关重要的是，
这些遗传物质也通过复制过程而重新组合并且有可能发生变异。
变异后的这些特征（与那些按照原样复制的部分一起）在后代
的身上体现出来。接受到更为适应环境的遗传信息的后代，又
有更多的机会生存繁衍。如此一代代遗传下去，这些物种变得
越来越适应环境。突变纯粹是偶发的，它塑造新物种。与此同
时，那些获得不利的遗传信息的试验品则将被历史无情地抛弃。
这种机制几乎是一种普适的真理。我这么说确是冒了被指
责为沙文主义者的风险，但根据我在上一章提及的碳的独特性，
通过自然选择而进化的机制是一条基本法则，没有理由说它不
适用于整个宇宙。正像前面我已说过的，按我们目前的认识，
没有进化过程就没有生命（原注：即使是再奇怪的生命形式，
比方说，假设有智慧型气体生命存在，它也必须经历进化的过
程。也许是从另一种不那么适应环境的气体形态进化到更为适
宜的状态）。
那么，这种简单的机制又是如何影响了我们的外观或是使
一头鲸区别于一只金丝雀的呢？
发育生物学是一门专门研究地球上的生命如何从几十亿年
前的简单形态发展到今天我们所见的这些动植物的学科。它是
一门融合了进化生物学、古生物学和遗传学的综合性学科。
发育生物学家从两个基础出发着手研究。其中一条途径称
作“进化生物学”，研究各种现代动物的种种结构，它们被称
为动物的“体构”——我们今天所看到的不同类型的动物所共
有的基本类型。有了这些之后，就可以通过计算机模型来追溯
这些基本体构的起源。
另一条途径是“遗传追溯”，这种方法包括分析遗传物质
经历漫长时期所发生的变化。遗传特征当然是决定生命的本质
和差异的关键因素，我们也许可以有办法追溯遗传物质在同种
和不同种生物之间如何变化。通过这种方法，生物学家可以得
出两个或更多个现代物种的共同祖先的特征，再以相同的方法
一层层递推上去，直至建立物种“谱系树”。
这两种方法都不很直截了当。生理特征的追溯方法不但需
要强有力的计算机模型，有赖于大量从古生物学和考古学的发
现中获得的参数和信息，了解功能与结构的关系，而且还要进
一步了解动物的生理特征与环境之间的联系。遗传追溯方法的
问题则在于不同的基因，亦如不同的物种那样，进化的速度并
非相同。进化过程的途径更是含有大量分支，这种错综复杂的
情况常常将研究者引入死胡同，使逻辑推理陷入僵局。尽管如
此，发育生物学家们还是逐渐勾画出了生命在地球上的演化进
程，并有可能由此了解生命在其他星球上的发展情况。
在前面一章里，我们已经看到地球上的生命是在约38。5亿
年前出现的。虽说关于无生命物质如何转变到我们所说的“活
的”生命仍是争论的焦点，但是很显然，自那个转折点后，生
命开始了繁衍和进化的历程。不过，如果你认为这是一个简单
的线性进化过程，那就大错特错了。
直至 5。3 亿年前，地球上最复杂的生物也只有水藻那样的
水平，甚至水藻都还是刚刚出现的。在地球上能找到生命的最
初的28。5亿年中，只存在单细胞生物，例如细菌。到10亿年前，
水藻作为首例简单的多细胞生物出现在地球上。后来，大约在
5。5 亿年前，也就是地质学家所说的新元古代， 一批复杂一些
（相对于今天仍很原始）的生物崭露�