第五章 生命的複製大爆炸

大多數恆星——我們的太陽就是一顆典型的恆星——已經穩定地燃燒了幾十億年。在星系的某處,有時會有一顆恆星在沒有什麼明顯預兆的情況下,亮度突然增大,成為非常少見的超新星。

在大約數星期的時間裡,超新星的亮度會達到原來的數十億倍,然後,它就熄滅了,僅剩下暗淡的殘骸。在一顆恆星變成超新星,並處在閃耀高潮的那幾天中,它所放射出的能量,比過去上億年中作為一顆普通恆星放射能量的總和還要多。如果我們的太陽變成了超新星,那麼整個太陽系頃刻間就會煙消雲散不復存在。所幸的是,這種事不大容易發生。在我們這個擁有數千億顆恆星的銀河系中,天文學家們迄今只記錄到三次超新星爆發,分別發生於一○五四年、一五七二年和一六○四年。蟹狀星雲就是一○五四年超新星爆發事件留下的殘餘。這顆超新星是中國天文學家發現並記錄下來的。當然,我這裡所說的「一○五四年事件」,指的是有關這一事件的資訊於一○五四年到達地球,而事件本身發生的時間則要比這早六千年。這顆超新星所放射的強光的前鋒於一○五四年到達地球。自一六○四年以後,只觀察到發生在其他星系的超新星。

還有另外一類恆星能夠承受的爆炸。這種爆炸,不是形成超新星,而是產生信息。這種爆炸比超新星爆發緩慢得多,而形成的時間之長,是超新星所無法比擬的。我們可以把它稱為「資訊爆炸」或「複製爆炸」。為什麼叫做「複製爆炸」,下面我們將會講到。在形成資訊爆炸的最初幾十億年中,只有近緊鄰,才有可能探測到「複製爆炸」。最終,這隱約的爆炸證據洩漏到了宇宙中較遠的地方,並且變得(至少是有可能)可以從遙遠處探測到它。我們尚不知道這種爆炸將怎樣結束。也許,最終它會像超新星那樣逐漸消失,但首先我們還不知道這種爆炸會達到什麼程度。或許,最終的結局是一場劇烈的、自我毀滅性的大災難;或許,最終的結局是比較和緩的、重複的物質噴射,物質沿著預定的軌道,而不是簡單的彈道軌道,離開星球,進入遙遠的宇宙空間,在那裡,它也許會影響其他星系發生同樣傾向的爆炸。

我們對宇宙中「複製爆炸」瞭解得如此之少,是因為迄今我們僅僅看到一個例子;對任何現象,僅有一個例子不足以作為歸納性判據的。我們這一例子,其歷史仍在發展之中。至今它走過了三十至四十億年的歷史,才剛剛開始向緊鄰恆星洩漏。我們談及的這個恆星是一顆黃色的主序矮星,接近我們銀河系的邊緣,在銀河系一條旋渦臂附近。我們把它稱為太陽。爆炸實際上起源於一顆在近日軌道上運行的行星,但引起爆炸的能量全部來自太陽。當然,這顆行星就是地球,而這場歷時四十億年的爆炸(或者稱為「複製爆炸」),就是生命的複製大爆炸。我們人類是複製爆炸的一個極端重要的具體表現形式,因為正是通過我們——通過我們的大腦,我們用符號記述的文化,以及我們的技術——這爆炸才能向著下一個階段發展,迴蕩於宇宙的深處。

我在前面說過,我們這顆複製炸彈,是宇宙中我們迄今已知的獨一無二的複製炸彈,但這並不意味著這類爆炸比超新星少。不可否認,在我們這個星系中已經觀察到了三顆超新星,那是因為超新星釋放出的能量極大,從非常遙遠的距離以外也很容易看到它。如果不是在幾十年前,人類發射的無線電波開始從我們這顆行星飛向宇宙,那麼,即使在離我們很近的其他行星上,也觀察不到我們的生命爆炸。直到不久以前,我們的生命複製爆炸的唯一明顯的具體表現形式也許就是大堡礁了。

一顆超新星就是一次巨大的、突然的爆炸。任何爆炸都是由觸發事件開始的:某種量超過臨界值,於是事情上升到失去控制,導致遠遠超出觸發事件的結果。複製爆炸的觸發事件,便是自發地產生能自我複製而又可變的獨立體。自我複製之所以是一種潛在的爆炸現象,其理由與任何爆炸事件相同:指數式增長。你擁有的資金越多,你獲得的利潤就越大。你上旦有了一件自我複製的物品,你很快就會有兩件。隨後每件又各自複製一件,你就有了四件。再後就是八,十六,三十二,六十四……這樣的複製僅需經過三十代,你就會擁有超過十億件的複製品。經過五十代,便會有一百萬億件。經過二百代複製,則會有天文數字(一千零六十)的複製品。這是理論上的推算。現實上,它永不可能達到如此龐大的數量,因為這一數量比宇宙中原子的總數還要大。這一自我「拷貝」的爆炸過程,遠在它們自由倍增到二百代之前就受到了限制。

關於啟動了地球上這一進程的複製事件,我們還沒有找到直接的證據。我們只能推斷,這事件肯定發生過,因為我們自己就是這聚合在一起的爆炸的一部分。我們雖不能確切地知道最初的、啟動自我複製的關鍵事件是什麼,但是我們能夠推斷它必定是哪一類事件。它是從化學事件開始的。

化學是在所有恆星內部和所有行星上演出的劇本。在化學中扮演角色的演員是原子和分子。即使是最稀有的原子,用我們習慣的計數標準來衡量,其數目也是極其巨大的。伊薩克.阿西莫夫(Isaac Asimov)曾經算出,整個北美洲和南美洲十六公里深的地層內「石艾」215原子的數目「僅有一萬億個」。化學的基本單元總是在改變合作夥伴,形成不斷變換的總數巨大的較大單位——分子。然而無論數目多麼巨大,相同種類的分子總是相同的;這跟同一物種裡的各個動物,或者著名工匠製作的每一支小提琴不一樣,它們之間總有不同之處。原子運動的化學規律,使某些分子在世界上越來越多;另一些分子變得越來越稀少。很自然,生物學家就把那些在群體中越來越多的分子稱為「成功的」分子。然而倉促接受這種說法是無益的。成功,就其字面意義而言,是一種在我們這個故事的後期才能達到的特性。

那麼,導致複製爆炸的重大關鍵事件又是什麼?我已經說過,它就是自我複製實體的出現;我們也可以把「自我複製實體」稱為遺傳現象的創造過程。我們可以把這個過程稱為「同類生同類」,即「龍生龍,鳳生鳳」。這不是通常分子顯示的現象。水分子雖然產生於龐大的群體中,卻未表現出任何接近真正遺傳的特性。從表面上看,你可能認為它們有這種特性。氫(H)和氧(O)經燃燒生成水,水分子(H2O)的群體就增大了。用電解的方法把水分子分解成氫氣和氧氣,水分子的群體又會變小。然而,儘管這裡面有水分子群體的動態變化,但它卻沒有遺傳特性。真正的遺傳,需要一個起碼的條件,那就是要有兩種截然不同的H2O分子,它們都能產生與它們自己一樣的「複製品」。

分子有時出現為兩種鏡象體。葡萄糖分子有兩種,都由同樣的原子,以同樣的方式,組裝成葡萄糖分子,唯一的區別是它們互為鏡象。其他糖分子,以及許多其他分子(包括非常重要的氨基酸分子)也是這樣。或許,對於化學遺傳來說,這裡有「龍生龍,鳳生鳳」的機會。右旋分子能否產生出下一代右旋分子,左旋分子能否生出下一代左旋分子呢?首先,讓我們瞭解二些有關鏡象分子的背景情況。這一現象最早是在十九世紀由偉大的法國科學家巴斯德(Louis Pasteur)發現的。巴斯德在觀察酒石酸鹽晶體(葡萄酒中的一種非常重要的物質)時取得了這一發現。一塊晶體就像是一件固體的建築,大到可用肉眼看見,人們有時把它做成項鍊佩戴。相同的原子(或分子)一個挨一個摞起來形成一塊固體,這就是晶體。這些原子(或分子)並不是胡亂摞在一起,而是排列成規則的幾何陣列,就像身材一致的衛兵整齊劃一的佇列。那些已經成為晶體一部分的分子,就成了新增加分子的「範本」;新的分子從水溶液中析出,準確地嵌入晶體。這樣,整個晶體按照一個精確的幾何晶格生長。這就是為什麼食鹽的晶體是正六面體,而鑽石晶體是四面體。當任何一種形狀成為建造另一個像它自己一樣的形狀的範本時,我們就有了可能自我複製的微弱跡象。

現在,讓我們回到巴斯德的酒石酸鹽上來。巴斯德注意到,同一份酒石酸鹽水溶液中出現了兩種不同的晶體。這兩種晶體除了互為鏡象之外完全一樣。他很費勁地把這兩種晶體分成兩堆。再次將它們分別溶解,他就得到了兩種酒石酸鹽溶液。儘管這兩種溶液大部分特性都相同,巴斯德還是發現它們會使偏振光向相反方向旋轉。這兩種溶液中,一種會使偏振光逆時針旋轉,另一種使偏振光順時針旋轉,因此這兩類分子通常被分別稱為左旋分子與右旋分子。你會想到,如果這兩種溶液再次結晶,每種液體產生的純晶體會是另一種純晶體的鏡象。

鏡象分子互相之間確實不同,這就像左腳的鞋子與右腳的鞋子不同一樣,無論你怎樣嘗試,都不可能把它們互相替換。巴斯德原來的溶液是兩類分子的混合物,在結晶的時候,這兩類分子執意各自與它們的同類排列在一起。一個獨立體中存在兩個(或更多)截然不同的類型是存在真正遺傳的必要條件,但這還不夠。晶體之間要實現真正的遺

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