第2章复制因子天地伊始一切单一
纯简即使是简单的宇宙要
说清楚它是怎样开始形成的
又谈何容易而复杂的生命或能够
创造生命的生物是如何突然出现
而且全部装备齐全的我想这
无疑是一个更难解答的问题
达尔文的自然选择进化论是令人满意的因为
它说明了由单一纯简变成错综复杂
的途径说明了杂乱无章的原子如何
能分类排列形成越来越复杂的模型
直至最终创造人类人们一直试图揭开
人类生存的奥秘而迄今为止只有达尔文
提供的答案是令人信服的我
打算用更为通俗的语言阐明这个
伟大的理论并从进化还未
发生以前的年代谈起达尔文的适者生存
其实是稳定者生存survivalofthe
stable这个普遍法则的广义特殊情况
宇宙为稳定的物质所占据所谓
稳定的物质是指原子的聚合体
它因具有足够的稳定性或普遍性
而被赋予这个名称它可能是
一个独特的原子聚合体如马特霍恩Matterhorn
它存在的时间之长值得人们为
之命名稳定的物质也可能是
属于某个种类class的实体如雨点
它们出现得如此频繁以至于理应有
一个集合名词作为名称尽管雨点本身
存在的时间是短暂的我们周围
看得见的以及我们认为需要
解释的物质岩石银河海洋的波涛
虽大小不同却都是稳定的原子
模型肥皂泡往往是球状的因为这是
薄膜充满气体时的稳定形状在
宇宙飞船上水也稳定成球形的
液滴状但在地球上由于
地球引力的关系静止的水的稳定
表面是水平的盐的结晶体
一般是立方体因为这是把钠离子
和氯离子聚合在一起的稳定
形式在太阳里最简单的原子
即氢原子不断聚变成氦原子因为
在那样的条件下氦的结构
比较稳定遍布宇宙各处的星球上
其他各种甚至更为复杂的原子正在
形成依照目前流行的理论早在
宇宙大爆炸之时这些比较复杂的原子
已开始形成我们地球上的各种
元素也来源于此有时候原子相遇后
经化学反应会结合成分子这些分子
具有程度不同的稳定性它们可能很
大一颗钻石那样的结晶体
可以视为一个单一分子其稳定程度
是众所周知的但同时又是一个十分
简单的分子因为它内部的原子
结构是无穷无尽地重复的在现在
的生命有机体中还有其他高度复杂
的大分子中它们的复杂性在好几个
方面表现出来我们血液中的血红蛋白
就是典型的蛋白质分子它由
较小的分子氨基酸的链组成每个
分子包含几十个精确排列的原子在
血红蛋白分子里有574个氨基酸分子它们
排列成4条互相缠绕在一起的
链形成一个立体球形其结构之
错综复杂实在使人眼花缭乱一个血红蛋白分子
的模型看起来像一棵茂密的
蒺藜但和真的蒺藜又不
一样它并不是杂乱的近似模型而是
毫厘不爽的固定结构这种结构在人体
内同样地重复60万亿亿次以上其
结构完全一致血红蛋白这样的蛋白分子
其酷似蒺藜的形态是稳定的
就是说它的两对由序列相同的
氨基酸构成的链像两条弹簧一样
倾向于形成完全相同的立体盘绕
结构在人体内血红蛋白蒺藜以每秒
约400万亿个的速度形成它们喜爱
的形状而同时另外一些血红蛋白以
同样的速度被破坏血红蛋白是个现代
分子人们通常用它来说明原子
趋向于形成某种稳定结构的
原理我们在这里要谈的是
远在地球还没有生命之前通过一般
的物理或化学过程分子的某
种形式的初步进化现象可能就
已存在没有必要考虑诸如预见性目的性
方向性等问题如果一组原子受到
能量的影响而形成某种稳定
的结构它们往往倾向于保持这种
结构自然选择的最初形式不过是选择稳定
的模式并抛弃不稳定的模式
罢了这里面并没有什么难以理解
的地方事物的发展只能是这样
可是我们自然不能因此认为这些原理
本身就足以解释一些结构复杂的
实体如人类的存在取一定数量
的原子放在一起在某种
外界能量的影响下不停地摇动
有朝一日它们会碰巧落入正确的模型
于是亚当就会降临这是绝对办
不到的你可以用这个方法
把几十个原子变成一个分子但一个
人体内的原子多得不计其数如果
想制造一个人你就得摇动
你那个生化鸡尾酒混合器摇动的
时间之久就连宇宙存在的
漫长岁月与之相比都好像只是一眨眼
的工夫即使到了那个时候你
也不会如愿以偿在这里我们必须求助于
达尔文学说的高度概括的理论有关分子
形成的缓慢过程的故事只能讲
到这儿其他的该由达尔文的
学说去解释了有关生命的起源
我的叙述只能是纯理论的
事实上当时并无人在场在这方面
存在很多观点对立的学说但它们
也有某些共同的特点我的概括性
叙述大概与事实不会相去太远
生命出现之前地球上有哪些大量
的化学原料我们不得而知但很可能
有水二氧化碳甲烷和氨它们都是
简单的化合物就我们所知它们
至少存在于我们太阳系的其他一些
行星上一些化学家曾经试图模拟地球
在远古时代所具有的化学条件
他们把这些简单的物质放入
一个烧瓶中并提供如紫外线或
电火花之类的能源原始时代闪电现象
的模拟几个星期之后在瓶内通常
可以找到一些有趣的东西一种稀薄
的褐色溶液里面含有大量的分子
其结构比原来放入瓶内
的分子来得复杂值得一提的
是研究人员在里面找到了氨基酸
用以制造蛋白质的构件buildingblock蛋白质
乃是两大类生物分子中的
一类在进行这种试验之前人们认为
天然的氨基酸是确定生命是否存在
的依据如果人们在火星上发现
了氨基酸那么火星上存在生命似乎
是可以确定无疑的了但在
今天氨基酸的存在可能只是意味着在
大气层中存在一些简单的气体还有
一些火山阳光和发生雷鸣的天气
近年来在实验室里模拟生命存在之前
地球的化学条件结果获得了被
称为嘌呤和嘧啶的有机物质它们
是组成遗传分子脱氧核糖核酸DNA的构件原始
汤的形成想来必然是过程与
此类似的结果生物学家和化学家
认为原始汤就是大约30亿到
40亿年前的海洋有机物质在某些
地方积聚起来也许在岸边逐渐干燥
起来的浮垢上或者在悬浮
的微小水珠中在受到如太阳
紫外线之类的能量的进一步影响后
它们就结合成大一些的分子现今
大的有机分子存在的时间不会太
长我们甚至觉察不到它们的
存在它们会很快被细菌或其他
生物吞噬或破坏但细菌以及我们
人类都是后来者所以在那些日子里有机
大分子可以在稠浓的汤中
平安无事地自由漂浮到了某一时刻
一个非凡的分子偶然形成我们称之为
复制因子replicator它并不见得是那些
分子当中最大或最复杂的但
它具有一种特殊的性质能够复制
自己看起来这种偶然性非常之小的确
是这样发生这种偶然情况的可能性
是微乎其微的在一个人的一生中实际上
可以把这种千年难得一遇的情况视为
不可能这就是为什么你买的
足球彩票永远不会中头等奖的
道理但是我们人类在估计什么可能
或什么不可能发生的时候不习惯
于将其放在几亿年这样长久
的时间内去考虑如果你在
一亿年中每星期都购买一次彩票
说不定你会中上几次头等奖呢
事实上一个能复制自己的分子并
不像我们原来想象的那样难得
这种情况只要发生一次就够了我们可以
把复制因子当作模型或样板把
它想象为由一条复杂的链
构成的大分子链本身是由各种
类型的起构件作用的分子组成
的在复制因子周围的汤里
这种小小的构件多得是
现在让我们假定每一块构件都
具有吸引其同类的亲和力来自汤
里的这种构件一接触到对
之有亲和力的复制因子的另
一部分就往往附着在那儿不动
了按照这个方式附着在一起的
构件会自动地仿照复制因子本身
的序列排列起来这时我们就不
难设想这些构件逐个地连接起来
形成一条稳定的链和原来复制
因子的形成过程一模一样这个一层
一层逐步堆叠起来的过程可以
继续下去结晶体就是这样形成
的另一方面两条链也有一分为二的可能
这样就产生了两个复制因子而
每个复制因子还能继续复制自己
一个更为复杂的可能性是每块
构件对其同类并无亲和力而
对其他的某一类构件却有
互相吸引的亲和力如果情况是这样
的复制因子作为样板并不产生
完全相似的拷贝而是某种反象
这种反象转过来再产生和原来
的正象完全相似的拷贝对我们
来说不管原来复制的过程是从
正到反还是从正到正
都无足轻重但有必要指出现代的
第一个复制因子即DNA分子它所
使用的是从正到反的
复制过程值得注意的是突然间
一种新的稳定性产生了在以前
汤里很可能并不存在非常
大量的某种特殊类型的复杂
分子因为每一个分子都要依赖
于那些碰巧产生的结构特别稳定
的构件第一个复制因子一旦诞生了
它必然会迅速地在海洋里
到处扩散它的拷贝直至较小的
构件分子日渐稀少而其他较大的
分子也越来越难有机会形成
这样我们到达了一个具有全都一样
的复制品的大种群的阶段现在
我们必须指出任何复制过程都具有
一个重要的特性它不可能是完美无缺
的它准会发生差错我倒
希望这本书里没有印刷错误
可是如果你仔细看一下你可能
会发现一两个差错这些差错也许不至于
严重地歪曲书中句子的含义
因为它们只不过是第一代的错误但
我们可以想象一下在印刷术尚未
问世之前如福音之类的各种书籍
都是手抄的以抄写书籍为业
的人无论怎样小心谨慎都不可避免地
要发生一些差错何况有些抄写员
还会心血来潮有意改进一下原文如果
所有的抄写员都以同一本
原著为蓝本那么原意还不至于受到
太大的歪曲可是如果手抄本依据
的也是手抄本而后者也是抄自
其他手抄本的话那么谬误就开始流传
积累其性质也更趋严重我们
往往认为抄写错误是桩坏事而且
我们也难以想象在人们抄写的文件
中能有什么样的错误可以被
认为是胜于原文的当犹太圣典
的编纂人把希伯来文的年轻妇女
误译成希腊文的处女时我
想我们至少可以说他们的误
译产生了意想不到的后果因为圣典
中的预言变成看哪一个处女
将要受孕并且要生养一个儿子不管
怎样我们将要看到生物学的复制因子
在其复制过程中所造成的
错误确实能产生改良的效果对
生命进化的进程来说产生一些差错
是必不可少的原始的复制因子在复制
拷贝时其精确程度如何我们不得而知
不过今天它们的后代DNA分子和
人类所拥有的最精密的复印
术相比却准确得惊人然而差错
最终使进化成为可能原始的复制因子
大概产生过极多的差错不管
怎样它们出过差错是确定无疑
的而且这些差错是积累性的
随着复制错误的产生和扩散原始
汤中充满了由好几个品种的
复制因子组成的种群而不是清一色
的全都一样的复制品但都是同
一个祖先的后裔它们当中的一些
品种会不会比其他品种拥有更多的
成员几乎可以肯定地说是的某些
品种由于内在的因素会比其他
品种来得稳定某些分子一旦形成就
安于现状不像其他分子那样易于分裂
在汤里这种类型的分子会
相对地多起来这不仅仅是长寿的
直接逻辑后果而且因为它们有充裕
的时间去复制自己因此长寿的
复制因子往往会兴旺起来如果假定
其他条件不变种群中就会
出现一种寿命变得更长的进化
趋向但其他条件可能是不相等
的对某一品种的复制因子
来说它具有另外一个甚至更为重要
的为了在种群中传布的特性
这就是复制的速度或生育力
如果A型复制因子复制自己的
平均速度是每星期一次而B
型复制因子是每小时一次显而易见
不需多久A型因子的数量
就要相形见绌即使A型因子的寿命
再长也无济于事因此汤里面的
因子很可能出现一种生育力变得
更强的进化趋向复制因子肯定
会选择的第三个特性是复制的
准确性假定X型因子与Y型
因子的寿命同样长复制的速度
也一样快但X型因子平均
在每10次复制过程中犯一次
错误而Y型只在每100次
复制过程中犯一次错误那么Y
型因子肯定要变得多起来种群
中X型因子这支队伍不但
要失去它们因错误而养育出来
的子孙还要失去它们所有现存或
未来的后代如果你对进化论已
有所了解的话你可能会认为上面
谈到的最后一点似有自相矛盾
之嫌我们既说复制错误是
发生进化的必不可少的先决条件但又
说自然选择有利于高精确度的复制过程
如何能把这两种说法调和起来
我们认为总的说来进化在某种含糊
的意义上似乎是件好事尤其是
因为人类是进化的产物而事实上
没有什么东西想要进化进化是
偶然发生的不管你愿意不愿意
尽管复制因子以及当今的基因不遗余力
地防止这种情况的发生莫诺在
他纪念斯宾塞的演讲中出色地
阐明了这一点他以幽默
的口吻说进化论的另一个难以理解
的方面是每一个人都认为
他理解进化论让我们再回到原始
汤这个问题上来现在汤里已
存在一些稳定品种所谓稳定的意思
是那些因子要么本身存在的时间
较长要么能迅速地复制要么
能精确无误地复制朝着这三种稳定性
发展的进化趋向是在下面这个
意义上发生的如果你在两个
不同的时间分别从汤中取样
后一次的样品一定含有更大
比例的寿命长或生育力强或
复制精确性高的品种生物学家谈到
生物的进化时他所谓的进化
实质上就是这个意思而进化的
机制是一样的自然选择
那么我们是否应该把原始的复制因子
分子称为有生命的呢那是
无关紧要的我可以告诉你达尔文是
世界上最伟大的人物而你可能会
说不牛顿才是最伟大的我希望我们
不要再争论下去了应该看到不管
我们的争论结果如何实质上的结论
都是不受影响的我们把牛顿
或达尔文称为伟大的人物也好不
把他们称为伟大的人物也好他们
两人的生平事迹和成就都是
客观存在的不会发生任何变化同样复制
因子分子的情况很可能就像
我所讲的那样不论我们是否
要称之为有生命的我们当中有
太多的人不理解词汇仅仅
是供我们使用的工具字典里面
的有生命的这个词并不一定
指世上某一样具体的东西不管
我们把原始的复制因子称为有生命
的还是无生命的它们的确是
生命的祖先是我们的缔造者
论点的第二个重要环节是竞争达尔文
本人也强调过它的重要性尽管
他那时讲的是动物和植物
不是分子原始汤是不足以维持
无限量的复制因子分子的其中
一个原因是地球的面积有限但
其他一些限制性因素也是非常重要的
在我们的想象当中那个起着
样板或模型作用的复制因子浮游
于原始汤之中周围存在大量复制
所必需的小构件分子但当
复制因子变得越来越多时构件因消耗量
大增而供不应求成为珍贵的资源
不同品种或品系的复制因子必然
为了争夺它们而互相搏斗我们已经
研究过是什么因素促进那些条件
优越的复制因子的繁殖我们现在
可以看到条件差一些的品种事实上
由于竞争而变得日渐稀少最后它们
中的一些品系难逃绝种的
命运复制因子的各品种之间发生
过你死我活的搏斗它们不知道自己
在进行生存斗争也不会因之而
感到烦恼复制因子在进行这种斗争
时不动任何感情更不用说会
引起哪一方的厌恶感了但
从某种意义上来说它们的确
是在进行关乎生死存亡的斗争因为
任何导致产生更高一级稳定性的
复制错误或以新方法削弱对手
的稳定性的复制错误都会自动
地延续下来并成倍地增长改良
的过程是积累性的加强自身
的稳定性或削弱对手稳定性的方法
变得更巧妙更富有成效一些复制
因子甚至发现了一些方法通过化学
途径分裂对方品种的分子并利用
分裂出来的构件来复制自己这些
原始食肉动物在消灭竞争对手的
同时摄取食物其他的复制因子也许
发现了如何用化学方法或把
自己裹在一层蛋白质之中来
保卫自己这也许就是第一批生命
细胞的成长过程复制因子的出现
不仅仅是为了生存还是为它们自己制造
容器即赖以生存的运载工具能够
生存下来的复制因子都是那些为
自己构造了生存机器以安居其中
的复制因子最原始的生存机器也许
仅仅是一层保护衣后来新竞争
对手陆续出现它们拥有更优良更
有效的生存机器因此生存斗争随
之逐渐激化生存机器的体积越来越
大其结构也渐臻复杂这是
一个积累和渐进的过程随着时间
的推移复制因子为了保证自己在
世界上存在下去而采用的技巧
和计谋也逐渐改进但这种改进
有没有止境呢用以改良的时间是
无穷无尽的1000年的变化会
产生什么样的怪诞的自我保存机器
呢经过40亿年古代的复制因子
又会有怎样的命运呢它们
没有消失因为它们是掌握生存艺术
的老手但在今日别以为它们
还会浮游于海洋之中很久以前
它们已经放弃这种自由自在的生活方式了
在今天它们群集相处安稳地寄居
在庞大的步履蹒跚的机器人体内与
外界隔开通过迂回曲折的间接途径与
外部世界联系并通过遥控操纵外部
世界它们存在于你和我的
躯体内它们创造了我们创造了
我们的肉体和心灵而保存它们
正是我们存在的终极理由这些复制
因子源远流长今天我们称它们为基因
而我们就是它们的生存机器
原系阿尔卑斯山脉一山峰的名称现
用以指某种原子聚合体基督教圣经
中所说的人类的始祖这是
喻指会出现奇迹斯宾塞HerbertSpencer1820—1903
英国哲学家进化宇宙论学者