第一篇第十六章构成生命的原料
如今生物学家进行的所有研究似乎最终都要向分子靠拢，研究衰老的在寻找衰老分
子或抗衰老分子，研究记忆的在寻找记忆分子，研究疾病的在寻找和某种疾病相关的分子。
据说，爱情也有它的分子基础。不管这些分子能否找到，有一点可以肯定，就是
一切生命现象都有其物质基础或者说分子基础。
地球上的各种生物在形态结构上虽然有很大的差别，但从物质组成上来看，都是由生命物质
所组成。分析各种生物的原生质化学成分，发现它们都是含有碳、氢、氧、氮、磷、硫、钙
、钠、钾、镁等元素，生物分子并不含不同于地壳元素的任何特殊的元素。但是比较各种生
物分子的原子组成，我们会发现，生物只选择了自然界27种元素，而且都是轻元素。生物中
大多
数元素的原子序数低，只有三种元素的原子序数在34以上。生物体的元素丰富度不同于地壳
。地壳中最丰富的元素是氧、硅、铝、铁、钙、钠、钾和镁，典型的生物体中98％的原子
是碳、氢、氧和氮，1％的主要是钠、钙、磷和硫，再稍次是钾、镁和氯，其余皆以微量
或痕量存在。生物分子对地壳元素的这种选择引起了生物学家的极大兴趣，虽然我们还不能
给以完美的解释，但可以肯定这种选择取决于元素的结构和性质。
生物体内的分子，除了水以外都是含碳的化合物。那么碳原子有什么优秀的特性使得它成为
生物分子的中心呢?第一，碳原子具有不同寻常的成键能力，碳原子和碳原子之间可以单
键、双键、三键等彼此结合，这就有了各种各样的碳链，环状的、线状的或带有支链的。碳
原子还能和许多其他元素，如氧、硫、磷、氮、氢、氯等结合，并进一步与其他元素结合。
碳元素的兼容特点使其成为了地球上元素间的纽带，并产生了庞大的碳化合物家族。现在我
们知道，这一家族的种类达到了一百多万种，这要比其他91种元素彼此结合所能达到的数目
高出10倍以上。第二，当一个碳原子以四个单键和四个原子团结合时，碳原子和四个单键就
形成了一个四面体，四个原子或四个原子团位于四面体的四个顶角上，碳原子位于四面体的
中心。如果四个结合的原子或原子团彼此不同，中心碳原子就是一个不对称的中心，四个结
合基团相对于碳原子的排布就有两种方式，这两种方式之间的关系就像我们的左右手——能
相对重合，但不能重叠。这两种形式用化学方法是分不开的，只能根据光学性质的不同加以
鉴别，化学家称呼它们为光学异构体。
对生物体来说，最重要的碳化合物是蛋白质、核酸、多糖和脂肪。其中，最重要的是蛋白质
和核酸。
蛋白质是构成生命的基本材料，我们日常接触到的鸡蛋和牛奶都富含蛋白质，我们的肌肉、
血液、骨骼、指甲、头发以及各种酶和激素都是蛋白质。蛋白质的组成和结构具有非常大的
变化范围。实际上，生物分子的多样性，主要就是蛋白质的多样性。据估计蛋白质的种类可
达1010～1012种。蛋白质构造了一切细胞和组织，主宰和推动着一切生命活
动。生物催化剂——酶，生物体内所有的
代谢反应都离不开它，比如，我们每天吃饭时，你慢慢咀嚼饭粒一会儿后，就感觉到了甜味
。这主要是因为唾液里的淀粉酶，很快把米饭中淀粉(多糖)催化分解成了麦芽糖。麦芽糖分
解成葡萄糖后，被吸收进入血液成为血糖，血糖便可以在各种酶的催化下，经过复杂的生物
化学反应，为生命活动提供能量。心脏的跳动、肌肉的运动，大脑神经思维活动需要的能
量都从此获得。除此以外，生物体在生长、发育过程中，还有许许多多的生物化学反应，如
脂肪的合成和分解、蛋白质的合成和分解等生物化学反应都是靠酶催化的。酶是一种高效率
且作用专一的生物催化剂，它在生命活动中起着重要的作用，而它的化学本质仍是蛋白质。
核酸是另一类物质，核酸分为DNA和RNA两种，RNA是核糖核酸的的总称，DNA是脱氧核糖核酸
。RNA和DNA的结构极为相似，核酸的主要功能是贮存和传递遗传信息，它和蛋白质之间存
在着密切的联系。生命为什么选择了蛋白质和核酸?这是一个令人费解而又着迷的问题。
科学家推测，在生命发生阶段，被选择的物质并不一定有多么完美，在诞生生命的原始汤里
，它们可能像其他分子一样，非常粗糙，它们单独表现时也并不见得比其他分子有优越性，
但它们却成了生物分子，而且还是生物分子里的主要角色。一个可能的原因，是它们能相互
合作
，能较好地配合，而实现生命活动的有序性。在漫长的进化历程中，也许惟有这种密切合作
的团队精神才能抗衡严酷的地球环境，也才能使分子进化到现在这种相对完美的程度。
然而，我们知道，核酸的合成需要酶，而蛋白质的合成又需要核酸。那么生命之初，到底是
先有核酸，还是先有蛋白质?这样一个类似于“鸡生蛋、蛋生鸡”的问题一直困扰着人们。
蛋白质就其结构和功能而言，不可能起到遗传物质的作用。蛋白质主要由20种氨基酸构成，
这20种氨基酸的形状、大小、侧链都相差很大，况且不能复制。所以，人们认为最初的遗传
物质不是蛋白质，而是核酸。生物的遗传物质不是DNA，就是RNA，二者必居其一。
既然核酸的合成早于蛋白质，那么最初的遗传物质是DNA还是RNA?DNA肯定不是最初的遗传物
质，因为DNA是惰性的，其复制必须由DNA聚合酶来催化，而酶是蛋白质。近年来发现RNA具
有酶活性，很可能在几十亿年以前，具有合成酶活力的RNA起了作用。
科学家把具有酶活性的RNA命名为RNA拟酶，发现比此酶的两位美国科学家因此分享了1989年
度诺贝尔化学奖。
RNA催化功能的发现对于了解生命进化过程有着重大的意义。可以设想，原始生命出现之前
的环境中存有各种各样的核糖核苷酸。在这种条件下，某些核糖核苷酸自发随机连接起来，
成为不长的RNA。其中少数短RNA有酶学活性，能催化自身或其他的RNA的切割—连接反应，
甚至不精确的复制。经过亿万年的选优汰劣，终于出现了RNA世界。
根据从遗传信息到蛋白质合成的过程中RNA的多方面作用(信使分子、转运、构成核糖体)，
人们早就推测RNA是生物体系中最早出现的大分子种类。因此RNA催化功能必
然出现在DNA成为遗传信息载体之前。也就是说，在原始生命中遗传信息载体是RNA而不是DN
A。后来，由于DNA的稳定性和空间结构方面的某种优势而取代RNA成为主要的遗传物质，而
最初的RNA被翻译成为蛋白质，且其中某些蛋白质又具备酶学活性。蛋白质酶是比RNA
拟酶更好的酶，前者催化反应精巧而细致，是钥匙和锁的关系；后者相形见绌，是门闩和闩
的关系。因而蛋白质酶取代RNA拟酶成为主要的催化剂。
有了蛋白质酶，就有可能出现反转录酶，把RNA反转录成DNA。有了DNA，才有可能出现高等
生物，才有可能出现人类社会。现今一切细胞，其遗传物质都是DNA而非RNA，这是DNA优于R
NA的又一证据。
然而RNA并没有销声匿迹，一切DNA生物必然伴随有RNA，RNA在微生物界仍保存着很大一片领
地。细菌、植物、动物和人都寄生着种类繁多的RNA病毒。有些RNA病病毒威力强大，如艾滋
毒令人谈虎色变；黄瓜花叶病毒遍布全球，危害各种作物；狂犬病毒几乎侵染一切哺乳动物
。
RNA、蛋白质和DNA三者，虽然“资历”不同，优、缺点各异，但是并不互相“扯皮”，互相
“诋毁”，而是各尽所能，同舟共济。正是这个非线性系统的不断完善、进化和发展，才创
造了独一无二的人类文化。
