我想知道生物的起源和进化过程

【专家解说】：原始的生命是从哪里来的?这个问题的实质是生物如何从无生命的物质发展而来的问题。 最早的化石是35亿年前的包括叠层石在内的微化石，但这些都是已经具有细胞形态的生命了。从这些化石中我们只能获得有关原始细胞的大小、细胞壁形态、细胞分裂等方面的资料，不可能了解有关核酸、蛋白质以及信息的转录、翻译系统的来源等问题，而这些问题正是研究生命起源必须要解答的。在达尔文时代，单纯用描述和比较的方法可以得出生物进化的可信结论，却不能解决生命的起源问题。现在，人们经过几十年的努力，进行了多种复杂的实验，对于生命从无机界发展而来的历史已经有了一些了解。 (一)有关生命起源的几个假说 历史上关于生命的起源问题有多种臆测和假说，也有很多争论。一个假说是“神创论”，它把生命起源这一科学命题划入神学领域，因而是不科学的。 第二个假说是自然发生说(spontaneous generation)。这是 19世纪前广泛流传的理论，认为生命是从无生命物质自然发生的。古代中国人相信“腐草化为萤”(即萤火虫是从腐草堆中产生的)，腐肉生蛆等;埃及人认为尼罗河谷的蛙和鳝鱼是淤泥经日光照射而产生的。在西方，亚里士多德(公元前384-公元前322)就是一个自然发生论者，他甚至还编制了一个能够从无生命的物质中自然发生的物种名录。例如，他认为腐烂尸体和排泄物能产生绦虫，粘液能产生蟹、鱼、蛙和蝾螈等。中世纪的西方虽然神创论占了统治地位，但自然发生学说仍大有发展。例如，“鹅树学说”认为针叶树的树脂和海水的盐分结合可生出鹅和鸭，因而鹅、鸭肉曾一度被划为素食。17世纪荷兰人J. van Helmont在光合作用的研究中虽然有所贡献，但对于生命起源问题却主张自然发生说。他还用“实验”证明，将谷粒、破旧衬衫塞入瓶中，静置于暗处， 21d后就会产生老鼠，并且使他十分惊讶的是，这种“自然”发生的老鼠竟和常见的老鼠完全相同。J.van nelmont的实验没有排除老鼠从外界进入的可能性，他们的结果显然是错误的。 17世纪意大利医生 Francesco Redi第一次用实验证明腐肉不能生蛆，蛆是苍蝇在肉上产的卵孵化而成的(见图)。 Redi的实验严谨而有说服力，此后人们才逐渐相信较大的动物如蝇、鼠、象等不能自然发生。但是，由于雷文虎克发现了到处都有小的动物，如纤毛虫以及细菌等，人们觉得小的动物是可以自然发生的。主张生物进化的先驱拉马克也认为小的滴虫(如鞭毛虫、纤毛虫条)等可以自然发生，其他生物则是从这些自然发生的小生物进化发展而来的。意大利生物学家 L. Spallanzani(1729年-1799年)的实验证明小生物也不是自然发生的。他将肉汤装入不封口的瓶中煮沸，静置数日后，肉汤中出现微生物;如将瓶口封盖，然后煮沸、静置，肉汤中不出现微生物(见图)。 他的结论是肉汤中的小生物来自空气，而不是自然发生的。但自然发生论者则认为他把肉汤“折磨”得失去了“生命力”，并且在封盖的瓶中空气也变了质，不适于生命的生存了。 法国微生物学家巴斯德的实验才最后地否定了自然发生说。巴斯德根据他的发酵研究认为，生物不可能在肉汤或其他有机物中自然发生，否则灭菌、菌种选育等就都是无意义的了。巴斯德做了一系列实验，证明微生物只能来自微生物，而不能来自无生命的物质。他做的一个最令人信服、然而却是十分简单的实验是“鹅颈瓶实验”(见图)。 他将营养液(如肉汤)装入带有弯曲细管的瓶中，弯管是开口的，空气可无阻地进入瓶中(这就使那些认为Spallanzani的实验使空气变坏的人无话可说)，而空气中的微生物则被阻而沉积于弯管底部，不能进入瓶中。巴斯德将瓶中液体煮沸，使液体中的微生物全被杀死，然后放冷静置，结果瓶中不发生微生物。此时如将曲颈管打断，使外界空气不经“沉淀处理”而直接进入营养液中，不久营养液中就出现微生物了。可见微生物不是从营养液中自然发生的，而是来自空气中原已存在的微生物(孢子)。1864年巴斯德在法国国家科学院报告了他的工作。原定和他辩论的有名的自然发生论者F.A.Pouchet撤销了辩论。“生命来自生命”，即生源论(Biogenesis)取得了胜利。 第三个假说是宇生论(Cosmozoa theory)。这一学说认为地球上的生命来自宇宙间其他星球，某些微生物孢子可以附着在星际尘埃颗粒上而落入地球，从而使地球有了初始的生命。但是宇宙空间的物理条件(如紫外光、温度等)对生命是致死的，生命怎能穿过宇宙空间而进入地球呢?像微生物孢子这一水平的生命形态看来是不可能从天外飞来的，但是一些构成生命的有机物质有没有可能来自宇宙空间呢?有些人认为这是完全可能的。1959年9月澳大利亚落下一颗炭质陨石，其中含有多种有机酸和氨基酸。这些氨基酸与构成蛋白质的氨基酸不同，不是L型的，而是以D型和L型的消旋混合物的形式存在的。有些氨基酸还是地球上生物所没有的，可见它们不是来自地面上的污染，而是陨石本身所含有的。此外，宇宙空间的研究表明，星际物质中含有尘埃颗粒。尘埃的直径大的有0.6 μm，小的只有0.04 μm。尘埃的温度在10K左右，因此空间很多气体都冻结在尘埃的表面，它们经光、电、紫外线的冲击，可以完成有机合成的过程，因而一些有机分子如氨基酸、嘌呤、嘧啶等分子就可在尘埃的表面产生，光谱分析证明确实如此。有人认为，带有这些有机分子的尘埃由慧星带到地球上。慧星是星际物质组成的，在地球形成的早期，慧星的尾部把大量有机分子撒落到地球上来，从而使地球有了生命。地球以外确实存在着有机物，当然也就有存在生命的可能，不过这不能证明地球上的生命就是来自天外的。但无论生命是来自天外，还是来自地球本身，生命总是从无生命的物质经过化学进化的阶段而来的，而地球形成的条件是能够满足化学进化的要求的。 此外，还有人主张生命和物质、能量一样是永恒的，没有发生和起源，只有传播和变迁。这种见解对于研究生命起源问题显然是无益的。 (二)生命来自无生命物质--新的“自然发生” 巴斯德的工作虽然证明了在现在的条件下，生命不可能自然发生，但是却不能解答这样的问题:既然生命来自生命，最早的生命来自哪里呢? 1924年前苏联生物学家奥巴林(A·I·OParin)用俄文发表了《生命起源》专著。 5α以后，英国遗传学家霍尔丹(T.B.S.Haldane)也发表了论文，提出了与奥巴林相同的观点。 1936年奥巴林改写了《生命起源》，增加了内容，并被译成多种文字。从此，生命起源的问题也重新引起人们的广泛重视，很多人进行了研究。20世纪50年代以后，人们利用更先进的实验技术进行了更深入的实验研究，取得了很好的成果。 这些研究表明，生命与无生命之间没有不可逾越的鸿沟，这和自然发生论好像很相似，其实却有根本不同，可称为新的自然发生学说。按照这个学说，生命是在长时期宇宙进化中发生的，是宇宙进化的某一阶段无生命的物质所发生的一个进化过程，而不是在现在条件下由非生命的有机物质突然产生的。这个学说因为有比较充分的根据和实验证明，因此得到多数科学家的承认，很多研究者也都以此学说为根据继续深入研究。 (三)宇宙的进化和地球的形成 生命的起源是宇宙进化的一部分，因此首先简单了解一下宇宙的进化，特别是地球的形成是必要的。 现在流行一种观点:这个宇宙始于 150±30亿年前的一次突发的大爆炸，之后，宇宙出现了由氢和氦组成的巨大星云，这个星云分裂而成许多较小的星云。由于某些还不知道的原因，星云开始缓慢地收缩，并发生旋转运动。先收缩成为扁平的圆盘状，同时旋转速度逐渐增加，收缩时内部收缩较快，外部较慢，到一定程度时，内部逐渐形成了一个密度较大的实体。这就是正在形成的恒星，又称为原始星。一些物质继续不断地落在它的表面，使它增大，质量增加。在收缩之前，星云的温度很低，由于引力收缩，密度的加大，分子间磨擦产生的热量不能很快地辐射出去，因而温度上升，这一过程不断进行，温度继续上升，直到中心发生极高的压力，氢原子在高温下发生热核反应，释放出巨大的能量，这时就形成了一颗恒星。太阳就是这样形成的。 在原始星周围还有大量的气体和尘埃，它们一部分落到原始星上，另一部分由于旋转的加速而被摔出去。被摔出去的物质，第一，会继续围绕着原始星旋转;第二，它们会彼此吸引、碰撞而聚合成为小的团块。这些小的团块在旋转过程中也会吸引外部的物质而逐渐增大。这一过程导致了许多行星的形成，地球就是这样形成的一颗行星。形成的行星还可以吸引附近更小的物体，成为它的卫星。 我们的太阳系就是如上述方式形成的(这是目前一般接受的学说)，地球就是太阳形成时摔出去的物体的一部分，月亮是被地球捕获的一个小的球体。 初形成时的地球与现在的地球环境是完全不同的。这一点十分重要，因为只有在当时的条件下生命才会出现。所以我们先来看一下地球初形成时的物理条件。 地球在初形成时，它的组成成分主要是氢和氦以及一些固体尘埃。起初它的温度比较低，最初形成的地球有一个内核，是固体尘埃聚合形成的，外面包围着一层气体，形成第一次大气层，即初级大气圈。地球逐渐收缩，温度便逐渐升高，到温度高达一定程度时，外面的大气便完全消失。这是由于相对分子质量较小的气体脱离了地球的引力，加上强烈的太阳风的作用而逸散开去之故。 然后地球表层的温度又逐渐下降，内部温度仍然很高，表现为频繁的火山活动。地球内部的物质分解产生大量的气体，冲破地表出来，这就形成了第二次的大气层，即次生大气圈。这个大气层也不同于现在地球的大气层，它是还原型的，不含氧、氮，一般认为它所含的都是氢的化合物，如氢与氧合成的水蒸汽(H2O)，氢与氮合成的氨(NH3)，氢与碳合成的甲烷(CH4)，氢与硫合成的硫化氢(H2S)等。这些新产生的气体所形成的大气层是稳定的，因为它们的温度不足以使气体分子的运动速度太高而脱离地球的引力。生命就是在这样的大气条件下产生的。 地球刚形成时没有河流与海洋，只是大气层中含有一定量的水蒸汽。当地球表面温度再降低时，由于内部温度还很高，频繁的火山活动喷出了更多的水蒸汽。大气层中的水蒸汽饱和冷却而形成雨水降落到地面上，雨水在地壳下陷及低落处聚集而成河流海洋。当地壳表面温度下降到100℃以下时，它们就不再变为水蒸汽，而成为水。 当大气层的水蒸汽凝结为雨水而降落时，大气中的一些其他气体被溶解到了水里。地壳表面的一些可溶性化合物溶解在水中，因此原始海洋里积累了许多化合物，包括最原始的有机化合物(甲烷)，这就为产生更复杂的化合物打下了物质基础。原始海洋就这样成了原始生命的诞生地。至于生命发生所需的能量，根据当时地球的情况，可能是来自紫外线和闪电，此外还有地壳放射性同位素的衰变以及火山、温泉放散的热等(表1)。光虽是最大的能源，但每个量子的能量低，并且当时还没有光合作用，因而没有什么用处。紫外光每个量子含能量高，能打破有机分子的共价键，因而能推动多种化学反应导致新分子的生成。 表1 地球早期的能源 关于地球的年龄:由于太阳、行星和陨石都是由同一宇宙星云形成的，因而根据陨石的年龄就可约略知道地球的年龄。陨石的年龄可根据陨石中同位素的衰变来计算，也可以根据地球本身岩石中同位素的衰变直接计算地球的年龄。两种计算所得结果都表明地球年龄应是46亿年。 (四)化学进化 生命发生的最早阶段是化学进化，即从无机小分子进化到原始生命的阶段(见图)。 原始生命即是细胞的开始。细胞的继续进化，从原核细胞到真核细胞，从单细胞到多细胞等，则是生物进化阶段。 化学进化的全过程又可分为4个连续的阶段: 1.从无机分子生成有机分子 在实验室中，人们早已成功地用无机物合成有机物了。1828年维勒(F.W ohler)首先用氧化铅和铵合成了尿素。以后大量的有机物不断地从无机物中合成出来。但是在自然界中有没有从无机物合成有机物的过程呢?奥巴林和霍尔丹早在20世纪20年代就分别推测，在地球早期的还原性大气中可能发生这样的过程。原始大气中含有大量氢的化合物，如甲烷、氨、硫化氢、氰化氢，以及水蒸汽等，这些气体在外界高能作用下(如紫外线及宇宙射线、闪电及局部高温等)，有可能合成一些简单的有机化合物，如氨基酸、核苷酸、单糖等。根据这个推想，人们在实验室中模拟地球生成时的原始环境条件进行了实验。 模拟实验第一个用实验证明在原始地球环境条件下，无机物可能转化为有机分子的是美国芝加哥大学的S.Miller。他安装了一个密闭的循环装置(见图)，其中充以CH4、NH3、H2和水蒸汽，用来模拟原始的大气。 在密闭装置的一个烧瓶中装水，用来模拟原始的海洋。然后他给烧瓶加热，使水变为水蒸汽在管中循环，同时又在管中通入电火花模拟原始时期天空的闪电放能，使管中气体能够发生反应。管上的冷凝装置使反应物溶于水蒸汽中而凝集于管底。一星期之后，他检查管中冷凝的水，发现其中果然溶有多种氨基酸、多种有机酸(如乙酸、乳酸等)，以及尿素等有机分子(表2)。有些氨基酸如甘氨酸、谷氨酸、天冬氨酸、丙氨酸等和组成天然蛋白质的氨基酸是一样的。 表2 Miller 模拟实验获得的有机物 此后许多人进行了类似的实验，有人改用了其他气体，也得到了大致相同的结果。例如，有人用甲浣、水蒸汽及氨，经辐射作用而合成了丙炔腈、氰化氢，也合成了一些氨基酸。在各种能源方面，除了火花放电之外，还用了紫外线、冲击波、γ射线、电子束及高温(加热到 1000℃)等，这些实验都同样地可以成功。特别有意义的是紫外线的作用，因为紫外线是地球早期在原始大气中最多的能源。可以想象，有了原始大气的成分，在紫外线的作用下，就可以形成氨基酸这类的小分子。 除了氨基酸之外，其他小的有机分子，如嘌呤、嘧啶等碱基，核糖、脱氧核糖核酸及脂肪酸等也可以在同样的情况下形成。甚至有人报道了核苷酸、卟啉、烟酰胺等类化合物也在这些实验的化合物中被发现。例如，用甲烷、氨、水蒸汽及氢的混合物，通过电子束射击，合成了腺嘌呤;用紫外线或γ射线照射稀释的甲醛溶液，合成了核糖及脱氧核糖;用甲烷与水通过电火花放电作用合成了C2~C12的单羧酸(包括乙酸、丙酸、丁酸、异丁酸、异戊酸、异己酸)等。 值得提出的是，在模拟实验中最容易获得的碱基是腺嘌呤。腺嘌呤无非是氰化氢的五聚体，所以是易于合成的。 其他3种碱基，即鸟嘌呤、胞嘧啶和胸腺嘧啶，必须经过较复杂的反应才能生成。有了腺嘌呤就有可能产生 ATP高能化合物了。腺嘌呤、核糖和磷酸化合物溶液通过 240 nm~290nm紫外光照射就可产生ADP和ATP。因此很可能正是由于腺嘌呤易于产生，在生命发生的早期ATP这一为生命活动供能的分子就产生了。也正是由于腺嘌呤易于产生，因而在生命进化过程中，ATP成了广泛分布于生命界的供能物质。 Miller等人所做的模拟实验和来自陨石的资料证明，氨基酸、腺嘌呤等有机物都是能在生物发生之前合成的(前生物合成 prebiotic synthesis)，而且具有很强的重复性。坠落于澳大利亚的一块陨石含有Miller已证明过的许多相同的氨基酸和大致相同的相对数量。这一巧合为Miller设想的前生物合成观点提供了有力的证据。Miller认为，如果这些有机物只存在于宇宙尘、慧星、小行星、陨星等上，因其含量太少，不足以构成生命起源的基础。只有在它们来到地球，累积在原始海洋之后，才能导致生命的出现。 2.从有机小分子生成生物大分子 生命物质的最主要的两个基石是蛋白质与核酸，因此生命起源的一个关键问题，就是上述的有机小分子如何形成蛋白质及核酸等生物大分子。 关于蛋白质及核酸的合成，人们也有一些实验与推测。一般认为氨基酸、核苷酸等在海水中经过长期积累浓缩，在适当的条件下(如吸附在无机矿物粘土上)，氨基酸与核苷酸即可分别通过聚合作用而形成原始的蛋白质与核酸。 根据实验推测，这种聚合作用是通过2种方式实现的:①溶液聚合，在粘土表面吸附作用下发生聚合。粘土的细粒带有电荷，可以使氨基酸等单体吸附其上，大量聚集，有利于聚合。例如，在稀薄的氨基酸溶液中加入氰化氢(Miller的实验液中有此产品)，在常温下就可生成多肽。又如，将甘氨酸溶于氢氧化铰溶液中，密闭加热至 140℃， 19h，甘氨酸就可直接聚合成为多聚甘氨酸。多聚甘氨酸与甲醛在粘土的吸附作用下，可生成含有丝氨酸或苏氨酸的复杂多肽链;②浓缩聚合。有人认为，在海洋靠岸的一些小角落或是像湖泊样的小水体中，由于长期蒸发，水中氨基酸等分子含量可以是很高的。这样的溶液在较高温度条件下可以直接产生“类蛋白质(proteinoids)”样的多肽。美国福克斯(F.Fox)模拟原始地球条件，将一些氨基酸混合后，倒入 160℃~200℃的热砂或粘土中，使水分蒸发、氨基酸浓缩，经过0.5h~3.0h，就产生了一种琥珀色的透明物质，即类蛋白质。这种物质之所以被称为类蛋白质，是因为它具有蛋白质的某些特性，例如，显色反应，肽链结构，水解后产生氨基酸，可被蛋白酶水解，有微弱的酶活性。但是它又有一些不同于蛋白质的特性，如没有旋光性，有序程度差，不能引起免疫反应。 除此之外，模拟实验还发现了另一些聚合的方式。如加热氰化氢与氨的混合物，所得的产物水解后即含有类似肽的物质。所以有人认为，多肽可能是由于氰氢酸聚合物水解而形成的。这些都说明蛋白质的起源可能是有多种途径的。 关于核酸大分子的合成也有类似的试验，例如用高温加热的方法，就可使单核苷酸聚合成多核苷酸。单核苷酸在50℃~60℃时只要有多聚磷酸酯存在，也可以形成多核苷酸。 总之，类似于蛋白质和核酸的物质，在人工模拟原始地球条件下，都已能制造出来。但这些产物和现代生命的蛋白质和核酸相比还有一定的距离。它们的结构比较简单，有序程度比较低，功能也不十分专一。例如，酶的活力不高，专一性不强，一种酶可有几种的作用;一种核酸可能担任几种核酸的功能等。这些分子在漫长岁月中再经演化才成为现在的更有序、功能也更复杂的蛋白质和核酸分子。 因此，我们目前还不能肯定上述各种方式就是蛋白质和核酸发生的方式，但是可以说，这些都是极可能的方式 3.多分子体系的形成和原始生命的出现 生物大分子还不是原始的生命。各种生物大分子在单独存在时，不表现生命的现象，只有在它们形成了多分子体系时，才能显示出生命现象。这种多分子体系就是原始生命的萌芽。 多分子体系是如何生成的呢?奥巴林和福克斯做了很多实验，分别提出团聚体学说和微球学说。 奥巴林的团聚体学说(coacervate theory)认为，生物大分子主要是蛋白质溶液和核酸溶液合在一起时，可形成团聚体小滴，这就是多分子体系，它具有一定的生命现象。 奥巴林最初做的实验是这样的:他将白明胶(蛋白质)的水溶液与阿拉伯胶(糖)的水溶液混在一起，在混合之前，这种溶液都是透明的，混合之后，变为混浊。在显微镜下可以看到在均匀的溶液中出现了小滴，即团聚体。它们四周与水液有明显的界限。 用蛋白质、核酸、多糖、磷脂及多肽等溶液也能形成这样的团聚体。 团聚体小滴的直径为1μm~500μm。团聚体小滴外围部分增厚而形成一种膜样结构与周围介质分隔开来，奥巴林已能使团聚体小滴具有原始代谢特性，使之稳定存在几小时到几个星期，并能使之无限制地增长与繁殖。例如，把磷酸化酶加到组蛋白与阿拉伯胶的溶液中，酶就在团聚体小滴中浓缩，如果随后在周围介质中加入葡萄糖-1-磷酸，后者就扩散到团聚体中，并酶聚而成淀粉，而使团聚体的体积增大。葡萄-1-磷酸中的磷酸键可提供聚合所需的能，而聚合时释放出来的无机磷酸盐则作为废物从团聚体中排出。另一个例子是把组蛋白与RNA制成团聚体，再把RNA聚合酶加入团聚体小滴内，把ADP作为“食物”加到周围介质中。在团聚体里，ADP与RNA聚合酶相互作用而生成多腺苷酸(ADP供给能量)，多腺苷酸增加了团聚体中RNA的总量，于是小滴生成并分裂成为子滴。奥巴林还模拟了团聚体进行光合作用的试验。他把叶绿素加到团聚体小滴中，把甲基红和抗坏血酸作为“食物”加到介质中。当用可见光照射团聚体小滴时，叶绿素中被激发的电子使甲基红还原，而从抗坏血酸中释放出的电子则用来替换叶绿素中的电子。 这一过程类似于绿色植物进行的光合作用(水分子在光能作用下，把NADP还原为NADPH)。 此外，团聚体能从周围的介质中吸取不同的物质，这样的团聚体就可以“生长”，长到一定程度时团聚体还能“生殖”(“出芽”，分出小团聚体来)。团聚体吸取外界物质似乎还有选择性。团聚体内部有一定结构，团聚体如吸取了酶，酶可以在团聚体内进行工作(合成或分解某些物质)。团聚体与周围环境有一个明显的界限，这是原始膜形成的一种方式。 由此可见，团聚体是能够表现一定的生命现象的。 这许多特征使人们设想，多核苷酸与多肽溶液，或核酸溶液与蛋白质溶液，在浓缩后，在一定的温度及其他合适的环境条件下，形成了团聚体这一多分子体系，这就是原始生命形成过程中的一个重要阶段。只有核酸溶液与蛋白质溶液形成的团聚体才会进化为原始的生命。其他胶状溶液的团聚体在自然选择过程中都被淘汰了。有人曾在数百米至数千米深海中发现类似于团聚体的物质，这被认为是一个直接证明:团聚体样的多分子体系确曾发生过;团聚体的确是类似于原始生物。有一次竟有一位有经验的生物学家把它误认成是一种细菌。 微球体学说(microsphere theory)是福克斯提出的。福克斯发现，将干的氨基酸或实验室所得的“类蛋白质”加热浓缩，即可形成微球体(见图)。微球体在溶液中是稳定的，各微球体的直径是很均一的，约在 1μm~2μm之间，相当于细菌的大小。微球体表现出很多生物学特性，例如①微球体表面有双层膜，使微球体能随溶液渗透压的变化而收缩或膨胀。如在溶液中加入氯化钠等盐类，微球体就要缩小;②能吸收溶液中的类蛋白质而生长，并能以一种类似于细菌生长分裂的方式进行繁殖;③在电子显微镜下可见微球体的超微结构类似于简单的细菌;④表面膜的存在使微球体对外界分子有选择地吸收，在吸收了ATP之后，表现出类似于细胞质流动的活动。 不论是哪一种多分子体系，如果要继续进化为原始的生命，下列三点是重要的: 第一，多分子体系内部必须具有一定的物理化学结构，这是生命起源的一个重要条件。有了一定的物理化学结构，即有了一定组织，才有吸收物质及进行化学反应的能力，并且这些反应才能以一定方式进行。有了一定的组织，体系就有了稳定性而不易被破坏，才可以生存下来，才能脱离外界环境的影响，走向独立“生活”。分子的有规律的空间排列是造成多分子体系一定物理化学结构的主要根据。 第二，多分子体系的主要组成必须是蛋白质和核酸，有了这两类大分子，多分子体系才能建立转录翻译体系，才得以实现遗传的功能。大概地球早期海洋中团聚体或微球体是多种多样的，但是由白明胶溶液和阿拉伯胶溶液形成的团聚体等，由于不能复制，在自然选择中都被淘汰了，只有含核酸和蛋白质的多分子体系才被选择而留下来。其他大分子如多糖、脂类等也都参加到核酸和蛋白质体系中去，完成它们的特定功能。 第三，原始膜的形成。多分子体系的表面必须有膜。有了膜，多分子体系才有可能和外界介质(海水)分开，成为一个独立的稳定的体系，也才有可能有选择地从外界吸收所需分子，防止有害分子进入，而体系中各类分子才有更多机会互相碰撞，促进化学过程的进行。那么，原始膜是怎样产生的，并怎样发展成双层膜的呢?有人主张，类脂分子(磷脂类)吸附在多分子体系的界面上，蛋白质分子和类脂分子相互作用，吸附于类脂分子上或埋入类脂层中，从而形成一个脂类蛋白质层。继续发展，这个脂类蛋白质层在一定的物理作用下变为双层，再吸收一些多糖等其他分子，就成了双分子层的原始膜了。 原始膜的结构和功能在进化过程中不断完善和复杂化而成为现在的生物膜。 核酸酶和核酸-蛋白质体系这里有一个问题，即现代生物学告诉我们:核酸只有在蛋白质(酶)的作用下才能合成，而蛋白质也只有在其相应的核昔酸顺序存在的条件下才能合成。因此很难设想，结构上如此复杂的核酸和蛋白质，在地球的早期会同时自然地产生，并产生复杂的相互作用。那么，是通过什么样的化学过程才能形成核酸和蛋白质相互依赖的多分子系统呢? 美国 T. Cech研究原生动物四膜虫(Tetrahymena)的 RNA，发现从四膜虫 rRNA的前身分子切下的内含子，即L19RNA(见图)有很强的酶活性，它能使核苷酸聚合而成多核苷酸，又能将多核苷酸切成不同长短的片段，而它本身却能保持不变。 可见它是一个真正的酶，而被定名为核酸酶(ribozyme)。它的特点是集信息与催化作用于一身。它的发现，使人们在生命起源中蛋白质-核酸谁先谁后的问题上倾向于把RNA当作先出现的分子，而通过RNA的酶促作用而合成了蛋白质，这样就产生了RNA蛋白质这一遗传系统了。由于蛋白质有20个不同的侧链，分子构象上