如果没有细胞，就没有生命。

一切生物都由细胞组成。

细胞的形成过程仍不得而知。

几乎所有生命都是单细胞生命。

　　第五章：如何造出一个细胞

　　21世纪初，生命起源学界有两大主流学说。RNA世界理论的支持者相信，生命是从能够自我复制的分子开始的；而认为新陈代谢能力最先出现的科学家则详细地解释了生命在深海热泉中的起源过程。不过在此期间，第三种理论也开始悄然兴起。

　　地球上的所有生物都是由细胞组成的。细胞就像一个个又湿又软的小球，外面包裹着细胞壁或细胞膜。

　　细胞的作用在于，把生命的必备物质聚集在一起。如果外膜破裂，内容物流出，细胞就会死亡。这层外膜具有极其重要的意义，因此有一些研究人员认为，细胞膜肯定是最先出现的部分，无论是“基因论”还是“新陈代谢论”，都对人造成了误导。意大利罗马第三大学的皮尔·里基·里斯（Pier Luigi Luisi）便是这种观点的支持者。

　　里斯的理由很简单，但又难以辩驳。无论是新陈代谢系统还是能自我复制的RNA，都需要大量化学物质才能进行，如果你没有装纳这些分子的容器，怎么可能实现这些过程呢？

　　这样看来，生命的起源似乎只有一种可能。在炽热、动荡的早期地球上，几种化学物质通过某种方式，形成了天然的细胞，又称“原始细胞”（protocells）。问题是，我们如何才能在实验室中造出一个简单的活细胞呢？

　　里斯的学说可以追溯到亚历山大·奥巴林生命在起源学刚刚出现时提出的理论。奥巴林提出，一些特定的化学物质会形成液滴状结构，将其它化学物质包含在内。里斯认为，这些液滴状结构便是最早期的原始细胞。

　　任何油状物质在水中都会形成液滴。由于这些物质被统称为“脂类”，该学说也就被称作“脂类世界学说”。但仅有这些液滴是不够的。液滴必须足够稳定，必须能以分裂的形式生成“子液滴”，还必须能对进出其中的化学物质加以控制。而现代细胞需要在复杂的蛋白质帮助下才能实现这些功能。挑战在于，如何才能正确地制造出原始细胞呢？虽然里奇在长达十几年的时间里尝试了多种原材料，但结果都不尽如人意。

　　1994年，里斯提出了一个假设：最初的原始细胞中一定含有RNA，并且这些RNA可以在原始细胞内部实现自我复制。这个假设十分大胆，而且意味着里斯放弃了最初的“细胞膜论”。但里斯这么做是有充分的理由的。如果细胞只有外膜，内部没有基因，它拥有的功能便十分有限。它或许还可以分裂成子细胞，但无法向后代传递任何与自己相关的信息。只有拥有了基因，细胞才能进一步演化、变得更加复杂。

　　该理论很快便获得了杰克·绍斯塔克的鼎力支持。在第三章中，我们曾介绍过他对RNA世界假说所做的研究。而此前由于双方观念不同，他们从未赞同过对方的观点。“我们在这个问题上争论了许多年，最终我们意识到，细胞膜和基因对细胞而言缺一不可，”绍斯塔克指出，“因此我们达成了共识：生命在起源之初，一定既有膜状结构、又有基因系统。”

　　2001年，绍斯塔克和里斯进一步统一了结论。他们在发表于《自然》期刊上的一篇论文中指出，我们或许可以通过在简单的脂类液滴中复制RNA分子，人工制造出简单的活细胞。

　　这是一个激动人心的想法，绍斯塔克不久便投入到了实践当中，做起了原始细胞的实验。两年之后，绍斯塔克和两名同事终于宣布自己取得了成功。

囊泡是指由脂类构成的简单“容器”

细胞通过分裂进行繁殖

　　他们设法制成了一种囊泡状结构，外面是两层脂肪酸，中间包裹着液体。为了加速这些囊泡的形成，他们向其中加入了一种名叫蒙脱石的黏土微粒，结果囊泡的生成速度快了一百倍。黏土表面起到了催化剂的作用，就像酶扮演的角色一样。

　　并且，这些囊泡还能吸收蒙脱石微粒、以及黏土表面的RNA分子链。这样一来，原始细胞中就有了基因和催化剂，而这些都是通过一组简单的实验装置实现的。

　　加入蒙脱石的决定并非一时兴起。数十年的研究表明，蒙脱石以及类似的黏土也许在生命的起源过程中发挥了重要的作用。蒙脱石是一种常见的黏土，广泛运用于多种产品中，如猫砂等。它是火山灰在天气作用下风化分解的产物。而早期地球上存在大量火山，蒙脱石含量很可能十分丰富。

　　1986年，化学家詹姆斯·费瑞斯（James Ferris）证明了蒙脱石可以在有机分子的形成过程中起到催化剂的作用。他后来还发现，蒙脱石还能加速小型RNA分子的形成。

　　费瑞斯因此推测，这种看上去平平无奇的黏土或许正是生命起源的地方。绍斯塔克借鉴了这一观点，并采用了蒙脱石来加速原始细胞的形成过程。

最初形成的细胞中必须含有生命所需的化学物质。

　　一年之后，绍斯塔克的研究团队发现，他们的原始细胞已经可以自主生长了。随着更多的RNA进入了原始细胞中，细胞外膜受到的压力也越来越大。为了装下它们，原始细胞就需要吸收更多的脂肪酸、将它们融合到细胞外膜中，从而使表面积增大、减小所受的压力。

　　最重要的是，它们还会从其它RNA含量较少的原始细胞中吸收脂肪酸，使后者体积不断收缩。这说明原始细胞间也存在相互竞争关系，细胞中的RNA越多，就越占上风。

　　这一点实在令人惊奇。既然原始细胞可以长大，它们或许也可以分裂。那么，绍斯塔克的原始细胞能够实现自我复制吗？

　　绍斯塔克用实验证明了这些原始细胞是可以分裂的。他让这些细胞从狭小的孔中挤过去，结果细胞被拉成了细长的管状，随后分裂成了两个“子”细胞。该方法很有说服力，因为不需要细胞器的参与，只需施加压力就可以了。但这个方案并不完美，因为原始细胞在挤压过程中会损失一部分内容物。并且它还暗示着，最初的细胞必须被迫从狭小的孔洞中穿过、才能实现分裂。

　　而事实上，使囊泡结构分裂的方法还有很多种，如用强劲的水流施加剪切应力等等。关键是，在原始细胞分裂的过程中，不能让细胞内容物流出。

　　2009年，绍斯塔克与学生朱听一起找到了解决方案。他们制造了一种更加复杂的原始细胞，外面包裹着好几层细胞膜，就像洋葱一样。虽然听上去很复杂，但这些细胞的制造过程其实很简单。朱听为细胞提供了更多的脂肪酸之后，细胞开始生长，形状也变成了长长的杆状。细胞变得足够长之后，只需施加一点点剪切应力，它们就会分裂成数十个较小的子细胞。每个子细胞中都含有母细胞中的RNA分子，几乎没有损失任何RNA。并且子细胞长大之后，还会继续生长、重复这一步骤。

　　在后续实验中，朱听和绍斯塔克成功找到了更多让原始细胞分裂的方法。这个问题看似已经被解决了。不过，这些原始细胞的功能仍然不够强大。里斯希望原始细胞能够实现RNA复制，但到目前为止，细胞中的RNA并没有发挥任何作用。为了证明他发明的原始细胞和地球上最先出现的生命相同，绍斯塔克还需要让细胞中的RNA拥有自我复制能力。

绍斯塔克的原始细胞可以在极高的温度下存活

生命分子的行为方式极为复杂

　　这件事做起来可不容易。本文第三章中介绍过，虽然科学家已经努力了数十年，但依然没能合成能够自我复制的RNA。这也是绍斯塔克早年在研究RNA世界学说时备受质疑的一点，但无人能解决这一问题。

　　因此他重新阅读了莱斯利·奥格尔的著作，后者曾在RNA世界学说上下了很大工夫。而就在这些陈旧的文件中，他找到了一些宝贵的线索。

　　说到底其实并不困难。我们需要用到一条RNA链、以及大量游离状态的核苷酸，然后用这些核苷酸组成与之互补的第二条RNA链。例如，如果第一条RNA链为“CGC”，那么与之互补的RNA链就是“GCG”。如果你将这个过程进行两次，就能得到和第一条相同的“CGC”链。

　　奥格尔发现，在特定情况下，RNA链无需酶的帮助、便可按照这种方式进行自我复制。这或许正是早期生命复制基因的方法。

　　1987年，奥格尔已经能够复制由14个核苷酸构成的RNA链了。他的研究到此为止，但绍斯塔克已经从中获得了足够的灵感。他的学生卡塔吉纳·阿达马拉（Katarzyna Adamala）试图在原始细胞中实现这一反应。

　　他们发现，这一反应需要有镁的存在才能进行。但问题是，镁会对原始细胞造成破坏。不过他们用柠檬酸盐轻松解决了这一问题。柠檬酸盐广泛存在于柠檬和柑橘中，几乎所有活细胞中都有它们的踪迹。

　　在2013年的一项研究中，他们向细胞中加入了柠檬酸盐，发现它们会附着在镁的表面，既保护了原始细胞，又能让基因复制过程照常进行。换句话说，他们实现了里斯在1994年提出的预言。仅用了10年多一点的时间，绍斯塔克的团队就取得了了不起的成就。

地球是我们所知的唯一有生命存在的地方。

生命需要多种多样的化学物质。

　　他们制造的原始细胞能够在维持原有基因的同时、从外界吸收有用的分子。这些细胞可以生长和分裂，甚至还会与彼此竞争。细胞内部还能实现RNA复制。从各方面来看，它们都与真正的生命惊人地相似。

　　它们还有着顽强的生命力。2008年，绍斯塔克的团队发现，原始细胞被加热到100摄氏度后仍能存活下来，而大多数现代细胞都经不住这样的高温。这也说明原始细胞与地球上最早出现的生命十分类似，因为在接二连三的陨石撞击下，它们必须能禁得住高温才行。

　　“绍斯塔克取得了伟大的成就。”阿尔曼·穆尔基加尼安表示。绍斯塔克花了四十年时间来研究生命起源的问题。他并没有拘泥于繁殖能力和细胞膜究竟哪个最先出现的问题，而是找到了让这两者几乎同时发生的方法。这促进了生命起源理论的统一：也许所有生命功能都是同时出现的。这种新理论已经积累了大量证据，或能用现有学说解决所有问题。