进化从“低技术”有机物开始，这种有机物不一定非得用而且很可 能不是用“生命分子”制造。

如果不是因为从第二章中得出的那个有害的结论，以上推测的前一部分也许是非常清楚的。那个结论就是：任何可以设想的有机物的设计都必然是非常非常复杂的。这种复杂性可用一个机器人的功能来表述，即这种机器人可根据信息库的指令制造出其它机器，包括像它门本身的机器；这种信息库可以用别的机器予以复制，而这种复制信息库的机器本身的指示也是在信息库中明确规定的，可以由机器人执行，如此等等。

然而，这种结论又是一个转移话题的闲扯。这个结论的根据是一个没有明确说出来的假定：即一个有机物中毕竟需要有某种机器。一旦你认为需要机器时，你就会想到需要很多机器，例如，一个有机物中需要有某种能够将其遗传信息复制的机器，而这种印刷机器却又需要有制造机器才能将其造出来。这种制造机器就像某种机器人一样，必须能够造出同它们完全一样的机器，即必须能够复制自身。这就好比兜圈子，最后终于又绕回来，但这一绕却绕了很长一段路。这段路太长，要实际将它走完即使对于我们来说也无法做到，而对于自然选择尚未出现前的大自然来说则尤其困难。

既然如此，那么为什么要绕上一大圈呢？从原则上说，只有信息才是进化所需的必要条件，尽管实际上信息需要有一个物质的载体，同时也还需有复制信息的物质手段。但制造遗传物质所需的组成成分却可由环境提供，同样，复制遗传信息所需要的任何机器也可由环境提供。如果环境很适合，那么一个有机物生命体只需要一个赤裸裸的基因就够了。

当我们在第七章发现核糖核酸分子可以进化时，我们实际上已提出上述观点。这个观点的关键概念是，尽管基因的演替可能取决于它所装载的信息至少有一部分通过精巧的机器转化为行动，这种行动的间接方式是一种充足

条件而不是必要条件。因此，这种间接行动方式可能是进化的结果而不是进化的一种必要前提。一个基因中的信息可对这个基因本身的性质产生直接影响。这一点从原则上来说是对的，而且对于核糖核酸来说，实际情况也是如此。例如，基因粒子的大小与形状可能受其内部装载的信息的影响，而这些大小与形状特征则会对基因本身的生存机会、被复制的难易程度以及基因的传播产生影响。回头再看看第一章，你会对这一点有一个更详尽也更全面的了解。例如，当你获得任何含有特定图案且能复制这些图案的结构；当这些图案有时会受到随意修改；当这种修改也同时被复制下来；当图案的种类越来越多，多得不可胜数时；当不同种类的图案可对复制粒子的生存机会、复制能力或粒子本身的传播产生不同影响时；这时，通过自然选择的进化已几乎不可避免。这里列举了多种并列条件，但请注意，这其中没有包括机器人。

但这一来不是把困难从有机物简单地移到了环境了吗？困难自然是转移了，但却不是简单地移动，因为经这么一移，它已有所变化，变得比以前容易多了。例如，机器人已不再是一种必需。环境可能有必要为进化提供某种印刷或复制机器，但它不必提供另一种可根据指令制造印刷或复制机器的机器。实际上，环境有无必要提供任何可被称之为复制机器或制造机器的东西， 这一点尚可继续探讨。

环境有必要为裸露基因提供的东西只有三种：1.制造新的基因所需的物质单位；

1. 基因演替所需条件（条件中是否包括任何复制机器无关紧要）；

2. 某些基因优于其它基因的理由（这种理由叫做选择压力）。

核糖核酸所需的物质单位作为原始地球产品来说也许确实过于复杂，而且看起来这些所需条件中似乎还有必要包括一个大酶。但这些都是一些附带特征，并非至关重要。这些特征是核糖核酸的具体缺点，它们由核糖核酸分子的特定属性决定。不管怎样，我们在前一章中已推断，无论是核糖核酸还是脱氧核糖核酸，它们均不是最初的遗传物质。

对于最初的裸露的基因来说，我们还需寻找一些更为切合实际的东西才能满足前面列举的三个条件。对这种东西的寻找将在后面四章中占据相当的篇幅。在本章的余下篇幅中我们将对一个更为重要、更为笼统的问题展开讨论，即原子是怎样组织起来的。基因也像其它控制结构一样，也必然是由大量的原子按一定方式组合而成的。在有机物中，像基因这种规格的结构是怎样组合而成？这种结构离开了有机物又怎样以最容易的方式组合而成？

分子建造系统

有机分子种类如此繁多，这既是优点也是缺点。将 10 来个原子组合成分

子有许多种不同的组合方式。如果分子中的原子数目增加到 100 个，那个代

表各种可能的组合方式的数字就是一个天文数字；如果原子数目增至 1000 个，代表组合方式的数字则又会远远大于那个天文数字。有机物中多数重要的控制结构都是比较大的分子。例如，一个比正常规格略小的酶由 5000 个原子按一种特定方式组合而成，而在核糖核酸信息带上对这个酶的规格予以说明的那段遗传物质则含有 30000 个原子。膜，例如色裹细胞的细胞膜，则不是一种规格如此严谨的东西，但有关它的设计和建造的要求却仍然严格。膜的合成可能需要数十亿个原子按恰当的方式组织起来，既然是这样，就要通

过许多蛋白质和类脂化合物分子的结合。

现存有机物可以设计生产膜的这些组成成分。它们能够利用有机分子种类繁多所具有的优点的一面，从而合成正好符合某一目的的物质。它们之所以能利用其优点是因为它们有能力克服这种种类繁多所具有的缺点。种类越多可提供的选择也越多，因此，出错的可能性也越大。

那么，有机物是怎样用其优点而摒弃其缺点的呢？人们可以找出三种紧紧地相互交织在一起的技术，即分子操作、预做安排以及分子自行组装。分子操作是用诸如酶和核糖体等特别设计的机床去实现；预做安排是指预先造成一种环境，从而使结果限制在一定范围；自行组装则指让分子自行组合成一种较高级的结构。

我们最容易理解的也许是第一种技术。这种技术与我们人类的正常制造技术最为接近，应用于大规模的实物生产中，例如袜子和汽车生产。一个核糖体显然就是一台制造机器。正是在这方面，这种技术很容易理解。

第二种技术也适用于人类的制造程序，尽管我们也许难以发觉这一点。编织袜子时，所需的线团应放在随手可及的地方。如果是用机器人组装汽车， 那么排列在组装线上的都应当是正确的部件，因为机器人虽然操作技巧熟练但却愚笨。酶与核糖体也像机器人那样，操作非常熟练但也相当愚蠢。它们只能在受到控制的环境中工作，此外还需有适当的工作条件，例如，只能获得一组数量有限的分子。酶很容易被那些与它所要加工处理的分子相近但不完全相同的分子干扰。此外，对酶的活动具有阻碍或破坏作用的其它东西还有很多。由此可见，预做安排是有必要的。

与人类的制造技术共同点最少的是第三种技术，即自行组装技术。这种技术是某些物体特有的领域，这些物体很小，因此其形成主要依靠热骚动的作用。这种自行组装技术是地球表面多原子物质的合成所用的常见方式。下面，让我们对这种技术展开进一步讨论。

你也许会认为，吹起一个肥皂泡完全是你自己的功劳。但实际上，起主要作用的是肥皂分子本身。无数个肥皂分子通过自行组装的方式组合在一起则形成了这种奇特的物体。

一个肥皂分子在形状上有点像一个长长的蝌蚪。这个蝌蚪的尾巴由一串碳原子和氢原子组成，头部含有两个氧原子并带负电荷。蝌蝌的尾部通过辅助力（非共价键）相互紧紧粘连，但它们与水分子却完全无法粘贴在一起。由碳和氢原子合成的分子或分子的一部分据认为具有恐水的特性，即不喜欢水。但肥皂分子的头部却具有相反的特性，它们不仅不畏水，相反却喜欢水， 这种特性叫做亲水特性。头部具有这种特性的主要原因是它带有的负电荷， 这种负电荷在肥皂分子的头部与水分子之间协助形成强有力的辅助键。

当把肥皂溶于水时，肥皂分子就形成一小束一小束的形状，尾部位在束中（离开可恨的水）而头部则位于束的外层（与它们喜欢的水分子相连接）。这种一束一束的肥皂分子均是自行组装而成的物体。（这种肥皂分子很有用， 因为脂肪物质分子也具有恐水的特性但却喜欢肥皂分子的尾部。这就是肥皂水可分解脂肪的道理。分解脂肪的工作全由分子的自行组装完成。这些分子并不懂化学，但它们却知道自己喜欢什么而不喜欢什么。）

皂膜提供了解答分子关系问题的另一种方式。分子的尾部乐于笔直伸向空气，特别是当这些尾部相互并列因而所有尾部均可从一侧连在一起时尤其如此。肥皂水总是有一层像这种形状的肥皂分子，而皂膜却有两层，中间隔

着一层薄薄的水。这是另一种分子自行组装方式。

有机物充分利用了分子之间的这种亲恐关系。这一点从包在细胞外的膜与裹在细胞内的膜中特别容易看清楚。这些膜主要由像肥皂分子的被称为生膜类脂化合物的分子组成。这种分子的形状经过精心设计，因此，它们在水中不会形成杂乱的一堆，而会相互排成一排，形成结构严密的薄板，即膜。这种膜有点像皂膜，只不过它的外层是水而不是空气，此外，分子的尾部是向里而不是向外伸展。

自然界中最常见的一种自行组装而成的物体是晶体。在糖类晶体、或冰块或石英砂中，分子均非常匀称地组装在一起。这种组装不是靠建筑机械完成，而是全靠分子本身完成。这种现象既普通而又神奇。

那么，分子怎么能够自行组装呢？

分子能够自行组装成物体是因为它们总是处于热骚动状态。它们从不安静地呆上一会，总是想相互贴在一块。在某些情况下，分子之间的相互粘贴会显得更牢固（例如将一些具有恐水特性的分子放在一起，或将带正电荷的分子与带负电荷的分子放在一块等等）。由于分子总是在运动，因此，它们可尝试各种组装方式，并且能够找到一种具有最大凝聚力的方式。这种方式一旦找到自然就会保持下来。

以上所述是分子自行组装的主要概念但却并非全部。分子的自行组装尚有一些其它条件。

1. 温度不能偏高——即热骚动不能过于狂热，否则，分子就无法与任何东西相结合。

2. 温度也不能偏低；太低了，分子要找到一种适当的组合方式所需时间就会很长。

3. 集中在一块的分子必须达到足够的数目，在粘合距离内必须有足够的分子；这样，分子组合的速度才能快到与已经组合而成的结构重新拆开的速度相抵消的程度。（这种新的组合形成、旧的组合拆开的现象在任何温度下都在一定程度上存在。）

4. 分子必须具有较强的相互结合的能力，即存在于分子之间的力必须大到足够使各种分子彼此遇合。

5. 分子之间的力还必须是双向的，必须是我们在第四章讨论过的那种试探性的探索力。这种力不能使分子彼此一经接触就锁在一起。分子必须具有不断探索各种组合方式的能力。某些共价键也具有双向力，这一点我们将在以后讨论。在有机化学中，我们所讲的双向力差不多一律是那种辅助力。这种存在于分子之间的辅助力是那种在分子内将原子拉在一起的共价键力量的百分之一到十分之一。

6. 集中在一块的分子种类不能太多，否则就可能出现很多不同的组合方式，因而就可能难以找出一种非常明显的最佳方式。这就是说，在各种不同组合方式中难以找到一种明显的可使凝聚力发挥最大效力的方式，或者说最能满足分子间那种亲恐关系的方式。即使有这样一种明显的最佳方式存在，

   但如果它淹没于众多的其它方式之中，分子找到最佳方式的速度不足以抵消其热骚动具有的永久性的拆离效应。

所有这些都是对“自行组装”技术的补充。经此补充后，这种技术就不再完全是自行组装技术而是一种得到协助的或预做安排的组装技术，如果你布置的环境适合，特别是如果你对分子的选择恰当，那么，这些分子就会“自

行组装”。

当然，所谓自行组装本来就应该是如此。如果不加任何控制，让分子各行其是，分子决不会自行组装成某种物体。比较高级的结构——大多为多分子结构，可按预做安排的自行组装方式合成。这种预先安排是一种明智的非积极的控制。这就像自由经济学所提倡的那样，人们可以想生产什么就生产什么，因为环境是受到调控的，而在这种环境中人们喜欢的也就是人们需要的。

一个蛋白分子的折叠方式是一种最为精巧的预做安排的自行组装方式。在这里，预做安排主要是对蛋白链中的氨基酸链节相互组合在一起的顺序预先做些安排。如果你还记得第四章的内容，那么你就会知道，这种顺序就是对遗传信息的直译。这种直译使遗传信息变成一种最为特别的信息。遗传信息本身变为它所要说明的那种东西。组成蛋白链的氨基酸单位有各种不同形状，有亲水的也有恐水的。根据它们的组合顺序，蛋白链以一种特定的方式折叠起来。这种折叠方式是将亲水的氨基酸单位尽可能放在外层而将那些恐水的放在里层，从而使各个链节之间的凝聚力发挥最大的效应。这样，一根散乱的蛋白链就变成一台结构紧凑的工作机器，例如说一个酶。

当你吹起一个肥皂泡时，这个吹的动作为泡的形成创造了一个相当一般的环境，其余工作则由分子自己去完成。蛋白质机械的建造方法同样由预做安排和分子自行组装这两者之间的分工决定。如果说要合成一个酶比吹起一个肥皂泡要困难得多，那是因为在合成酶的过程中预做安排在该蛋白分子中所占的比例过高。此外，在蛋白质建造方式中，需要预做安排的事情主要是对氨基酸的特定次序予以说明，这种安排主要通过分子操纵去实现。（我告诉过你，有机物的三种构造技术紧紧地相互交织在一起。）分子操纵是一种特别复杂的技术。这种技术不是有机化学家所擅长的。在多数情况下，我们必须满足于使用那些相对较为简单的预做安排技术，即每次安排几万亿个分子参与反应，并获得所需的反应结果。实际上，真正的分子操纵是由酶或核糖体每次加工一个分子的分子加工处理过程。请看看酶与核糖体的规格大小和其构造的复杂性！这两种分子很大，但这种大却是由它们所担负的工作所决定。它们要大才能从其周围挑选出特定的分子，才能以特定的方式作用于这些分子。

以上所有论述要说明的一个道理就是：如果你需要的是一种合成多原子物体的“低技术”建造方法，那么这种建造方法则以自行组装技术为主、预做安排技术为次。如果你可以完全不用分子操纵技术，这当然更好。

然而，这种建议是否现实呢？请记住我们早些时候讨论过的有关有机化学的一个大难点，即在有机分子的合成过程中可能出错的地方很多。搞有机化学有点像拉小提琴，搞得好会获得精彩的效果，反之则会一团糟。

看来你似乎面临一个非常明确的选择。你所需要的建造方法要么是一种像拉小提琴那样的方法，这种方法具有灵活性，可造出大量可供选择的东西； 要么这种方法是一种像吹“六孔哨”之类的适合于初学者的比较简单的方法， 它的灵活性不大，可能出错的地方也不多。但有机分子能否用这种“低技术” 建造法合成则完全不清楚。

有机分子还有一个独特的麻烦，即这种分子只有相当大时才能以正确的方式自行组合在一起。只有按正确的方式组合，分子之间或一个折叠分子的各个部分之间才具有足够的凝聚力。（例如一个肥皂分子需要带一个长长的

尾巴；一个蛋白链则需有约 20 个氨基酸单位才能开始紧凑地折叠起来。）然而大分子却不易获得，尤其是精确的自行组合过程所需的那种浓度和纯度则更难得到。那种认为核苷酸可由原始地球预做安排而大量获得的观点很难站住脚（见第六章）。能够在水中自行组合成为比较高级的结构的有机分子必须是最小的分子。那种认为这种分子可由原始地球预先造出的观点也同样难以自圆其说。⋯⋯

如此一来，我们又陷入了一个圈子。有没有办法打破这个圈子呢？究竟什么东西至关重要，什么东西则不太重要呢？

现在我们回到有关这一问题的基本原理。对于最初的有机物来说，至关重要的是它们必须能够进化。因此这种有机物中必须有信息的存在，这种信息必须能够通过被复制、再复制、再复制⋯⋯的形式代代相传。这种有机物中应有某种基因。任何种类的基因无疑都必定是一种精心制作的由许多原子组成的结构。既然最早出现的基因中可能没有先行进化的机器协助完成基因的复制工作，那么在复制过程中新单位的组合方式应是某种自行组装方式。如果这一点意味着没有有机分子的参与，那就如此吧。许多迹象表明，地球上最早出现的那种生命形态与现在的生命形态不同。因此，作为生命形态的物质是不重要的，重要的是它参与的那种过程。

“⋯⋯看来⋯⋯他似乎突然发现了某种新的可能性。”