第七章 套盒中的线索

“这是另一种思路。这里的思路有两种，请你不要将它们绞在一起。”

一条长卷毛狗，一只狮子狗，一条俄国狼狗，一只约克夏■——这四种狗看上去相互之间区别很大，但我们却认为它们在某种意义上均属同一种动物，只是各自的外表不同罢了。同一个物种的成员必须有非常类似的生物组织。可相互杂交的动物必须在本质上属于同一种设计，因为它们“图书馆” 中的构造指南必须大体上能够相互替代。

即使在关系较远的动物之间，例如在鲸与蝙蝠之间，它们在设计上的类同可能大大超出它们的外表所显示的不同。鲸与蝙蝠都属于从一个不太远的共同祖先进化而来的哺乳动物，它们仗以生存的设计思想的大部分是共同的。例如呼吸、消化和排泄系统，神经和血液循环系统的分布，造皮与造骨的手段以及蛋白分子的种类等等，所有这些和其它很多东西在鲸和蝙蝠之间的类同均大于不同。因此，这两种动物也许同样可以被看作外表不同的同一种动物，尽管这一次需要做些比较深入的研究才能确定。对于鲱鱼和仓鼠来说，你则需要做更为深入的研究才能看出它们之间在何处类似，虽然这种类似并没有隐藏太深。同样，鲱鱼与仓鼠之间的类同也多于不同。

那么，对于卷毛狗与矮牵牛花来说又是怎样呢？这两种生物在较高层次的设计特征无疑有点不一样。矮牵牛花没有任何像卷毛狗的卷毛之类的东西，也没有肝脏，没有骨头，没有那种持续不断地吠叫的脾性等等。然而， 再往深看，深到足够的程度后你就可发现一些相类似的东西，例如设计有点类似的细胞以及非常类似的蛋白分子等。再深一点你就可发现地球上所有生物——无论是大象还是火绒草或大肠杆菌等——都共有的那些特征。你就会发现我们在第四章讨论过的那个处在最中心的共同的中枢生化系统。在这个系统中，中央“图书馆”书籍中的信息带物质总是一样；印刷传给次一代细胞的信息所用的方式一样；在信息翻译中使用的主密码一样，组成蛋白链链节的那组氨基酸也完全一样，⋯⋯等等。

地球生命形态的多样性主要存在于表面，越往里多样性越少。在中心， 多样性则不存在。

人们经常用层次来描述不同的组织结构。有些方面被看作是表层结构， 另一些则是较深层的结构，还有一些则是中央结构。这是一种套盒隐喻。按照这种隐喻，整个组织被认为是一种盒中套盒的结构。在这种结构中，外层子系统基于里层子系统，所有系统基于中央核心。

让我们把这个比喻用于有机物。让我们将地球看作一个博物馆，馆内收藏着大量的各种各样的套盒。这种收集是怎样形成的？在各组套盒之间，外层盒子彼此之间在式样上的区别远大于里层盒子，这种情况又是怎样发生的？拆开博物馆内的任何一组套盒均可发现一个同样的内核，这又是怎么一回事？

看来，这些套盒大体上似乎都是通过在外层加上新的盒子而造出来的。这种情况和我们对进化事件顺序的总的理解相符，即越靠近中央的设计思想其年代就越久。这一点也属于常识之列。我们说某种设计特征是一种表面特征，这意思是说，在组织之内没有多少其它的东西基于这种特征。要在一个组织的外层再加上一层或对位于外层的特征做些修改要容易得多。达尔文在

《物种起源》一书中阐述了这个论点，即有机物的新近进化而成的特征确实已发现在很多情况下比已存在很长时间的特征具有更大的可变性。

因此，人们也许可以明白为什么博物馆中套盒的外盒被漆成各式各样。同样，人们也能明白为什么现在要将里层盒子做些改变已大为不易。但是， 这仍然没有回答为什么越往里盒子种类越少，而到最里面却只有同一种内核这一问题。一个套盒中的盒子，不管目前在哪个层次，毕竟曾经在某个时间是外层盒子，既然如此，它应该很容易受到进化的修改，因此这个层次的盒子应该种类繁多。那么，这种多样性为什么不能持久呢？

我们用三个标准概念，一个连一个，即可对这个问题做出解释。假如概念（1）——即当外层又加上一层新的盒子时，原来属于外层的盒子此时就成了里层盒子并固定下来——能够成立，那么我们就可以加上从上一章得到的另两个概念。概念（2），新的物种只能通过抽枝过程从旧的物种产生（一个新的套盒只能是博物馆中已经存在的旧的套盒经修改后的复制品）。概念

1. ，大部分物种都会消亡（博物馆总是遭到窃贼与摧残文化者的劫掠；侧厅整个被烧掉，每年都有一车车的盒子因遭雨淋和虫蛀以及受地震和涝灾的影响而毁坏，最后只好扔掉⋯⋯）。

由于外层盒子对里层盒子的多样性的抑制，同时也因为概念（2）中所说的情况，因此要形成新的中央设计根本就没有可能。然而，物种却继续大量消亡。如此一来，中央设计思想也只会失传。越靠近中心位置，受到这种危险威胁的时间就越长。因此，在收藏地球有机物的博物馆观察到的结果是： 有机物的最外层具有高度的可变性，而越往里则越保守。

越过最后的共同祖先

假如以上所述成立，同时，假如你再看看第六章中的进化树，那么，生物共有的中央内核竟如此复杂这一点也就丝毫没有令人惊讶之处。这种中央生化系统可追溯到目前地球上所有生命的最末一个共同祖先那里。这种共同的系统就好比是博物馆中所有套盒的共同内核。就像前一章所讨论的，这种不变内核具有的极高的复杂性需要经过一个延伸的进化过程才能形成，这个过程在进化树上表示则从进化树的真正的根部一直伸展达到远离根部的分枝点，这个分枝点则代表现存所有生命的最末一个共同的祖先。

现在，请再仔细看看这棵树。你将发现这个最后的共同的祖先在树中的位置与我们的看法不谋而合。对于在此以前就已生存了很长时间的有机物来说，其共同祖先在树上的位置应在这个位置以下的某个分枝点。（将树的上半部分用纸盖住，这样一来，你看到的新的枝头的共同连接点则在原来的连接点以下的某个位置。）

在生命进化的初期会存在一个有关最后共同祖先演替的全过程。现在的问题是：那些较早的共同祖先的中央内核是否小于较晚的共同祖先的内核？ 我们现在共有的那种极为复杂的内核是否就是通过像后来的进化过程一样的过程，即通过外层使里层固定的方式进化而来？如果是这样，那么，我们共有的生化内核应该在其结构中揭示它的历史。这种内核的结构应该是一种盒中套盒的结构，它应该是套起来的。这种层层相套的结构性质可使我们看到地球上所有生命的最后一个共同的祖先以前的进化顺序。这应该值得一看。

二难推论

那么，是否地球上所有生命的中央生化系统都是套起来的呢？

是的，不过有一点还令人困惑，即在这种中央生化系统中，层与层之间相套的方式却有两种。更有甚者，这两种不同方式暗示着早期进化事件的两种不同次序。下面我将解释这一点。

根据人们看待这个问题的方式之一，这个中央内核中最里面的盒子应是脱氧核糖核酸。盒子里装的是有机物的精髓，即最后的控制者，也就是遗传信息。在这个盒子的外层是核糖核酸盒，再外层是蛋白质盒以及与蛋白质活动直接形成的产品或多或少相对应的盒子，即一种膜一类的较远程控制结构。这种分层很容易看清楚，其方法是通过提出这样的问题：即需要什么来控制什么。对这一问题的答案最终总是归到脱氧核糖核酸，这意味着脱氧核糖核酸最早形成。

除此以外，还有一种观察方法，即不是从董事会会议室，即控制结构， 而是从工厂车间的布局开始。提出的问题不是“需要什么来控制什么”而是“需要什么来制造什么”。我们把它叫做一个组织的供应结构。

有机物中央内核的这种供应结构在有机物的主要的新陈代谢途径中或多或少均能发现。这些代谢途径是关于合成和拆开某些微分子成分的工序的排列次序。这些微分子成分包括氨基酸、核苷酸和类脂化合物等，它们都属于生物共有的“生命分子”。

主要代谢途径的组织结构有点像一个典型的英国市镇的道路结构。中央内核的供应结构至少在一个层次表现为明显的套盒结构，这个内核本身就有一个中心，我们可把它叫做商业中心或销售中心。在这个中心里只需走几步路即可买到必需的商品。中心通过四周的主道向外辐射。（这些道路中有些是单行道，有些则是双行道。）

这个中心的中心，即这个生化销售市场，经营的是一些次级成分。这些次级成分是一些由一般意义上说比较大的“生命分子”拆散而成的小分子。这些小分子可重新组合成大分子。在高等动物中，例如人类，像这种通过拆散、组装而重新合成分子的道路有些已年久失修。但大体上说，任何“生命分子”均能从其它“生命分子”中合成，其方法是将拆散和组装适当地结合起来，或者说从一条路进入中心地区再从另一条路出来。

这些处在最中心位置的中间分子又是些什么东西呢？这些分子约有 12种，每种均含有碳、氢和氧等元素的原子，少数还含有磷酸盐。有一种叫乙酰的分子（实际上只是一个分子的一部分）通常可用一个硫原子将它抓住。令人奇怪的是，在这些地区却没有氮原子。这是供应结构与控制结构之

间一个显著的不同。在控制中心，即在脱氧核糖核酸、核糖核酸和蛋白质中， 氮可说是无处不在。

在供应结构中，氨基酸离中央内核的中心地区至少有一层之远。从那些中央次级成分中很容易合成八种氨基酸分子。这些氨基酸可被看作在供应结构中构成一个独特的层次。核苷酸则在离中心区更远的外层，它们的合成除其它物质外还需要两个处于里层的氨基酸。要合成一个脱氧核糖核酸核苷酸需经过大约 18 道工序，因而也需要 18 个酶。然而这一切却仍然是在供应结构的内核中进行的，这个内核对地球上现存的所有有机物来说在本质上都是相同的。

那些处在最中心的次级成分彼此之间容易相互转化，因此，要找出一个确切的中心比较困难，就像要确定一个城市的中心也可能比较困难一样。（例如这个中心应该是在市政厅呢，还是在邮局，或者在战争纪念馆？）从某种角度看这个问题在任何一种情况下都有点学术问题的味道，真正的中心是一个地区而不是具体某一点。尽管如此，如果我们在供应结构中也想要有某种相当于脱氧核糖核酸的东西，即如果我们想在一组套起来的盒子的最里层放上某种物质，那么，我猜想这种物质应为二氧化碳。这种猜测的根据不是因为二氧化碳是所有有机物所需的碳的直接来源，而是因为它是植物的源泉， 因而也是所有有机物的最终源泉。如果二氧化碳即使在植物中也不是恰好位于中心位置（主要供应点往往稍微偏离主要街道），那么，所有那些中央次级成分和它在化学上的关系就相当亲近。（这些次级成分含有的氧原子的比例相对较高。）

现在我们陷入了一个进退两难的处境。从对有机物的控制结构的分析中我们可推测脱氧核糖核酸是生命的最初物质，但对供应结构的分析却又引导我们得出一个不同的结论，即最初的物质是一种相当简单的、不含氮的、类似二氧化碳之类的东西。

相信哪种说法？

下面则是地球现存有机物的“控制核心”和“供应核心”的简图：

这两种推测中究竟哪一种含有真正的线索呢？抑或这两者都不含有？抑或两者都以某种方式含有？

现在让我们看看两种假设。

根据 C 假设（C 代表控制），真正的奥秘就存在于有机物共同内核的控制结构中。脱氧核糖核酸（或类似东西）总是位于中心，控制机制则从里向外进化，新的盒子和新的远距离的控制手段则在外层形成。

首先，脱氧核糖核酸类分子是由分子周围的环境直接根据它们各自具有的字母排列顺序将它们挑选出来。这种挑选是粗线条的，因此排列顺序是否完全符合标准并无太大的关系。当然有些排列次序显然要优于其它。例如， 某些顺序可使分子折成一个结实的小球，从而将其包裹起来，以免在某些地方有受到摧毁之虞。鉴此，这样的排列顺序在这种地方就会经常出现，如此一来，它们就会越来越流行。

如果你承认某个特定的脱氧核糖核酸类分子中的信息可影响这个分子的特性，那么，这种分子可进化的概念在逻辑上就肯定不会有错。对于一种脱氧核糖核酸类分子、即核糖核酸分子来说，这一点已在实验室里得到证明。在提供具有易感性的核苷酸的情况下，核糖核酸在适当的大酶的协助下可在试管中复制自身，而且如果环境适合还可产生进化。

现在假定你已有能进化的脱氧核糖核酸类分子，这时你就可设想这些分子中的信息可借以产生效应的其它方式，例如对氨基酸等其它类分子产生间接影响以及将氨基酸结合在一起合成蛋白质的能力。控制结构就是这样通过不断向外发展即通过不断从里往外套盒子的方法不断累积，最后形成中央内核。在这以后，控制结构继续往外发展，形成新的外层盒子并创造出千变万化的间接控制手段，通过这些手段，脱氧核糖核酸设法达到传播自己的目的。

以上所说很合逻辑，但它是不是正确呢？要判断这种说法正确与否，可回忆一下我们论证有关地球制造核苷酸这一观点是多么困难，即可找到答案。那么，供应结构又如何呢？为什么供应结构提示的情况不同呢？为什么按照供应结构的提示，核苷酸的出现会如此之晚？什么东西会引导二氧化碳向那些对生命的形成不可或缺的、难于合成的具有易感性的核苷酸进化呢？同样，如果你能相信早期地球上存在核苷酸，那么这些问题也能找到符

合逻辑的答案。你可以设想，当早期地球上的这种核苷酸快用完了时，那些可从比较简单的物质中合成核苷酸的有机物就具有了优势；然后当这些比较简单的物质也快用完时，有机物就会从更简单的也更易获得的物质中去合成核苷酸；如此类推，最后就会找上一种最简单且最易获得的东西，即二氧化碳。按照这种描述，中央内核的供应结构是从相反方向、即从外往里建造而成的。

同样，这种推论是否正确？首先，要理解早期地球上存在具有易感性的核苷酸这一概念就非常困难。合成一个核苷酸需要经过 18 道工序，此外还需很多媒介物质。这些媒介物质中许多物质的性质相当不稳定。因此，早期地球上即使有具有易感性的核苷酸，这种媒介物质是否存在却仍大可怀疑。

C 假设虽然逻辑合理，但当用它来解释具体实例时却无法令人满意。那么，我们再看看 S 假设（S 代表供应）。按照 5 假设，地球上生命起

源的真正线索可在另一组套盒中找到，即从共同的中央内核的供应结构中找到。于是就出现另一种情况。

二氧化碳总是处于供应结构的中心，然后才是核苷酸，再然后才是核酸， 即脱氧核糖核酸和核糖核酸。进化总是按照正常的从里向外的方式进行，即从简单产品向复杂产品进化。脱氧核糖核酸控制结构也是从里向外建造而成，但整个建造过程却很晚才开始，即直到结构内部能供应核苷酸之后才开始。

根据对生化图最直接的理解，二氧化碳的存在早于核苷酸，这一点没有多少疑问。伟大的生物化学探索家李普曼在大约 20 年前就已指出这一点。在这以后，哈特曼提出了我们现在正讨论的这种假设（哈特曼将它称作“洋葱启示”）。但在哈特曼看来，这个 S 假设带有一个必要的附加条款。由于没有可被复制的信息、即没有可被一代一代复制、再复制的方法，代谢途径以及其它任何东西的进化就不可能发生，因此，任何种类的有机物都必须具有某种遗传物质。如果这种物质最初并不是核酸，那么它必定是某种别的东西。既然如此，我们就必须假定，在以核酸为中心的控制系统形成之前存在另一种控制系统。我们必须假定有一种更早的有机物存在，这种有机物本身并不需要核苷酸，但却可以进化生产核苷酸。这个结论我们在上一章末就已经做出。

“华生，当你按照两种思路往下探索时，你会发现它们的某个交叉点，这个交叉点应该已接近真相。”