想不通，小分子为何能结合成为生物的？科学家可能找到答案了|原子|细胞|细胞器

生命的起源，是一个永恒的话题，在几千年的历史中，不同民族的人类都曾思考过这个问题，并且给出了不同的答案。

在现代科学建立以前，先民习惯于将原因归结于神话。当现代科学建立以后，我们知道了首先要有星球，然后有各种原子结合成有机物，有机物再结合成为更复杂的有机物，进而形成了构成细胞的各个细胞器，再由细胞结合为多细胞生物。

这个过程说起来容易，实际却极其困难。单单是有机分子结合成为细胞器，听起来就已经十分神奇了。因为这些细胞器或者其他支持生命的分子都非常大，并且种类极其繁多，它们的出现不仅需要相当严苛的条件，而且看起来充满了阴差阳错、机缘巧合。有机分子结合成为生命，绝对是宇宙中最大的奇迹。

这个奇迹，就这样发生了。最晚在距今37亿年前，地球上就已经有单细胞生物出现了。那个时候，地球才形成了不到10亿年。这个时间听起来已经相当长了，但是考虑到前面提到的难度，也有人觉得地球能够在这个时间内奇迹般地孕育生命仍然值得我们赞叹。

那么，这个奇迹到底是怎么发生的呢？那些原本只有几个、十几个原子的小分子，到底是怎样结合成为几千甚至几万个原子的大分子，进而构成我们生物体的基础物质的呢？

最近，来自波兰和韩国的科学家们开发了一个程序，通过这个程序，他们发现了一条地球早期存在的简单有机分子结合成为生物体复杂大分子的可能路线。也就是说，地球上第一个生命的来源，或许将要水落石出。

研究人员指出：“虽然大家已经对几百种有机反应在没有生命的条件下的进行达成了共识，但是对于每一个反应步骤如何串联成为一个完整的生物体合成途径从而结合为生物体，仍然只有非常片面的理解。借助计算机模拟有机合成反应的强大能力，我们可以绘制一张由基本的前生物原料合成的网络。”

该团队开发的程序名叫Allchemy，然后将已知的前生物化学反应进行编码，输入到系统之中，其中包括了各种不相容的基团以及反应条件等信息，以及已知的前生物条件下的反应机制。在设定了这些反应条件和过程后，研究团队把六种目前已知在地球出现生命的前夕就已经存在的基本分子输入到程序中，然后开始了模拟。这6种分子分别是：水、氮、氰化物、氨气、甲烷和硫化氢。

通过输入的反应过程，程序迅速开始模拟可能出现的连续反应过程。随着新的产物不断出现，可能出现的反应也越来越多，这些反应产物之间可以继续进行合成，也可以和前几代产物以至于最初的六种基本分子进行化学反应。在这些复杂的反应过程中，生物体所必须的物质逐渐出现，如核酸、蛋白质、脂质等等。当模拟的代数足够多时，所有前生物分子的反应过程就都被重现出来了。

Allchemy程序还发现：有一些前生物分子的合成过程，要远比原先研究人员想象的速度快得多。比如在我们体内的抑制性神经递质甘氨酸（C2H5NO2），甚至只需要一步反应就可以合成；如尿素、DNA的成分之一腺嘌呤、草酸和丁烯二酸等物质，在两步反应过程之后就能够出现；甘油醛、异鸟嘌呤、天门冬氨酸、次黄嘌呤、另一种DNA成分胞嘧啶、苯丙氨酸、琥珀酸、苹果酸、乙醛酸和醛固酮等物质的合成，也只需要三步化学反应。

研究人员在论文中指出，程序仅仅运行了2个小时，就合成了82个生物分子以及36603个非生物分子。由此可见，自然界中的化学反应活跃程度还是相当高的。

这个程序不仅能够运行我们已知的一些化学反应，甚至还发现了一些我们原本并不知道的前生物分子合成途径。而且，根据这个程序发现的方式，研究团队在实验室中真的重现了反应过程。

这已经是Allchemy程序的意外收获了，但它给我们的启示还不止于此。在这个程序模拟出的反应树中，研究团队发现了三个对于生命来说至关重要的事实：

1. 首先，在这个化学反应树中的新产物可以成为新化学反应的基础，这在极大程度上增加了可能出现的化学反应过程和产物数量，使其以滚雪球的形式大幅增加；

2. 而且，在几代的化学反应之后，就会有一些相对简单的化学反应系统出现，比如自我再生循环。在实验室中，研究人员也证实了这个发现；

3. 再者，在模拟程序中，一些有机分子能够自发地相互连接在一起，最终形成了一个闭合的气泡，这些气泡就是未来的细胞壁结构。可以说，细胞壁的出现对于生命来说非常重要，可以维持细胞的形状，对细胞起到一定的保护作用，还能调节细胞内外的物质运输。

Allchemy程序对于我们来说是一个好消息，它帮助我们理解了早期地球上仅有的几种有机分子是如何合成为生命所必须的各种化学物质的。但是，作为宇宙最大的奇迹，生物体内所包含的无数种化学物质也绝不是这一个程序就能够概括的，其复杂程度耗费了几亿年的时间才诞生了第一个生物，想要完整了解这个过程，对于我们来说仍然是十分困难的。

不过，有了Allchemy的帮助，我们可以更好地了解这个过程，更重要的是，我们不仅仅可以把它利用在地球上，还可以对外星环境进行模拟。也许，在系外行星上，通过检测一些有机物质，然后进行类似的模拟，可以帮助我们分析那里是否可能有生命存在。