互动科普

除了DNA和蛋白质，生命还有一个要素是“膜”。现在的细胞膜是根据DNA上的信息制造出来的。

有一种理论认为，在原始地球上也能够自然形成简单的膜。而且，形成那种膜的机制与形成肥皂泡的原理相同。

构建生物的细胞膜的物质是一种叫做“磷脂”的分子。磷脂由两部分连接而成，一部分亲近水（亲水基），另一部分疏远水（疏水基）。漂浮在水中自由移动的磷脂分子汇集到一处时，它们的疏水基团会彼此拉起手来，与此同时亲水基团排列在两侧，从而形成一种双层膜。这种膜拼合成为球形，就是简单的“细胞膜”。如今，生物细胞膜的结构已经发展得非常复杂，比如膜层内还嵌埋有蛋白质，但是其基本结构仍然是上面所说的双层膜。这一点与“原始膜”是一样的。

在初期地球上形成这种简单的膜同生命的诞生有什么关系呢？

这种膜可以将漂浮在海洋中的RNA和蛋白质包裹起来，提供一个封闭环境。分散在海洋中的RNA和蛋白质只有限制在膜内的封闭环境才能够反复不断地进行化学反应，加速向生命进化。可以说，膜提供了生命进化的“天然实验室”。

当时，一个个囊泡膜内分别包含的是不同的RNA和蛋白质，各自都是具有独立“个性”的原始生命。一个囊泡膜就是一个独立的原始生命，它们之间的生存竞争当然会十分激烈。

由膜开始的生命

左页图解表现了由脂质分子构建膜的过程。为了便于看清分子的排列方式，图中画出的是膜的截面。脂质分子由疏远水的部分（疏水基：黄绿色棍）和亲近水的部分（亲水基：粉红色球）构成。这些漂浮在海水中的脂质分子聚集在一起时，疏水基挨近疏水基，亲水基挨近亲水基，最后形成亲水基在外层的双层膜。

右页图解表现了膜受到刺激发生分裂的过程。与蛋白质或RNA不同，膜没有设计图也能够增殖。膜在内部包含有蛋白质和RNA的情况下同样能够发生分裂。蛋白质和RNA的增殖能力如果过低，在膜发生分裂时有可能出现内部没有蛋白质和RNA的膜，这样的膜就变成了“死细胞”。这可以说是一种自然淘汰。

科学家已经制造出了这种类似于原始生命的囊泡膜。菅原教授在实验里成功地得到了“随着内部信息分子增殖而不断变大，最后发生分裂的囊泡膜”。菅原教授在囊泡膜的周围安排了许多漂浮着的物质，它们是用来构建膜的脂质分子。在囊泡膜的内部则植入DNA和进行DNA复制的蛋白质。结果，随着囊泡膜内部DNA不断增殖，囊泡膜周围的脂质分子也不断变成构成膜的分子，囊泡膜变得活跃起来，发生了分裂。

这样的囊泡膜只需再前进一步就是生命。据报道，专门研究RNA的佐斯塔克教授和专门研究膜的卢伊吉·路易斯教授所组成的一个研究小组已经制成了接近于生命的“原始细胞”。菅原教授的成果也可以说是使用DNA、蛋白质和脂质分子制成的原始细胞。

原始细胞是将RNA和DNA等信息分子封闭在膜内，具有分裂能力的一种囊泡膜。信息分子不断增殖，囊泡膜也不断变大。但是，如果囊泡膜内的信息分子增殖得不够快，增殖赶不上囊泡膜的分裂，相应的囊泡膜内的“生命活动”不久就会停止。据推测，在原始地球上，囊泡膜就是这样与信息分子结合在一起促进后者进化，最终导致了生命的诞生。

脂质世界假说

在化学进化的过程中，脂质膜又起到了什么作用呢？从膜的性质在生命进化中的作用的角度考虑，有研究者还提出过一种叫做“脂质世界假说”的理论。1999年，提出这种“脂质世界假说”的多伦·兰斯特教授在他的论文中写道：“大概在原始地球上就已经有了形成袋囊形状的膜的分子。例如，在含有碳元素的陨石中发现了一种分子，利用它们就成功地制成了囊泡膜”。他认为，“袋囊形状的膜大概在出现RNA以前就已经存在了”。

（本文发表于《科学世界》2011年2期）