【科學講堂】生命需要水分 過多破壞細胞
新年伊始，特別適合談與起源有關的題目；在各種起源故事之中，生命的起源和我們有直接及緊密的關係，大家應該會很有興趣！今天就和各位分享一下這方面的一些新研究。
發展初步生命 具正面作用
一直以來，大家可能都有聽過這樣的說法：生物是源於海洋的。這種說法看來很合理：我們熟知的生物發展歷史，是生命先在海洋中發展出不同的形態（例如各種魚類、海藻），其後生物再慢慢從海洋遷徙到陸地並進而發展，而兩棲類動物就是這個過渡時期一個很好的例子。
水對生命的形成也有不少正面的作用：水可以溶解許多不同的化學物質，容許它們之間發生製造生命的化學作用；而且在固體中各種化學物質不容易移動，在氣體狀態中物質的密度又太低、之間的距離太遠，反而液態的水正好是合適的形態，方便物質在其中流動，發展出初步的生命。
正因如此，我們在探索生命是否存在的時候，大多首先研究有液態水的地方。
不過，愈來愈多科學家已在近年指出，水同時也是初生生命的敵人：對生命十分重要的蛋白質、DNA等等，都是由許多細小部分組成、如長鏈一般的化學分子；這些細小部分之間的連結，其實極容易受到水分破壞。因此當生命還在慢慢發展的時候，過多的水分其實是一個壞影響。
這樣的問題事實上也反映於我們細胞的設計之中：細胞應該被看成是一袋啫喱狀的物質，當中再藏有細胞核以及其他物料；細胞並不是一枚枚的水袋，因為倘若蛋白質、DNA長期浸泡在其中，可能早已「分崩離析」，被水分破壞了。
高濃度才有反應 乾濕交替更有利
那麼怎麽樣的環境，才可促成生命的形成呢？英國分子生物學實驗室的John Sutherland發現，利用紫外線可以將一些高濃度、較為簡單的化學物質轉化為生命必須的物料：RNA、蛋白質或是脂肪。由於需要高濃度的「原材料」，相關的化學過程看來不會在浩瀚的海洋之中發生。
另外一些實驗也發現，交替出現的乾燥與潮濕的環境，對生命的形成很有幫助：研究人員首先用脂肪薄膜包裹着水分，造成一枚枚的「水袋」，再將它們與其他DNA物料置於同一缸水中；當這缸水慢慢變乾，這些「水袋」也會失去其中的水分；那些脂肪薄膜因而變得好像班戟一樣一層層疊在一起，當中更會夾藏了附近的DNA物料；當這些「水袋」重新獲得水分，那些DNA材料也會留在當中了。看來藉由這些潮濕、乾燥的交替過程，我們可以製造出細胞的初型。
正因如此，生命最初出現的地方可能並不是海洋，而是陸地上的淺水窪：淺的水窪容易被陽光照射到底部，因而當中的紫外線可以協助各種形成生命的化學反應。淺水窪的藏水量較少，部分水分被蒸發掉後容易造成高濃度的化學物品，促使相關的化學作用進行。
這些淺水窪中的水分可能被完全蒸發掉，然後再因下雨而受到「重新滋潤」，因此造成了之前提及的乾燥與潮濕的交替環境。凡此種種，都可能造就了簡單生命的形成。
生命的起源，一直是我們探索的問題。如今看來，陸上的水窪可能就是這些原始生命的溫床。預計2021年2月登陸火星的毅力號火星探測器，在選擇探索位置的時候也考慮了以上的討論。希望屆時我們有更多的發現。
■杜子航 教育工作者
早年學習理工科目，一直致力推動科學教育與科普工作，近年開始關注電腦發展對社會的影響。
