第三节 生命所需要的分子能够在太空中自然形成
组成生命的分子如葡萄糖、氨基酸、脂肪酸，看上去都非常复杂（图1-5），就算化学家在实验室里制造它们，也得花费不少力气，在生物出现之前，这些分子又是从哪里来的呢？其实这些分子不仅可以在自然条件下形成，而且还相当容易形成。
星球耗尽内部的燃料爆炸后，喷洒到空中的气体温度降低，电子和原子核结合，生成各种元素的原子。原子在形成之后又会发生化学反应，彼此连接到一起，形成分子。除了几种惰性元素（氦、氖、氩、氪、氙、氡）外，绝大多数元素的原子都会和其他原子组成分子，而不会以单原子的形式存在。
氢是宇宙中最丰富的元素，两个氢原子彼此结合，就组成氢分子（H2）；氢还会和氧发生反应生成水（H2O），和氮反应生成氨（NH3），和碳反应生成甲烷（CH4），和硫反应生成硫化氢（H2S）；碳和氧反应生成一氧化碳（CO）和二氧化碳（CO2），硫和氧反应生成二氧化硫（SO2）；氢还可以与碳和氮一起，形成氰化氢（HCN）；等等。除了水容易形成液体外，这些物质基本上都是气体（图1-5左）。
图1-5 生命所需要的分子能够在太空中自然形成
左边框中的简单分子能够在太空条件下自然形成右边的各种复杂分子，其中的核糖和葡萄糖可以在链形和环形之间来回转换。
有些化学反应生成的物质却可以在太空环境中形成固体，如二氧化硅（SiO2，沙子的主要成分）和其他矿物质（硅酸盐、硫酸盐和硝酸盐等）。这些分子聚集在一起，形成太空中的宇宙尘埃。尘埃还可以聚集，形成陨石。
尘埃和陨石表面都能够吸附水分子，而潮湿的表面又可以溶解和吸附前面所说的那些气体分子，包括氨、甲烷、硫化氢、一氧化碳、二氧化碳、二氧化硫、氰化氢等，这就大大提高了这些分子的浓度，并且将它们聚到一起。
来自星球的辐射如紫外线，具有很高的能量，能够打断这些分子中的化学键，让各种原子有机会重新组合。水也会活跃地参与这些反应，尘埃和陨石的表面对化学反应还有催化（即帮助和加速）作用。在这些环境条件下，简单分子就会变为比较复杂的分子，包括组成蛋白质的氨基酸、组成脂肪的脂肪酸等（图1-5右）。
在引言中讲过，RNA的组成单位是A、G、C、U四种核苷酸，其实核苷酸本身又是由三种分子相连而成的，分别是碱基、核糖和磷酸。碱基是含氮的环状化合物，因为在水中呈碱性而被称为碱基。核苷酸里面的碱基有两种，分别叫嘌呤和嘧啶，这两个奇怪的名称是它们英文名称（purine和pyrimidine）的音译，其中嘌呤又分为腺嘌呤（用A代表，注意在这里字母不再代表元素）和鸟嘌呤（用G代表）；嘧啶又分为胞嘧啶（用C代表）和尿嘧啶（用U代表），四种核苷酸也以它们所含碱基的符号作为自己的符号。这些嘌呤和嘧啶以及核糖，也可以在宇宙环境中生成。
例如，在1969年9月28日，一颗陨石降落在澳大利亚的默奇森地区，被命名为默奇森陨石（图1-6左）。这颗陨石上面有15种氨基酸，包括组成蛋白质的甘氨酸、丙氨酸和谷氨酸。在从陨石中取样时最容易被污染的丝氨酸和苏氨酸没有被检出，说明这些氨基酸确实来自太空。除氨基酸以外，默奇森陨石还含有嘌呤和嘧啶、核糖，以及大量的芳香化合物（由碳原子和氢原子组成的环状化合物）、直链型碳氢化合物（由碳原子连成长链，上面再连上氢原子）、醇类（含有羟基（—OH）的碳氢化合物）、羧酸（含有羧基（—COOH）的碳氢化合物）等。默奇森陨石的例子证明，构成生命的分子确实可以在太空中自然形成。
图1-6 默奇森陨石和斯坦利·米勒
除了宇宙尘埃和陨石，地球早期的表面也可以形成生命所需要的分子。地球表面有岩石、水、大气（包围地球的气体），有来自太阳的辐射、闪电，还有火山爆发带来的高温，这些因素也能够使简单分子中的原子重新组合，形成新的、更加复杂的分子。
1953年，美国科学家斯坦利·米勒（Stanley Miller）（图1-6右）混合甲烷、氨、氢、水这些地球早期大气中的分子，再对这个混合物放电，以模拟闪电。一个星期后，水变成了黄绿色。米勒在水中检测到有氨基酸形成，如甘氨酸、丙氨酸、天冬氨酸。1972年，米勒重复了这个实验，但是用了更灵敏的方法来检查实验产物，结果发现了33种氨基酸，其中10种是生物体所使用的。
1964年，美国科学家思德利·福克斯（Sidney Fox）用了和米勒不同的方法来模拟地球早期的状况。他把甲烷和氨的混合气体通过加热到1000摄氏度的沙子，以模拟火山熔岩，再把气体吸收到冷冻的液态氨中，结果生成了蛋白质中使用的12种氨基酸，包括甘氨酸、丙氨酸、缬氨酸、亮氨酸、异亮氨酸、谷氨酸、天冬氨酸、丝氨酸、苏氨酸、脯氨酸、酪氨酸和苯丙氨酸。
这些结果说明，利用星球爆炸后形成的简单分子，如氢、氨、甲烷和水，在尘埃表面或者地球表面，可以生成许多生命所需要的分子。氨基酸既可以在太空中形成（如默奇森陨石中的氨基酸），也可以在米勒和福克斯各自模拟的地球表面的条件下生成，说明氨基酸在自然界中形成并不是一件难事，而且还可以通过多种途径生成。嘌呤分子看似复杂，其实不过是由5个氰化氢分子聚合而成。这些分子就可以成为生命的起始材料。
检查氨基酸、脂肪酸、葡萄糖的分子结构，发现它们有一个共同特点，即都是以碳为骨架的。这是因为碳原子是四价的，不仅能够彼此相连成为长链或者环形结构，还可以在骨架上连上其他原子或者基团（如氨基、羟基、羧基等），因此地球上的生命是以碳为基础的。这个事实许多人都体验过：米饭煮煳了，肉和蔬菜烧焦了，都会变为黑色，那就是食物分子被高温分解后残留下来的碳。
由于和生命有关的复杂分子都含有碳，在化学上就把含有碳的分子叫作有机分子（一氧化碳和二氧化碳等简单的含碳分子除外），从生物的另一个名称有机体（organism）这个词而来，原意是来自生命的分子。由有机分子组成的物质叫作有机物。
这些生物的起始材料可以在地球上生成，在太空中形成的这些材料也可以被陨石和尘埃带到地球上。当地球上积累了越来越多的这些分子时，又一个意义极其重大的事件发生了，这就是生命的诞生。