在生命出现之前的原始地球环境中,已经能够产生很多大分子物质,每种物质有各种各样的属性,而具有自复制功能的大分子物质一个也没有,但这时具有自复制功能的大分子物质已经具备了产生的条件。突然有一天,这种物质产生了,而且比较稳定,那么它就是卢卡。不管这种物质是由核酸还是由氨基酸构成,只要产生了某个具有自复制功能的大分子物质,那么生命的历史便正式翻开了第一页。
第一个生命产生后,如果条件许可,在几万年、几千年或更短的时间里,这种物质的数量就会像原子弹爆炸一样呈指数增长,达到天文数字。从此,任何外部力量都很难再消灭这种结构。自复制会出错,由于卢卡可能是RNA,而且缺少蛋白质催化等条件,所以更容易出错(Maynard Smith, J., Eörs Szathmáry (1999). The Origins of Life: From the birth of life to the origin of language. New York: Oxford University Press Inc. 37-39)。自复制出错的生物大部分都会死亡,降低了的自复制成功率相当于降低了成功自复制的速度。不过比较低的自复制速度也有可能实现指数增长,只不过可能需要更长的时间才能实现数量的突变,比如几千年或几万年。万年与亿年相比,只是短暂的一瞬,也就是说第一个生命产生后,便立刻产生了数量的突变,地球表面立刻出现了无数大分子物质,这种物质的生命力会越来越充分地显示出来。而这种结构的大量存在,也就意味着生物进化的历史不可逆转地开始了。这些大分子物质之间相互作用或与环境相互作用,使任何复杂结构的出现都变得非常容易。
当然容易是相对的,真正复杂的结构进化还是用了几亿年的时间。但这时新的大分子物质的出现主要不是通过化学方式,不一定需要长时间的高温等特定环境,而可以通过生物途径产生。生物产生以后,生物的每一步进化成果的保存都主要依靠繁殖。
地球产生于约50亿年前,生命产生于约38亿年前。不管这两个数字是否准确,有一点是肯定的,地球产生以后的十几亿年或更长的时间里都没有出现生命。在这十几亿年里,肯定有很长一段时间适合生命起源,至少应该有几亿年时间。那么在这几亿年里缺少什么呢?现在大家都认为自然选择、变异、涨落、开放性、负熵、自组织等很重要。但在生命产生之前,这些条件都已经具备了。有了这些条件,生命还不能产生,那么还缺什么呢?只有自复制,一旦有了自复制,生命的历程就立即开始了。也许有了能自复制的大分子以后,还不能立刻产生指数增长,这些大分子还有可能被毁灭。但失败是暂时的,过不了多久就可以成功,即使要花费几万、几百万年时间,与此前的几亿年相比也不值一提。
前面没有具体说明什么物质是能够自复制的最小单位。不把这个问题说清楚就不能再现历史上那真实的一幕,但现在还没有最终答案。很多生物学家都试图解答这个问题。
一般的蛋白质都不能自复制,所以蛋白质应该不是最早的生命。DNA和RNA可以自复制,但它们在自复制的时候需要酶的催化,所以DNA和RNA应该出现在蛋白质之后。这就是所谓的“鸡和蛋的问题”。不过现在已经有了一些解决问题的希望。酶可以不是蛋白质,可以是RNA,称为核酶,目前已发现近百种核酶。有些蛋白质也有自复制的可能。