DNA 的存在究竟是必然還是偶然？

01-13

我們都知道，地球上幾乎所有的生物都以DNA為遺傳物質。無數的鹼基對承載著巨量的遺傳信息，通過個體的交配將遺傳信息傳給下一代。我們也知道，在地球誕生生命的早期，氨基酸和核苷酸等有機分子的產生幾乎完全是偶然事件——二氧化碳、水、氮氣、二氧化硫……無數無機分子在閃電等自然現象的作用下偶然產生了複雜的有機結構，並最終演化出豐富多彩的生命形態。我的問題如下：DNA是唯一的可能性嗎？或者，更嚴謹地說，類似DNA這樣的結構（我也說不太清楚是什麼結構，大概就是核糖連著某種類型的鹼基，不一定是ACGT，核糖間由磷酸連接，鹼基間有氫鍵相互作用，形成螺旋結構……）是唯一可能的可以在有一定錯誤率的情形下進行自我複製同時也可以承載巨量的遺傳信息的分子結構嗎？理論上講有沒有可能存在一種完全不同的分子，不一定由碳骨架【更正：有回答提醒題主，DNA不是碳骨架而是磷-氧-碳骨架】構成，不一定形成螺旋、氫鍵，甚至不一定是傳統意義上的有機分子（比如由硫、氮等構成，當然我不是學化學專業的，我也不太清楚硫和氮為骨架能否形成類似碳骨架大分子那樣穩定的結構，我只是舉個例子說明觀點而已），但是它們能夠執行與DNA相同的功能，就是記錄一個物種的遺傳信息，同時能夠在（或不在）其他分子的幫助下進行自我複製（比如DNA依靠解旋酶和聚合酶等進行複製），並且為保證物種對於環境改變的適應性，複製時有一定的出錯概率？如果理論上講真的存在這種可能性，那麼實驗中是否可能合成出這種分子，甚至用它們創造出全新的生命形式？ ———————————————————————————————————— 問題描述寫到這裡我突然想起來所謂「馮·諾依曼」式機器……大概就是類似這樣的東西吧…… ———————————————————————————————————— 如果這種分子真的是可能的，那麼我們是不是有理由懷疑，在銀河繫上千億星系的不知道多少行星中不知道多少存在生命的行星上的生命形式很可能基於一種與地球生物完全不同的結構？它們可能擁有與蛋白質完全不同的「蛋白質」和與DNA、RNA完全不同的「核酸」。那這對於人類未來可能的星際殖民是否會造成嚴重影響，因為我們所考慮的不能像《Coyote》中那麼簡單，僅僅測量氨基酸的旋光特性？【問題補充：一種完全不同的生命形式所需要的環境很可能也是完全不同的，但是現代天文學中劃定Habitable Zone和尋找Habitablie Planet完全是按照地球的標準來的，他們的方向是否完全錯了？】如果這種分子理論上講是不能存在的，那麼為什麼？是什麼使得DNA成為了上帝（我不信神，這裡指的是所謂「客觀上帝」）眷顧的對象？

DNA是磷-氧-碳骨架，不是碳骨架，聚乙烯才是碳骨架。DNA的特點在於在惰性和活性上達到一個平衡點，既不容易發生突變，也方便DNA酶系的操作。如果穩定性更低就會難以承載大量信息，如果像聚乙烯那樣化學惰性又無法進行複製、剪切、轉錄等動作。

生命分子的量子機制比看起來複雜很多，所以難以預測是否會有其他體系的生命分子，只有幾十億年的進化才能證明有沒有硅氧生物、氮基生物之類

我不是生化工作者（Θ??Θ），但還是嘗試回答一下。

首先，當今地球生物的DNA，可以看做是大規模種群長期演化的過程。注意這裡的「種群」，是指的更廣義的、數學上，演化計算意義上的種群，所以演化的層面至少要低到分子乃至原子級別（因為有幾次物種大滅絕，有理論認為是大量高能粒子造成的）。

人類這個模型還是比較熟悉的，有一個「精英主義演化策略」：每次迭代必須保留最適合者。那麼這個演化策略必然向最佳者收斂。（我沒有看到證明的細節，個人覺得用Lyapunov函數，結合隨機性，是可以證明的）

自然界的演化當然不符合這個策略，其演化結果不一定是最優的，但考慮到這麼長時間的演化，其結果至少是接近最優的了。但是，不清楚DNA是否是一個極優解（非最優）。

演化計算可以產生非常非常好的解，有的解甚至比最高明的設計師的作品還要好（實用意義上的，非美學；具體例子，比如鳥巢、日本新一代的高速列車）。既然有這麼一個既簡單，又合理的解釋，為什麼還要空造出一個實體的「造物主」呢？當然，這一段只是我自己的傾向。

不請自來，勿怪。

雖然本人學化學，但私以為回答題主問題著實不用太專業的生物化學知識，畢竟我們不是討論DNA這個奇妙的解是怎麼出現的，我只要設計出一個可能的其它解，題主的問題就解決了。

先說結論，當然可以有其它生命形式啊！當然，為了更便於討論一些，我們有必要對什麼是生命取得一些共識。要求不太高的話，我們假設滿足以下兩點的就算生命吧:

1) 具有相對穩定的組成和結構，可以利用環境中的已有材料對自我進行複製；

2）能對環境的刺激產生相應的響應。

當然這個定義是極度不嚴謹的，比如做了絕育手術的小狗就因為不滿足第一條要被開除出生命體行列了...但是這個問題本來也不是學術討論，我們就這樣無視這些bug吧...

那麼問題就簡單了，計算機病毒其實就滿足上面兩個條件。它可以利用計算機系統的漏洞自我複製和傳播，可以對你的剿殺行為作出響應，甚至可以自我調整代碼發生簡單的變異。假設在計算機數據流中的虛擬世界，病毒們有意識的話，會不會也感嘆造物主的神奇？換句話說，你也沒法證明我們世界不是一個大虛擬設備，不是么？不過好在這種操蛋的這種哲學問題先賢們已經討論很多很透徹，我們就不繼續展開了。

當然我們可以稍微進一步。比如有一個可以生產車床的車床，這個車床就滿足了利用環境自我複製的要求。當然，它可能對於環境響應會比較爛，沒關係，現在不是智能家居智能設備概念大行其道么？我們給車床加上Android10.0 version智能操作系統，在線雲存儲數據，聯網基於大數據計算用戶需求，及時調整參數對自己下一代產品進行人性化改變。這時候，它是不是滿足了形式上生命體的特徵呢？

更進一步，如果有一天真的造出了可自我複製，有明確分工合作的的機器人集群，然後地球碳基生命因為自然災害不幸全滅，機器人們繼承了人類文明火種，用硅，鐵和電磁波延續著地球文化，他們也可以算是生命吧。也許他們有一天也會發問，我們這麼精妙的結構是怎麼產生的？我們的電路圖是生命體的唯一解嗎？是最優解嗎？

到此為止。

歡迎理性討論，本人心理素質脆弱，拒絕謾罵...

有一種東西叫朊病毒，遺傳物質是蛋白質，代表就是瘋牛病病毒。非專業，高中生物拓展的多應該會知道。不知道我說的符合題目要求么。

如圖，諾，就這鬼樣子。

不過目前好像對這種東西有爭議，有的不認為這是一種病毒。

但這屬於生物應該無可置疑（評論區朋友提醒，好像也是有爭議的）

謝謝 @marc w 的提醒，對朊病毒的理解我會有問題

多謝批評指導

DNA出現的概率可謂是小中之小，本無意識的物質居然可以有規律地聚合在一起並演化出如此精妙的系統，而且可以持續地複製下去。

其實，並不是它太精妙，而是不精妙的早就消失了而已，DNA只不過是一個正好可以捕獲分子並複製下去的倖存者。

可是，任何小概率事件在試驗次數為無窮的時候，就100%必然會發生。

隨著時間之久，宇宙之大，註定了DNA與生命的出現。

他不一定在地球上，也可能是另一個遙遠的星球。

浩瀚宇宙，時光流逝，終於在某一個星球形成了有序的我們，併產生自我意識，來問這個問題：「我們究竟是什麼？」

這個世界不一定有神，但有如神助的DNA，必然會出現！

提供幾個粗淺的，遠不能得到答案的思考的思路:

1.代代遺傳的信息內容必須是「數字型」的離散信號，不能是「模擬型」的連續信號。因為必須具有一定的穩定性，證明不詳。。

2.如果(真的是如果)存在其他也一樣可能的類型，並且DNA並不優於任何一個其他遺傳方式，則真實世界全是DNA為遺傳模板的現象也許可以解釋為「對稱性自發破缺」。

思考這樣一個問題:對於一根直立的不穩定平衡火柴棍，任意360°方向上都是對稱的，為何最終只會倒向某一個特定方向？事實上這個過程就是對稱性自發破缺，火柴棍會倒向受到微擾的那個初始方向。

DNA與這個例子的相似性可能會在於原始生境中不「抱團取暖」的原始生命完全無法存活下來。並且生命會將地標環境逐步改造成利於自己生存的環境，這個過程就是一種正反饋。(當然事實上碳基生物和硅基生物並沒有完美的對稱性)例如說碳基生物需要水和氧氣廣泛分布於生活空間，而硅基生物也許需要一個個高溫岩漿湖。在最早的日子裡，藍藻的光合作用不斷降低二氧化碳比例，使得地表環境趨於穩定並且適合我們現在所看到的這些生物生存。可以類比為第一批碳基生物的出現是火柴棍受到的「微擾」，而後來的改善生境則是火柴棍不斷向那個方向倒去的「正反饋」。有同樣遺傳方式和生理特點的生物才慢慢發展起來。

以上全是一些猜想和胡言亂語，真實情況如何還得要做大量的具體研究

推薦看一本書：the plausibility of life。也許解決不了你的問題但可以給你提示

當然不是唯一的可能性。朊病毒已經哭暈在牆角。

作為一個生物狗推薦一層書，弗蘭西斯?柯林斯寫的《上帝的語言》，領導人類基因組計劃的大牛。

RNA 哭暈在廁所

我不懂生化，給個以前看過的吧:

肽核酸 - 百度百科

在一期科學美國人上面，有一群科學家利用它和表面活性劑製造出了類似細胞的東西，書不在手邊，給不了圖，抱歉。

很多學科的終極問題必然指向哲學

題主是在說塞伯坦文明嗎？

就生命體而言，我曾經開過腦洞，認為應該有一種原子直接構成的生命體，畢竟原子直接組合，比構成細胞再組合可能性大多了。當時還YY會不會只有我想到了這種可能。

結果大一的時候借了一本書，上面說兩個老外寫了本書把腦洞開到天際，推想出什麼碳基生命硅基生命，原子生命體，等離子生命體等等，好像一共六大還是五大生命形式。當時想買這本書來著，結果淘寶天貓京東噹噹都沒有，現在連書名都忘了orz

謝邀。

生物和化學都不是我的專業，在這裡分享一些以前看到的信息，作為對討論的參考吧。

1. XNA

從21世紀初期起，生物學家就能夠合成一些類似DNA的分子結構，叫做XNA。XNA全名是Xeno nucleic acid， 它可以像DNA一樣攜帶遺傳信息，但是分子結構和DNA/RNA不一樣。生物學家還開發了一種特殊的聚合酶，可以在XNA和DNA之間來回複製信息。

現在，劍橋大學的兩個團隊在研究XNA。他們合成了XNA版的核糖酶。就表明XNA不但可以存儲遺傳信息，還可以發揮酶的作用。這個結果提高了不依賴於DNA/RNA的生命起源的可能性。也就是說，生命不一定要基於DNA和RNA。

2. 影子生物圈

有生物學家相信地球上存在有微生物構成的影子生物圈。其中的生物基於和我們熟知的生命完全不同的生物化學和分子過程。他們認為基於RNA的微生物曾經在地球上存在過，很可能現在還有。但是由於它們不含核糖體，所以很難被發現。

演化上的的東西，只有適合不適合，沒有因為好壞，必然出現或者消亡

這個問題，等我更加深入再來吧。

類似的問題：計算機語言的出現是種偶然還是必然？這個有點哲♂學問題的味道，其實現代機器能做到DNA的大部分工作，只是它塊頭大，然後需要人操作。宇宙那麼大，其他跟我們在本質上就不同的生物（姑且稱為生物）我認為是一定存在，所以DNA的出現是偶然，它的結構在特定條件下就是必然了。

題主希望知道哲學原因還是生物學原因？

文章本天成妙手偶得之