生命起源之迷
生命起源的過程包括：①?gòu)臒o機(jī)小分子形成有機(jī)小分子；②從有機(jī)小分子發(fā)展成有機(jī)大分子；③由有機(jī)大分子組成多分子體系；④由多分子體系發(fā)展成原始生命。
原始海洋中的這些有機(jī)小分子在原始地球條件下，經(jīng)過長(zhǎng)期積累、相互作用，在適當(dāng)條件（如海洋粘土礦物的吸附與縮合或深?！盁焽琛睙崛饔茫┫掳l(fā)展成有機(jī)大分子，形成原始的蛋白質(zhì)和核酸。這些蛋白質(zhì)和核酸通過濃縮形成團(tuán)聚體或類蛋白質(zhì)微球體，在自我組織下，形成與水體相對(duì)隔離的多分子體系。多分子體系進(jìn)一步建立超循環(huán)組織，經(jīng)階梯狀過渡而最終形成原始的生命——原核細(xì)胞。化石證據(jù)表明，古老的生命至少在35億年前就已出現(xiàn)。
從古至今，有很多說法來解釋生命起源的問題。如西方的創(chuàng)世說，中國(guó)的盤古開天地說等。但直到十九世紀(jì)，伴隨著達(dá)爾文《物種起源》一書的問世，生物科學(xué)發(fā)生了前所未有的大變革，同時(shí)也為人類揭示生命起源這一千古之謎帶來了一絲曙光，這就是現(xiàn)代的化學(xué)進(jìn)化論。生命起源的化學(xué)進(jìn)化論首先在1953年首先得到了一位美國(guó)的學(xué)者米勒的證實(shí)，米勒描述的生命起源的事件應(yīng)該是什么樣子的呢？
那就是在早期，地球上因?yàn)樗写罅康倪€原性的原始大氣圈，比如說甲烷、氨氣、水、氫氣，還有原始的海洋，當(dāng)早期地球上閃電作用把這些氣體聚合成多種氨基酸，而這多種氨基酸，在常溫常壓下，它可能在局部濃縮，再進(jìn)一步演化成蛋白質(zhì)和其他的多糖類、以及高分子脂類，在一定的時(shí)候有可能孕發(fā)成生命，這就是米勒描述的生命進(jìn)化的過程。
地球上的生命也許就產(chǎn)生在距今38億年到40億年之間，但是我們應(yīng)該清醒的明白，我們距離揭開生命起源這一亙古之謎，還有一段遙遠(yuǎn)的科學(xué)歷程。從無機(jī)物到有機(jī)物，到有機(jī)化合物到有機(jī)生命體的演化，同時(shí)還具有很多的偶然性，并不是有這種環(huán)境，有這種形成條件，它就能產(chǎn)生生命。有人曾經(jīng)比喻說，這些無機(jī)物好像一個(gè)垃圾堆里面什么都有，塑料、塑料瓶子、鐵，廢棄金屬、油，而生命，一個(gè)單細(xì)胞，就像一輛精美的奔馳車，在一陣臺(tái)風(fēng)過后，這些垃圾組裝成了一個(gè)奔馳車。因此我們可以想象，這個(gè)生命起源的過程是非常非常地艱難。因此，也許我們?cè)谶@個(gè)藍(lán)色的星球，是生命的惟一的樂園，因此請(qǐng)保護(hù)我們的地球，珍惜地球上的生命，我們不能奢望地球上第二次的生命起源。
生命起源是一個(gè)亙古未解之謎，地球上的生命產(chǎn)生于何時(shí)何地？是怎樣產(chǎn)生的？千百年來，人們?cè)谄平膺@一謎底之時(shí)，遇到了不少陷井，同時(shí)也見到了前所未有的光明。在兩千五百年前的春秋時(shí)代，老子在《道德經(jīng)》里寫到，道生一，一生二，二生三，三生萬物。用現(xiàn)在的話說，就是地球上的生命是由少到多，慢慢演化而來。它們有一個(gè)共同的祖先，這個(gè)祖先就是一，而這個(gè)一是由天地而生，用今天的話說，可能就是由無機(jī)界所形成。生命的起源應(yīng)當(dāng)追溯到與生命有關(guān)的元素及化學(xué)分子的起源。因而，生命的起源過程應(yīng)當(dāng)從宇宙形成之初、通過所謂的“大爆炸”產(chǎn)生了碳、氫、氧、氮、磷、硫等構(gòu)成生命的主要元素談起。
大約在66億年前，銀河系內(nèi)發(fā)生過一次大爆炸，其碎片和散漫物質(zhì)經(jīng)過長(zhǎng)時(shí)間的凝集，大約在46億年前形成了太陽系。作為太陽系一員的地球也在46億年前形成了。接著，冰冷的星云物質(zhì)釋放出大量的引力勢(shì)能，再轉(zhuǎn)化為動(dòng)能、熱能，致使溫度升高，加上地球內(nèi)部元素的放射性熱能也發(fā)生增溫作用，故初期的地球呈熔融狀態(tài)。高溫的地球在旋轉(zhuǎn)過程中其中的物質(zhì)發(fā)生分異，重的元素下沉到中心凝聚為地核，較輕的物質(zhì)構(gòu)成地幔和地殼，逐漸出現(xiàn)了圈層結(jié)構(gòu)。這個(gè)過程經(jīng)過了漫長(zhǎng)的時(shí)間，大約在38億年前出現(xiàn)原始地殼，這個(gè)時(shí)間與多數(shù)月球表面的巖石年齡一致。生命的起源與演化是和宇宙的起源與演化密切相關(guān)的。
生命的構(gòu)成元素如碳、氫、氧、氮、磷、硫等是來自“大爆炸”后元素的演化。資料表明前生物階段的化學(xué)演化并不局限于地球，在宇宙空間中廣泛地存在著化學(xué)演化的產(chǎn)物。在星際演化中，某些生物單分子，如氨基酸、嘌呤、嘧啶等可能形成于星際塵?；蚰鄣男窃浦?，接著在行星表面的一定條件下產(chǎn)生了象多肽、多聚核苷酸等生物高分子。通過若干前生物演化的過渡形式最終在地球上形成了最原始的生物系統(tǒng)，即具有原始細(xì)胞結(jié)構(gòu)的生命。至此，生物學(xué)的演化開始，直到今天地球上產(chǎn)生了無數(shù)復(fù)雜的生命形式。
38億年前，地球上形成了穩(wěn)定的陸塊，各種證據(jù)表明液態(tài)的水圈是熱的，甚至是沸騰的。現(xiàn)生的一些極端嗜熱的古細(xì)菌和甲烷菌可能最接近于地球上最古老的生命形式，其代謝方式可能是化學(xué)無機(jī)自養(yǎng)。澳大利亞西部瓦拉伍那群中35億年前的微生物可能是地球上最早的生命證據(jù)。原始地殼的出現(xiàn)，標(biāo)志著地球由天文行星時(shí)代進(jìn)入地質(zhì)發(fā)展時(shí)代，具有原始細(xì)胞結(jié)構(gòu)的生命也開始逐漸形成。
但是在很長(zhǎng)的時(shí)間內(nèi)尚無較多的生物出現(xiàn)，一直到距今5.4億年前的寒武紀(jì)，帶殼的后生動(dòng)物才大量出現(xiàn)，故把寒武紀(jì)以后的地質(zhì)時(shí)代稱為顯生宙。在中世紀(jì)的西方，《圣經(jīng)》上描繪的上帝，在七天之內(nèi)造就萬物之說，也是非常流行。今天看來，生命起源并不像這些古老傳說，或神話描繪的那樣，但表明了人類長(zhǎng)期以來，對(duì)生命起源之謎傾注了極大地?zé)崆楹完P(guān)注。
但生命起源應(yīng)該是怎樣發(fā)生的？科學(xué)又是怎樣對(duì)這一千古之謎進(jìn)行探索的？我們已經(jīng)取得了哪些進(jìn)展？還有哪些問題沒有解決？首先，生命起源之說，第一個(gè)謎是生命的時(shí)間，起源的時(shí)間問題。在中世紀(jì)的西方，人們對(duì)《圣經(jīng)》的上帝造人的故事是深信不疑的，在1650年，一位愛爾蘭大主教根據(jù)圣經(jīng)上所描述的，計(jì)算出上帝創(chuàng)世的確切時(shí)間是公元前4004年，而另一位牧師甚至把創(chuàng)世時(shí)間更加精確地計(jì)算到公元前4004年10月23號(hào)上午九點(diǎn)鐘。也就是說，生命起源距今的話，是六千年前，這當(dāng)然不是真的，而真的是什么呢？
真的就是用科學(xué)的回答，科學(xué)是怎么回答這個(gè)生命起源的時(shí)間呢？那就是說用化石，是保存在巖石中的化石來回答。我們知道，生物死亡后，它們的遺跡在適當(dāng)?shù)臈l件下，就保存在巖石之中，我們把它們稱作化石。地質(zhì)歷史中形成的巖層，就像一部編年史書，地球生物的演化歷史，就深深埋藏在這些巖石之中，年代越久遠(yuǎn)的生物化石，就保存在巖層的最底層。
迄今為止，我們發(fā)現(xiàn)了最古老的生物化石是來自澳大利亞西部，距今約三十五億年前的巖石，這些化石類似于現(xiàn)在的藍(lán)藻，它是一些原始的生命，是肉眼看不見的。它的大小只有幾個(gè)微米，到幾十個(gè)微米，因此我們可以說，生命起源它不晚于三十五億年。同時(shí)我們知道地球的形成年齡大約在46億年前，有這兩個(gè)數(shù)據(jù)我們就可以看到生命起源的年齡，大致可以界定在46億年到35億年之間。
今天，隨著科學(xué)的發(fā)展，地質(zhì)學(xué)家認(rèn)為，在地球形成的早期，地球受到了大量的小行星和隕石的撞擊，它是不適合生命的生存。與其說當(dāng)時(shí)地球上有生命，還不如說它在毀滅生命，因此地球上生命起源的時(shí)間，它不早于40億年。
另外，在格陵蘭的38.5億年的巖石中發(fā)現(xiàn)了碳，這個(gè)碳的話，我們知道，碳分兩種，一個(gè)無機(jī)碳，一個(gè)有機(jī)碳。另外，這個(gè)碳的話，它有重碳和輕碳之分，因此我們可以根據(jù)這個(gè)碳之中的輕碳和重碳之比，就可以推測(cè)這些碳的來源?？茖W(xué)家根據(jù)碳的同位素分析，推測(cè)這些碳它是有機(jī)碳，是來源于生物體。也就是說，這樣我們把生命起源的時(shí)間大大縮短了，也就是在距今40億年到38億年之間，自從地球上生命起源之后，一直到現(xiàn)在45億年，就是生生不息的生命演化史。
好，首先我們現(xiàn)在已經(jīng)有了生命起源的時(shí)間概念，是距今40億年到38億年之間。那生命是怎樣起源的？它在什么地方起源的？這樣我們不得不回顧一些有關(guān)生命起源的假說。第一個(gè)是創(chuàng)世說，在《舊約全書》的第一章寫到，上帝在七天之內(nèi)創(chuàng)造了世間之萬物，在中世紀(jì)的西方大家普遍接受這個(gè)觀念，可以說一直到現(xiàn)在，這種觀念還被很多人接受，當(dāng)然這也不是真的。第二個(gè)呢，是自生論，比如說希臘人認(rèn)為，昆蟲生于土壤，春天萬象更新，種子從泥土里萌發(fā)，昆蟲從去年留下的卵殼中破殼而出。
但這不是生命的起源，而是生命的延續(xù)，可以說這個(gè)自生論，現(xiàn)在已經(jīng)被徹底拋棄了。與這個(gè)類似的說法，還有比如說埃及人認(rèn)為生命來自于尼羅河，在中國(guó)古代也有腐草生螢之說。第三個(gè)有關(guān)生命起源的假說，就是有生源論，這個(gè)在19世紀(jì)的西方也相當(dāng)?shù)亓餍?，有生源論認(rèn)為，生命是宇宙生來就固有的，你要問我生命從哪里來的，你首先給我回答一個(gè)問題，宇宙怎么起源的？物質(zhì)怎么來的？你給我回答了物質(zhì)是怎么來的，生命我就可以說是從哪兒來的，其實(shí)這是一個(gè)不可知論。
在20世紀(jì)的后半葉，有生源論逐漸發(fā)展到現(xiàn)在的宇宙胚種論，直到現(xiàn)在，有許多科學(xué)家認(rèn)為，生命必須的酶，像蛋白質(zhì)，和遺傳物質(zhì)的形成，需要數(shù)億年的時(shí)間，在地球早期并沒有可以完成這些過程的充足時(shí)間段。因?yàn)樗蛢蓛|年，因此他們認(rèn)為生命一定是以孢子或者其他生命的形式，從宇宙的某個(gè)地方來到了地球，這種觀念也是有一定的依據(jù)的。
二十世紀(jì)四十年代以來，人類用天體物理的手段，在地球之外探測(cè)了近百種有機(jī)分子，像甲醛，氨基酸等等。其中兩種天體可以與地球上的生命有關(guān)，它可能給地球帶來生命或者有機(jī)分子，一個(gè)是彗星，一個(gè)是隕石。
我們知道這兩顆天體里邊它含有大量的有機(jī)分子，比如我們把一些彗星稱為臟雪球。它們不僅含有固態(tài)的水，還有氨基酸，鐵類，乙醇、嘌呤、嘧啶等有機(jī)化合物，生命有可能在彗星上產(chǎn)生而帶到地球上?；蛘咴阱缧呛碗E石撞擊地球時(shí)，由這些有機(jī)分子經(jīng)過一系列的合成而產(chǎn)生新的生命。
當(dāng)然這種胚種論也存在著不同的觀念，它有兩種致命的弱點(diǎn)，一個(gè)是生命是否能在宇宙中進(jìn)行長(zhǎng)期的遷移？還能不能夠存活？我們知道天體之間的距離是以光年為計(jì)算的，天體之間交流可能需要成千上萬年，從一個(gè)星球到了另外一個(gè)星球。
那在這種真空里面，暴露在這種大量的宇宙射線之中，活的生命它是不是在千萬年中還能夠繼續(xù)萌發(fā)呢？這是一個(gè)最大的問題，第二個(gè)從無機(jī)分子到有機(jī)化合物的過程，這種過程，比如說彗星上我們看到有機(jī)小分子形成，在地球上也能夠形成，這是不用置疑的。
1859年，伴隨著達(dá)爾文《物種起源》一書的問世，生物科學(xué)發(fā)生了前所未有的大變革，同時(shí)也為人類揭示生命起源這一千古之謎帶來了一絲曙光，這就是現(xiàn)代的化學(xué)進(jìn)化論。
生命起源的化學(xué)進(jìn)化論首先在1953年首先得到了一位美國(guó)的學(xué)者米勒的證實(shí)，既然你說地球早期溫度都是比較高，又充滿了很多還原性氣體，還有水，那么我就把這些氣體，把水放在一個(gè)瓶子里面，看看它是不能產(chǎn)生生命，或者產(chǎn)生有機(jī)化合物。
米勒在1953年把氨氣、氫氣，還有水、一氧化碳放在一個(gè)密封的瓶子里面，在瓶子里面兩頭插上金屬棒，完了通上電源，通過這個(gè)類似于閃電的作用，確實(shí)在幾天之后產(chǎn)生了大量的氨基酸。那么就是說在地球上面，在閃電下，在常溫下，也能成為無機(jī)分子，合成有機(jī)分子。我們知道，有氨基酸的話，是組成蛋白質(zhì)的最重要的物質(zhì)，可以說，組成生命起源最重要的物質(zhì)。因此，米勒描述的生命起源的事件應(yīng)該是什么樣子的呢？
那就是在早期，地球上因?yàn)樗写罅康倪€原性的原始大氣圈，比如說甲烷、氨氣、有水、有氫氣，還有原始的海洋，當(dāng)早期地球上閃電作用把這些氣體聚合成多種氨基酸，而這多種氨基酸，在常溫常壓下，它可能在局部濃縮，再進(jìn)一步演化成蛋白質(zhì)，蛋白質(zhì)和其他的多糖類，以及高分子脂類，在一定的時(shí)候有可能孕發(fā)成生命，這就是米勒描述的生命進(jìn)化的過程。
但是這種溫暖水池說，也遇到一些問題，其中有兩個(gè)問題，第一個(gè)問題是現(xiàn)在地質(zhì)學(xué)家認(rèn)為，地球早期大氣圈它并不是含有大量的還原性氣體，它是含有大量的二氧化碳和氮?dú)猓让桌盏倪@個(gè)氣體多一些惰性。在閃電的情況下，你并不能形成大量的氨基酸。第二個(gè)，溫暖的水池在地球早期并不能長(zhǎng)期形成，為什么呢？因?yàn)楫?dāng)時(shí)地球早期，剛才說過它有大量的隕石、流星，還加上地球本身的放射性，溫度很高，你這個(gè)溫暖水池一旦生命產(chǎn)生了，一個(gè)隕星過來，溫度在瞬間之內(nèi)可能達(dá)到上千度、甚至幾千度，生命已經(jīng)絕滅了，只能再來一次生命的起源。
但是我們現(xiàn)在就這么想，現(xiàn)今的地球上是不是有溫度比較高，還有還原性氣體，還有生物存在呢？那么，有兩件工作可以說具有劃時(shí)代的意義，一個(gè)是1967年美國(guó)學(xué)者布萊克，在黃石公園的熱泉中發(fā)現(xiàn)了大量嗜熱生物，我們知道蛋白質(zhì)一般的話超過六十度，就會(huì)凝固的，煮雞蛋六十度七十度以上雞蛋就熟了，但是生物，是不是在六十度以上還能夠生活呢？在以前是不敢想的。第二個(gè)就是1977年克里斯，他在太平洋底的熱泉中，同樣也發(fā)現(xiàn)了大量的嗜熱微生物，這個(gè)溫度它要更高，它可能達(dá)到二百到三百度。它壓力呢，也有二百到三百個(gè)大氣壓，它的環(huán)境是什么樣子呢？它確實(shí)有大量的還原氣體，有硫化氫、有甲烷、有氫氣、還有一氧化碳，這個(gè)環(huán)境確實(shí)非常類似于四十億年前早期地球的環(huán)境，那么生命起源它是不是就在這個(gè)時(shí)候產(chǎn)生的呢？
這是我們現(xiàn)在看到的情況，但是化石中有沒有在火山噴口或者是熱泉中發(fā)現(xiàn)的微生物呢？確實(shí)有，我們?cè)谶@方面，我們?cè)诨矫嬉踩〉昧朔浅Ｖ匾倪M(jìn)展，比如說在2000年，羅斯瑪森，澳大利亞的一個(gè)科學(xué)家，他在澳大利亞距今大概32億年左右的火山沉積里面發(fā)現(xiàn)了大量的保存完好的絲狀體。
這說明在32億年前，生命在熱泉的附近已經(jīng)大量生存，那么這是現(xiàn)在最新的，最流行的，也可以說迄今為止最科學(xué)的有關(guān)生命起源的假說，就是生命起源于熱泉，或者海底熱泉，俗稱“黑煙囪”的附近。
海底熱泉和陸地上的熱泉它們都有很多共同的特點(diǎn)。第一個(gè)它溫度高。第二個(gè)它含有大量的還原性氣體，除了二氧化碳以外，還有一氧化碳、氫氣、氨氣還有硫化氫。第三個(gè)特點(diǎn)就是它們都含有大量的生物，比如說藍(lán)藻、光合細(xì)菌、硫細(xì)菌，特別是一類古細(xì)菌，在高溫下異常地繁盛，它在超過一百度的時(shí)候大量繁盛，而離開了這樣的環(huán)境，比如溫度一降下來，它馬上就進(jìn)行休眠，而且并不能正常的生活，那么這些生物是不是就代表了最早的，最原始的，地球生命起源的時(shí)候，這種原始的生命形式呢？
我們來看一下地球上的生命起源。地球是太陽系的一個(gè)成員，是質(zhì)量、大氣、位置均居中的一個(gè)行星。迄今，在我們的太陽系中，只有地球上才存在各種生命，特別是人類。但是，關(guān)于行星和恒星的知識(shí)，使我們難以相信，地球是宇宙中億萬顆行星中唯一蘊(yùn)藏著生命的行星。
宇宙起源大約遠(yuǎn)在200億年以前，銀河系起源至少在130億年前，太陽系和地球的形成發(fā)生在46億年前。化石年齡的研究表明，生命早在35億年前已經(jīng)存在，地球已有藍(lán)綠藻類的微生物云集。生物進(jìn)化是從那時(shí)起，一直延續(xù)到人類的出現(xiàn)。
近代研究認(rèn)為，人類的出現(xiàn)是在約400萬年前。地球上生命起源，主要從地球上物質(zhì)運(yùn)動(dòng)和發(fā)展中尋找生命物質(zhì)探索生命起源。
原始地球具備生命起源的環(huán)境和物質(zhì)要件：①早期的還原性大氣，使原始地球初期形成的前生物有機(jī)分子得以積累保存；②早期大氣無游離氧，地球外層空間未形成臭氧層，強(qiáng)烈的太陽紫外線對(duì)早期大氣中化學(xué)反應(yīng)起重要作用，雷電、宇宙射線也是原始地球化學(xué)進(jìn)化中的重要能源；③原始海洋的形成為生命誕生準(zhǔn)備了必要條件。
最讓科學(xué)家頭痛的是，生命進(jìn)化到一定階段，而產(chǎn)生的智慧和意識(shí)又是從何而來的卻一直是個(gè)迷。于是又有一批科學(xué)家專門研究生命的意識(shí)與靈魂。這與神話與宗教似乎又扯上了關(guān)系。難怪很多頂尖的科學(xué)家最后都感嘆：科學(xué)的盡頭就是神學(xué)。