生命起源:一个永久的谜团?

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所属分类:百科知识2010年

地球上的生命是在何时、何处诞生的?又是以怎样的方式诞生的呢?围绕这一问题,数千年来人们一直在不停地探索和争论。18世纪以后,自然科学的迅速发展使人们开始从宗教、神话传说阶段迈入到用科学解释生命起源的阶段。

  

  化学起源论

  

  1859年,伴随着达尔文《物种起源》一书的问世,生物科学发生了前所未有的大变革,同时也为人类揭示生命起源这一千古之谜带来了一丝曙光,这就是化学起源论。化学起源论是被广大学者普遍接受的生命起源假说。这一假说认为,地球上的生命是在地球温度逐步下降以后,在原始地球的条件下,在极其漫长的时间内,由无机物转变为有机物,再由有机物发展为生物大分子和多分子体系,一步步演变出原始的生命体。但这只是理论的推测,还缺乏令人信服的实验证据。1953年,美国芝加哥大学研究生米勒在其导师尤利指导下,完成了模拟在原始地球还原性大气中进行雷鸣闪电能产生有机物(特别是氨基酸)、以论证生命起源的化学进化过程实验,即著名的米勒模拟实验,这是生命起源研究的一次重大突破。后来,科学家们仿效米勒的模拟实验,合成出大量与生命有关的有机分子。

  但米勒的实验也有很多的疑点,例如米勒实验提供持续的电能——在原始时代的地球不一定有相类似的电能;其次,各种不同的气体和物质的配合,虽然能够产生氨基酸、醣类等物质,但仍不能证明这就是生命的起源;氨基酸很可能是宇宙流星和彗星在撞击地球的时候带来的,因为当时这种现象十分普遍;再者,类似实验所假设的大气层不能证明就是原始的大气层,因而所得的结果也是不确定的;更重要的是,米勒实验中有机多分子体系演变为原始生命这一阶段是在原始的海洋中形成的,是生命起源过程中最复杂和最有决定意义的阶段,然而,人们目前还不能在实验室里验证这一过程。米勒本人也承认他的实验与自然界的生命起源过程相距较远,并且现代科学发现在火星上有氧气存在却没有生命,因此,米勒曾提出的大气层中没有氧气存在故没有生命之说就不成立。

  

  海洋起源论

  

  在化学起源论的基础上,20世纪70年代一些学者提出了热泉生态系统论,也就是所谓的海洋起源论。它是现在最新的、最流行的,也可以说是迄今为止最科学的有关生命起源的假说。由于现阶段所发现的古细菌,大多都生活在高温、缺氧、含硫和偏酸的环境中,这种环境与热泉喷口附近的环境极其相似——热泉喷口附近不仅温度非常高,而且又有大量的硫化物、甲烷、氢和二氧化碳等,与地球形成时的早期环境相似。有些学者认为热泉喷口附近的环境不仅可以为生命的出现以及其后的生命延续提供所需的能量和物质,而且还可以避免地外物体撞击地球时所造成的有害影响,因此,热泉生态系统是孕育生命的理想场所。也有一些学者认为,生命可能是从地球表面产生的,随后就蔓延到深海热泉喷口周围,而后来的撞击毁灭了地球表面生命。只有隐藏在深海喷口附近的生物得以保存下来并繁衍后代——热泉生态系统是现存所有生物的共同祖先。

  1967年,美国学者布莱克在黄石公园的热泉中发现了大量嗜热生物。1977年,科学家克里斯在太平洋底的热泉中,同样也发现了大量的嗜热微生物。科学研究表明,热泉中含有大量的一氧化碳、硫化氢和硫化金属矿物,一方面有作为新陈代谢重要催化剂的黄铁矿物和硫的出现;另一方面,有遗传物质如核糖核酸的出现。由此看来,地球上的生命也许就诞生在距今38亿年到40亿年问这些充满硫磺味的热水池或者软泥之中。宇宙生命论

  然而,热泉中的这些物质又是如何而来的呢?早在19世纪初,人们已在陨石上找到了有机分子,它们是有机合成物诞生的重要因素。20世纪40年代以来,人类利用天体物理的手段,在月球表面或者火星的火山口等地方,探测到了近百种有机分子。1969年9月28日,科学家发现坠落在澳大利亚麦启逊镇的一颗炭质陨石中就含有18种氨基酸,其中6种是构成生物的蛋白质分子所必须的。

  上述种种证据促使了宇宙生命论的产生,即所谓的生命起源于宇宙大爆炸。这一假说提倡“一切生命来自星际空间”的观点,认为地球上最初的生命来自宇宙问的其他星体——“地上生命,天外飞来”。该假说认为,承载着“生命种子”的陨石或星际分子坠落在地球表面或通过其他途径,形成地球最初的生命。

  但是,现代科学研究表明,在已发现的星球上,其自然状况并不具备保存生命的条件,并且天体在迁移的过程会产生具有强大杀伤力的紫外线、X射线等各种高能宇宙射线,当它们穿越大气层到达地球的过程中会产生高温,因此生命不太可能在这一过程中存活。此外,这类在外星球上形成的有机小分子在地球上也可以形成。宇宙起源论实际上是把生命起源的问题推到了无边无际的宇宙中去了,将生命起源这一问题转变为“宇宙中的生命又是怎样起源”。

  生命的起源应当追溯到与生命有关的元素及化学分子的起源,生命的起源与演化是和宇宙的起源与演化密切相关的。生命的构成元素如碳、氢、氧、氮、磷、硫等是来自66亿年前“宇宙大爆炸”后元素的演化。相关研究表明,前生物阶段的化学演化并不局限于地球,在宇宙空间中也广泛地存在。生命演化的过程具有很多偶然性,并不是说有这种环境和条件,就一定能产生生命。

  生命起源是一个非常艰难的、复杂的、漫长的过程。我们距离揭开这一亘古之谜,还有一段遥远的科学历程。伴随着科技的发展,人们对事物的认识也会不断地提高和升华。人类社会正是在这种不断假说、否定、再假说、再否定的认识过程中逐步走向文明。

  

  (责任编辑 李 军)

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