什么是生物的起源?

【專家解說】：生命何時、何處、特別是怎樣起源的問題，是現代自然科學尚未完全解決的重大問題，是人們關注和爭論的焦點。歷史上對這個問題也存在著多種臆測和假說，并有很多爭議。隨著認識的不斷深入和各種不同的證據的發(fā)現，人們對生命起源的問題有了更深入的研究，下面介紹幾種著名的假說: 特創(chuàng)論(或神造說) [編輯本段] 這一假說認為，現在地球上的各種生物都是由神創(chuàng)造出來的，生命是上帝或神按照一定的目的，一次性地創(chuàng)造出來的。這一假說極為簡單地把生命的起源推到了一個不可知、也無法證明的上帝和神的身上，這是在有科學之前，由于人類的愚昧無知而提出的。這一假說把生命起源的問題，劃歸神學的范圍，因而是極不科學的。 自然發(fā)生說 [編輯本段] 又稱“自生論”或“無生源論”，認為生物可以隨時由非生物產生，或者由另一些截然不同的物體產生。如中國古代所謂“肉腐出蟲，魚枯生蠹”、亞里士多德說的“……有些魚由淤泥及砂礫發(fā)育而成”。中世紀有人認為樹葉落入水中變成魚，落在地上則變成鳥等。 自然發(fā)生說是19世紀前廣泛流行的理論，這種學說認為，生命是從無生命物質自然發(fā)生的。如，我國古代認為的“腐草化為螢”(即螢火蟲是從腐草堆中產生的)，腐肉生蛆等。在西方，亞里士多德(公元前384~公元前322年)就是一個自然發(fā)生論者。有的人還通過“實驗”證明，將谷粒、破舊襯衫塞入瓶中，靜置于暗處，21天后就會產生老鼠，并且讓他驚訝的是，這種“自然”發(fā)生的老鼠竟和常見的老鼠完全相同。 18世紀時，意大利生物學家斯巴蘭讓尼(1729~1799年)發(fā)現，將肉湯置于燒瓶中加熱，沸騰后讓其冷卻，如果將燒瓶開口放置，肉湯中很快就繁殖生長出許多微生物;但如果在瓶口加上一個棉塞，再進行同樣的實驗，肉湯中就沒有微生物繁殖。斯巴蘭讓尼認為，肉湯中的小生物來自空氣，而不是自然發(fā)生的。斯巴蘭讓尼的實驗為科學家進一步否定“自然發(fā)生論”奠定了堅實的基礎。 1860年，法國微生物學家巴斯德設計了一個簡單但令人信服的實驗，徹底否定了自然發(fā)生說。 化學起源說 [編輯本段] 化學起源說是被廣大學者普遍接受的生命起源假說。這一假說認為，地球上的生命是在地球溫度逐步下降以后，在極其漫長的時間內，由非生命物質經過極其復雜的化學過程，一步一步地演變而成的。 化學起源說將生命的起源分為四個階段(米勒實驗)。 第一個階段，從無機小分子生成有機小分子的階段，即生命起源的化學進化過程是在原始的地球條件下進行的，這一過程教材中已有敘述，這里不再重復。需要著重指出的是米勒的模擬實驗。在這個實驗中，一個盛有水溶液的燒瓶代表原始的海洋，其上部球型空間里含有氫氣、氨氣、甲烷和水蒸汽等“還原性大氣”。米勒先給燒瓶加熱，使水蒸汽在管中循環(huán)，接著他通過兩個電極放電產生電火花，模擬原始天空的閃電，以激發(fā)密封裝置中的不同氣體發(fā)生化學反應，而球型空間下部連通的冷凝管讓反應后的產物和水蒸汽冷卻形成液體，又流回底部的燒瓶，即模擬降雨的過程。經過一周持續(xù)不斷的實驗和循環(huán)之后。米勒分析其化學成分時發(fā)現，其中含有包括5種氨基酸和不同有機酸在內的各種新的有機化合物，同時還形成了氰氫酸，而氰氫酸可以合成腺嘌呤，腺嘌呤是組成核苷酸的基本單位。米勒的實驗試圖向人們證實，生命起源的第一步，從無機小分子物質形成有機小分子物質，在原始地球的條件下是完全可能實現的。 第二個階段，從有機小分子物質生成生物大分子物質。這一過程是在原始海洋中發(fā)生的，即氨基酸、核苷酸等有機小分子物質，經過長期積累，相互作用，在適當條件下(如黏土的吸附作用)，通過縮合作用或聚合作用形成了原始的蛋白質分子和核酸分子。 第三個階段，從生物大分子物質組成多分子體系。這一過程是怎樣形成的呢?前蘇聯學者奧巴林提出了團聚體假說，他通過實驗表明，將蛋白質、多肽、核酸和多糖等放在合適的溶液中，它們能自動地濃縮聚集為分散的球狀小滴，這些小滴就是團聚體。奧巴林等人認為，團聚體可以表現出合成、分解、生長、生殖等生命現象。例如，團聚體具有類似于膜那樣的邊界，其內部的化學特征顯著地區(qū)別于外部的溶液環(huán)境。團聚體能從外部溶液中吸入某些分子作為反應物，還能在酶的催化作用下發(fā)生特定的生化反應，反應的產物也能從團聚體中釋放出去。另外，有的學者還提出了微球體和脂球體等其他的一些假說，以解釋有機高分子物質形成多分子體系的過程。圖7團聚體簡單代謝示意圖第四個階段，有機多分子體系演變?yōu)樵忌＿@一階段是在原始的海洋中形成的，是生命起源過程中最復雜和最有決定意義的階段。目前，人們還不能在實驗室里驗證這一過程。 宇宙生命論(或泛生說) [編輯本段] 這一假說提倡“一切生命來自生命”的觀點，認為地球上最初的生命來自宇宙間的其他星球，即“地上生命，天外飛來”。這一假說認為，宇宙太空中的“生命胚種”可以隨著隕石或其他途徑跌落在地球表面，即成為最初的生命起點?，F代科學研究表明，在已發(fā)現的星球上，自然狀況下是沒有保存生命的條件的，因為沒有氧氣，溫度接近絕對零度，又充滿具有強大殺傷力的紫外線、X射線和宇宙射線等，因此任何“生命胚體”是不可能保存的。這個假說實際上把生命起源的問題推到了無邊無際的宇宙中去了，同時這個假說對于“宇宙中的生命又是怎樣起源”的問題，仍是無法解釋的。 宇生說 [編輯本段] 這一假說認為，地球上最早的生命或構成生命的有機物，來自于其他宇宙星球或星際塵埃。持這種假說的學者認為，某些微生物孢子可以附著在星際塵埃顆粒上而落入地球，從而使地球有了初始的生命。但我們知道，宇宙空間的物理條件，如紫外線等各種高能射線以及溫度等條件對生命都是致命的，而且，即使有這些生命，在它們隨著隕石穿越大氣層到達地球的過程中，也會因溫度太高而被殺死。因此，像微生物孢子這一水平的生命形態(tài)看來是不大可能從天外飛來的。但是，一些學者認為，一些構成生命的有機物完全有可能來自宇宙空間。1969年9月28日，科學家發(fā)現，墜落在澳大利亞麥啟遜鎮(zhèn)的一顆炭質隕石中就含有18種氨基酸，其中6種是構成生物的蛋白質分子所必須的?？茖W研究表明，一些有機分子如氨基酸、嘌呤、嘧啶等分子可以在星際塵埃的表面產生，這些有機分子可能由彗星或其隕石帶到地球上，并在地球上演變?yōu)樵嫉纳? 熱泉生態(tài)系統(tǒng) [編輯本段] 生命的起源可能與熱泉生態(tài)系統(tǒng)有關，這是20世紀70年代以來，部分學者提出的觀點。20世紀70年代末，科學家在東太平洋的加拉帕戈斯群島附近發(fā)現了幾處深海熱泉，在這些熱泉里生活著眾多的生物，包括管棲蠕蟲、蛤類和細菌等興旺發(fā)達的生物群落。這些生物群落生活在一個高溫(熱泉噴口附近的溫度達到300 ℃以上)、高壓、缺氧、偏酸和無光的環(huán)境中。首先是這些化能自養(yǎng)型細菌利用熱泉噴出的硫化物(如H2S)所得到的能量去還原CO2而制造有機物，然后其他動物以這些細菌為食物而維持生活。迄今科學家已發(fā)現數十個這樣的深海熱泉生態(tài)系統(tǒng)，它們一般位于地球兩個板塊結合處形成的水下洋嵴附近。 熱泉生態(tài)系統(tǒng)之所以與生命的起源相聯系，主要基于以下的事實: (1)現今所發(fā)現的古細菌，大多都生活在高溫、缺氧、含硫和偏酸的環(huán)境中，這種環(huán)境與熱泉噴口附近的環(huán)境極其相似; (2)熱泉噴口附近不僅溫度非常高，而且又有大量的硫化物、CH4、H2和CO2等，與地球形成時的早期環(huán)境相似。 由此，部分學者認為，熱泉噴口附近的環(huán)境不僅可以為生命的出現以及其后的生命延續(xù)提供所需的能量和物質，而且還可以避免地外物體撞擊地球時所造成的有害影響，因此熱泉生態(tài)系統(tǒng)是孕育生命的理想場所。但另一些學者認為，生命可能是從地球表面產生，隨后就蔓延到深海熱泉噴口周圍。以后的撞擊毀滅了地球表面所有的生命，只有隱藏在深海噴口附近的生物得以保存下來并繁衍后代。因此，這些噴口附近的生物雖然不是地球上最早出現的，但卻是現存所有生物的共同祖先。