生命是怎么樣形成的。起初的單細(xì)胞生物是怎么形成和出現(xiàn)的

【專家解說(shuō)】：生命何時(shí)、何處、特別是怎樣起源的問(wèn)題，是現(xiàn)代自然科學(xué)尚未完全解決的重大問(wèn)題，是人們關(guān)注和爭(zhēng)論的焦點(diǎn)。歷史上對(duì)這個(gè)問(wèn)題也存在著多種臆測(cè)和假說(shuō)，并有很多爭(zhēng)議。隨著認(rèn)識(shí)的不斷深入和各種不同的證據(jù)的發(fā)現(xiàn)，人們對(duì)生命起源的問(wèn)題有了更深入的研究，下面介紹幾種著名的假說(shuō)，以備教學(xué)時(shí)參考。 1.自然發(fā)生說(shuō) 自然發(fā)生說(shuō)是19世紀(jì)前廣泛流行的理論，這種學(xué)說(shuō)認(rèn)為，生命是從無(wú)生命物質(zhì)自然發(fā)生的。如，我國(guó)古代認(rèn)為的“腐草化為螢”（即螢火蟲是從腐草堆中產(chǎn)生的），腐肉生蛆等。在西方，亞里士多德（公元前384—公元前322）就是一個(gè)自然發(fā)生論者。有的人還通過(guò)“實(shí)驗(yàn)”證明，將谷粒、破舊襯衫塞入瓶中，靜置于暗處，21天后就會(huì)產(chǎn)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(jiàn)的老鼠完全相同。 18世紀(jì)時(shí)，意大利生物學(xué)家斯巴蘭讓尼（1729—1799）發(fā)現(xiàn)，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(zhǎng)出許多微生物；但如果在瓶口加上一個(gè)棉塞，再進(jìn)行同樣的實(shí)驗(yàn)，肉湯中就沒(méi)有微生物繁殖。斯巴蘭讓尼認(rèn)為，肉湯中的小生物來(lái)自空氣，而不是自然發(fā)生的。斯巴蘭讓尼的實(shí)驗(yàn)為科學(xué)家進(jìn)一步否定“自然發(fā)生論”奠定了堅(jiān)實(shí)的基礎(chǔ)。 1860年，法國(guó)微生物學(xué)家巴斯德設(shè)計(jì)了一個(gè)簡(jiǎn)單但令人信服的實(shí)驗(yàn)，徹底否定了自然發(fā)生說(shuō)（詳見(jiàn)《義務(wù)教育課程標(biāo)準(zhǔn)實(shí)驗(yàn)教科書生物學(xué)八年級(jí)上冊(cè)》）。 2.化學(xué)起源說(shuō) 化學(xué)起源說(shuō)是被廣大學(xué)者普遍接受的生命起源假說(shuō)。這一假說(shuō)認(rèn)為，地球上的生命是在地球溫度逐步下降以后，在極其漫長(zhǎng)的時(shí)間內(nèi)，由非生命物質(zhì)經(jīng)過(guò)極其復(fù)雜的化學(xué)過(guò)程，一步一步地演變而成的。 化學(xué)起源說(shuō)將生命的起源分為四個(gè)階段。 第一個(gè)階段，從無(wú)機(jī)小分子生成有機(jī)小分子的階段，即生命起源的化學(xué)進(jìn)化過(guò)程是在原始的地球條件下進(jìn)行的，這一過(guò)程教材中已有敘述，這里不再重復(fù)。需要著重指出的是米勒的模擬實(shí)驗(yàn)。在這個(gè)實(shí)驗(yàn)中，一個(gè)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(guò)兩個(gè)電極放電產(chǎn)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(xué)反應(yīng)，而球型空間下部連通的冷凝管讓反應(yīng)后的產(chǎn)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(guò)程。經(jīng)過(guò)一周持續(xù)不斷的實(shí)驗(yàn)和循環(huán)之后。米勒分析其化學(xué)成分時(shí)發(fā)現(xiàn)，其中含有包括5種氨基酸和不同有機(jī)酸在內(nèi)的各種新的有機(jī)化合物，同時(shí)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(shí)驗(yàn)試圖向人們證實(shí)，生命起源的第一步，從無(wú)機(jī)小分子物質(zhì)形成有機(jī)小分子物質(zhì)，在原始地球的條件下是完全可能實(shí)現(xiàn)的。 第二個(gè)階段，從有機(jī)小分子物質(zhì)生成生物大分子物質(zhì)。這一過(guò)程是在原始海洋中發(fā)生的，即氨基酸、核苷酸等有機(jī)小分子物質(zhì)，經(jīng)過(guò)長(zhǎng)期積累，相互作用，在適當(dāng)條件下（如黏土的吸附作用），通過(guò)縮合作用或聚合作用形成了原始的蛋白質(zhì)分子和核酸分子。 第三個(gè)階段，從生物大分子物質(zhì)組成多分子體系。這一過(guò)程是怎樣形成的呢?前蘇聯(lián)學(xué)者奧巴林提出了團(tuán)聚體假說(shuō)，他通過(guò)實(shí)驗(yàn)表明，將蛋白質(zhì)、多肽、核酸和多糖等放在合適的溶液中，它們能自動(dòng)地濃縮聚集為分散的球狀小滴，這些小滴就是團(tuán)聚體。奧巴林等人認(rèn)為，團(tuán)聚體可以表現(xiàn)出合成、分解、生長(zhǎng)、生殖等生命現(xiàn)象（圖7）。例如，團(tuán)聚體具有類似于膜那樣的邊界，其內(nèi)部的化學(xué)特征顯著地區(qū)別于外部的溶液環(huán)境。團(tuán)聚體能從外部溶液中吸入某些分子作為反應(yīng)物，還能在酶的催化作用下發(fā)生特定的生化反應(yīng)，反應(yīng)的產(chǎn)物也能從團(tuán)聚體中釋放出去。另外，有的學(xué)者還提出了微球體和脂球體等其他的一些假說(shuō)，以解釋有機(jī)高分子物質(zhì)形成多分子體系的過(guò)程。圖7團(tuán)聚體簡(jiǎn)單代謝示意圖第四個(gè)階段，有機(jī)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(guò)程中最復(fù)雜和最有決定意義的階段。目前，人們還不能在實(shí)驗(yàn)室里驗(yàn)證這一過(guò)程。 3.宇生說(shuō) 這一假說(shuō)認(rèn)為，地球上最早的生命或構(gòu)成生命的有機(jī)物，來(lái)自于其他宇宙星球或星際塵埃。持這種假說(shuō)的學(xué)者認(rèn)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?xiàng)l件，如紫外線等各種高能射線以及溫度等條件對(duì)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(dá)地球的過(guò)程中，也會(huì)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(lái)是不大可能從天外飛來(lái)的。但是，一些學(xué)者認(rèn)為，一些構(gòu)成生命的有機(jī)物完全有可能來(lái)自宇宙空間。1969年9月28日，科學(xué)家發(fā)現(xiàn)，墜落在澳大利亞麥啟遜鎮(zhèn)的一顆炭質(zhì)隕石中就含有18種氨基酸，其中6種是構(gòu)成生物的蛋白質(zhì)分子所必須的。科學(xué)研究表明，一些有機(jī)分子如氨基酸、嘌呤、嘧啶等分子可以在星際塵埃的表面產(chǎn)生，這些有機(jī)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? 4.熱泉生態(tài)系統(tǒng) 生命的起源可能與熱泉生態(tài)系統(tǒng)有關(guān)，這是20世紀(jì)70年代以來(lái)，部分學(xué)者提出的觀點(diǎn)。20世紀(jì)70年代末，科學(xué)家在東太平洋的加拉帕戈斯群島附近發(fā)現(xiàn)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(xì)菌等興旺發(fā)達(dá)的生物群落。這些生物群落生活在一個(gè)高溫（熱泉噴口附近的溫度達(dá)到300 ℃以上）、高壓、缺氧、偏酸和無(wú)光的環(huán)境中。首先是這些化能自養(yǎng)型細(xì)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(jī)物，然后其他動(dòng)物以這些細(xì)菌為食物而維持生活。迄今科學(xué)家已發(fā)現(xiàn)數(shù)十個(gè)這樣的深海熱泉生態(tài)系統(tǒng)，它們一般位于地球兩個(gè)板塊結(jié)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(lián)系，主要基于以下的事實(shí)： （1）現(xiàn)今所發(fā)現(xiàn)的古細(xì)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(shí)的早期環(huán)境相似。 由此，部分學(xué)者認(rèn)為，熱泉噴口附近的環(huán)境不僅可以為生命的出現(xiàn)以及其后的生命延續(xù)提供所需的能量和物質(zhì)，而且還可以避免地外物體撞擊地球時(shí)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(chǎng)所。但另一些學(xué)者認(rèn)為，生命可能是從地球表面產(chǎn)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(lái)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(xiàn)的，但卻是現(xiàn)存所有生物的共同祖先。 神秘的生命起源 從古至今，有很多說(shuō)法來(lái)解釋生命起源的問(wèn)題。如西方的創(chuàng)世說(shuō)，中國(guó)的盤古開天地說(shuō)等。但直到十九世紀(jì)，伴隨著達(dá)爾文《物種起源》一書的問(wèn)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(lái)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(shuō)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(guò)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(wú)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(shuō)，這些無(wú)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(guò)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(guò)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(lè)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(lái)，人們?cè)谄平膺@一謎底之時(shí)，遇到了不少陷阱，同時(shí)也見(jiàn)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(wàn)物。用現(xiàn)在的話說(shuō)，就是地球上的生命是由少到多，慢慢演化而來(lái)。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(shuō)，可能就是由無(wú)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(guò)程應(yīng)當(dāng)從宇宙形成之初、通過(guò)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(guò)一次大爆炸，其碎片和散漫物質(zhì)經(jīng)過(guò)長(zhǎng)時(shí)間的凝集，大約在46億年前形成了太陽(yáng)系。作為太陽(yáng)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(guò)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(guò)程經(jīng)過(guò)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(lái)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埃或凝聚的星云中，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(guò)若干前生物演化的過(guò)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(wú)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?，F(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(wú)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(wú)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(wàn)物之說(shuō)，也是非常流行。今天看來(lái)，生命起源并不像這些古老傳說(shuō)，或神話描繪的那樣，但表明了人類長(zhǎng)期以來(lái)，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(wèn)題沒(méi)有解決？ 首先，生命起源之說(shuō)，第一個(gè)謎是生命的時(shí)間，起源的時(shí)間問(wèn)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(ài)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(shuō)，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(shuō)用化石，是保存在巖石中的化石來(lái)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(lái)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(jiàn)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(shuō)，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(shuō)當(dāng)時(shí)地球上有生命，還不如說(shuō)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(wú)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，就來(lái)可以推測(cè)這些碳的來(lái)源。科學(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(lái)源于生物體。也就是說(shuō)，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(shuō)。 第一個(gè)是創(chuàng)世說(shuō)，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(wàn)物，在中世紀(jì)的西方大家普遍接受這個(gè)觀念，可以說(shuō)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(shuō)希臘人認(rèn)為，昆蟲生于土壤，春天萬(wàn)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(shuō)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(shuō)法，還有比如說(shuō)埃及人認(rèn)為生命來(lái)自于尼羅河，在中國(guó)古代也有腐草生螢之說(shuō)。 第三個(gè)有關(guān)生命起源的假說(shuō)，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(lái)就固有的，你要問(wèn)我生命從哪里來(lái)的，你首先給我回答一個(gè)問(wèn)題，宇宙怎么起源的？物質(zhì)怎么來(lái)的？你給我回答了物質(zhì)是怎么來(lái)的，生命我就可以說(shuō)是從哪兒來(lái)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(méi)有可以完成這些過(guò)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(lái)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(lái)，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(lái)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(guò)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(wàn)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(wàn)年中還能夠繼續(xù)萌發(fā)呢？這是一個(gè)最大的問(wèn)題，第二個(gè)從無(wú)機(jī)分子到有機(jī)化合物的過(guò)程，這種過(guò)程，比如說(shuō)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(wèn)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(lái)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(shuō)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(guò)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(shuō)在地球上面，在閃電下，在常溫下，也能成為無(wú)機(jī)分子，合成有機(jī)分子。我們知道，你氨基酸的話，是組成蛋白質(zhì)的最重要的物質(zhì)，可以說(shuō)，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(shuō)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(guò)程。 但是這種溫暖水池說(shuō)，也遇到一些問(wèn)題，其中有兩個(gè)問(wèn)題，第一個(gè)問(wèn)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)?，比米勒的這個(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(shuō)過(guò)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(guò)來(lái)，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(lái)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(shuō)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(guò)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(méi)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(shuō)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(shuō)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(shuō)迄今為止最科學(xué)的有關(guān)生命起源的假說(shuō)，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(shuō)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(guò)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(lái)，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？ 第一個(gè)早期地球溫度都很高，產(chǎn)生的最早生命形式，應(yīng)該是一些能適應(yīng)高溫的生物，而熱泉中，生物恰恰就是嗜熱的微生物。第二個(gè)，熱泉的環(huán)境與早期的地球環(huán)境有很多類似之處，比如說(shuō)它有高溫，還有大量的還原性氣體、一氧化碳、氫氣、氨氣，還有硫化氫等等。第三個(gè)，在高溫的熱水環(huán)境的話，它是有利于小分子的有機(jī)化合物脫水，聚合成有機(jī)高分子，比如說(shuō)現(xiàn)在我們用有機(jī)小分子氨基酸合成蛋白質(zhì)的話，它就是在熱水中，通過(guò)這個(gè)熱聚合反應(yīng)，脫水以后形成這樣的高分子，特別是在這種熱水口附近的話，形成了黃鐵礦，俗稱“愚人金”。它是由硫和鐵組成的，在它的表面的話，它非常有利于高分子的合成，因?yàn)檫@個(gè)硫化鐵表面是一個(gè)非常好的一個(gè)天然的催化劑。第四個(gè)有利的證據(jù)是熱泉口向外層海水之間它有一個(gè)溫度，和水化學(xué)鑒別的梯度，這個(gè)梯度的話，也是有利于各種化學(xué)的連續(xù)反映，我們知道熱泉口它噴出來(lái)的時(shí)候，它的溫度可能到達(dá)二百度到三百度，特別是在海底洋中脊附近，而海水的溫度的話，這種海底的溫度一般在0到4度，這樣的話，從三百度，一直到四百度，它有一個(gè)溫度梯度，這種溫度梯度的話，對(duì)有機(jī)化合物合成的話，可以說(shuō)存在一個(gè)連續(xù)的反映。第五個(gè)也是最重要的一點(diǎn)，就是現(xiàn)在熱泉中的生物的話，它確實(shí)是生物演化速度的最根部的類型，也就是說(shuō)它的基因是最古老的類型。 現(xiàn)代生物學(xué)家，他通過(guò)生物分子學(xué)的研究，他把熱泉中的一些嗜熱古細(xì)菌，跟現(xiàn)在的普通細(xì)菌進(jìn)行了基因的對(duì)比，發(fā)現(xiàn)它們基因的相同點(diǎn)，不超過(guò)60％。那么就是說(shuō)這些古細(xì)菌它們含有非常多的古老的基因，也就是說(shuō)，它們很有可能就是生命起源時(shí)候的這種類型。應(yīng)該說(shuō)，生命起源我們研究生命起源它最好的證據(jù)，還是在地球上，40億年到38億年間的巖石和化石所包含的信息。但是，經(jīng)過(guò)40億年的變化，地球已經(jīng)面目全非，現(xiàn)在的地球即使你有40億年到38億年的巖石，它也進(jìn)入了大量的變種，信息也幾乎全無(wú)。 因此我們把目光不要局限在只是在地球上，如果說(shuō)生命是宇宙之中一個(gè)普遍的現(xiàn)象的話，除了地球之外的其他天體上，是否也有類似于地球早期的這樣的環(huán)境呢？如果有的話，也許能為研究生命起源打開新的窗戶，我們第一個(gè)目標(biāo)是什么地方呢？不是火星是月球，現(xiàn)在地質(zhì)學(xué)家認(rèn)為，月球是40億年前，一顆大的行星撞擊地球，而從地球上迸發(fā)出去。形成了當(dāng)今的月球，這個(gè)時(shí)間正好是40億年，如果地球上有生命起源的話，我們?cè)谠虑蛏峡纯?，那不就是解決這個(gè)問(wèn)題了嗎。在中國(guó)的古代神話中有嫦娥奔月的這個(gè)說(shuō)法，月球上有月桂、有月兔，還有浪漫的愛(ài)情故事，但是二十世紀(jì)六十年代到七十年代，隨著前蘇聯(lián)和美國(guó)的宇航員登陸的成功，這個(gè)神話徹底破滅了，月球其實(shí)是一個(gè)沒(méi)有生命，沒(méi)有水，沒(méi)有氧氣，不適合生命生存的荒漠的星體。 那么我們第二個(gè)目標(biāo)是什么呢？第二個(gè)目標(biāo)是火星，因?yàn)榛鹦且苍S在40億年以前，有著跟地球類似的經(jīng)歷，火星的物質(zhì)成分跟地球非常近似，它的軌道也跟地球非常近似，那么火星上是不是有生命呢？我們到火星上去干什么呢？我們尋找生命起源，要從哪幾點(diǎn)入手呢？一般來(lái)說(shuō)是三點(diǎn)，第一個(gè)在火星上尋找是不是有活的生命？如果有活的生命，那好了。那生命的話，可能真是在宇宙中起源的，或者地球上的生物也許來(lái)自火星，或者來(lái)自其他的彗星。第二個(gè)我們尋找液態(tài)水，因?yàn)槲覀冎溃侨f(wàn)物之源，水是生命之源。現(xiàn)在地球上我們所理解的生命形式是離不開水的，所以尋找液態(tài)水也是非常重要的一個(gè)指標(biāo)。第三個(gè)尋找與生命有關(guān)的化合物，如果我們現(xiàn)在沒(méi)有活的生物的話，過(guò)去有沒(méi)有呢？過(guò)去的生物是不是形成了一些化合物？它是不是以化石的形式保存在這些巖石之中呢？所以我們到火星上尋找生命，抱著三個(gè)目的。 1957年美國(guó)的海盜號(hào)航天器發(fā)回到地球的信息時(shí)，火星上沒(méi)有生命，沒(méi)有液態(tài)水的存在，它是一個(gè)荒蕪干渴的紅色的星球。但是人類并沒(méi)有氣餒，20世紀(jì)90年代，美國(guó)宇航局加大了對(duì)火星的探測(cè)力度，通過(guò)火星探測(cè)者號(hào)、火星拓荒者號(hào)航天器和哈博望遠(yuǎn)鏡得到的圖片，和其他的有關(guān)天體物理的信息資料顯示，火星上過(guò)去很可能有過(guò)液態(tài)水的存在。一些航天資料顯示，火星上有類似于像我們發(fā)生大洪水山前的沖積扇的構(gòu)造，還有水、河道、像地球上干涸的河床的河道，還有水侵蝕巖石的痕跡。另外還有非常特別的一點(diǎn)，在火星的兩極，發(fā)現(xiàn)了類似于地球上凍土解凍的情況，這是我們的航天資料。 但是我們?nèi)绻袃x器，帶上儀器帶上人，在火星上去進(jìn)行探索，或者獲得一塊石頭，進(jìn)行分析一下，這些事情不是一目了然了嗎？所以在1999年初，美國(guó)呢，發(fā)射了一個(gè)火星極地著陸器，它帶著了精密的分析儀器，準(zhǔn)備在火星的極地進(jìn)行仔細(xì)地研究。但是非常不幸，在1999年底，本指望這些儀器能夠得到有關(guān)火星上是否有水的直接的信息的話，但就在進(jìn)入火星的大氣層中，跟地球上失去了聯(lián)系。 那么我們對(duì)火星的研究，那就束手無(wú)策了嗎？現(xiàn)在至少在現(xiàn)階段并不是，我們有來(lái)自火星上的隕石，非常幸運(yùn)，在1984年，人們?cè)谀蠘O的冰蓋上面，發(fā)現(xiàn)了一顆隕石，這個(gè)隕石拿回來(lái)以后呢，對(duì)它進(jìn)行它的元素和做氣體化學(xué)分析，發(fā)現(xiàn)這個(gè)隕石呢，它的氣體它的同位素，跟火星上非常類似。所以他們認(rèn)為這個(gè)隕石是來(lái)自火星，這個(gè)隕石是在一萬(wàn)年前，掉在冰蓋上，南極的冰蓋上。 通過(guò)這個(gè)隕石的放射性同位素�