生物的進(jìn)化

【專家解說(shuō)】：宇宙的起源 宇宙是廣漠空間和其中存在的各種天體以及彌漫物質(zhì)的總稱，它是無(wú)邊無(wú)際的。 宇宙是物質(zhì)世界，它處于不斷的運(yùn)動(dòng)和發(fā)展中。 《淮南子.原道訓(xùn)》注:“四方上下曰宇，古往今來(lái)曰宙，以喻天地?！奔从钪媸翘斓厝f(wàn)物的總稱。 千百年來(lái)，科學(xué)家們一直在探尋宇宙是什么時(shí)候、如何形成的。直到今天，科學(xué)家們才確信，宇宙是由大約150億年前發(fā)生的一次大爆炸形成的。 在爆炸發(fā)生之前，宇宙內(nèi)的所存物質(zhì)和能量都聚集到了一起，并濃縮成很小的體積，溫度極高，密度極大，之后發(fā)生了大爆炸。 大爆炸使物質(zhì)四散出擊，宇宙空間不斷膨脹，溫度也相應(yīng)下降，后來(lái)相繼出現(xiàn)在宇宙中的所有星系、恒星、行星乃至生命，都是在這種不斷膨脹冷卻的過(guò)程中逐漸形成的。 然而，大爆炸而產(chǎn)生宇宙的理論尚不能確切地解釋，“在所存物質(zhì)和能量聚集在一點(diǎn)上”之前到底存在著什么東西? “大爆炸理論”是伽莫夫于1946年創(chuàng)建的。它是現(xiàn)代宇宙系中最有影響的一種學(xué)說(shuō)，又稱大爆炸宇宙學(xué)。與其他宇宙模型相比，它能說(shuō)明較多的觀測(cè)事實(shí)。它的主要觀點(diǎn)是認(rèn)為我們的宇宙曾有一段從熱到冷的演化史。在這個(gè)時(shí)期里，宇宙體系并不是靜止的，而是在不斷地膨脹，使物質(zhì)密度從密到稀地演化。這一從熱到冷、從密到稀的過(guò)程如同一次規(guī)模巨大的爆發(fā)。 根據(jù)大爆炸宇宙學(xué)的觀點(diǎn)，大爆炸的整個(gè)過(guò)程是:在宇宙的早期，溫度極高，在100億度以上。物質(zhì)密度也相當(dāng)大，整個(gè)宇宙體系達(dá)到平衡。宇宙間只有中子、質(zhì)子、電子、光子和中微子等一些基本粒子形態(tài)的物質(zhì)。但是因?yàn)檎麄€(gè)體系在不斷膨脹，結(jié)果溫度很快下降。當(dāng)溫度降到10億度左右時(shí)，中子開(kāi)始失去自由存在的條件，它要么發(fā)生衰變，要么與質(zhì)子結(jié)合成重氫、氦等元素;化學(xué)元素就是從這一時(shí)期開(kāi)始形成的。溫度進(jìn)一步下降到100萬(wàn)度后，早期形成化學(xué)元素的過(guò)程結(jié)束。 宇宙間的物質(zhì)主要是質(zhì)子、電子、光子和一些比較輕的原子核。當(dāng)溫度降到幾千度時(shí)，輻射減退，宇宙間主要是氣態(tài)物質(zhì)，氣體逐漸凝聚成氣云，再進(jìn)一步形成各種各樣的恒星體系，成為我們今天看到的宇宙。 原始地球的狀態(tài) 地質(zhì)學(xué)研究表明，地球大約是在46億年前形成的，那時(shí)候地球的溫度很高，地面上的環(huán)境與現(xiàn)在的完全不同:天空中或赤日炎炎，或電閃雷鳴，地面上火山噴發(fā)，熔巖橫流。從火山中噴出的氣體，如水蒸氣、氫氣、氨、甲烷、二氧化碳、硫化氫等，構(gòu)成了原始的大氣層。原始大氣中沒(méi)有氧氣。 大約在46億年前，在一股冷氣體云形成以后，太陽(yáng)系才剛剛誕生。迮股冷氣體云是在銀河系旋轉(zhuǎn)和凝聚了4億年后才形成的。同其它星球一樣，地球起源于一片濃重的塵和埃氣體。初期階段，塵埃和氣體是巨大的，被飽含氦、氫、沼氣和氨的大氣層所包圍。 最早的大氣層持續(xù)時(shí)間很短，部分被太陽(yáng)所吸收，或被地球自身的物質(zhì)和射線爆炸席卷而去。這種爆炸被稱作“太陽(yáng)風(fēng)”，在那個(gè)時(shí)代是非常強(qiáng)烈的。失去了環(huán)繞的氣體，地球成了一只裸露的球體，隕石和彗星紛紛落到它身上。地球的物質(zhì)和射線爆炸一直持續(xù)到了38億年前，爆炸的強(qiáng)度能多次使地球“一貧如洗”，把地球上數(shù)次的生命涌動(dòng)都扼殺在萌芽之中。但是隕石雨豐富了地球的結(jié)構(gòu)，因?yàn)樗o地球帶來(lái)了物質(zhì)，如碳酸化合物、氨和水。這些物質(zhì)被蒸發(fā)，又形成了新的大氣層。 到了42億年前，地球硬殼生成。從此以后，火山噴發(fā)的各種氣體都被凝聚在大氣層里(例如亞酸，酸肝、氮?dú)?，碳氧化物和蒸?。 原始地球的特點(diǎn)之一就是它劇烈的火山活動(dòng)?；鹕絿姲l(fā)造成了規(guī)模宏大的溶巖湖蒸發(fā)了大量的蒸汽，水蒸氣凝聚以后積滿了地面的洼地，形成了原始的海洋。一般推測(cè)，在地球剛剛生成的幾百萬(wàn)年間，人類是不能生存的，因?yàn)榇笃饘永餂](méi)有氧氣。直到許許多多年以后，有了光合作用的有機(jī)物，才出現(xiàn)了大量充足的氧。 關(guān)于生命起源的幾個(gè)學(xué)說(shuō) 1.特創(chuàng)論(或神造說(shuō))。這一假說(shuō)認(rèn)為，現(xiàn)在地球上的各種生物都是由神創(chuàng)造出來(lái)的，生命是上帝或神按照一定的目的，一次性地創(chuàng)造出來(lái)的。這一假說(shuō)極為簡(jiǎn)單地把生命的起源推到了一個(gè)不可知、也無(wú)法證明的上帝和神的身上，這是在有科學(xué)之前，由于人類的愚昧無(wú)知而提出的。這一假說(shuō)把生命起源的問(wèn)題，劃歸神學(xué)的范圍，因而是極不科學(xué)的。 2.自生論(或自然發(fā)生說(shuō))。這一假說(shuō)是很多人根據(jù)一些錯(cuò)誤的觀察而提出的，認(rèn)為生命是自然而然地由非生命物質(zhì)產(chǎn)生的，而且是從非生命物質(zhì)中突然產(chǎn)生出來(lái)。例如，中國(guó)古代有“腐草化螢”、“朽木化蟬”、“白石化羊”等說(shuō)法;希臘有“泥土變魚(yú)”的傳說(shuō);17世紀(jì)歐洲有“腐肉生蛆”的說(shuō)法等。這一假說(shuō)本來(lái)出自原始社會(huì)人類的自然觀，認(rèn)為生命來(lái)自非生命物質(zhì)，具有樸素的唯物主義因素，但因?yàn)槭怯^察粗糙、錯(cuò)誤而得出的結(jié)論，所以這一假說(shuō)實(shí)際上又否認(rèn)了生物與非生物之間的轉(zhuǎn)化條件，因而否認(rèn)了生物與非生物之間的界限。 3.生源論(或生生說(shuō))。法國(guó)微生物學(xué)家巴斯德用一系列實(shí)驗(yàn)證明了，生命是不可能自然發(fā)生的，生命只能由同類生物通過(guò)繁殖而產(chǎn)生。這一假說(shuō)雖然證明了“自生論”是錯(cuò)誤的，但又否認(rèn)了非生物轉(zhuǎn)化為生物的可能性，從而否認(rèn)了生物與非生物之間的聯(lián)系。按這一假說(shuō)的看法，生命不能自然發(fā)生，只能以繁殖的方式產(chǎn)生，那么地球上最初的生命又是怎樣產(chǎn)生的呢?這一假說(shuō)是無(wú)法解釋的。 4.宇宙生命論(或泛生說(shuō))。這一假說(shuō)提倡“一切生命來(lái)自生命”的觀點(diǎn)，認(rèn)為地球上最初的生命來(lái)自宇宙間的其他星球，即“地上生命，天外飛來(lái)”。這一假說(shuō)認(rèn)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(diǎn)?，F(xiàn)代科學(xué)研究表明，在已發(fā)現(xiàn)的星球上，自然狀況下是沒(méi)有保存生命的條件的，因?yàn)闆](méi)有氧氣，溫度接近絕對(duì)零度，又充滿具有強(qiáng)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(gè)假說(shuō)實(shí)際上把生命起源的問(wèn)題推到了無(wú)邊無(wú)際的宇宙中去了，同時(shí)這個(gè)假說(shuō)對(duì)于“宇宙中的生命又是怎樣起源”的問(wèn)題，仍是無(wú)法解釋的。 5.新自生論(或化學(xué)進(jìn)化說(shuō))。這個(gè)假說(shuō)也主張生命是由非生命物質(zhì)產(chǎn)生的，但與“自生論”不同，認(rèn)為生命是在漫長(zhǎng)的宇宙進(jìn)化中發(fā)生的，是宇宙進(jìn)化到某一階段的產(chǎn)物，不是現(xiàn)在條件下由非生命物質(zhì)產(chǎn)生的。近幾十年來(lái)，隨著現(xiàn)代科學(xué)技術(shù)的發(fā)展，對(duì)于生命起源的化學(xué)進(jìn)化問(wèn)題，從天文學(xué)、地質(zhì)學(xué)、物理學(xué)、化學(xué)、生物學(xué)、古生物學(xué)、古生物化學(xué)等多學(xué)科，進(jìn)行了綜合研究，取得了很大進(jìn)展。這一假說(shuō)提出:在幾十億年的漫長(zhǎng)歲月中，地球上由沒(méi)有生命的無(wú)機(jī)物逐步發(fā)展成今天的生命世界。這一化學(xué)進(jìn)化的說(shuō)法，已經(jīng)為廣大的學(xué)者所接受、所承認(rèn)。 關(guān)于“生命起源”的模擬實(shí)驗(yàn) 米勒模擬實(shí)驗(yàn) 1953年，美國(guó)芝加哥大學(xué)的學(xué)者米勒及其助手在實(shí)驗(yàn)室內(nèi)首次模擬原始地球在雷嗚閃電下將原始大氣合成小分子有機(jī)物的過(guò)程。米勒等人設(shè)計(jì)的火花放電裝置如課本的圖中所示。他首先把200毫升水加入到500毫升的燒瓶中，抽出空氣，然后模擬原始大氣成分通入甲烷、氨、氫等混合氣體。將入口玻璃管熔化封閉，然后把燒瓶?jī)?nèi)的水煮沸，使水蒸氣驅(qū)動(dòng)混合氣體在玻璃管內(nèi)流動(dòng)，進(jìn)入容積為5升的燒瓶中，并在其中連續(xù)進(jìn)行火花放電7天，模擬原始地球條件下的閃電現(xiàn)象，再經(jīng)冷凝器冷卻后，產(chǎn)生的物質(zhì)沉積在U型管中，結(jié)果得到20種小分子有機(jī)化合物，其中有11種氨基酸。這11種氨基酸中，有4種氨基酸--甘氨酸、丙氨酸、天門(mén)冬氨酸和谷氨酸，是天然蛋白質(zhì)中所含有的。 繼米勒的工作后，不少學(xué)者利用多種能源(如火花放電、紫外線、沖擊波、丙種射線、電子束或加熱)模擬原始地球大氣成分，均先后合成了各種氨基酸，以及組成生物高分子的其他重要原料，如:嘌呤、嘧啶、核糖、脫氧核糖、核苷、核苷酸、脂肪酸等。由此可以看出:在原始地球條件下，原始大氣成分在一定能量的作用下，完全可以完成從無(wú)機(jī)物向簡(jiǎn)單有機(jī)物的轉(zhuǎn)化。 需要說(shuō)明的是:新近的發(fā)現(xiàn)已令有的人對(duì)此結(jié)論產(chǎn)生了一些懷疑。有的科學(xué)家認(rèn)為，早期地球上的任何CH4、NH3和H2S都會(huì)迅速被紫外線輻射所分解，釋放出的H2多數(shù)也會(huì)逃逸到太空中，根據(jù)目前的理論，早期大氣的主要成分是水蒸汽、CO2、CO、N2等氣體，可能還有一些游離氫。