一、生命从哪里来?
在生命和生命活动闪耀着光芒、欣欣向荣的世界里,一切都是那么的奇妙,可迄今为止,生命从何而来?它是如何起源的?它又是怎样进化的?这仍然是一个还没有完全解开的谜。
1.关于生命起源的两种理论
对于生命起源的问题,自古以来有本质上完全不同的两种理论。
(1)特殊创造论、自然发生论、泛孢子理论
特殊创造论是指在宇宙历史的某一特殊时刻,由上帝创造出生命。这种学说曾一度占统治地位,但不被科学家所接受。自然发生论认为生命可以从非生命物质中自然产生。例如蛙可以从泥中长出,蛆虫可从腐肉中生出。这一理论是由于实验观察错误,经不起科学的批评。泛孢子理论提出生命的胚芽来自地外空间,然后生长发育。但是由于微生物附着于陨石活着到达地球显然不可能,它们将被紫外线杀死或因空间真空死亡。泛孢子理论最多只说明生命存在于宇宙空间的某颗特殊的行星里,但仍未能解答宇宙中生命起源的问题。
(2)化学进化学说
1871年,达尔文首先设想生命怎样起源,提出“在一个存在着各种状态的氨和磷酸盐的温暖小池中,在光、热、电存在的条件下,某种蛋白质化合物形成了,并进行更复杂的变化。1924年,苏联的生物化学家奥巴林(A.I.Oparin)提出,生命是长期进化的结果。1928年,英国的霍尔丹(Haldane)提出:“当紫外线作用于水、二氧化碳和氨的混合物时,形成多种有机物,包括糖类。其中有些物质可以构成蛋白质,在原始海洋达到一个热的稀汤之前,它们早已聚集。”1947年,贝尔纳(Bernal)提出,在有机物丰富的原始海洋里,各种不同的活动过程可以把有机物结合起来,并描述了使小分子聚集产生生命大分子的方式和方法。上述学者的思想奠定了化学进化实验的基础。
2.探索生命起源的第一步
生命从那里来?地球上第一个生命体是怎样诞生的?
自从上帝造人、造物的神话破灭后,在生命起源问题上有两大学派:一派认为生命是从外星球移殖到地球上来的;另一派认为生命是地球自身的产物。
美国的尤里(Urey)主张生命源自地球本身,他与学生米勒(Miller)设计了模拟原始大气,研究在自然条件下能否产生与生命有关的物质。米勒以甲烷、氨气、氢气和水蒸气组成强还原性气体,通过火花放电模拟雷电闪击,通过一个星期放电,向气体提供能量6.27×103~6.27×104kJ。在一次典型实验中,由 950mg甲烷产生了约200mg的氨基酸,而氨基酸是构成生命蛋白质的零件。
1961年,西班牙生物化学家奥罗(Oro),把氰化氢和甲醛加入原始大气中,实验结果除氨基酸外,还得到腺嘌吟、核糖和脱氧核糖,得到了构成生命核酸的零件。
核糖核酸(RNA)和脱氧核糖核酸(DNA)都是磷酸酯类,结构中的磷是从哪里来的呢?1982年,我国生命化学家王文清,根据近代行星化学的研究,探测到三氢化磷(PH3)存在于木星和土星的大气层中,在模拟原始大气中引入了PH3,进行了甲烷、氮、三氢化磷、氨、水蒸气的火花放电,并与不含三氢化磷的上述体系气相放电作了对照。实验结果用气相色谱鉴定出含PH3体系放电后产生19种氨基酸。而无 PH3体系在相同放电条件下,只产生6种氨基酸。王文清的实验发现了PH3在气相放电反应中的催化作用,被美、日杂志引用作为生命起源的第一步,火花放电产生氨基酸的一个重要进展。
最近美国加州大学海洋生物学家巴达(Bada)提出一个新论点:亿万年前地球上的第一线生机孕育在厚冰层之下。巴达说,数十亿年前混沌初开,地球表面覆盖冰层,但地球核心是炽热的,辐射出的热量是今天的5倍,因此远古海洋底部仍是液态水,冰下海水是原始生命的温床。冰层起屏蔽保护作用,使海水中有机分子积累,变得愈来愈浓。当小天体撞在地球上时,产生的热量使厚冰层融化成一个大洞,使水中有机分子与大气接触,形成更复杂分子,不久冰层又冻结,这些新分子又被封存。冰层每次解冻都使“浓汤”里的氨基酸、碱基更丰富,直至生命诞生。
3.生命起源于何时?
约翰·霍根(J.Horgan)说:“科学家们正在对地球上何时、何处以及怎样出现第一次生命作出艰难的决定。”根据肖伯夫(J.W.Schopf)测定细菌微化石得到的证据,生命起源时间为3.46×109年前。这一证据包括来自澳大利亚和南非两地的两组化石,通过放射性衰变确定年龄。一组化石是由叠层石的块状绿褐色岩石组成,另一组化石表现出蓝绿藻的一系列细胞印迹。肖伯夫认为这种古老生物像蓝细菌,可能有光合能力并吐出氧气。德国马克思普朗克研究所的西道夫斯基(M.Schidlowski)认为,他发现光合微生物存在更早的证据,时间为3.8×109年。他的地质证据是格陵兰伊苏亚的部分熔融沉积岩。1996年7月,在法国奥尔良大学召开的第11届国际生命起源大会上,默雪斯(Mojzsis)测定西南格陵兰(Southwest Greenland)的亚开里亚(Akilia)岩石得出生命起源时间为3.87×109年。牛津大学的磨巴斯帅(Moorbath)测定西格陵兰的伊苏亚岩石得出年代为3.77×109年。他们将生命起源于地球的年代推前了约4×108年。削伯夫认为他们测定的12C/13C值的准确度有待验证。
若生命确是起源于3.8×109年前,则地球诞生于4.5×109年前。在此期间彗星、行星以及直径大于几千公里的陨石挤满于早期太阳系,将与地球发生重撞击。迫马拉斯(Desmarais)说:“生命将起源于撞击结束的很短时期,并且它是在撞击后存活下来的。”