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生命是怎樣誕生的?

伴隨著人們對宇宙形成之謎的探索,人們同樣也在不斷探索生命是如何誕生的。“先有雞還是先有蛋”的討論,實際上也就是探討生命起源之謎的嘗試。

據天文學家說,地球是在46億年前從太陽誕生後的殘余物中形成的。據推測,當地球成形後,其表面仍然保持融熔狀態達6億年之久。地球內受地核加熱,外遭小行星撞擊,致使溫度升高,水沸騰化為蒸汽。過了相當長的壹段時間,殘余的小行星逐漸在軌道上安定下來,小行星撞擊變得稀少了,這時,碳、氮、氫和氧的各種化合物開始“化合成氨基酸和其他構成生命的基本化合物”。諾貝爾獎獲得者克裏斯蒂安·德·杜弗在他的《至關重要的塵埃》壹書中寫道:“這些化合物隨著降雨、彗星和隕石散落在毫無生命的地球表面,形成壹張有機物之毯。”這個富含碳的薄層又受到地球和墜落在地球表面的天體的“攪拌”,並遭到強烈的紫外線輻射。由於有地球大氣的阻擋,今天的紫外線輻射比當初要微弱得多。這些物質最終流入大海。著名英國科學家霍爾丹在他1929年的壹篇論文中形象地形容其為“原始海洋成為壹鍋熱湯”。這個過程的主要副產品是壹些棕紅色的黏稠的東西,被命名為“黏性物”或“黏泥”。

那麽生命是如何從像熱湯壹樣的海洋和許多無處不在的黏泥中產生的呢?

因為生物分子,如蛋白質和核酸等是生命之本,它們比較脆弱,在低溫下可以存活很長壹段時間,所以化學家始終堅持認為生命應該起源於低溫,甚至是像木星衛星零下很多度的冰冷環境中。但是人們在火山口附近發掘出來微小的線狀生物的化石,可見構成這種生物的原料也應該來自火山口附近。事實上,現在在火山口和溫度高達110℃的溫泉裏仍然活著最古老的細菌。這些古老火山細菌的存在強有力地支持了生命起源高溫環境說。

探索生命起源的兩個主要研究領域都存在較大的問題。不僅僅是生命最早開始出現的年代被壹再往前推,以至於似乎沒有足夠的時間來發生創造生命的化學變化,而且那些化學反應本身也存在著許多謎。

新的問題猶如烏雲遮蔽了生物進化圖景,這個圖景曾經在“種系樹”上似乎是如此清晰。進化的種系樹是達爾文在19世紀為了表示動物群的演化史而提出來的。種系樹反映了生物的進化史,人們可以沿著它的枝幹追根溯源。第壹張復雜的種系樹圖譜是德國博物學家恩斯特·海克爾繪制的,他同時還創造了“生態學”這個詞。DNA的發現使人們不僅可以繪制出動物和植物的種系樹圖譜,而且可以繪制出構成動植物的生命體的遺傳物質的種系樹圖譜,它能使我們更深刻地理解生命的進化過程。為了繪制這些種系樹圖譜,研究者利用了壹種比較測序的方法,首先測定壹種生物體中組成核酸或組成蛋白質的氨基酸的分子的排列順序,然後把它與另外壹種生物體進行比較。利用這種技術,有可能發現種系樹上的兩根細“枝”的距離究竟有多遠,並揭示出引發種系樹“分出枝丫”(因為生物體的進化或突變)的機制是什麽。

20世紀70年代後期,伊利諾伊大學的卡爾·沃斯把比較測序方法應用到存在於所有生物體的RNA分子上,結果得到了壹張比以前所猜想的要復雜得多的種系樹圖譜。

這棵種系樹有三個明顯的分支,描繪了三類基本的生物體:原核生物、古菌和真核生物。原核生物是細菌類的微生物,古菌是由沃斯提出的新的分類,它是第二組通常可在非常熱的地方如滾燙的溫泉發現的細菌類有機體。真核生物是具有大細胞的生物體,細胞中有壹個與周圍環境隔開的細胞核。真核生物包括所有多細胞生物體如動物和植物,當然也包括人類。

從20世紀80年代早期開始,隨著這三類基本生物體的越來越多基因被解碼,問題出現了。除了沃斯最初的蛋白質模型外,這些基於基因組的三類基本生物體的種族樹圖樣都不同。另外,基因不斷反復的現象令人驚奇,這種變化導致尋找所有基因的***同的祖先變得很復雜,這表明原始基因,即導致生命起源的基因是相當復雜的,這種復雜性並非壹個“起始”基因應有的。唯壹可能的解釋是,假定在生命進化的早期,壹些基因並非壹直突變而形成壹株壹直向上生長並分出許多枝椏的種系樹,而是在水平方向上發生交換。這壹理論被現在所發現的壹些事實所支持,例如,壹些細菌能在水平方向上改變部分基因以使自己更具有抵抗抗生素的能力,這對人類來說是壹件不幸的事。這個推論意味著生命之樹並不具有壹個挺拔的主幹。

現在,專家們把不同時間賦予由DNA形成的樹開始向上,生長並分出枝丫的那些點上,時間跨度從最近的10億年前到以前所猜想的40億年前。就像關於宇宙起源的大爆炸理論壹樣,關於生命起源的理論也很復雜,特別是隨著新的發現和測量方式促進了知識水平的提高,它變得更復雜了。因為這個原因,其他曾經作為空想而消失很久的對生命起源的解釋仍有忠實的追隨者。

我們的地球上的生命會不會是來自太空,來自小行星、隕石和彗星甚至是火星?榮獲1903年諾貝爾獎的瑞典化學家斯凡特·奧古斯特·阿雷尼烏斯創立了生命起源的胚種論,他認為細菌孢子在壹種休眠狀態下在冰冷的宇宙中旅行,當它遇到合適的行星時便開始生長繁衍。阿雷尼烏斯沒註意到致命的宇宙射線可能會殺死細菌孢子。佛瑞德·霍伊爾大肆鼓吹另壹種更離奇的胚種論,他認為類似於1918年流行於西班牙的流感之類的流行性疾病是由於太空中的細菌造成的,人類的鼻子已經進化成能過濾這種太空誕生的病菌了。弗朗西斯·克裏克(他與詹姆斯·沃森、莫裏斯·威爾金斯壹起,因發現DNA的雙螺旋結構而獲得了1962年諾貝爾生理學或醫學獎)與研究生命起源前的化學的先驅者萊斯利·奧格爾壹起甚至走得更遠,他們認為生命是壹些高等的外星文明“播種”在地球上的,他們稱這個假想為“定向胚種論”。

也許在即將來臨的2015年,關於遠離地球的太陽系的生命,人類將發現更多的甚至是驚人的證據。NASA探測器將探測土星的衛星土衛二,這是壹顆表面被冰封的星球,這意味著在其下面可能存在水,這顆探測器將證明宇宙中的生命比壹些保守的科學家所猜想的更普遍。近年來,我們知道地球上的生命存在於壹些極端溫度下,在這樣的溫度下,我們長期以來壹直認為對任何生物有機體來說都是極其不利的。如果在土衛二冰面下發現任何種類的生命,那麽胚種論將提高到壹個新的水平。同時,科學家平息關於宇宙起源的爭論也將變得更加復雜。

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