生命起源

生命是种最为奇妙,最富魅力的自然现象.在现在的地球上,生活着150多万种动物,40多万种植物和20多万种微生物,构成了一个蜂飞蝶舞,鸟语花香,山清水秀,绚凡多彩的生命世界,繁衍进化,生生不息.从高山到平原,从沙漠到草原,从空中到江河湖海,从地表到地下,到处都有生命的踪迹.

然 而,在46亿年前,当地球在宇宙中形成之初,地球不仅受到亿万颗慧和陨石撞击,而且用了大约1亿年的时间,才把高达数千摄氏度的温度降了下来.那时的地球是一个无生命的荒凉沉寂的世界.过了大约10亿年,地球上似乎才有了简单的蓝藻类微生物.那么,地球上最初的生命是何时,何地又是如何诞生的呢?这就是人们普遍关心的地球生命起源的问题.

生命起源是当代的重大科学课题,然而却又是至今依旧了解甚少的最基本的生物学问题.在这篇文章里,我们将介绍有关生命起源的几种学说.

关于生命的起源,历史上曾经有过种种假说,如"神创说"(认为生命是由上帝或神创造的),"自然发生说"(认为生命,尤其是简单生命是由无生命物质自然发生的)等.这些假说多出于臆测,已被 人们所否定.从近年召开的国际生命起源学术会议提出的研究论文看,当代关于生命起源的假说可归结为两大类:一是"化学进化说",一是"宇宙胚种说".

化学进化说主张,生命起源于原始 地球 条件下从无机到有机,由简单到复杂的一系列化学进化过程.宇宙胚种说则认为,地球上最初的生命是来自地球以外的宇宙空间,只是后来才在地球让发展了起来.

化学进化说

核酸和蛋白质等生物分子是生命的物质基础,生命的起源关键就在于这些生命物质的起源,即在没有生命的原始地球上,由于自然的原因,非生命物质通过化学作用,产生出多种有机物和生物分子.因此,生命起源问题首先是原始有机物的起源与早期演化.化学进化的作用是造就一类化学材料,这些化学材料构成氨基酸,糖等通用的"结构单元",核酸和蛋白质等生命物质就来自这结"结构单元"的组合.

1922年,生物化学家奥巴林第一个提出了一种可以验证的假说,认为原始地球上的某些无机物,在来自闪电,太阳国徽的能量的作用下,变成了第一批有机分子.时隔31年之后的1953年,美国化学家米勒首次实验证了奥巴林的这一假说.他模似原始地球上的大气成分,用氢,甲烷,氨和水蒸气等,通过加热和火花放电,合成了有机分子氨基酸.继米勒之后,许多通过模拟原始地球条件的实验,又合成出了其他组成生命体的重要的生物分子,如嘌呤,嘧定,核糖,脱氧核糖,核苷,核苷酸,脂肪酸,卟啉和脂质等.1965年和1981年,我国又在世界上首次人工合成胰岛素和酵母丙氨酸转移核糖核酸.蛋白质和核酸的形成是由无生命到有生命的转折点,上述两种生物分子的人工合成成功,开始了通过人工合成生命物质去研究生命起源的新时代.

一般说来,生命的化学进化过程包括四个阶段:从无机小分子生成有机小分子;从有机小分子形成有机大分子;从有机大分子组成能自我维持稳定和发展的多分子体系;从多分子体系演变为原始生命.

宇宙胚种说

过去和现在,已经提出了许多属于宇宙胚种说的假说,如在1993年7月的第十次生命起源国际会议上,有人提出,"造成化学反应并导致生命产生的有机物,毫无颖问是与地球碰撞的彗星带来的";还有人推断,是同地球碰撞在其中一颗彗星带着一个"生命的胚胎",穿过宇宙,将其留在了刚刚诞生的地球之上,从而有了地球生命.几年前一位空间物理学家和一位天体物理学家也把地球生命的起源解释为:地球生命之源可能来自40亿年前坠入海洋的一颗或数颗彗星,他们也认为是彗星提供了地球生命诞生需要的原材料(他们将之谓"类生命生物").

尽管有科学家对此类假说持强烈的反对意见(他们认为:"彗星是带来了某些物质,但它们不是决定性的,生命所必需的物质在地球上已经存在 "),尽管诸如此类的观点仍是一些尚需进一步证明的问题,但通过对陨石,彗星,星际尘云以及其他行星上的有机分子的探索与研究,了解那些有机分子形成与发展的规律,并将其与地球上的有机分子进行比较,都将为地球上生命起源的研究提供更多的资料.

人的生命是怎样来的呢？

生命的起源

地球在宇宙中形成以后
，开始是没有生命的。经过了一段漫长的化学演化，就是说大气中的有机元素氢
、碳、氮 、氧
、硫、磷等在自然界各种能源（如闪电 、紫外线
、宇宙线、火山喷发等等）的作用下 ，合成有机分子（如甲烷 、二氧化碳
、一氧化碳、水 、硫化氢
、氨、磷酸等等） 。这些有机分子进一步合成
，变成生物单体（如氨基酸 、糖、腺甙和核甙酸等）
。这些生物单体进一步聚合作用变成生物聚合物。如蛋白质
、多糖、核酸等 。这一段过程叫做化学演化
。蛋白质出现后，最简单的生命也随着诞生了。这是发生在距今大约36亿多年前的一件大事 。从此 ，地球上就开始有生命了
。生命与非生命物质的最基本区别是：它能从环境中吸收自己生活过程中所需要的物质
，排放出自己生活过程中不需要的物质。这种过程叫做新陈代谢，这是第一个区别 。第二个区别是能繁殖后代
。任何有生命的个体 ，不管他们的繁殖形式有如何的不同
，他们都具有繁殖新个体的本领。第三个区别是有遗传的能力 。能把上一代生命个体的特性传递给下一代，使下一代的新个体能够与上一代个体具有相同或者大致相同的特性。这个大致相同的现象最有意义 ，最值得我们注意
。因为这说明它多少有一点与上一代不一样的特点
，这种与上一代不一样的特点叫变异。这种变异的特性如果能够适应环境而生存，它就会一代又一代地把这种变异的特性加强并成为新个体所固有的特征 。生物体不断地变异 ，不断地遗传，年长月久
，周而复始，具有新特征的新个体也就不断地出现 ，使生物体不断地由简单变复杂
，构成了生物体的系统演化
。

地球上早期生命的形态与特性。地球上最早的生命形态很简单，一个细胞就是一个个体 ，它没有细胞核
，我们叫它为原核生物 。它是靠细胞表面直接吸收周围环境中的养料来维持生活的，这种生活方式我们叫做异养
。当时它们的生活环境是缺乏氧气的 ，这种喜欢在缺乏氧气的环境中生活的叫做厌氧。因此最早的原核生物是异养厌氧的 。它的形态最初是圆球形
，后来变成椭圆形 、弧形
、江米条状的杆形进而变成螺旋状以及细长的丝状，等等
。从形态变化的发展方向来看是增加身体与外界接触的表面积和增大自身的体积。现在生活在地球上的细菌和蓝藻都是属于原核生物 。蓝藻的发生与发展 ，加速了地球上氧气含量的增加
，从20多亿年前开始，不仅水中氧气含量已经很多 ，而且大气中氧气的含量也已经不少
。细胞核的出现，是生物界演化过程中的重大事件。原核植物经过15亿多年的演变
，原来均匀分散在它的细胞里面的核物质相对地集中以后，外面包裹了一层膜 ，这层膜叫做核膜 。细胞的核膜把膜内的核物质与膜外的细胞质分开。细胞里面的细胞核就是这样形成的
。有细胞核的生物我们把它称为真核生物。从此以后细胞在繁殖分裂时不再是简单的细胞质一分为二
，而且里面的细胞核也要一分为二 。真核生物（那时还没有动物，可以说实际上也只是真核植物）大约出现在20亿年前
。性别的出现是在生物界演化过程中的又一个重大的事件 ，因为性别促进了生物的优生
，加速生物向更复杂的方向发展。因此真核的单细胞植物出现以后没有几亿年就出现了真核多细胞植物 。真核多细胞的植物出现没有多久就出现了植物体的分工，植物体中有一群细胞主要是起着固定植物体的功能 ，成了固着的器官
，也就是现代藻类植物固着器的由来
。从此以后开始出现器官分化，不同功能部分其内部细胞的形态也开始分化。由此可见 ，细胞核和性别出现以后
，大大地加速了生物本身形态和功能的发展 。

生命的起源

关于生命起源的问题，很早就有各种不同的解释
。近几十年来 ，人们根据现代自然科学的新成 就，对于生命起源的问题进行了综合研究
，取得了很大的进展。

根据科学的推算，地球从诞生到现在 ，大约有46亿年的历史 。早期的地球是炽热的
，地球上的一切元素都呈气体状态，那时候是绝对不会有生命存在的
。最初的生命是在地球温度下降以后 ，在极其漫长的时间内
，由非生命物质经过极其复杂的化学过程，一步一步地演变而成的。目前 ，这种关于生命起源是通过化学进化过程的说法已经为广大学者所承认
，并认为这个化学进化过程可以分为下列四个阶段 。

从无机小分子物质生成有机小分子物质 根据推测，生命起源的化学进化过程是在原始地球条件下开始进行的。当时 ，地球表面温度已经降低
，但内部温度仍然很高，火山活动极为频繁 ，从火山内部喷出的气体，形成了原始大气(下图)
。一般认为
，原始大气的主要成分有甲烷（CH4）、氨 原始地球的想象图

(左)原始大气(右)有机物形成

（NH3） 、水蒸气（H2O）
、氢（H2），此外还有硫化氢（H2S）和氰化氢（HCN）。这些气体在大自然不断产生的宇宙射线、紫外线 、闪电等的作用下 ，就可能自然合成氨基酸
、核苷酸、单糖等一系列比较简单的有机小分子物质 。后来
，地球的温度进一步降低，这些有机小分子物质又随着雨水 ，流经湖泊和河流
，最后汇集在原始海洋中
。

关于这方面的推测，已经得到了科学实验的证实。1935年 ，美国学者米勒等人
，设计了一套密闭装置(下图) 。他们将装置内的空气抽出，然后模拟原始地球上的大气成分 ，通入甲烷 、氨
、氢、水 米勒实验的装置

蒸气等气体
，并模拟原始地球条件下的闪电，连续进行火花放电
。最后 ，在U型管内检验出有氨基酸生成。氨基酸是组成蛋白质的基本单位，因此
，探索氨基酸在地球上的产生是有重要意义的 。

此外，还有一些学者模拟原始地球的大气成分 ，在实验室里制成了另一些有机物
，如嘌识 、嘧啶、核糖，脱氧核糖 ，酸等
。这些研究表明：在生命的起源中
，从无机物合成有机物的化学过程，是完全可能的。

从有机小分子物质形成的有机高分子物质 蛋白质
、核酸等有机高分子物质 ，是怎样在原始地球条件下形成的呢？有些学者认为
，在原始海洋中，氨基酸、核苷酸等有机小分子物质 ，经过长期积累
，相互作用，在适当条件下（如吸附在粘土上） ，通过缩合作用或聚合作用，就形成了原始的蛋白质分子和核酸分子 。

现在
，已经有人模拟原始地球的条件，制造出了类似蛋白质和核酸的物质
。虽然这些物质与现在的蛋白质和核酸相比 ，还有一定差别 
，并且原始地球上的蛋白质和核酸的形成过程是否如此，还不能肯定 ，但是
，这已经为人们研究生命的起源提供了一些线索；在原始地球条件下，产生这些有机高分子的物质是可能的。

从有机高分子物质组成多分子体系 根据推测 ，蛋白质和核酸等有机高分子物质
，在海洋里越积越多，浓度不断增加 ，由于种种原因（如水分的蒸发
，粘土的吸附作用），这些有机高分子物质经过浓缩而分离出来 ，它们相互作用，凝聚成小滴 。这些小滴漂浮在原始海洋中
，外面包有最原始的界膜，与周围的原始海洋环境分隔开 ，从而构成一个独立的体系
，即多分子体系。这种多分子体系已经能够与外界环境进行原始的物质交换活动了
。

从多分子体系演变为原始生命 从多分子体系演变为原始生命，过是生命起源过程中最复杂和最有决定意义的阶段 ，它直接涉及到原始生命的发生。目前
，人们还不能在实验室里验证这一过程 。不过，我们可以推测 ，有些多分子体系经过长期不断地演变
，特别是由于蛋白质和核酸这两大主要成分的相互作用，终于形成具有原始新陈代谢作用和能够进行繁殖的原始生命
。以后 ，由生命起源的化学进化阶段进入到生命出现之后的生物进化阶段。

关于生命起源的化学进化过程的研究
，虽然进行了大量的模拟实验，但是绝大多数实验只是集中在第一阶段 ，有些阶段还仅仅限于假说和推测 。因此，在对于生命起源
，问题还必须继续进行研究和探讨
。

蛋白质和核酸是生物体内最重要的物质。没有蛋白质和核酸，就没有生命 。1965年 ，我国科学工作者人工合成了结晶牛胰岛素（一种含有51个氨基酸的蛋白质）
。1981年
，我国科学工作者又用人工的方法合成了酵母丙氨酸转运核糖核酸（核糖核酸的一种）。这些工作反映了我国在探索生命起源问题上的重大成就 。

生命起源是一个亘古未解之谜，地球上的生命产生于何时何地？是怎样产生的？千百年来 ，人们在破解这一谜底之时
，遇到了不少陷井，同时也见到了前所未有的光明
。生命起源之说 ，第一个谜是生命起源的时间问题。第二个是生命起源的方式问题
，生命是怎样起源的？它在什么地方起源的？ 从古至今，有很多说法来解释生命起源的问题 。如西方的创世说 ，中国的盘古开天地说等。但直到十九世纪
，伴随着达尔文《物种起源》一书的问世，生物科学发生了前所未有的大变革 ，同时也为人类揭示生命起源这一千古之谜带来了一丝曙光，这就是现代的化学进化论
。生命起源的化学进化论首先在1953年首先得到了一位美国的学者米勒的证实
，米勒描述的生命起源的事件应该是什么样子的呢？那就是在早期，地球上因为它含有大量的还原性的原始大气圈 ，比如说甲烷 、氨气
、水、氢气
，还有原始的海洋，当早期地球上闪电作用把这些气体聚合成多种氨基酸 ，而这多种氨基酸
，在常温常压下，它可能在局部浓缩 ，再进一步演化成蛋白质和其他的多糖类 、以及高分子脂类
，在一定的时候有可能孕发成生命，这就是米勒描述的生命进化的过程。 地球上的生命也许就产生在距今38亿年到40亿年之间 ，但是我们应该清醒的明白
，我们距离揭开生命起源这一亘古之谜，还有一段遥远的科学历程 。从无机物到有机物 ，到有机化合物到有机生命体的演化，同时还具有很多的偶然性
，并不是有这种环境，有这种形成条件 ，它就能产生生命
。有人曾经比喻说
，这些无机物好像一个垃圾堆里面什么都有，塑料
、塑料瓶子、铁 ，废弃金属 、油
，而生命，一个单细胞 ，就像一辆精美的奔驰车
，在一阵台风过后，这些垃圾组装成了一个奔驰车。因此我们可以想像 ，这个生命起源的过程是非常非常地艰难 。因此
，也许我们在这个蓝色的星球，是生命的惟一的乐园 ，因此请保护我们的地球，珍惜地球上的生命
，我们不能奢望地球上第二次的生命起源
。 在中世纪的西方，《圣经》上描绘的上帝 ，在七天之内造就万物之说
，也是非常流行。今天看来，生命起源并不像这些古老传说 ，或神话描绘的那样
，但表明了人类长期以来，对生命起源之谜倾注了极大地热情和关注 。但生命起源应该是怎样发生的？科学又是怎样对这一千古之谜进行探索的？我们已经取得了哪些进展？还有哪些问题没有解决？这就是我今天要给大家介绍的内容
。 首先 ，生命起源之说
，第一个谜是生命的时间，起源的时间问题。在中世纪的西方 ，人们对《圣经》的上帝造人的故事是深信不疑的
，在1650年，一位爱尔兰大主教根据圣经上所描述的 ，计算出上帝创世的确切时间是公元前4004年，而另一位牧师甚至把创世时间更加精确地计算到公元前4004年10月23号上午九点钟 。也就是说
，生命起源距今的话，是六千年前 ，这当然不是真的
，而真的是什么呢？真的就是用科学的回答，科学是怎么回答这个生命起源的时间呢？那就是说用化石 ，是保存在岩石中的化石来回答
。我们知道
，生物死亡后，它们的遗迹在适当的条件下 ，就保存在岩石之中
，我们把它们称作化石。地质历史中形成的岩层，就像一部编年史书 ，地球生物的演化历史
，就深深埋藏在这些岩石之中，年代越久远的生物化石 ，就保存在岩层的最底层 。 迄今为止，我们发现了最古老的生物化石是来自澳大利亚西部
，距今约三十五亿年前的岩石，这些化石类似于现在的蓝藻 ，它是一些原始的生命
，是肉眼看不见的。它的大小只有几个微米，到几十个微米 ，因此我们可以说
，生命起源它不晚于三十五亿年
。同时我们知道地球的形成年龄大约在46亿年前，有这两个数据我们就可以看到生命起源的年龄 ，大致可以界定在46亿年到35亿年之间。今天
，随着科学的发展，地质学家认为 ，在地球形成的早期
，地球受到了大量的小行星和陨石的撞击，它是不适合生命的生存 。与其说当时地球上有生命 ，还不如说它在毁灭生命，因此地球上生命起源的时间
，它不早于40亿年
。另外，在格陵兰的38.5亿年的岩石中发现了碳 ，这个碳的话
，我们知道，碳分两种 ，一个无机碳
，一个有机碳。另外，这个碳的话 ，它有重碳和轻碳之分
，因此我们可以根据这个碳之中的轻碳和重碳之比，就来可以推测这些碳的来源 。科学家根据碳的同位素分析 ，推测这些碳它是有机碳
，是来源于生物体
。也就是说，这样我们把生命起源的时间大大缩短了 ，也就是在距今40亿年到38亿年之间，自从地球上生命起源之后
，一直到现在45亿年，就是生生不息的生命演化史。 好 ，首先我们现在已经有了生命起源的时间概念
，是距今40亿年到38亿年之间 。那生命是怎样起源的？它在什么地方起源的？这样我们不得不回顾一些有关生命起源的假说
。 第一个是创世说，在《旧约全书》的第一章写到 ，上帝在七天之内创造了世间之万物
，在中世纪的西方大家普遍接受这个观念，可以说一直到现在 ，这种观念还被很多人接受
，当然这也不是真的。第二个呢，是自生论 ，比如说希腊人认为
，昆虫生于土壤，春天万象更新 ，种子从泥土里萌发，昆虫从去年留下的卵壳中破壳而出 。但这不是生命的起源
，而是生命的延续，可以说这个自生论 ，现在已经被彻底抛弃了
。与这个类似的说法
，还有比如说埃及人认为生命来自于尼罗河，在中国古代也有腐草生萤之说。 第三个有关生命起源的假说 ，就是有生源论
，这个在19世纪的西方也相当地流行，有生源论认为 ，生命是宇宙生来就固有的
，你要问我生命从哪里来的，你首先给我回答一个问题 ，宇宙怎么起源的？物质怎么来的？你给我回答了物质是怎么来的
，生命我就可以说是从哪儿来的，其实这是一个不可知论 。在20世纪的后半叶 ，有生源论逐渐发展到现在的宇宙胚种论，直到现在
，有许多科学家认为，生命必须的酶 ，像蛋白质
，和遗传物质的形成，需要数亿年的时间 ，在地球早期并没有可以完成这些过程的充足时间段。因为它就两亿年
，因此他们认为生命一定是以孢子或者其他生命的形式，从宇宙的某个地方来到了地球 ，这种观念也是有一定的依据的
。 二十世纪四十年代以来
，人类用天体物理的手段，在地球之外探测了近百种有机分子 ，像甲醛
，氨基酸等等。其中两种天体可以与地球上的生命有关，它可能给地球带来生命或者有机分子 ，一个是彗星，一个是陨石 。我们知道这两颗天体里边它含有大量的有机分子
，比如我们把一些彗星称为脏雪球
。它们不仅含有固态的水，还有氨基酸 ，铁类
，乙醇
、嘌呤、嘧啶等有机化合物，生命有可能在彗星上产生而带到地球上。或者在彗星和陨石撞击地球时 ，由这些有机分子经过一系列的合成而产生新的生命 。当然这种胚种论也存在着不同的观念
，它有两种致命的弱点，一个是生命是否能在宇宙中进行长期的迁移？还能不能够存活？我们知道天体之间的距离是以光年为计算的 ，天体之间交流可能需要成千上万年
，从一个星球到了另外一个星球
。那在这种真空里面，暴露在这种大量的宇宙射线之中 ，活的生命它是不是在千万年中还能够继续萌发呢？这是一个最大的问题
，第二个从无机分子到有机化合物的过程，这种过程 ，比如说彗星上我们看到有机小分子形成，在地球上也能够形成
，这是不用置疑的。 1859年，伴随着达尔文《物种起源》一书的问世 ，生物科学发生了前所未有的大变革
，同时也为人类揭示生命起源这一千古之谜带来了一丝曙光，这就是现代的化学进化论 。生命起源的化学进化论首先在1953年首先得到了一位美国的学者米勒的证实 ，既然你说地球早期温度都是比较高
，又充满了很多还原性气体，还有水 ，那么我就把这些气体
，把水放在一个瓶子里面，看看它是不能产生生命 ，或者产生有机化合物
。米勒在1953年把氨气 、氢气
，还有水
、一氧化碳放在一个密封的瓶子里面，在瓶子里面两头插上金属棒 ，完了通上电源，通过这个类似于闪电的作用
，确实在几天之后产生了大量的氨基酸。那么就是说在地球上面，在闪电下 ，在常温下
，也能成为无机分子，合成有机分子 。我们知道 ，你氨基酸的话
，是组成蛋白质的最重要的物质，可以说 ，组成生命起源最重要的物质
。因此
，米勒描述的生命起源的事件应该是什么样子的呢？那就是在早期，地球上因为它含有大量的还原性的原始大气圈 ，比如说甲烷、氨气 、有水、有氢气
，还有原始的海洋，当早期地球上闪电作用把这些气体聚合成多种氨基酸 ，而这多种氨基酸，在常温常压下
，它可能在局部浓缩，再进一步演化成蛋白质 ，蛋白质和其他的多糖类
，以及高分子脂类，在一定的时候有可能孕发成生命 ，这就是米勒描述的生命进化的过程。 但是这种温暖水池说
，也遇到一些问题，其中有两个问题 ，第一个问题是现在地质学家认为
，地球早期大气圈它并不是含有大量的还原性气体，它是含有大量的二氧化碳和氮气 ，比米勒的这个气体多一些惰性 。在闪电的情况下
，你并不能形成大量的氨基酸。第二个，温暖的水池在地球早期并不能长期形成 ，为什么呢？因为当时地球早期，刚才说过它有大量的陨石
、流星
，还加上地球本身的放射性，温度很高 ，你这个温暖水池一旦生命产生了
，一个陨星过来，温度在瞬间之内可能达到上千度、甚至几千度 ，生命已经绝灭了
，只能再来一次生命的起源
。但是我们现在就这么想，现今的地球上是不是有温度比较高 ，还有还原性气体
，还有生物存在呢？那么，有两件工作可以说具有划时代的意义 ，一个是1967年美国学者布莱克
，在黄石公园的热泉中发现了大量嗜热生物，我们知道蛋白质一般的话超过六十度 ，就会凝固的，煮鸡蛋六十度七十度以上鸡蛋就熟了
，但是生物，是不是在六十度以上还能够生活呢？在以前是不敢想的。

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