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地球上的生命究竟来自哪里

说到生命的起源,肯定要先给“生命”下个定义——英国巴顿、美国布里格斯等一群科学家的说法很简洁:“生命是由有组织的物质构成的,它能够生殖并被自然选择”——这确实可以作为生命和非生命的本质区别。

对于这个定义,科学界没有更多争议,尽管同意这个定义的人,对生命起源仍有不同见解。

其实,严格来说,属于科学界的,关于生命起源只有两种意见。

一种,以大名鼎鼎的弗雷尔.霍伊尔为代表,后来弗朗西斯.克里克出来“站台”。两人都是英国人,前者是著名天文学家(1915-2001);后者是著名生物学家(1916-2004)。他们猜测,生命起源于地球之外,“漂移来”,或者说“感染了”我们的星球——媒介是彗星。这个观点被叫做“外来说”。绝大多数的相关科学家不排斥这个意见。问题在于,科学秉承“谁提议,谁举证”的原则。你提议之后,拿不出证据,也就只能被搁置。绝大多数的相关科学家认为,证明这个猜想,是科学几乎不可能完成的事情。所以,“外来说”一直被搁置着。

另一种,是绝大多数相关科学家赞同的,并且有众多科学家参与其研究之中,包括弗朗西斯.克里克也在DNA研究方面做出了重要贡献,这就是主张生命起源于地球。这种见解被称为“自源说”。

除以上两种意见之外,其实还有“神创论”观点——认为是神创造了生命包括人类;“智慧设计论”观点——主张地球之外的更高智慧设计了地球生命包括人类,实质也是“神创论”。对此,科学界基本上不与置喙。因为这不是科学问题,也是科学从未证明且无法证明的——谁能证明上帝的存在呢?

然而,科学家们已经证明,“自源说”是成立的。当然,从有所证据到得出结论,至今最多也仅有几十年的时间。

生命何时在地球上诞生?

这是与地球年龄相关的——地球的年龄决定了生命开始出现的下限。

科学家们采用了两种方法。第一种,——通过天文学和行星学的方法,确定太阳系的年龄。再对早于地球的陨石进行放射性测定,证明地球大约增长和形成于43-46亿年前之间。

第二种,通过地质学的方法,确定地球上最古老岩石和矿石的年龄。对加拿大大奴湖片麻岩放射性测定,其年龄为40亿年。对澳大利亚发现的属于地球的锆石晶体进行测定,其年龄约为43亿年。

科学家们从而得出结论,地球年龄至少为43亿年;通常的说法,是形成于45-46亿年前。

科学家们还注意到,早期地球存在过一个被流星和其他大星体不断碰撞的过程,月球由此而形成。这个时期,不适合生命生存。大多数研究表明,这种碰撞大概在40亿年前结束。这就是生命起源的下限。

有足够的证据证明,地球上的生命产生于38.5亿年前,因为科学家们发现了格陵兰这个年代的沉积岩中的油母页岩。油母页岩是一种化学化石,是生命体在腐烂和变态过程中形成的。

科学界由此总结说,生命很可能起源于地球最后的增长阶段(距今约40亿年)和已知最早的化学化石形成(38亿年前)之间的2亿年间。并给出了一个发展时间轴,单位是10亿年——

地球形成(4.5)—稳定液态球(4.2)—前生命化学时代(4.2-4.0)—前RNA世界(约4.0)—RNA世界(约3.8)—DNA出现及蛋白质生命(约3.6)—所有生命的最近祖先(3.6至现在)。

英国著名的生物化学家尼克.莱恩极具风趣,他说,“寻找生命起源的任务,不是试图重建公元前38.51亿年前那个星期四早晨六点半发生了什么,而是寻找那些主宰了宇宙间任何生命起源的一般规律,特别是适用于我们行星的规律”。科学要展示的是,“生命起源并不是人们有时喜欢说的伟大奥秘;相反,生命从我们星球的旋转中诞生,几乎是不可避免的”。

生命是怎样在地球上出现的?

对此的探索,科学家们有两个思路。

一个,是运用试验方法和理论方法模拟早期生命或者早期地球的条件。

另一个,是比较现存的生命体以确定什么系统是古老的、什么是新发生的,从而确定最早生命的特征,其遗传系统是什么,怎样代谢。

科学家们发现,无论如何,这两种思路都必须解决如下问题——

1.从无机分子形成简单的有机分子。

2.化学“进化”形成较为复杂的有机分子和代谢网络。

3.自我复制和“基因型”起源。

4.结构化和细胞产生。

5.基因型和表现型的关联。

6.遗传密码起源。

7.早期涉及DNA自我复制系统的发生。

其实,早在达尔文时代的有机化学实验,已经证明了复杂的有机分子可以由简单的无机分子合成,如有机化合物尿素的合成。后来又发现糖也可以合成。

关于第一种思路,值得一提的是1953年。尼克.莱恩说,这是个“奇迹之年”。这一年里,有伊丽莎白女王二世加冕、珠穆朗玛峰首次登顶、《花花公子》发行、詹姆斯.邦德首次露面、发现DNA结构,当然还有米勒-尤里实验——生命起源研究领域的象征性起源。

斯坦利.米勒是个博士研究生,他在诺贝尔奖得主罗德.尤里的实验室里,用一个大玻璃烧杯装了水和混合气体,模拟“他认为的”地球大气原始组成。尼克.莱恩说他创造了“一锅原始汤”,通了电后产生了氨基酸——生命的基本组成原件。为此,米勒登上了《时代》周刊的封面。

后来,“原始汤”逐渐失宠了,因为它所模拟的环境与地球最早期的条件相去甚远,而且仅靠热力学解决不了生命起源的问题。有科学家说,“原始汤”的想法是有害的;但同时也是有益的,其给后来的研究带来了启发。

关于第二种思路,必须提到的是1977年。美国海军深潜器“阿尔文号”降到了加拉帕戈斯群岛的裂谷里,发现了深海热泉口。让人震惊的是,在这里发现了巨大的长达两米的管状蠕虫,和餐盘大的蛤及贻贝。热泉口被命名为“黑烟囱”。接着,类似的“黑烟囱”又被发现了数百个。

很快,热泉口的环境条件,就被研究生命起源的科学家注意到了。最早的是华盛顿大学西雅图分校的海洋学家约翰.巴罗斯。德国化学家甘特.瓦西特肖瑟提出,生命最早的引擎是硫化氢和铁的反应,形成矿物黄铁矿,也叫“愚人金”。这个自发进行的反应释放出的能量,能够被细菌捕获。20世纪80年代,麦克.罗素提出,热泉口形成的碱性环境对于生命的起源最为重要。

2000年,“亚特兰蒂斯号”深潜器上的科学家,在距离大西洋中脊15公里的一处水下山脉,发现了“理想”的热泉口。这座山脉恰巧也叫做“亚特兰蒂斯山”。

所谓“理想”,就是科学家们设想的条件——“生命来自生长的硫化铁空泡聚合体,其中装有高度还原的碱性热泉口溶液。40亿年前,这些小泡位于富硫海底热泉口,距离海洋扩张中心有一段距离,因水压而形成。”

亚特兰蒂斯这样的热泉口,是生命起源的理想孵化场,是生命的摇篮。

尼克.莱恩说,科学家们面对生命起源问题,采用的是自下而上的策略——确定早期地球上最可能存在的地球化学环境和热力学梯度。科学家们认为,生命起源最可能的场景是温暖的深海热泉口,氢气从中冒出,进入二氧化碳饱和的海洋;天然的电化学反应堆可能足以既生成有机分子又生成能量。

2005年,具有传奇色彩的生物学家恩斯特.迈尔101岁时去世。离世前两年,他亦认为海底热泉破解了地球生命“从无到有”的关键一环。

前面提到的生命生成中七个问题中的后五个问题,分子生物学已经给出了科学的解释。巴顿、布里格斯等人所写的《进化》一书第四章中有详细讲解。这本书是美国大学的生物学本科及研究生使用的教材。另外,尼克.莱恩的《生命的跃升》清晰讲述了地球生命的起源。

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