Astronomy 版 (精华区)

发信人: reise (旅行), 信区: Astronomy
标  题: 第六篇：生命的元素
发信站: 哈工大紫丁香 (2003年05月22日11:01:01 星期四), 站内信件

　

    生命分子来自宇宙空间？

    二十世纪六十年代，天文学有三大发现，其中之一就是观察到星际分子。而最
早发现的星际分子是氨，后来是甲醛，接下来有氰化氢、丙炔腈等等，当然还有水、
碳氢化合物的自由基等。

    另一项研究是对碳质球粒陨石的研究，这是一种含有碳化物的陨石。早期的研
究发现其中含有泥炭、铵盐，甚至碳氢化合物，后来对陨石的分析又发现有多种有
机化合物。于是就提出生命物质是由陨石带到地球上来的。但是对这些有机化合物
是陨石本来就带来的，还是落到地球上以后被“污染”上了的，说法不一，引起了
不停的科学争论。

    所谓“污染”既包括与地球环境接触后吸附上的有机物，也包括陨石中碳化物
与水等反应生成的碳氢化合物。而我们由月球上，和由火星上多次取样（严格防止
“污染”）分析的结果目前都没有发现生命痕迹。但是，陨石会带来外空间的有机
分子已成为地球上生命起源的假设之一。研究陨石、彗星的化学成分也是探索生命
起源的重要途径之一。

    根据对地球上的岩石以及化石研究，地球的年龄约为46亿年，大约在40亿年前
出现最早的生命——原核类生物，又过了约20亿年，才发展为真核生物，以后进一
步演化为无脊椎动物、维管束植物、脊椎动物，直到灵长动物。

    至于初始的几亿年，如何由无生命的有机分子形成能自我复制的复杂的有机体
——生命。这至今还不是十分清楚，一直是科学家们研究的重要课题。

    总之，在地球的形成过程中产生了有机分子，可能是在原始气氛中自动形成的，
也可能是地球在吸积陨石物质时，由陨石带来的，也可能是碳质球粒陨石投人到
地球的原始海洋中，通过化学反应生成的。而这些有机分子在地球的原始气氛中相
互组合，终于发展成生命。

　

    生命的元素

    上面我们已经提到前生命的各种有机分子，包括氨基酸都可以在地球演化的早
期自然合成，这就奠定了生命起源的化学基础。虽然最关键的问题目前我们还若明
若暗，但不管怎样说，生命在地球上形成并发展了。在这里不可能详尽地研究生物
的进化过程，以及先有鸡还是先有蛋，恐龙为什么会灭绝，今天的猴子为什么不变
成人，等等。在这里还是要从宏观和微观世界的规律来看生命的过程。

    正如上面所说，生命是宇宙物质演化高级阶段的产物。这首先就提出了构成生
命的基本元素。生命的元素的分布情况：碳、氧、氮、氢、硫占生物体的95％以上，
再加上钙、磷、钠、钾、氯、镁、铁共占99.9％以上。此外生物体中还有一些微
量元素，主要有硼、氟、硅、锰、铜、碘、鋅、钴、钼等。

    如果我们回到宇宙间元素分布的情况看，那就是氢最多，氦次之，然后是碳、
氮、氧、硫、磷、铁e，这也正是形成生命最重要的元素，也是宇宙间丰度最高的
元素。

    从微观世界来看，氢是最基本的元素也是最原始的元素；氦是最稳定的元素核
(α粒子)。以下的最丰富的元素大多是氦的倍数，碳是三个氦形成的；氧是四个氦
形成的；硫是八个氦形成的；钙是十个氦形成的……。这些稳定的元素核名叫 α
粒子核。实际上，最稳定的(从核能的角度来看)铁也是α粒子核，它相当于14个氦
核组成的。

    所以从微观来看，组成生命的基本元素，其核特征也是相对最稳定和最丰富的。

　

    太阳不是第一代恒星

    前面我们一再提出生命是宇宙物质演化高级阶段的产物。如果我们的太阳仅仅
是第一代恒星，也就是说基本上完全是氢组成的，那它周围是否能形成行星都要成
问题。因为这时的行星没有高级元素作原料，如果能形成也不过是小的氢的团块，
很难凝聚，并会被太阳风所驱散，所以第一代恒星是不可能同时形成行星系的。

    我们现在的太阳是第二代甚至第三代恒星，所以它具有丰富的元素内容。而我
们太阳系的行星，则完全是上一代或上几代太阳（恒星）残骸组成的。上一代老死
的恒星破碎散漫在宇宙空间，就形成铁质以及其他元素的粒子，上一代爆炸的“超
新星”形成比铁更重的元素以及放射性元素。它们结聚起来形成我们太阳系的行星。

    我们的行星有一个致密的铁的核心，我们的行星有丰富的矿藏（各种元素组成
的），我们的行星有自己的能源，主要是天然放射性元素蜕变供给的能量。这一切
说明我们正在享用着上一代太阳的遗产。是在上一代太阳的残骸上建立了行星系，
包括我们的地球。我们的能源主要依靠于今天的太阳，但我们在地球上开发出来的
核能则是上一代超新星爆发时积累的能源。没有这众多的元素，没有必需的能源，
生命就不可能产生。

　

    展望未来

    生命由海洋中产生。动物的血液（包括人的血液）就其元素组成来说与海水的
盐类组成很接近。下面是人血与大洋水的溶解的总盐的成分对比。

    成分　血的含量％　  大洋水的含量％ 

    氯　  49.3　       55.0

    钠　  30.0       　30.6

    氧　  9.9          5.6

    钾　  1.8          1.1

    钙　  0.8          1.2

    由此我们似乎可以认为动物的血液维持了古海洋的成分，生命源于海洋由此得
到例证。但是又出现了新的矛盾，那就是植物，植物的体液照理也应该与海水的盐
含量相当，但是即使是海洋里的植物，其体液的成分也与海水相去甚远。

    总之，生命起源之谜并没有最后解开，而目前我们正从两端向中心趋近。一方
面我们早已了解到生命起源后从低级到高级的演化链条，另一方面通过对宇宙物质
演化的研究，了解到生命元素的起源和生命前分子产生的机制。问题就在于如何从
两方面合拢。

    应该说二十世纪科学的最重大发现就是发现了DNA的双螺旋结构，而与之相关
的就是另一条长链RNA，现在的看法是最原始的生命由RNA产生。问题在于生命前分
子是如何组成有生命的RNA的。有的假说认为是警星投人到原始的海洋中带来了生
命，但是彗星上的生命分子又是如何产生的呢？没有明确的答案。

    现在正类似上世纪末发现电子时的情况，电子以及放射性的发现为本世纪初打
开原子的大门提供了钥匙。而DNA和RNA结构的发现将为下一世纪彻底打开生命的大
门提供了钥匙。可以预料下一世纪将是生命科学的世纪，生命之谜一定会被解开。

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