Science 版 (精华区)

发信人: crazy (雪山), 信区: Science
标  题: 生命起源的探索(1)
发信站: 紫 丁 香 (Mon Mar 27 03:19:36 2000), 转信


    上个世纪，在生物学上已有两项最伟大的发现：“细胞学说”和“进化论”。前
者揭示了所有生物都是由细胞组成；后者则指出地球上的生命由简单的生物缓慢地发
展为复杂的生物。它告诉人们：所有的生物都来自另外的生物，所有的细胞都来源于
其他的细胞。换句话说，新的生命仅仅从旧的生命形成。那么，人类又面临这样一个
新的问题：在地球早期的历史中，肯定有地球上没有生命这样一个时期，生命又是怎
样来的呢?
    有漏洞的假说
    生命的起源引起了科学家的种种猜测。1908年，瑞典科学家阿瑞尼乌斯出版了一
本《塑造中的世界》，对此进行了大胆的猜测。他认为，光实际上对它所照射的任何
物质都有一种很微弱的推力，如果光很强而物体很小，光的推力就会比重力大，就会
使物体朝远离太阳的方向移动。
    阿瑞尼乌斯认为：如果有生命的细胞被吹进远离地球表面的稀薄的大气层，它们
将会被阳光的推力捕获，从而推离地球。此时，某些细菌细胞也许可以进入一种“假
死”状态。在这种状态下，由于缺乏食物和水分，这些细菌细胞就可能形成一层厚厚
的壁，把自己包围起来。在厚壁之内，它们能够耐得住冰冻与沸煮。阿瑞尼乌斯将这
种处于“假死”状态、并带有厚壁的细胞称为“孢子”。
    在光的推力作用下，孢子能够在太空飘游许多年，甚至可以飘游几百万年而不死，
有朝一日，这些孢子会落在一些小行星或者某个没有空气和水的寒冷星球，这样，孢
子将被迫永久地保持孢子状态，直到它很耐久的生命火花熄灭为止，或者，它可以落
在一个非常热的星球上，使之被烧焦致死。
    但是，如果孢子落在一个温暖、有适宜的大气和由水构成的海洋的星球上，那么，
孢子的壁就会自行裂开，细菌细胞便开始再度活跃起来，将一次又一次地分裂，形成
许多同它自己一样的细胞。再经过一个漫长的时期，这些细胞将变得更为复杂，它们
将进化成多细胞生物，最后，整个行星就会拥有数百万种生物。
    阿瑞尼乌斯猜想，地球上的生命就是这样起源的：在几十亿年以前，一个来自遥
远行星的孢子进入了地球的大气层，它落到了地球的海洋中并开始生长，经过不断的
进化，成为今天这样的世界。
    这确是一种很有吸引力的假说！许多科学家都满意这种说法，但是，人类随后的
科研成果证明，这种假说存在着两大漏洞。
    第一，细菌孢子虽然可以在外层空间的各种条件下存活，但并不是所有的地方都
可以。天文学家逐渐发现，太阳不仅可以发出可见光，而且还能发射出各种各样的与
可见光相类似的辐射：红外线、无线电波、紫外线和 X射线等等。这些辐射有的能量
弱于可见光，有的则强于可见光。红外线、无线电波的能量弱于可见光，紫外线和 X
射线的能量却比可见光强得多。能量越是高的辐射，对生命越有危害。
    在外层空间，紫外线和 X射线很强，很容易穿透孢子壁，杀死里面的生命之芽。
如果孢子从其他星球向我们太阳系飘移过来，它们可能落在最外围的那些行星上而不
致受到伤害，但是，若飘落在冥王星或海王星上，它们将遇到极寒冷的气候而不能发
育。随着它们渐渐地漂向地球，它们就会进入到阳光很强的区域，在它们真正能够抵
达我们的地球之前，阳光中的高能辐射早就把它们杀死了。因此，使地球上出现所具
有的生命孢子，不可能是从遥远的行星来到的。
    第二，阿瑞尼乌斯的假说并没有完全回答生命是怎样开始的。他只是把整个问题
在时间上往前推，说明生命不是在地球上产生的，而是很久以前在一些很遥远的行星
上形成的，并且，又从其他行星上来到地球。但是，在其他行星上生命又是怎样开始
的呢?
    必须承认，无论是在哪里，有生命的物质最初一定是由无生命的物质形成的，这
才是问题的症结所在。如果生命是在某个地方由无生命物质产生的，那么，在地球上，
同样也可以照此由无生命物质形成有生命物质。
    通向生命之路
    要研究生命的起源，只要从十分渺小的生命开始就可以了。在生命形成之前，应
该先出现单个的细胞——小得只有在显微镜下才能看见的生命。科学家们已经知道：
细胞也是十分复杂的，它由膜包住，膜的里面是大量具有某种精巧组织结构的有机物，
它们与无机物的区别在于：无机物分子所含的原子数目较少，而有机物分子所含的原
子数目比较多。科学家在研究有机化合物怎么由无机化合物形成的时候，实际上也就
是在探讨：小的、简单的分子是怎样形成大的、复杂的分子的。
    到本世纪40年代，科学家们已经发现：所有的细胞，不管是植物的、动物的，还
是细菌的，毫无例外，都是由两种比其他物质更重要的物质构成，这两种物质就是蛋
白质和核酸。蛋白质和核酸都是由非常大的分子形成的。蛋白质是由氨基酸组成的，
大多数蛋白质只有20种不同的氨基酸，它们可以有许多不同的组合方式，每一种组合
方式构成一种略有区别的分子。核酸分子是由更小的化合物——核苷酸组成的长链，
每一个核苷酸都由几十个原子组成，其中包括碳、氢、氧和磷。每一个核苷酸分子由
3 部分组成：第一部分是由碳原子和氮原子构成的嘧啶或嘌呤，第二部分是核糖或脱
氧核糖，第三部分是含有一个磷原子的磷酸盐基。
    科学家在探索生命的起源中，开始研究由无机物变成氨基酸和核苷酸的途径。由
于两者含有碳、氢、氧、氮元素，所以，必须寻找地球早期可能存在的元素。
    与此同时，天文学家逐渐地得出了结论：宇宙间最普遍的原子是最简单的两种：
氢和氦。一般地说，宇宙间所有元素中90%是氢，9%是氦，其他全部元素只占 1%，而
且，这些其他元素中，大部分又是碳、氮、氧、硫、磷、氖、氩、硅和铁。
    氦原子不与别的任何原子结合，但氢原子却不同，它的存在量很大。因此，凡能
与它化合的任何一种原子都会与氢化合。这样，1个碳原子与4个氢原子结合可以形成
甲烷，1个氮原子与3个氢原子结合可以形成氨，1个硫原子与2个氢原子结合可以形成
硫化氢，1个氧原子与2个氢原子结合可以形成水。这些含氢的化合物都是气体，或者
是容易变成气体的液体，所以，它们都能在原始的大气中和海洋中找到。这种含有甲
烷、氨、水和硫化氢的大气被称为Ⅰ型大气。
    1932年，科学家发现：在又大又冷的行星——木星上，主要大气是氢和氦，另外
还含有大量的氨和甲烷，这为研究生命起源的假设条件提供了证据。由于地球的引力
不会像木星那样大，所以，不能吸住非常小、非常轻的氦原子和氢原子，因此，科学
家们推断：在很早以前，地球的大气层中主要包含着氨、甲烷、硫化氢和水蒸汽，大
部分的水用来构成海洋，海洋中的水溶解着硫化氢和氨，也少量溶解着甲烷。但是，
氢和氦是构成原始大气的主要成分，而与生命息息相关的重要元素氧却十分稀少。
    1929年，英国生物学家约翰·霍尔丹提出一种大胆的设想：氧并非从一开始就存
在于地球大气层中。他认为：植物在由无机物形成有机物时，总是要用掉二氧化碳，
产生氧气，所以，他认为现在地球中大气层中的所有氧气都是植物作用而产生的。在
有生命之前，大气层中以氮、二氧化碳和水蒸汽为主，并有一个溶有大量二氧化碳的
海洋，这种大气称为Ⅱ型大气。由于地球离太阳太近，大量的紫外线照射到地球的大
气中，这些紫外线有很强的能量，足以使高层大气的水蒸汽分子分解成氢和氧，氢飘
出了大气层，而氧由于较重而留了下来。氧可以与甲烷中的碳原子和氢原子结合，形
成二氧化碳和水，也可以与氨中的氢结合形成水，剩下的氮组成氮分子。由于越来越
多的水被紫外线分解，大气中的甲烷和氨逐渐地全部转化成了氮和二氧化碳，直到游
离的氧在光能的作用下，在15英里左右的高度上形成了能吸收太阳紫外线的臭氧，这
样，紫外线被遮住，水分子不再分解，不等氧气真正充满大气时，整个反应过程就停
止了，一直到植物出现并利用叶绿素开发能够穿过臭氧层的可见光能时，这一过程才
重新开始，大气中才充满了氧气。
    霍尔丹认为生命起源于Ⅱ型大气中，但是，俄国生物学家亚历山大·奥巴林却有
不同的想法。1936年，奥巴林出版了《生命的起源》一书，他认为生命起源于第Ⅰ型
大气。甲烷、氨、水和硫化氢都是各自包含3～5个原子的甲烷、氨、水和硫化氢小分
子，其中有碳、氢、氮和硫原子，它们都可以结合成为更大的氨基酸分子。
    哪一种意见正确呢？当时还无法证明。直到1950年，美国加利福尼亚大学的卡尔
温，才开始动手进行这方面的试验。
    1950年，他开始研究Ⅱ型大气的一个部分——二氧化碳和水蒸汽。他有意不把氮
放在一起研究，想看看到底能生成什么物质。
    卡尔温也知道，在早期地球上，紫外线是最可能存在的能源，但是，他不喜欢这
样做，他选中了某些总是在爆炸的原子中释放出来的能量。他认为：地球上的放射性
元素缓慢地分裂着，以至于这些原子每年都略有减少，那么，在数十亿年以前，地壳
中的放射性元素一定要比现在多一倍以上，放射性的能量对于形成生命也许曾是很重
要的。
    于是，他用放射性原子爆炸放出的高速粒子去撞击气体混合物，然后，再测定这
些混合物，发现除了二氧化碳和水以外，在溶液中还有一些非常简单的有机分子，比
如甲醛和甲酸，这说明在原始地球条件下，分子可以由简单变得更复杂，而新形成的
复杂分子由于比原来的分子的含氧量少，所以氧就会越来越多。
    
--
                      ===============CRAZY================
                      =                                  =
                      =   e_mail:hitclub@0451.com        =               
                      =                                  =
                      =        文武之道 一张一弛         =                          
                      ====================================

※ 来源:．紫 丁 香 bbs.hit.edu.cn．[FROM: 202.118.243.5]