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第2章 地球生命溯源探幽(1)

我们从何处而来

从肉眼无法看见的细菌,到体形庞大的鲸;从极其原始的某些单细胞病毒,到进化程度最高的人类,都有着一个共同之处:他们都是“生物”,都是由氨基酸、核酸、多肽、生物碱等一些微小的有机分子构成的。这有点像儿童玩“搭积木”一样,一块块看似简简单单的积木,却能组合成千姿百态的形状。但是,这些有机分子———生命的“积木”,究竟又来自何方?

早在19世纪70年代,维克拉玛辛、霍伊尔等一些科学家,在遥远的恒星周围的尘粒中发现了据他们认为是生命痕迹的东西。由此,他们做出以下推断:

在一颗与太阳相仿的不知名的恒星的轨道中,运行着一颗微不足道的彗星。在它的体内,一个只有在显微镜下才能看到的外星生命的“种子”———孢子,正静静地躺着,安稳地休眠。不知过了多少年,恒星的引力突然发生了变化,导致这颗彗星从原来的轨道中越了出来。在后来长达一亿多年的时间中,它一直在广漠、寂静而冰冷的宇宙空间里独自遨游。直到有一天,这颗彗星闯进了太阳系。先是几颗巨大的气体状行星从它身边呼啸而过,然后,在它面前出现了一颗庞大的、夹杂着片片褐色的蓝色星球———地球。彗星与无数宇宙尘埃和陨星碎片一起,撞击在地球上,碎裂开来。在它体内休眠了几亿年的孢子,被抛进了地球表面温暖的海洋中。这颗珍贵的生命种子,在某些催化剂的作用下,通过一些化学反应和生物反应,形成地球上最原始的生命形式。这大约是在33亿年前,从此,地球的历史完全改写了,一个全新的、孕育着生命的世界就这样开始了。

然而从一开始,很多人就对这犹如天方夜谭般的假设提出了怀疑。地球上的生命为什么一定是茫茫宇宙中一个突然闯入的“不速之客”带来的?彗星体内的孢子生命力有那么强吗?难道地球本身不可能通过一系列化学变化和生物变化而孕育生命吗?尤其是在1953年以后,由于一个美国化学家的实验,维克拉玛辛和霍伊尔等人的假设,更被大多数科学家冷落在了一边。

那一年,美国圣迭戈大学一位年轻的化学家斯担利·米勒,进行了一个有趣的实验。他先把甲烷、氢气、氨气和水蒸气等气体,按照“地球原始状态”时的组成比例,混合在一个玻璃瓶中。然后,他用电流模仿古老的、也是今天常见的气候现象———闪电,轰击这些气体。在一个星期后,米勒惊喜地发现,在玻璃瓶中出现了一种从未见过的橘黄色气体。通过测定,这一气体中含有大量氨基酸等有机物质。此后,德国科学家格罗茨和维森霍夫也进行大致类似的实验。他们先按照“地球原始状态”配置气体,然后通过对这些气体进行紫外线照射,也同样得到了氨基酸。

到20世纪60年代,科学家奥罗利用氰化氢等物质,成功地合成了核酸的重要组成成分之一———腺嘌呤。1963年,波南佩鲁马等科学家通过紫外线照射,得到了在生命体中用于传输能量的重要物质———ATP。这些实验证明:在一定的物质条件和能量条件下,即使没有生物酶的参与,从无机物转化为有机物、从简单的有机物转化为复杂的生命物质的进化过程,也完全有可能在地球上实现。于是,“地球生命自生说”在这些科学实验的支撑下,渐渐战胜了“地球生命天降说”。

在一些人看来,地球生命诞生的奥秘,似乎从此解开了。但是且慢,“地球生命自生说”实际上得意了没多久,就又遇上了新的挑战。原来,科学家们发现,在太阳系的九大行星中,木星、土星、天王星和海王星的大气成分以甲烷(CH4)、氨气(NH3)为主,而火星、金星等类地行星的大气,则是以二氧化碳(CO2)为主的。马上有人提出:凭什么断定“原始状态”时的地球大气中,一定含有甲烷而不是二氧化碳呢?

另外,科学家们最近的研究还发现,某些微生物和病毒孢子的生命力之强,超出了人们的想象。如在20世纪80年代,荷兰天体物理学家彼得、韦伯和梅奥·格林伯格,把地球上的枯草芽孢杆菌放在低温中,用相当强的紫外线(2000A毅~3000A毅)和真空紫外线(1000A毅~2000A毅)来照射,实验结果令人大为吃惊:如此强烈的紫外线轰击,竟然没有杀死它们。由此他们推断,99.9%的孢子即使在裸露的情况下也可以在宇宙空间存活约2500年。更何况在星际空间中,孢子并不是完全裸露的,而是躲在陨石或宇宙尘埃的缝隙中,为自己披上了一件坚固的“装甲”。韦伯等人还认为,有些孢子能将周围的分子吸收到自己的表面,形成一道屏蔽宇宙辐射的保护层,这就能使它们的寿命达到450~4500万年,甚至永不死亡。

如果是这样的话,几十亿年的“星际旅行”又算得了什么呢?

科学家霍利尔还别出心裁地检验了细菌的生命力。他动用足以置人于死地的强烈X射线,照射一个“微不足道”的细菌。结果发现,虽然细菌的基因组织(即脱氧核糖核酸)的双螺旋结构上出现了10000多个大大小小的裂痕(这表明细菌受到了巨大的损伤),但它依然能够进行顽强有效的“自救”,后来竟成功地活了下来。看来,无论是强烈的宇宙辐射,还是干燥冰冷的恶劣环境,都无法消灭这些生命的种子。

1967年4月20日,美国的无人宇宙飞船“观察者3号”在月球表面进行探测时,不慎将一台电视录像机“忘”在了月球上。两年后,美国载人宇宙飞船阿波罗号光临月球,将这台电视录像机带回。科学家们马上对它进行“隔离检查”,检查中竟发现了活的链球菌类细菌。

1977年,李森科等科学家将一个取样器投放在距地面75千米的高空中,收集大气层上部的空气样品。在采集的大气样品中,他们发现了30多个活的细菌。可能是为了抵抗高空强烈的紫外线辐射,这些细菌的颜色明显深于地球表面的细菌。科学家们推断,这表明它们并不是来自地球表面,而是来自宇宙空间。

1983年1月,美国、英国、荷兰三国联合研制、发射的红外线天文卫星,已经在星际云层中发现了一种结构相对较为复杂的有机体———多环芳香碳氢化合物(HAP)。它是由数十个碳原子通过不同的排列次序组合而成的。既然连这些“硕大”而复杂的有机分子,都可以在条件异常恶劣的宇宙空间中大量存在,那就更不用说一些结构更原始、更简单的孢子了。

在领略了这些“简单生命体”生命力的强大后,人们不禁又想到了那个久已萦绕在心头的疑惑:地球上的生命究竟是地球本土的“特产”,还是“天外来客”的“后裔”呢?如今我们这个星球已经不缺乏生命,但是还像遥远的天文时代一样,几乎每年都有很不起眼的、浑浑噩噩的“天外来客”光临。

这些陨星、彗星、流星或是小行星的碎片,不断地降落在高山、峡谷、丛林、海洋。也许它们身上到处都包含着已经沉睡了几千年甚至是几万年的、我们所看不见的生命的种子、生命的信息。

我们目前虽然无法彻底解开地球生命诞生的奥秘,但是因为有了这么多新的重要发现,寻求生命起源的历程也由此变得奇妙有趣了。因为我们知道,自己有可能是外星生命的后代;而地球上的一草一木、飞禽走兽,包括我们自己,都可能最终来自那些古怪、难看的陨石块。

生命起源的星星之火

人类与生命起源

十几亿年前,在各种自然外力的不断作用与影响下,生命悄无声息地来到了地球。也许生命早已存在与其他星球或者说生命的诞生本就随着宇宙的大爆炸应运而生。我们人类只有几十万年的到一百多万年的历史,人类科技的飞速发展也不过是近几百年来的积累。相对于亘古的时间,也许人类还不够能力与资格来谈论“生命”这个神圣的现象。但是人类已经在地球上经过了百万年的进化,经历了百万年的风风雨雨。他是目前地球的主宰,是地球上智慧最高的生物。人类不像一般生命那样,盲目或者被动地去适应周围的生存环境。人类是肉体与精神胶合的一种生命现象。人类对生命的探索,起源与其神圣的地位以及对外部环境主动探索、适应、改造的天性。正如生命经过了十几亿年的演化与进化,人类也有足够的自信确保其自身不断演进,去发展自己的群体,在地球上建造一个宇宙中的乐园。

原始生命的起源

现代科学认为,在地球最初形成的时期,表面充满着原始大气层,后来这些原始大气发散到太空中去,但地球内部不断地释放出二氧化碳、一氧化碳、甲烷和氨等气体,地球表面和大气层中,火山和雷电等巨大能量不断释放,这第二代大气又不断地变化,形成占大气99%的氧气和氮气,有了这个大气层,地球表面温度变化就可以保持在一个相对稳定的范围内,初步具备了形成生命的条件。地球诞生初期,形成生命的基本物质蛋白质和氨基酸等就已经存在了,这样蛋白质和氨基酸、氮和氧、铁、磷、硫等基本元素,经过漫长时间的相互作用,生命的基本形式出现了。

1928年,德国著名的有机化学家弗里得里希·维勒(1800—1887)人工合成了尿素,尿素虽然是一种有机化合物,但却是从无机物中制造出来的,彻底打破了传统上认为有机物和无机物之间不可跨越的界线。科学家们进一步研究发现,生命是由细胞组成的,构成细胞的几十种元素,在自然界中广泛存在。1952年,美国人斯坦利·米勒突发奇想,进行了一个大胆的试验,他在一个烧瓶里装入几种气体———甲烷、二氧化碳等地球原始气体,然后他用电火花轰击烧瓶,因为据说雷电是形成生命的最初能量来源,他静静地等待着,几天后,他的努力没有白费,有一种十分油腻的物质,黏附在烧瓶壁上,经过检验正是形成生命的初始物质———氨基酸。米勒由此获得博士学位,并一度成为国际上生物化学领域的领头人。

随着现代科学的发展,科学家们在陆地和空中发现了大量生命基因物质。

1969年澳大利亚发现了著名的默契森陨石,它的表面布满了氨基酸。中国科学家们也发现了具有原始形态的多细胞生命物质,存在的时间至少可以追溯到20亿年前。美国国家太空总署的U2高空侦察机,在10000米的高空,收取到了从大气平流层向下飘落的彗星尘埃,发现里面充满着有机物质,和漂浮着的生命分子,美国著名科学家卡尔·萨根(1934—1996)认为,生命的初始物质就是这样来到地球的。

这些生命科学的成果告诉我们,地球上最原始的生命,可能有两个来源,第一是从地球诞生开始,在地球表面和大气层中,就广泛地分布着大量的各种形式的生命基因物质;第二是来自外太空的生命基因物质,伴随着外太空陨石和风雨雷电,不断地降落到地球上。但不管是来自哪里,这些生命基因必然是多种多样的,不会处在同一条起跑线上,必然是有高级和低级、先进和落后的区别。在漫长的时间长河中,高级的生命基因不断向高级人类形式过渡,低级的生命基因在相对低级的范围内获得发展,形成今天地球上丰富多彩的生命形式。

生命起源与演化规律

以生物化石为依据,配合现代的科学技术方法,经过几百年的研究与探索,人类不断地纠正先前理论的错误,补充其中的不足。人类发现,生命的演化基本上遵从了从单细胞到多细胞,从水生到陆生,从低等到高等,从简单到复杂的一个自然过程。

也就是说生命的演化大体上还是遵从了特定的自然规律。它以无机物为素材,以自然界中各种各样的自然现象为动力,经过时间的历练,不断地超越自我,完善自我功能,使生命本身的结构、功能不断地适应着周围生存环境的变化,从而开创地完成了自身立足地球,闪耀于宇宙的光辉使命。

生物的进化大体趋势始终遵循着从简单到复杂,从低等到高等的,从单细胞到多细胞,从水生到陆生的过程,但是在生物的演化进程的某个片段,我们也会发现某些个例。它们的诞生本身就开创了一个进化奇迹,它们并不遵循生物进化的一般规律,似乎它们本身的诞生就是为宇宙中生命的多样性创造其他适合的更有效率的模式。

还有一些生物,当突发的宇宙环境的变化对地球环境造成影响时,由于它们的进化里程没有足够的效率,或者没有足够的防危机能力,也消逝在地球生命长河中。

反观人类社会,生命的进化规律似乎又隐隐约约在应实人类社会的种种规律、种种法则、种种悲剧或者即将上演的喜剧。

生命的演变和进化

生命的形成和演化,实际上是宇宙空间的一定的局部区域(局域)中物质在适当的环境和条件下,经过一定的物质化学变化过程,产生、形成生命形态的物质并发生一系列的形态演变或演化过程,从而表现为生命的物种进化的物质演化过程或“特殊”形式的物质演化过程。

生命的演化过程包括两个阶段,一是物质由无生命的物质演化成有生命的物质的过程,二是有生命的物质继续演化,由低级生命形式向高级生命形式演化的过程,前者是生命的形成过程,也称为生命的化学演化过程,后者是生命的物种演化过程,是生物界的生物进化和种属、种群的发生、发展和替变过程。

生命演化的化学过程生命形态的物质是在一定的环境和自身因素条件下,由无生命的一般物质逐步发展、变化而来的,这个过程本身是一个长期的复杂的化学变化过程,其过程的时间长度要以数以亿年计;生命形态的物质的活动方式的特征在于,它们一方面能够与外界进行物质交换,以进行自身的生命代谢活动,另一方面,它们能够进行自身的个体复制,产生结构、功能一致的子代个体,这是生命形态的物质活动方式的最基本特征,只有符合这个特征的物质才可以称为生命物质,生命物质的实际存在形式的最基本、最典型的结构是细胞,细胞可以称为最完整的生命形式的物质的体现;物质从无生命物质到有生命物质的演化,要经过以下几个过程,首先是简单的有机物小分子和无机物分子通过化学变化合成复杂的有机物小分子的过程,其次,是复杂的有机物小分子合成有机物大分子的过程,再次是有机物大分子结合成生命的最基本物质形式———细胞的过程,细胞的形成,意味着生命形态的物质最终形成了,接下来,则进入生命的物种演化过程,即生物本身的演化过程阶段。

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