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生命是怎样起源的?

发布时间:2009年09月28日

  生命是一种最为奇妙、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、绚丽多彩的生命世界,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替星和陨石的撞击,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,只是后来才在地球上发展了起来。

  化学进化学说

  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,这些化学材料构成了氨基酸、糖等通用的“结构单元”,核酸和蛋白质等生命物质就来自这些“结构单元”的组合o

  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、太阳辐射的能量的作用下,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验证了奥巴林的这一假说。他模拟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,如嘻吟、啼暖、核糖、脱氧核糖、核昔、核昔酸、脂肪酸、叶琳和脂质等。1965年和1981年,我国又在世界上首次人工合成出了胰岛紊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,毫无疑问是与地球碰撞的誊星带来的”;还有人推断,是同地球碰撞的其中一颗茎星带着一个“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40亿年前坠人海洋的一颗或数颗营星,他们也认为是营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:“劳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、茎星、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。

  细胞起源说

  具有原始的新陈代谢和自我繁殖能力的原始生命的诞生,标志着生命起源化学进化阶段的结束、生物进化阶段的开始。

  生命活动的基础是一系列化学变化,而这些化学变化都是在酶的催化作用下完成的,生命体的遗传依赖于DNA(脱氧核糖核酸)的复制过程。原始生命是自催化的,要发展成酶催化需要一定的物质基础,也需要一定的形态结构。细胞就是生命体具备包括酶催化和DNA复制在内的完整功能的基本结构单位和功能单位。原始生命先是非细胞形态,而后不断演化和发展成为细胞形态,这又是一次质的飞跃,这一过程就是生命起源中的细胞起源。细胞起源是生命起源的重要一环。

  研究生命起源的意义

  研究生命起源是要弄清几十亿年前生命诞生的历史,然而其意义远不止追根溯源,还在于可以了解生命与环境、整体与部分、结构与功能、微观与宏观、个体发育与系统发育以及物质和能量与信息之间的辩证关系,可以进一步阐明遗传变异、生长分化、复制繁殖、新陈代谢、运动感应和调节控制等生命活动的机制,从而认识和阐明生命的本质,以实现人类控制和改造生命的目标。

  虽然,生命起源和细胞起源问题的研究是在试图重建一个遥远的历史过程,有别于大多数其他研究领域,完整的起源过程不可能在实验室里得以重复。但是,它是可以分阶段、一步一步地在实验室去模拟、去检验的。因此,研究起源问题,一方面要到大自然中去寻找答案,另一方面也是更重要的是在实验室进行各个演化阶段的模拟研究,开展人工合成生命物质、人工合成细胞的研究。这些研究不仅有助于生命起源和细胞起源问题的阐明,反过来,其研究成果又可以指导人们根据需要去人工合成生命物质、人工合成细胞甚至人工合成生命,实现生命科学的最终目标——控制生命和改造生命。

 

  注:文章摘自 《了解生命》 P79-83

 

  (作者:生物物理研究所研究员 王谷岩)

  (出版日期:1998年08月第1版)

 

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