生命是如何诞生的?

随着对宇宙形成之谜的探索,人们也在不断探索生命是如何诞生的。“先有鸡还是先有蛋”的讨论,其实是探索生命起源之谜的一种尝试。

根据天文学家的说法,地球是由46亿年前太阳诞生后的残骸形成的。据推测,当地球形成时,其表面保持熔融状态长达6亿年。地球被地核加热,被外面的小行星撞击,导致温度上升,水沸腾成蒸汽。在很长一段时间后,剩余的小行星逐渐在轨道上定居下来,小行星撞击变得很少。这时,碳、氮、氢、氧的各种化合物开始“合成氨基酸和其他构成生命的基本化合物”。诺奖得主克里斯蒂安·德·杜福尔在他的著作《至关重要的尘埃》中写道:“这些化合物随着降雨、彗星和陨石散布在地球无生命的表面,形成了有机物的毯子。”这层富含碳的薄层被地球和坠落在地球表面的天体“搅动”,受到强烈的紫外线辐射。由于地球大气层的阻挡,今天的紫外线辐射比当初弱了很多。这些物质最终流入大海。英国著名科学家霍尔丹在他1929的论文中形象地描述为“原始海洋变成了一锅热汤”。这个过程的主要副产品是一些棕红色的粘稠的东西,被命名为“粘稠的东西”或“粘稠的泥浆”

那么像热汤和许多无处不在的粘液这样的生命是如何从海洋中产生的呢?

因为蛋白质、核酸等生物分子是生命的基础,它们比较脆弱,在低温下可以存活很长时间,所以化学家一直坚持生命应该起源于低温,即使是在木星的卫星这样零下很多度的寒冷环境下。但人们在火山口附近发掘出了微小的线性生物化石,这说明构成这种生物的原材料应该也来自火山口附近。事实上,最古老的细菌仍然存活在温度高达110℃的火山口和温泉中。这些古老火山细菌的存在有力地支持了生命起源于高温环境的理论。

探索生命起源的两个主要研究领域都存在大问题。不仅生命的最早年龄被反复推前,以至于似乎没有足够的时间来进行创造生命的化学变化,而且那些化学反应本身也有许多奥秘。

新的问题就像一片乌云遮住了生物进化的画卷,曾经在“系统发生树”上看起来是那么的清晰进化系统发生树是达尔文在19世纪提出的,用来表达动物群的进化史。种系树反映了生物的进化史,人们可以沿着它的分支追溯自己的根。德国博物学家恩斯特·海克尔绘制了第一张复杂的进化树图,他还创造了“生态学”一词。DNA的发现使人们不仅能够绘制动植物的系统进化树,而且能够绘制构成动植物生命体的遗传物质,使我们能够更深入地了解生命的进化过程。为了绘制这些系统进化树,研究人员使用了比较测序方法。首先确定一个生物体中构成核酸或构成蛋白质的氨基酸的分子顺序,然后将其与另一个生物体进行比较。利用这项技术,可以发现一个系统发育树上的两个细“分支”相距多远,并揭示导致系统发育树上“分支”的机制是什么(因为生物的进化或突变)。

20世纪70年代末,伊利诺伊大学的卡尔·沃斯(Karl Voss)将比较测序法应用于存在于所有生物中的RNA分子,结果获得了比以前认为的复杂得多的进化树图。

这个系统发育树有三个不同的分支,描述了三种基本的生物:原核生物、古细菌和真核生物。原核生物是细菌微生物,古细菌是Voss提出的新分类,是通常可以在温泉等非常热的地方发现的第二组细菌生物。真核生物是具有大细胞的生物,其中有一个与周围环境分离的细胞核。真核生物包括动植物等所有多细胞生物,当然也包括人类。

自20世纪80年代初以来,随着这三种基本生物越来越多的基因被解码,问题出现了。除了沃斯最初的蛋白质模型,这三种基于基因组的基本生物的种族树模式都是不同的。此外,基因重复的现象令人惊讶,这导致了寻找所有基因祖先的复杂性,这说明原始基因,也就是导致生命起源的基因是相当复杂的,而这种复杂性并不是一个“起始”基因应该有的。唯一可能的解释是假设在生命进化的早期,有些基因并没有一直突变形成不断向上生长分支的进化树,而是水平交换。这个理论得到了现在发现的一些事实的支持。比如有些细菌可以横向改变一些基因,让自己对抗生素更有抵抗力,这对人类来说是一件不幸的事情。这个推论意味着生命树没有挺拔的树干。

现在,专家们对DNA形成的树开始上升、生长和分枝的时间点给出了不同的时间,从最近的654.38+0亿年前到之前怀疑的40亿年前。就像关于宇宙起源的大爆炸理论一样,关于生命起源的理论也是非常复杂的,特别是随着新的发现和测量方法促进知识水平的提高,变得更加复杂。正因如此,其他作为幻想消失了很久的生命起源的解释仍然有忠实的追随者。

我们地球上的生命会来自太空,来自小行星、陨石、彗星甚至火星吗?瑞典化学家贾译尊·奥古斯特·阿雷尼,1903年诺贝尔奖获得者,创立了生命起源的胚胎学。他认为,细菌孢子以休眠状态在寒冷的宇宙中旅行,当它们遇到正确的星球时,就开始生长和繁殖。Areni uz没有注意到致命的宇宙射线可能会杀死细菌孢子。弗雷德·霍伊尔鼓吹另一种更奇怪的胚胎学。他认为,1918年西班牙流感疫情等流行病是由太空中的细菌引起的,人类的鼻子已经进化到可以过滤太空中诞生的病菌。弗朗西斯·克里克(与詹姆斯·沃森、莫里斯·威尔金斯一起因发现DNA双螺旋结构而获得1962诺贝尔生理学或医学奖)和《生命起源》之前的化学先驱莱斯利·奥格勒甚至更进一步。他们认为生命是由一些高级外星文明“种”在地球上的,他们把这种假设称为“定向胚胎学理论”。

也许在即将到来的2015年,人类会在远离地球的太阳系中发现更多甚至是惊人的生命证据。美国国家航空航天局探测器将探测土星的卫星恩克拉多斯,这是一颗表面冻结的行星,这意味着它下面可能有水。这个探测器将证明宇宙中的生命比一些保守的科学家猜测的更普遍。近年来,我们知道地球上的生命存在于某些极端温度下,而在这样的温度下,我们长期以来认为对任何生命体都是极其不利的。如果在土卫二的冰层下发现了任何一种生命,胚胎学就会提高到一个新的水平。与此同时,科学家平息宇宙起源的争论将变得更加复杂。