生命是如何进化的？

神秘的生命起源于我们居住的这个美丽的淡蓝色星球上，有几十万种微生物，30多万种植物，1万多种动物。于是人们不禁要问，如此丰富多样的生物最初是从哪里来的？科学家发现，今天地球上的生命，无论大小，都是由细胞构成的。细胞中与生命活动有关的主要是一些结构复杂的生物分子。这些生物分子是如何起源的？故事从地球的诞生开始。大约50亿年前，宇宙中弥漫的缓慢旋转的气体和尘埃云形成了原始的太阳系。到47亿年前，原始太阳系中的一些气体和尘埃云凝结形成了最初的地球。新生的地球非常寒冷荒凉。没有复杂的材料，肯定不会有生命。生命始于原始大气的诞生。在太阳系早期，一些原始天体频繁与年轻的地球发生碰撞，一方面增加了地球的体积，另一方面将运动的能量转化为热能储存在地球中。碰撞不断发生，大量热能积聚在地球里。地球的平均温度高达几千摄氏度，里面的金属和矿物质已经变成了炽热的岩浆。岩浆在地球内部剧烈运动，不时冲出地表，形成火山喷发。在原始地球上，火山爆发非常频繁。随着火山的喷发，地球内部的一些气体不断释放出来，形成了原始大气。然而此时地球上仍然没有生物分子。在后来的岁月里，由于原始大气中水汽的积累，地球表面温度开始降低。当它降到水的沸点以下时，水蒸气变成倾盆大雨，落到地面上。倾盆大雨日夜不停，形成了最初的海洋，为生命的诞生准备了摇篮。那时，地球表面的温度仍然很高。到大约36亿年前，海水的温度已经下降到80℃左右，但在此之前，原始生命已经悄然孕育。生命的诞生与原始大气密切相关。据推测，原始大气的主要成分是一氧化碳、二氧化碳、甲烷、水蒸气和氨。如果这些简单的气体分子想要变成生物分子，它们必须变得足够复杂。合成复杂物质需要能量。幸运的是，在原始地球上有各种形式的能量可供利用。首先，原始大气中没有臭氧层，阳光中的紫外线可以肆无忌惮地进入大气，给地球带来能量。其次，原始大气中会出现闪电，这是一种能量释放的现象。再次，原始地球上火山活动频繁，火山喷发可以释放大量热量。简单的气体分子在吸收能量后，会变得异常活跃，进而产生化学反应，形成复杂的(有生命的)物质。美国科学家米勒是第一个通过模拟原始地球的大气条件成功合成复杂(有生命)物质的科学家。生命是如何诞生的米勒设计了一套玻璃仪器。球形玻璃容器模拟原始地球大气层，主要包括氢气、甲烷和氨气。实验过程中需要将烧瓶中的水烧开，模拟原始海洋中的蒸发现象。球形火花室外接高频线圈，使电极连续放电，模拟原始地球大气中的放电现象。放电持续了一周，令米勒惊讶的是，实验中产生了多种氨基酸。氨基酸和核苷酸是动植物中最常见和最重要的两种生物小分子。他们是建造生命大厦的砖块和石头。从不是生物体基本结构单位的无机小分子变成生物小分子，无疑是生命进化的关键一步。但因为生物小分子毕竟太简单，只有进化成更复杂的生物大分子后，才有生命诞生。在原始地球上，自然合成的氨基酸和核苷酸随雨水汇集在湖泊和海洋中。矿物粘土会吸附周围的这些小生物分子。在铜、锌、钠、镁等金属离子的催化下，许多氨基酸分子通过去除水分子连接在一起，形成更复杂的分子，即蛋白质分子。同样，许多核苷酸分子可以通过去除水分子连接在一起，形成更复杂的分子，即核酸分子。核酸是生物的遗传物质，生物的生长、繁殖、行为和代谢的信息都包含在核酸分子中的核苷酸序列中。可以说每一个核苷酸序列都是一篇记录生命信息的文章，写出来的字就是核苷酸。核酸是生命的信息分子，对生命绝对重要。而核酸的功能是通过蛋白质来实现的，甚至核酸本身的复制也需要蛋白质的参与。在原始地球的湖泊海洋中出现核酸和蛋白质之后，可能有人会认为生命诞生了，因为自然界的一些病毒是由核酸和蛋白质组成的，类病毒更是简单得可怜，只是一个核酸分子，它可以侵入植物细胞，使植物生病。马铃薯纺锤块茎疾病是这种类病毒感染的结果。病毒和类病毒只能在活细胞中存活和繁殖，它们是否是一种生命形式还存在争议。为了适应环境，在进化过程中，生物必须从简单到复杂，从低级到高级进化。而一个简单的分子在繁殖的过程中是无力聚集其他物质在自身周围的，它必须形成一个具有一定结构的复杂实体。在原始海洋中，随着时间的推移，自然合成的生物大分子浓度越来越高，最终形成具有一定形态结构的分子实体，进一步演化为最原始的生命。众所周知，核酸是当今地球上所有生物的遗传物质，它携带着生命信息，能够自我复制。核酸有两种:一种是核糖核酸，也叫RNA。在RNA病毒和类病毒中，RNA携带所有生命信息；另一种是脱氧核糖核酸，也叫DNA，是目前大多数生物的遗传物质。种种迹象表明，原始地球上的第一个复杂分子可能是RNA。为什么这么说？首先，RNA分子相对简单，只有一条链，而DNA分子非常复杂，有两条链。根据进化定律，简单的分子总是先出现。其次，DNA分子的自我复制离不开酶。酶的本质是蛋白质。在原始地球上，在蛋白质产生之前，DNA分子无法完成自我复制。但是，有些RNA分子本身具有酶的活性。在原始的地球条件下，即使没有蛋白质，RNA也能完成自我复制。在《生命起源》中，RNA先出现的理论可以被科学界更多的学者接受。但是，要真正证明RNA是最早的遗传物质，还有很多问题。最大的问题是在模拟的原始条件下合成RNA非常困难。长期以来，人们一直认为只有核酸才是遗传物质。近年来，生物学家发现疯牛病和疯羊病的病原体是朊病毒，而朊病毒的本质是蛋白质，蛋白质可以自我复制，这启发了人们蛋白质也可以作为遗传物质。事实上，和核酸一样，蛋白质也有规则的分子结构和螺旋结构。科学家经过长期研究发现，蛋白质完全具备遗传物质的条件，可以储存、复制和传递生命信息。众所周知，蛋白质是由氨基酸组成的。通过氨基酸与氨基酸的配对，遗传信息可以传递给下一代。通过实验，刘次全研究员提出了氨基酸的配对模型，并在此基础上绘制了非常有特色的遗传密码表。在原始地球上，最早能自我复制的分子可能是蛋白质。那时，蛋白质不仅能储存或传递遗传信息，还能执行特定的生物学功能。对于原始生命来说，蛋白质的这种特性是非常经济的。后来随着生命的进化，蛋白质把储存或传递遗传信息的功能交给了RNA。然而，RNA不够稳定。随着生命的不断进化，DNA又出现了，DNA就是后来出现的遗传物质。DNA作为遗传物质的优势在于:首先，与RNA相比，DNA的某些部分缺少氧原子，氧原子非常活跃，使DNA更加稳定，能够更好地保存生命信息；其次，RNA是单链的，如果被破坏，生命信息必然会丢失，而DNA是双链的。一条链条损坏后，可以根据另一条链条进行修复，因此生命信息不易丢失。所以，今天地球上的生命选择DNA作为遗传物质，也是自然界生物长期进化的结果！