原始有机大分子物质怎样形成原始生命

原始有机大分子物质怎样形成原始生命

关于地球上的生命究竟是如何诞生的,至今没有一个公认的令人信服的说法,这就给生命的源头蒙上了一层神秘的色彩.
　　当然,要弄清楚地球生命的起源,就非常有必要知道地球是如何演化的,其中与生命尤为相关的便是大气,因为是它为生命的出现创造了必要的条件.
　　地球大气的演进可以分为三个阶段：第一代大气即原始大气在地球演化的初期就消失了；第二代大气是被地球内部物理化学反应挤压出来的,称为还原大气.还原大气的显著特征便是缺氧,只是由于后来出现了植物,植物的光合作用提供了大量的氧气,才使得还原大气变成了以氮、氧为主的现代大气,即氧化大气.据此,科学家们推测,在35亿年之前,地球上就已经出现了生命.
　　推测终归是推测,地球生命起源依然是一个悬而未决的问题.现在,可以肯定地认为,大约在40亿年前,地球上只有岩五和水,地表温度很高,缺氧的大气使来自太阳的紫外线可以畅通无阻地射到地表,而紫外线具有相当强的化学活性,它是生命形成的催化物.诸多关于生命起源的假说就是从这里开始的.
　　1924年,被誉为世界研究生命起源的先驱.苏联生物学家奥巴林在他的《生命起源》一书中把生命起源的历史分为三个阶段：有机物产生；氨基酸、高分子聚合物形成；具有新陈代谢机能的蛋白质产生.奥巴林认为,生命发生的可能过程应为蛋白质分子一分子团团聚体,团聚体内部结构的完善可以导致原始生命的出现,并最终产生结构、功能复杂的生命单体.先是原始单细胞生物,然后向两个方向进化：一是自养能力强化而运动功能退化,进化至单细胞菌藻类植物,成为植物界进化的源头；另一方向则是运动功能强化而自养功能退化,进化至单细胞原生动物,成为动物界进化的源头.
　　奥巴林的生命起源假说拥有很大一批追随者,其中不乏闻名于世的身体力行者.20世纪50年代,美国人米勒开创了生命起源模拟实验的先河.1953年,米勒依据奥巴林的假说,着手开始了原始大气模拟实验.他把甲烷、水蒸汽、氨、氧气的混合物装在一个完全密闭的装置内,让它们循环流经一个模拟太阳紫外线辐射的电弧.在历经一周的连续放电之后,密闭装置内产生了甘氨酸、丙氨酸等11种氨基酸,其中有4种氨基酸存在于天然蛋白质中.米勒实验的成功给了后来者极大的鼓舞,此后,世界各国科学家纷纷投身于寻找生命源头的研究中.1959年,德国科学家格罗特和维斯霍夫设计了一个用紫外线代替放电的实验,同样得到了氨基酸；1961年,美国的生物化学家奥洛把氰化物加入实验混合物中,得到了很多种氨基酸及一些短链的肽,还制成了一种重要的生命物质一瞟吟；1962年,奥洛又制成了核糖和脱氧核糖；1963年,美国人波南佩鲁马做了同米勒相似的实验,他用电子作能源,制成了腺瞟吟；接着,他又和同事们一起在紫外线的作用下,制成了腺膘吟校普.到了周世纪70年代,组成蛋白质的20种氨基酸已能够全部通过人工模拟自然条件的方法合成.奥巴林假说中关于生命起源的有机物产生阶段已多次为实验所证实,大的分歧出现在蛋白质与生命物质产生阶段.在奥巴林生命起源假说中,海水是不可或缺的,它被认为是生命的摇篮.奥巴林派坚持认为,如果没有原始海洋,有机物质难以储存聚集,最终形成有自我复制功能的生命单体.
　　但是,美国生物化学家福克斯却不这样认为,1960年,他提出了另一种生命起源的假说一类蛋白微球体假说.福克斯认为,早期的地球温度很高,依靠热能就足以使简单的化合物形成复杂的化合物.为了证明自己的假说,早在1955年,福克斯就开始进行实验.他把各种氨基酸的混合物加热到200℃,3小时后,它们形成了形似蛋白质的分子链,被称为类蛋白.1960年,福克斯又把酸性类蛋白放人稀酸中加热溶解,冷却后缩结成团,形成微球体.在光学显微镜下,福克斯发现这种微球体很像细菌,并且在特定处理后还能出芽,芽长大后能脱落下来；小球还能分裂,一分为二或者彼此连成长串.
　　福克斯的类蛋白微球体假说否定了生命发生对原始海洋的依赖,因而被称为“陆相起源派”.科学历来具有极大的包容性,多年以来,奥巴林派与福克斯派长期致力于发展完善各自的理论,其间并无多少争论.在数十亿年前,什么样的事情都有可能发生,而今天的人类只能在想象中追寻昔日的印迹,追寻原始生命发生的轰轰烈烈的景象.奥巴林派与福克斯派的学术价值都得到了同样的认可,团聚体和微球体都被看成是生命发生过程中的原始细胞模型.
　　在“海纳百川,有容乃大”的科学精神的鼓舞下,近年来,关于地球生命起源的假说纷起林立,比较著名的有“火山学派”与“外来生命学派”.福克斯的“类蛋白微球体”迄今在自然界尚未被发现,而有生命的类病毒却可以在自然界发现.类病毒的前导物质为单质磷酸,科学家在研究火山气体时发现其中含有单质磷酸复合形成的大分子磷酸.据此,“火山学派”认为,由于火山爆发生成了大量大分子磷酸,这种物质溶入海水,成为地球生命之源.有一件事可以佐证“火山学派”的结论.1977年,海洋学专家柯利斯在太平洋底考察海底火山时无意中发现,在沸腾的火山岩浆喷口周围活跃着形形色色的生命形态,有鞋底大小的蛤,也有肝达近两米的大管虫.这时,一个奇思妙想在他的脑海中产生：地球上的生命很可能就是在这样的条件下催生的,因为在地球形成生命的初期,地球的环境也是相当恶劣的,许多地方都很类似于海底火山四周围的环境.柯利斯的发现及假设并未引起足够的重视,从未有过科学家真正去认真地加以验证.绝大多数探索生命源头的人都不会相信,生命是在滚烫有毒的环境中诞生的.直到最近几年,才有一些科学家开始挽起袖口验证热液出口是否有发生生化反应的可能性.试验结果表明,那些炙热的、甚至含有大量有毒物质的热液喷口处果真有早期生命产生所必需的化学变化.1996年8月,美国基因组研究所的科学家宣称,他们解开了当初由柯利斯提出的作为生命第三分支（另两种为细菌与真核细胞）而存在的一种原始生物杨氏产甲烷球菌的1700个基因密码.杨氏产甲烷球菌生活在太平洋洋底2623米水深的一座火山口的边沿上,其生活不受阳光的影响,而且不以有机碳作为食物源.它靠火山口排放出的二氧化碳、氮和氢为生,释放甲烷.研究人员从这种微生物中抽取了生命体中最重要的生命物质DNA.科学家认为,这种微生物可能是原始生命最早的形式,还可能是外星上最有可能存在的生命形式.
　　和“火山学派”主张生命是从地下冒出来的不同,外来生命学派则坚定地认为,地球生命是从天上掉下来的.科学家们发现,从天外坠落到地球上的陨石中包纳了构成地球生命的全部基本要素；宇宙中存在着有机分子云,地球上发生流感的周期与某些管星的运行轨道接近地球的周期十分一致.此外,在地球上还发现了能在232℃高温下生活的细菌.美国康奈尔大学的著名天文学家卡尔·萨根对于丰富完善“外来生命学”功勋卓著.通过地球初级阶段的多种电脑模型和对星际尘埃粒子的深入分析,萨根认为,陨星曾是促成生命起源的分子的主要源泉.萨根的言外之意是,假如他的论点成立,并能发现外星生命实质上与地球生命相同,那么,现行的生命起源及胚种论等学说就得重新改写了.
　　或许,萨根是对的.迄今为止,生命究何端,学术界依然各执已见,莫衷一是,谁都可以拿出“足够的证据”来证实自己的真知灼见.