生命是种最为奇妙,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,绚凡多彩的生命世界,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慧和陨石撞击,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,只是后来才在地球让发展了起来.
化学进化说
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结"结构单元"的组合.
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,太阳国徽的能量的作用下,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证了奥巴林的这一假说.他模似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,如嘌呤,嘧定,核糖,脱氧核糖,核苷,核苷酸,脂肪酸,卟啉和脂质等.1965年和1981年,我国又在世界上首次人工合成胰岛素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,毫无颖问是与地球碰撞的彗星带来的";还有人推断,是同地球碰撞在其中一颗彗星带着一个"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40亿年前坠入海洋的一颗或数颗彗星,他们也认为是彗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:"彗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,彗星,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
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,要发展成栈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主物质和能量与信息之间的辩让关系,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,完整地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.
生命起源是一个亘古未解之谜，地球上的生命产生于何时何地？是怎样产生的？千百年来，人们在破解这一谜底之时，遇到了不少陷井，同时也见到了前所未有的光明。生命起源之说，第一个谜是生命起源的时间问题。第二个是生命起源的方式问题，生命是怎样起源的？它在什么地方起源的？
从古至今，有很多说法来解释生命起源的问题。如西方的创世说，中国的盘古开天地说等。但直到十九世纪，伴随着达尔文《物种起源》一书的问世，生物科学发生了前所未有的大变革，同时也为人类揭示生命起源这一千古之谜带来了一丝曙光，这就是现代的化学进化论。生命起源的化学进化论首先在1953年首先得到了一位美国的学者米勒的证实，米勒描述的生命起源的事件应该是什么样子的呢？那就是在早期，地球上因为它含有大量的还原性的原始大气圈，比如说甲烷、氨气、水、氢气，还有原始的海洋，当早期地球上闪电作用把这些气体聚合成多种氨基酸，而这多种氨基酸，在常温常压下，它可能在局部浓缩，再进一步演化成蛋白质和其他的多糖类、以及高分子脂类，在一定的时候有可能孕发成生命，这就是米勒描述的生命进化的过程。
地球上的生命也许就产生在距今38亿年到40亿年之间，但是我们应该清醒的明白，我们距离揭开生命起源这一亘古之谜，还有一段遥远的科学历程。从无机物到有机物，到有机化合物到有机生命体的演化，同时还具有很多的偶然性，并不是有这种环境，有这种形成条件，它就能产生生命。有人曾经比喻说，这些无机物好像一个垃圾堆里面什么都有，塑料、塑料瓶子、铁，废弃金属、油，而生命，一个单细胞，就像一辆精美的奔驰车，在一阵台风过后，这些垃圾组装成了一个奔驰车。因此我们可以想像，这个生命起源的过程是非常非常地艰难。因此，也许我们在这个蓝色的星球，是生命的惟一的乐园，因此请保护我们的地球，珍惜地球上的生命，我们不能奢望地球上第二次的生命起源