神秘的生命起源 袁訓(xùn)來(lái)
主講人簡(jiǎn)介
袁訓(xùn)來(lái)，中國(guó)科學(xué)院南京地質(zhì)古生物研究所研究員，北京大學(xué)地質(zhì)系碩士畢業(yè)，畢業(yè)后分配至南京地質(zhì)古生物研究所工作。主要研究早期生命起源的演化及其發(fā)展。
內(nèi)容簡(jiǎn)介
生命起源是一個(gè)亙古未解之謎，地球上的生命產(chǎn)生于何時(shí)何地？是怎樣產(chǎn)生的？千百年來(lái)，人們?cè)谄平膺@一謎底之時(shí)，遇到了不少陷井，同時(shí)也見(jiàn)到了前所未有的光明。生命起源之說(shuō)，第一個(gè)謎是生命起源的時(shí)間問(wèn)題。第二個(gè)是生命起源的方式問(wèn)題，生命是怎樣起源的？它在什么地方起源的？
從古至今，有很多說(shuō)法來(lái)解釋生命起源的問(wèn)題。如西方的創(chuàng)世說(shuō)，中國(guó)的盤(pán)古開(kāi)天地說(shuō)等。但直到十九世紀(jì)，伴隨著達(dá)爾文《物種起源》一書(shū)的問(wèn)世，生物科學(xué)發(fā)生了前所未有的大變革，同時(shí)也為人類(lèi)揭示生命起源這一千古之謎帶來(lái)了一絲曙光，這就是現(xiàn)代的化學(xué)進(jìn)化論。生命起源的化學(xué)進(jìn)化論首先在1953年首先得到了一位美國(guó)的學(xué)者米勒的證實(shí)，米勒描述的生命起源的事件應(yīng)該是什么樣子的呢？那就是在早期，地球上因?yàn)樗写罅康倪€原性的原始大氣圈，比如說(shuō)甲烷、氨氣、水、氫氣，還有原始的海洋，當(dāng)早期地球上閃電作用把這些氣體聚合成多種氨基酸，而這多種氨基酸，在常溫常壓下，它可能在局部濃縮，再進(jìn)一步演化成蛋白質(zhì)和其他的多糖類(lèi)、以及高分子脂類(lèi)，在一定的時(shí)候有可能孕發(fā)成生命，這就是米勒描述的生命進(jìn)化的過(guò)程。
地球上的生命也許就產(chǎn)生在距今38億年到40億年之間，但是我們應(yīng)該清醒的明白，我們距離揭開(kāi)生命起源這一亙古之謎，還有一段遙遠(yuǎn)的科學(xué)歷程。從無(wú)機(jī)物到有機(jī)物，到有機(jī)化合物到有機(jī)生命體的演化，同時(shí)還具有很多的偶然性，并不是有這種環(huán)境，有這種形成條件，它就能產(chǎn)生生命。有人曾經(jīng)比喻說(shuō)，這些無(wú)機(jī)物好像一個(gè)垃圾堆里面什么都有，塑料、塑料瓶子、鐵，廢棄金屬、油，而生命，一個(gè)單細(xì)胞，就像一輛精美的奔馳車(chē)，在一陣臺(tái)風(fēng)過(guò)后，這些垃圾組裝成了一個(gè)奔馳車(chē)。因此我們可以想像，這個(gè)生命起源的過(guò)程是非常非常地艱難。因此，也許我們?cè)谶@個(gè)藍(lán)色的星球，是生命的惟一的樂(lè)園，因此請(qǐng)保護(hù)我們的地球，珍惜地球上的生命，我們不能奢望地球上第二次的生命起源。
全文
大家好，我今天給大家講的題目是《神秘的生命起源》。生命起源是一個(gè)亙古未解之謎，地球上的生命產(chǎn)生于何時(shí)何地？是怎樣產(chǎn)生的？千百年來(lái)，人們?cè)谄平膺@一謎底之時(shí)，遇到了不少陷井，同時(shí)也見(jiàn)到了前所未有的光明。在兩千五百年前的春秋時(shí)代，老子在《道德經(jīng)》里寫(xiě)到，道生一，一生二，二生三，三生萬(wàn)物。用現(xiàn)在的話說(shuō)，就是地球上的生命是由少到多，慢慢演化而來(lái)。它們有一個(gè)共同的祖先，這個(gè)祖先就是一，而這個(gè)一是由天地而生，用今天的話說(shuō)，可能就是由無(wú)機(jī)界所形成。
在中世紀(jì)的西方，《圣經(jīng)》上描繪的上帝，在七天之內(nèi)造就萬(wàn)物之說(shuō)，也是非常流行。今天看來(lái)，生命起源并不像這些古老傳說(shuō)，或神話描繪的那樣，但表明了人類(lèi)長(zhǎng)期以來(lái)，對(duì)生命起源之謎傾注了極大地?zé)崆楹完P(guān)注。但生命起源應(yīng)該是怎樣發(fā)生的？科學(xué)又是怎樣對(duì)這一千古之謎進(jìn)行探索的？我們已經(jīng)取得了哪些進(jìn)展？還有哪些問(wèn)題沒(méi)有解決？這就是我今天要給大家介紹的內(nèi)容。
首先，生命起源之說(shuō)，第一個(gè)謎是生命的時(shí)間，起源的時(shí)間問(wèn)題。在中世紀(jì)的西方，人們對(duì)《圣經(jīng)》的上帝造人的故事是深信不疑的，在1650年，一位愛(ài)爾蘭大主教根據(jù)圣經(jīng)上所描述的，計(jì)算出上帝創(chuàng)世的確切時(shí)間是公元前4004年，而另一位牧師甚至把創(chuàng)世時(shí)間更加精確地計(jì)算到公元前4004年10月23號(hào)上午九點(diǎn)鐘。也就是說(shuō)，生命起源距今的話，是六千年前，這當(dāng)然不是真的，而真的是什么呢？真的就是用科學(xué)的回答，科學(xué)是怎么回答這個(gè)生命起源的時(shí)間呢？那就是說(shuō)用化石，是保存在巖石中的化石來(lái)回答。我們知道，生物死亡后，它們的遺跡在適當(dāng)?shù)臈l件下，就保存在巖石之中，我們把它們稱(chēng)作化石。地質(zhì)歷史中形成的巖層，就像一部編年史書(shū)，地球生物的演化歷史，就深深埋藏在這些巖石之中，年代越久遠(yuǎn)的生物化石，就保存在巖層的最底層。
迄今為止，我們發(fā)現(xiàn)了最古老的生物化石是來(lái)自澳大利亞西部，距今約三十五億年前的巖石，這些化石類(lèi)似于現(xiàn)在的藍(lán)藻，它是一些原始的生命，是肉眼看不見(jiàn)的。它的大小只有幾個(gè)微米，到幾十個(gè)微米，因此我們可以說(shuō)，生命起源它不晚于三十五億年。同時(shí)我們知道地球的形成年齡大約在46億年前，有這兩個(gè)數(shù)據(jù)我們就可以看到生命起源的年齡，大致可以界定在46億年到35億年之間。今天，隨著科學(xué)的發(fā)展，地質(zhì)學(xué)家認(rèn)為，在地球形成的早期，地球受到了大量的小行星和隕石的撞擊，它是不適合生命的生存。與其說(shuō)當(dāng)時(shí)地球上有生命，還不如說(shuō)它在毀滅生命，因此地球上生命起源的時(shí)間，它不早于40億年。另外，在格陵蘭的38.5億年的巖石中發(fā)現(xiàn)了碳，這個(gè)碳的話，我們知道，碳分兩種，一個(gè)無(wú)機(jī)碳，一個(gè)有機(jī)碳。另外，這個(gè)碳的話，它有重碳和輕碳之分，因此我們可以根據(jù)這個(gè)碳之中的輕碳和重碳之比，就來(lái)可以推測(cè)這些碳的來(lái)源?？茖W(xué)家根據(jù)碳的同位素分析，推測(cè)這些碳它是有機(jī)碳，是來(lái)源于生物體。也就是說(shuō)，這樣我們把生命起源的時(shí)間大大縮短了，也就是在距今40億年到38億年之間，自從地球上生命起源之后，一直到現(xiàn)在45億年，就是生生不息的生命演化史。
好，首先我們現(xiàn)在已經(jīng)有了生命起源的時(shí)間概念，是距今40億年到38億年之間。那生命是怎樣起源的？它在什么地方起源的？這樣我們不得不回顧一些有關(guān)生命起源的假說(shuō)。
第一個(gè)是創(chuàng)世說(shuō)，在《舊約全書(shū)》的第一章寫(xiě)到，上帝在七天之內(nèi)創(chuàng)造了世間之萬(wàn)物，在中世紀(jì)的西方大家普遍接受這個(gè)觀念，可以說(shuō)一直到現(xiàn)在，這種觀念還被很多人接受，當(dāng)然這也不是真的。第二個(gè)呢，是自生論，比如說(shuō)希臘人認(rèn)為，昆蟲(chóng)生于土壤，春天萬(wàn)象更新，種子從泥土里萌發(fā)，昆蟲(chóng)從去年留下的卵殼中破殼而出。但這不是生命的起源，而是生命的延續(xù)，可以說(shuō)這個(gè)自生論，現(xiàn)在已經(jīng)被徹底拋棄了。與這個(gè)類(lèi)似的說(shuō)法，還有比如說(shuō)埃及人認(rèn)為生命來(lái)自于尼羅河，在中國(guó)古代也有腐草生螢之說(shuō)。
第三個(gè)有關(guān)生命起源的假說(shuō)，就是有生源論，這個(gè)在19世紀(jì)的西方也相當(dāng)?shù)亓餍校猩凑撜J(rèn)為，生命是宇宙生來(lái)就固有的，你要問(wèn)我生命從哪里來(lái)的，你首先給我回答一個(gè)問(wèn)題，宇宙怎么起源的？物質(zhì)怎么來(lái)的？你給我回答了物質(zhì)是怎么來(lái)的，生命我就可以說(shuō)是從哪兒來(lái)的，其實(shí)這是一個(gè)不可知論。在20世紀(jì)的后半葉，有生源論逐漸發(fā)展到現(xiàn)在的宇宙胚種論，直到現(xiàn)在，有許多科學(xué)家認(rèn)為，生命必須的酶，像蛋白質(zhì)，和遺傳物質(zhì)的形成，需要數(shù)億年的時(shí)間，在地球早期并沒(méi)有可以完成這些過(guò)程的充足時(shí)間段。因?yàn)樗蛢蓛|年，因此他們認(rèn)為生命一定是以孢子或者其他生命的形式，從宇宙的某個(gè)地方來(lái)到了地球，這種觀念也是有一定的依據(jù)的。
二十世紀(jì)四十年代以來(lái)，人類(lèi)用天體物理的手段，在地球之外探測(cè)了近百種有機(jī)分子，像甲醛，氨基酸等等。其中兩種天體可以與地球上的生命有關(guān)，它可能給地球帶來(lái)生命或者有機(jī)分子，一個(gè)是彗星，一個(gè)是隕石。我們知道這兩顆天體里邊它含有大量的有機(jī)分子，比如我們把一些彗星稱(chēng)為臟雪球。它們不僅含有固態(tài)的水，還有氨基酸，鐵類(lèi)，乙醇、嘌呤、嘧啶等有機(jī)化合物，生命有可能在彗星上產(chǎn)生而帶到地球上。或者在彗星和隕石撞擊地球時(shí)，由這些有機(jī)分子經(jīng)過(guò)一系列的合成而產(chǎn)生新的生命。當(dāng)然這種胚種論也存在著不同的觀念，它有兩種致命的弱點(diǎn)，一個(gè)是生命是否能在宇宙中進(jìn)行長(zhǎng)期的遷移？還能不能夠存活？我們知道天體之間的距離是以光年為計(jì)算的，天體之間交流可能需要成千上萬(wàn)年，從一個(gè)星球到了另外一個(gè)星球。那在這種真空里面，暴露在這種大量的宇宙射線之中，活的生命它是不是在千萬(wàn)年中還能夠繼續(xù)萌發(fā)呢？這是一個(gè)最大的問(wèn)題，第二個(gè)從無(wú)機(jī)分子到有機(jī)化合物的過(guò)程，這種過(guò)程，比如說(shuō)彗星上我們看到有機(jī)小分子形成，在地球上也能夠形成，這是不用置疑的。
1859年，伴隨著達(dá)爾文《物種起源》一書(shū)的問(wèn)世，生物科學(xué)發(fā)生了前所未有的大變革，同時(shí)也為人類(lèi)揭示生命起源這一千古之謎帶來(lái)了一絲曙光，這就是現(xiàn)代的化學(xué)進(jìn)化論。生命起源的化學(xué)進(jìn)化論首先在1953年首先得到了一位美國(guó)的學(xué)者米勒的證實(shí)，既然你說(shuō)地球早期溫度都是比較高，又充滿了很多還原性氣體，還有水，那么我就把這些氣體，把水放在一個(gè)瓶子里面，看看它是不能產(chǎn)生生命，或者產(chǎn)生有機(jī)化合物。米勒在1953年把氨氣、氫氣，還有水、一氧化碳放在一個(gè)密封的瓶子里面，在瓶子里面兩頭插上金屬棒，完了通上電源，通過(guò)這個(gè)類(lèi)似于閃電的作用，確實(shí)在幾天之后產(chǎn)生了大量的氨基酸。那么就是說(shuō)在地球上面，在閃電下，在常溫下，也能成為無(wú)機(jī)分子，合成有機(jī)分子。我們知道，你氨基酸的話，是組成蛋白質(zhì)的最重要的物質(zhì)，可以說(shuō)，組成生命起源最重要的物質(zhì)。因此，米勒描述的生命起源的事件應(yīng)該是什么樣子的呢？那就是在早期，地球上因?yàn)樗写罅康倪€原性的原始大氣圈，比如說(shuō)甲烷、氨氣、有水、有氫氣，還有原始的海洋，當(dāng)早期地球上閃電作用把這些氣體聚合成多種氨基酸，而這多種氨基酸，在常溫常壓下，它可能在局部濃縮，再進(jìn)一步演化成蛋白質(zhì)，蛋白質(zhì)和其他的多糖類(lèi)，以及高分子脂類(lèi)，在一定的時(shí)候有可能孕發(fā)成生命，這就是米勒描述的生命進(jìn)化的過(guò)程。
但是這種溫暖水池說(shuō)，也遇到一些問(wèn)題，其中有兩個(gè)問(wèn)題，第一個(gè)問(wèn)題是現(xiàn)在地質(zhì)學(xué)家認(rèn)為，地球早期大氣圈它并不是含有大量的還原性氣體，它是含有大量的二氧化碳和氮?dú)?，比米勒的這個(gè)氣體多一些惰性。在閃電的情況下，你并不能形成大量的氨基酸。第二個(gè)，溫暖的水池在地球早期并不能長(zhǎng)期形成，為什么呢？因?yàn)楫?dāng)時(shí)地球早期，剛才說(shuō)過(guò)它有大量的隕石、流星，還加上地球本身的放射性，溫度很高，你這個(gè)溫暖水池一旦生命產(chǎn)生了，一個(gè)隕星過(guò)來(lái)，溫度在瞬間之內(nèi)可能達(dá)到上千度、甚至幾千度，生命已經(jīng)絕滅了，只能再來(lái)一次生命的起源。但是我們現(xiàn)在就這么想，現(xiàn)今的地球上是不是有溫度比較高，還有還原性氣體，還有生物存在呢？那么，有兩件工作可以說(shuō)具有劃時(shí)代的意義，一個(gè)是1967年美國(guó)學(xué)者布萊克，在黃石公園的熱泉中發(fā)現(xiàn)了大量嗜熱生物，我們知道蛋白質(zhì)一般的話超過(guò)六十度，就會(huì)凝固的，煮雞蛋六十度七十度以上雞蛋就熟了，但是生物，是不是在六十度以上還能夠生活呢？在以前是不敢想的。
第二個(gè)就是1977年克里斯，他在太平洋底的熱泉中，同樣也發(fā)現(xiàn)了大量的嗜熱微生物，這個(gè)溫度它要更高，它可能達(dá)到二百到三百度。它壓力呢，也有二百到三百個(gè)大氣壓，它的環(huán)境是什么樣子呢？它確實(shí)有大量的還原氣體，有硫化氫、有甲烷、有氫氣、還有一氧化碳，這個(gè)環(huán)境確實(shí)非常類(lèi)似于四十億年前早期地球的環(huán)境，那么生命起源它是不是就在這個(gè)時(shí)候產(chǎn)生的呢？這是我們現(xiàn)在看到的情況，但是化石中有沒(méi)有在火山噴口或者是熱泉中發(fā)現(xiàn)的微生物呢？確實(shí)有，我們?cè)谶@方面，我們?cè)诨矫嬉踩〉昧朔浅Ｖ匾倪M(jìn)展，比如說(shuō)在2000年，羅斯瑪森，澳大利亞的一個(gè)科學(xué)家，他在澳大利亞距今大概32億年左右的火山沉積里面發(fā)現(xiàn)了大量的保存完好的絲狀體。這說(shuō)明在32億年前，生命在熱泉的附近已經(jīng)大量生存，那么這是現(xiàn)在最新的，最流行的，也可以說(shuō)迄今為止最科學(xué)的有關(guān)生命起源的假說(shuō)，就是生命起源于熱泉，或者海底熱泉，俗稱(chēng)“黑煙囪”的附近。
海底熱泉和陸地上的熱泉它們都有很多共同的特點(diǎn)。第一個(gè)它溫度高。第二個(gè)它含有大量的還原性氣體，除了二氧化碳以外，還有一氧化碳、氫氣、氨氣還有硫化氫。第三個(gè)特點(diǎn)就是它們都含有大量的生物，比如說(shuō)藍(lán)藻、光合細(xì)菌、硫細(xì)菌，特別是一類(lèi)古細(xì)菌，在高溫下異常地繁盛，它在超過(guò)一百度的時(shí)候大量繁盛，而離開(kāi)了這樣的環(huán)境，比如溫度一降下來(lái)，它馬上就進(jìn)行休眠，而且并不能正常的生活，那么這些生物是不是就代表了最早的，最原始的，地球生命起源的時(shí)候，這種原始的生命形式呢？
第一個(gè)早期地球溫度都很高，產(chǎn)生的最早生命形式，應(yīng)該是一些能適應(yīng)高溫的生物，而熱泉中，生物恰恰就是嗜熱的微生物。第二個(gè)，熱泉的環(huán)境與早期的地球環(huán)境有很多類(lèi)似之處，比如說(shuō)它有高溫，還有大量的還原性氣體、一氧化碳、氫氣、氨氣，還有硫化氫等等。第三個(gè)，在高溫的熱水環(huán)境的話，它是有利于小分子的有機(jī)化合物脫水，聚合成有機(jī)高分子，比如說(shuō)現(xiàn)在我們用有機(jī)小分子氨基酸合成蛋白質(zhì)的話，它就是在熱水中，通過(guò)這個(gè)熱聚合反應(yīng)，脫水以后形成這樣的高分子，特別是在這種熱水口附近的話，形成了黃鐵礦，俗稱(chēng)“愚人金”。它是由硫和鐵組成的，在它的表面的話，它非常有利于高分子的合成，因?yàn)檫@個(gè)硫化鐵表面是一個(gè)非常好的一個(gè)天然的催化劑。第四個(gè)有利的證據(jù)是熱泉口向外層海水之間它有一個(gè)溫度，和水化學(xué)鑒別的梯度，這個(gè)梯度的話，也是有利于各種化學(xué)的連續(xù)反映，我們知道熱泉口它噴出來(lái)的時(shí)候，它的溫度可能到達(dá)二百度到三百度，特別是在海底洋中脊附近，而海水的溫度的話，這種海底的溫度一般在0到4度，這樣的話，從三百度，一直到四百度，它有一個(gè)溫度梯度，這種溫度梯度的話，對(duì)有機(jī)化合物合成的話，可以說(shuō)存在一個(gè)連續(xù)的反映。第五個(gè)也是最重要的一點(diǎn)，就是現(xiàn)在熱泉中的生物的話，它確實(shí)是生物演化速度的最根部的類(lèi)型，也就是說(shuō)它的基因是最古老的類(lèi)型。
現(xiàn)代生物學(xué)家，他通過(guò)生物分子學(xué)的研究，他把熱泉中的一些嗜熱古細(xì)菌，跟現(xiàn)在的普通細(xì)菌進(jìn)行了基因的對(duì)比，發(fā)現(xiàn)它們基因的相同點(diǎn)，不超過(guò)60％。那么就是說(shuō)這些古細(xì)菌它們含有非常多的古老的基因，也就是說(shuō)，它們很有可能就是生命起源時(shí)候的這種類(lèi)型。應(yīng)該說(shuō)，生命起源我們研究生命起源它最好的證據(jù)，還是在地球上，40億年到38億年間的巖石和化石所包含的信息。但是，經(jīng)過(guò)40億年的變化，地球已經(jīng)面目全非，現(xiàn)在的地球即使你有40億年到38億年的巖石，它也進(jìn)入了大量的變種，信息也幾乎全無(wú)。
因此我們把目光不要局限在只是在地球上，如果說(shuō)生命是宇宙之中一個(gè)普遍的現(xiàn)象的話，除了地球之外的其他天體上，是否也有類(lèi)似于地球早期的這樣的環(huán)境呢？如果有的話，也許能為研究生命起源打開(kāi)新的窗戶，我們第一個(gè)目標(biāo)是什么地方呢？不是火星是月球，現(xiàn)在地質(zhì)學(xué)家認(rèn)為，月球是40億年前，一顆大的行星撞擊地球，而從地球上迸發(fā)出去。形成了當(dāng)今的月球，這個(gè)時(shí)間正好是40億年，如果地球上有生命起源的話，我們?cè)谠虑蛏峡纯?，那不就是解決這個(gè)問(wèn)題了嗎。在中國(guó)的古代神話中有嫦娥奔月的這個(gè)說(shuō)法，月球上有月桂、有月兔，還有浪漫的愛(ài)情故事，但是二十世紀(jì)六十年代到七十年代，隨著前蘇聯(lián)和美國(guó)的宇航員登陸的成功，這個(gè)神話徹底破滅了，月球其實(shí)是一個(gè)沒(méi)有生命，沒(méi)有水，沒(méi)有氧氣，不適合生命生存的荒漠的星體。
那么我們第二個(gè)目標(biāo)是什么呢？第二個(gè)目標(biāo)是火星，因?yàn)榛鹦且苍S在40億年以前，有著跟地球類(lèi)似的經(jīng)歷，火星的物質(zhì)成分跟地球非常近似，它的軌道也跟地球非常近似，那么火星上是不是有生命呢？我們到火星上去干什么呢？我們尋找生命起源，要從哪幾點(diǎn)入手呢？一般來(lái)說(shuō)是三點(diǎn)，第一個(gè)在火星上尋找是不是有活的生命？如果有活的生命，那好了。那生命的話，可能真是在宇宙中起源的，或者地球上的生物也許來(lái)自火星，或者來(lái)自其他的彗星。第二個(gè)我們尋找液態(tài)水，因?yàn)槲覀冎?，水是萬(wàn)物之源，水是生命之源?，F(xiàn)在地球上我們所理解的生命形式是離不開(kāi)水的，所以尋找液態(tài)水也是非常重要的一個(gè)指標(biāo)。第三個(gè)尋找與生命有關(guān)的化合物，如果我們現(xiàn)在沒(méi)有活的生物的話，過(guò)去有沒(méi)有呢？過(guò)去的生物是不是形成了一些化合物？它是不是以化石的形式保存在這些巖石之中呢？所以我們到火星上尋找生命，抱著三個(gè)目的。
1957年美國(guó)的海盜號(hào)航天器發(fā)回到地球的信息時(shí)，火星上沒(méi)有生命，沒(méi)有液態(tài)水的存在，它是一個(gè)荒蕪干渴的紅色的星球。但是人類(lèi)并沒(méi)有氣餒，20世紀(jì)90年代，美國(guó)宇航局加大了對(duì)火星的探測(cè)力度，通過(guò)火星探測(cè)者號(hào)、火星拓荒者號(hào)航天器和哈博望遠(yuǎn)鏡得到的圖片，和其他的有關(guān)天體物理的信息資料顯示，火星上過(guò)去很可能有過(guò)液態(tài)水的存在。一些航天資料顯示，火星上有類(lèi)似于像我們發(fā)生大洪水山前的沖積扇的構(gòu)造，還有水、河道、像地球上干涸的河床的河道，還有水侵蝕巖石的痕跡。另外還有非常特別的一點(diǎn)，在火星的兩極，發(fā)現(xiàn)了類(lèi)似于地球上凍土解凍的情況，這是我們的航天資料。
但是我們?nèi)绻袃x器，帶上儀器帶上人，在火星上去進(jìn)行探索，或者獲得一塊石頭，進(jìn)行分析一下，這些事情不是一目了然了嗎？所以在1999年初，美國(guó)呢，發(fā)射了一個(gè)火星極地著陸器，它帶著了精密的分析儀器，準(zhǔn)備在火星的極地進(jìn)行仔細(xì)地研究。但是非常不幸，在1999年底，本指望這些儀器能夠得到有關(guān)火星上是否有水的直接的信息的話，但就在進(jìn)入火星的大氣層中，跟地球上失去了聯(lián)系。
那么我們對(duì)火星的研究，那就束手無(wú)策了嗎？現(xiàn)在至少在現(xiàn)階段并不是，我們有來(lái)自火星上的隕石，非常幸運(yùn)，在1984年，人們?cè)谀蠘O的冰蓋上面，發(fā)現(xiàn)了一顆隕石，這個(gè)隕石拿回來(lái)以后呢，對(duì)它進(jìn)行它的元素和做氣體化學(xué)分析，發(fā)現(xiàn)這個(gè)隕石呢，它的氣體它的同位素，跟火星上非常類(lèi)似。所以他們認(rèn)為這個(gè)隕石是來(lái)自火星，這個(gè)隕石是在一萬(wàn)年前，掉在冰蓋上，南極的冰蓋上。
通過(guò)這個(gè)隕石的放射性同位素年齡測(cè)定呢，這個(gè)隕石40億年，距現(xiàn)在有40億年左右，正好跟地球上生命起源的年齡是一樣的。那么幾十年來(lái)，科學(xué)家通過(guò)了大量研究這個(gè)隕石，一些研究者認(rèn)為，這個(gè)隕石上含有了生命的跡象，有哪幾個(gè)方面的證據(jù)呢？有三個(gè)，第一個(gè)這個(gè)隕石里面含有數(shù)種沉積礦物，因?yàn)槌练e礦物它是有水的情況下形成的，所以科學(xué)家從中推斷，火星上可能有水，特別這些礦物里面有一種是磁鐵礦物。他認(rèn)為這種磁鐵礦，它只能由生命的形式存在，這是第一個(gè)證據(jù)。第二個(gè)，在這個(gè)隕石的表面通過(guò)化學(xué)分析，獲得了多種多環(huán)的芳香烴，他認(rèn)為這種多環(huán)的芳香烴的話，與生命的形式有關(guān)。第三個(gè)它是通過(guò)掃描電鏡仔細(xì)觀察，發(fā)現(xiàn)了形態(tài)非常類(lèi)似細(xì)菌的生物化石。這化石并不是很大，只有幾百個(gè)納米，因此，在1996年，美國(guó)宇航局向全世界宣布，在40億年前火星上曾經(jīng)有過(guò)生命，當(dāng)然這是一家之言。這顆隕石里面，這個(gè)有關(guān)生命存在的信息是不是真的呢？當(dāng)然有很多學(xué)者對(duì)這些證據(jù)提出了置疑。第一個(gè)就拿磁鐵礦來(lái)說(shuō)，你認(rèn)為只能由生命生存，我同意，你認(rèn)為這個(gè)沉積礦物它也是由生命生存，我也同意。它是生命有水的形式下才能沉積，我也同意。但是你要知道這個(gè)隕石是在南極的冰蓋上找到的，那冰全是水，你在隕石撞擊冰蓋的時(shí)候，可能有很多的水溶化了，隕石撞擊這個(gè)地球的時(shí)候，它可能形成很多裂隙，如果有液態(tài)水，溶化的水，從這個(gè)裂隙進(jìn)去的話，那不也可能形成一個(gè)自身的沉積礦物嗎？另外你認(rèn)為這個(gè)磁鐵礦，你也可能，有人認(rèn)為磁鐵礦的話，也并不是說(shuō)是生命特有的，在其他物質(zhì)條件下也可以形成，所以第一條證據(jù)的話，就有很多科學(xué)家認(rèn)為它占不住。第二就是多環(huán)芳香烴的問(wèn)題，同樣你看像南極冰蓋，你是零下40度，或者50度也好，也有大量的菌藻的生存，它是不是污染的呢？現(xiàn)在的污染，也許是一萬(wàn)年以前污染的呢。所以這條證據(jù)的話，你也不能說(shuō)是一個(gè)非常可靠的證據(jù)，百分之百的證據(jù)。第三個(gè)證據(jù)，特別是第三個(gè)證據(jù)它更加靠不住，就是把隕石把它劈開(kāi)，你看見(jiàn)這些所謂的細(xì)菌的化石，這些化石，第一個(gè)它太小，它的直徑的話只有幾十個(gè)納米，我們知道，你像一個(gè)鐵的原子核的話，它可能就有0.6個(gè)納米，所以你這個(gè)，所謂生物化石它的直徑的話，它可能就是幾百個(gè)，甚至由上千個(gè)原子核組成。所以這基本的話，在現(xiàn)在我們理解的這個(gè)具有細(xì)胞膜包裹的原始細(xì)胞最小形態(tài)是不可想像的。所以這個(gè)有關(guān)隕石上生命的存在，或者火星上生命的存在，還需要繼續(xù)的研究。
我們所觀察的第三個(gè)天體，就是木星的衛(wèi)星，特別是第二個(gè)衛(wèi)星，叫木衛(wèi)二，它的大小跟地球直徑非常類(lèi)似，在1997年美國(guó)的伽利略號(hào)航天器對(duì)木衛(wèi)二進(jìn)行了觀察，他們發(fā)現(xiàn)在木衛(wèi)二表面的話，有大量的裂痕存在，并且是多起的裂痕，通過(guò)天體物理學(xué)的方法研究，這個(gè)星球其實(shí)全是由水組成的，這個(gè)水是固態(tài)的冰，變成了固態(tài)的冰，我們從這些很多很多的裂隙可以看起來(lái)，多起裂痕看起來(lái)，這個(gè)星球也許在過(guò)去或者某個(gè)時(shí)候，某幾個(gè)時(shí)候，這個(gè)水曾經(jīng)溶化過(guò)。也就是說(shuō)，它曾經(jīng)有液態(tài)水的存在，有液態(tài)水存在，它是不是也有生命的存在呢？但是這個(gè)還是一個(gè)未知數(shù)，我們需要更進(jìn)一步的研究?？傊S著航天科技和其他相關(guān)技術(shù)的進(jìn)一步發(fā)展，地外生命的探索，為我們研究生命的起源開(kāi)辟了一個(gè)新的途徑。
但無(wú)論怎么樣生命起源的過(guò)程的話，這三個(gè)過(guò)程是跑不了：第一個(gè)是從無(wú)機(jī)物到有機(jī)小分子，這種過(guò)程，比如說(shuō)你一氧化碳、二氧化碳、水、氫氣、氨氣、甲烷，這些東西你合成有機(jī)小分子，像氨基酸、嘌呤、啶、核苷酸、高能化合物、肪酸、有卟呤等這些東西，這個(gè)過(guò)程是跑不掉的，因?yàn)榈厍蛏钠鹪吹脑?，你從無(wú)機(jī)界到有機(jī)界，所以這個(gè)過(guò)程。一個(gè)過(guò)程是不管在什么地方，在海底也好，在熱泉里面，在火星上或者在木衛(wèi)二，都跑不了這個(gè)過(guò)程，所以研究生命起源的過(guò)程的話，是第一個(gè)。
第二個(gè)呢，它是有機(jī)小分子到有機(jī)大分子這個(gè)形式，就是剛才說(shuō)的氨基酸嘌呤嘧啶這個(gè)東西，有機(jī)大分子像蛋白質(zhì)多糖，核酸這個(gè)過(guò)程，因?yàn)榈鞍踪|(zhì)是組成生物體的主要的物質(zhì)，還有多糖、糖類(lèi)、都是組成很多細(xì)胞的這個(gè)骨架，細(xì)胞壁的主要成分，還有核酸、這是遺傳物質(zhì)，所以這個(gè)過(guò)程的話，也是跑不掉的。
第三個(gè)這些生物的大分子，演化到原始單細(xì)胞的生命，這也是跑不掉的。一個(gè)原始的單細(xì)胞，外面有一個(gè)膜包裹，里面有遺傳物質(zhì)，要進(jìn)行新陳代謝的交換。所以生命起源的過(guò)程其實(shí)可以簡(jiǎn)單地分成這三個(gè)過(guò)程：對(duì)這三個(gè)過(guò)程我們現(xiàn)在做到哪一步呢？我們還有什么沒(méi)解決的呢？第一個(gè)我們看看從無(wú)機(jī)物到有機(jī)小分子這個(gè)過(guò)程，其實(shí)這個(gè)過(guò)程的話，在熱泉中，在深海的海底“黑煙囪”中，還是在實(shí)驗(yàn)室中，我們都能夠合成這個(gè)米勒的實(shí)驗(yàn)就是一個(gè)最經(jīng)典的實(shí)驗(yàn)，它就是把無(wú)機(jī)物合成了有機(jī)小分子。
第二個(gè)過(guò)程，我們?cè)倏纯矗诙€(gè)過(guò)程是有機(jī)小分子，到有機(jī)大分子這個(gè)過(guò)程，這個(gè)過(guò)程的話，其實(shí)在熱泉，像海底熱泉口，還有陸地上，像黃石公園，我們國(guó)家云南的熱泉都有這種過(guò)程，因?yàn)檫@個(gè)溫度很高，它有機(jī)物在里面的話它可以進(jìn)行熱聚合脫水反應(yīng)，能形成蛋白質(zhì)，我們?cè)趯?shí)驗(yàn)室里面，這個(gè)過(guò)程也是可以重復(fù)的，所以生命起源的第二個(gè)過(guò)程也不是難的事情。
最難的是生命起源的第三個(gè)過(guò)程，就是生物大分子到原始單細(xì)胞這個(gè)過(guò)程，可以說(shuō)這個(gè)過(guò)程是迄今為止科學(xué)家們研究上遇到最大的難題。也是無(wú)機(jī)生命到生命，無(wú)機(jī)化合物到有機(jī)生命不可跨越的一個(gè)鴻溝，這個(gè)過(guò)程包括哪幾部分呢？換句話說(shuō)，我們要研究生物大分子，到原始單細(xì)胞生命，要從幾個(gè)部分來(lái)入手呢？第一個(gè)我們要研究自我遺傳系統(tǒng)，一個(gè)遺傳系統(tǒng)，就是能自我復(fù)制的生物大分子這個(gè)系統(tǒng)的建立，DNA、RNA這種系統(tǒng)的建立。它怎么建立的？它怎么合成的？它們?cè)趺从羞z傳的功能？第二個(gè)，蛋白質(zhì)的合成，它要納入到自我復(fù)制系統(tǒng)的控制，這是什么意思呢？就是它新陳代謝，它是能量和物質(zhì)在細(xì)胞內(nèi)的交換，接受太陽(yáng)光、接受化學(xué)能，產(chǎn)生有機(jī)物，再用這有機(jī)物分解而產(chǎn)生能量，這個(gè)能量像一個(gè)馬達(dá)一樣，來(lái)運(yùn)轉(zhuǎn)這個(gè)細(xì)胞，是這個(gè)過(guò)程。這個(gè)過(guò)程也是非常難的一個(gè)過(guò)程，第三個(gè)過(guò)程，生物膜系統(tǒng)的形成，也就是說(shuō)比如說(shuō)像細(xì)胞壁、細(xì)胞膜，生物膜的系統(tǒng)，為什么重要呢？因?yàn)槲覀冎罒o(wú)機(jī)界是沒(méi)有隔離的，沒(méi)有這種隔離，只有在生物里面它有一個(gè)膜跟外界隔離，同時(shí)這個(gè)膜也不是絕對(duì)隔離，而是跟外面進(jìn)行物質(zhì)的交換。它有一些小的空隙，所以這個(gè)生物膜系統(tǒng)也是一個(gè)非常精密的生物機(jī)構(gòu)，所以在生命起源之中這三個(gè)階段或者三個(gè)步驟缺一不可，也是非常難的三個(gè)步驟。
迄今為止，我們把生命起源可以描述成這樣子的：在40億年前的地球上，由無(wú)機(jī)分子合成的有機(jī)小分子，它聚集在熱泉口，或者火山口附近的熱水中，通過(guò)聚合反應(yīng)，形成了生物的大分子，這些大分子進(jìn)行自我復(fù)制，自我選擇，進(jìn)而通過(guò)分子的自我組織，并自我復(fù)制和變異，從而形成核酸和活性蛋白質(zhì)，同時(shí)分隔結(jié)構(gòu)同步產(chǎn)生，最后在基因的控制下的代謝反應(yīng)，為基因的復(fù)制和蛋白質(zhì)的合成提供能量，這樣一個(gè)由生物膜包裹著的具有能自我復(fù)制的原始細(xì)胞，就在地球上產(chǎn)生了。這個(gè)原始細(xì)胞可能是異養(yǎng)的，或者是化學(xué)自養(yǎng)的，它可能類(lèi)似于現(xiàn)代生物在熱泉附近的嗜熱古細(xì)菌，這個(gè)描述短短幾百字，就把生命起源的過(guò)程描述過(guò)來(lái)了。但它有四個(gè)無(wú)法逾越的鴻溝，一個(gè)是自我選擇，因?yàn)槟憬M成生物大分子或者RNA，DNA，它這些分子都是非常有限的幾種分子。在無(wú)機(jī)條件下，或者在閃電情況下、或者在熱水中，它形成很多這樣的分子，這些分子怎么能自我選擇，能合成DNA，RNA，能把其他的大分子拋棄掉，這個(gè)過(guò)程的話，我們并不知道它，為什么這樣子？第二個(gè)是自我復(fù)制，DNA，RNA它自己能夠復(fù)制，能夠?yàn)橄乱淮z傳下去，這個(gè)過(guò)程我們也并不知道。第三個(gè)是分隔結(jié)構(gòu)，就是細(xì)胞膜，比如細(xì)胞膜、或者細(xì)胞內(nèi)部的膜結(jié)構(gòu)，這個(gè)過(guò)程我們也不是很清楚，它怎么形成的？像磷脂、精細(xì)的生物結(jié)構(gòu)怎么形成的，我們也并不是很清楚。另外是一個(gè)新陳代謝的問(wèn)題，你怎么先是吸收外面的能量，這個(gè)過(guò)程我們并沒(méi)有解決，但不管怎么樣這種熱泉中生命起源假說(shuō)的話，它確實(shí)有很多有利證據(jù)的支持，特別是近年來(lái)，它取得了一系列最重要的進(jìn)展。
我們知道，熱泉中含有大量的一氧化碳、硫化氫和硫化金屬礦物，特別是黃鐵礦物和硫，一方面硫化鐵和硫，有新陳代謝的出現(xiàn)。硫化鐵是一種非常重要的催化劑，很多化學(xué)反應(yīng)在它的表面或者說(shuō)在它的晶體骨架里，進(jìn)行得非常非常的順利，一些重要化合物已在在熱泉中被發(fā)現(xiàn)。例如一種活性物質(zhì)，像硫化脂就發(fā)現(xiàn)在熱泉之中，它與一種非常重要的化合物，一些復(fù)合物非常類(lèi)似，這種化合物提供了能量新陳代謝的一種途徑。
所以說(shuō)這個(gè)新陳代謝的途徑的話，可能跟熱泉中的黃鐵礦和硫，以及它們的聚合物有一定的關(guān)系。另一方面，遺傳物質(zhì)核糖核酸，RNA的出現(xiàn)的話，與硫化脂和硫的化學(xué)過(guò)程有著非常密切的關(guān)系。而脫氧核糖核酸，DNA它還可以直接用RNA脫氧演變而來(lái)。還有另一個(gè)的話，像黃鐵礦的聚合物，就是這個(gè)熱泉口中的這個(gè)黃鐵礦的聚合物的話。其實(shí)，存在于很多重要的生化酶的中心，那些生化酶的話，可能就產(chǎn)生于含有大量的硫熱泉之中。由此看來(lái)，地球上的生命也許就產(chǎn)生在距今38億年到40億年間這些充滿硫磺味的熱水池或者軟泥之中。但是我們應(yīng)該清醒的明白，我們距離揭開(kāi)生命起源這一亙古之謎，還有一段遙遠(yuǎn)的科學(xué)歷程。從無(wú)機(jī)物到有機(jī)物，到有機(jī)化合物到有機(jī)生命體的演化，同時(shí)還具有很多的偶然性，并不是有這種環(huán)境，有這種形成條件，它就能產(chǎn)生生命。有人曾經(jīng)比喻說(shuō)，這些無(wú)機(jī)物好像一個(gè)垃圾堆里面什么都有，塑料、塑料瓶子、鐵，廢棄金屬、油，而生命，一個(gè)單細(xì)胞，就像一輛精美的奔馳車(chē)，在一陣臺(tái)風(fēng)過(guò)后，這些垃圾組裝成了一個(gè)奔馳車(chē)。因此我們可以想像，這個(gè)生命起源的過(guò)程是非常非常地艱難。因此，也許我們?cè)谶@個(gè)藍(lán)色的星球，是生命的惟一的樂(lè)園，因此請(qǐng)保護(hù)我們的地球，珍惜地球上的生命，我們不能奢望地球上第二次的生命起源，謝謝大家。
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