生命起源
地球形成之初，由於各種物理化學反應，地球處於極熱狀態，那裏不可能有生命。後來，隨著地球的緩慢冷卻及其獨特的天文位置和結構，生命悄然進化。從古至今人們都在關註生命的起源，出現了各種各樣的假說。時至今日，除了像基因機器這樣的問題，大致的過程輪廓已經逐漸清晰。
神創論認為生命是由超自然力量創造的，或者是由超越物質的先驗決定的。這是壹個原始的概念，是在人們認識自然的能力很低的時候產生的。後來被社會化的意識形態有意無意的利用，導致相信精神絕對至上的人相信了神創論。
在古代，人們認識自然的能力較低，但能夠進行抽象思維活動。根據這壹現象，他們得出了生命自然發生的結論。他們的代表思想是中國古代的“肉腐而生蛆，魚萎而生蠓”和亞裏士多德的“有些魚是從淤泥和沙礫中發展起來的”。
隨著認識的深入，人們知道蛆來自蒼蠅。巴斯德之後，人們認為生命是由父母和孢子產生的，即生命不可能自然產生。但是，起源論並沒有回答最初的生命是如何形成的。
隨著世紀天文學的大發展，人們提出地球上的生命起源於其他星球或宇宙的“胚胎”。這種認識流行於19世紀，至今仍有極少數人堅持這種觀點，其依據是地球上所有生物都有統壹的遺傳密碼，稀有元素鉬在酶系統中起著特別重要的作用。
化學進化論主張從物質的運動和變化規律來研究生命的起源。認為在原始地球條件下，無機物可以轉化為有機物，有機物可以發展成生物大分子和多分子體系，直至原始生命形成。1924蘇聯學者A.N .奧帕林首先提出這壹觀點；五年後，英國學者J.B.S .霍爾丹提出了類似的觀點。他們都相信地球上的生命是由非生命物質經過長期進化而來的；這個過程叫化學進化，不同於生物出現後的生物進化。奧帕林的《地球生命起源》出版於1936年，是世界上第壹部關於生命起源的專著。他認為，原始地球上沒有遊離氧的還原性大氣，在短波紫外線等能源的作用下，可以生成簡單有機物(生物小分子)，簡單有機物在原始海洋中可以生成復雜有機物(生物大分子)，形成多分子體系的集合體。經過長期進化和“自然選擇”，後者終於出現了原始生命，即原生動物。越來越多的化學進化的實驗證據已經被大多數科學家所接受。
研究方法①在實驗室模擬原始地球條件，探索無組織向有生命物質轉化的可能過程。②尋找古地層中的化學化石和微體化石。確定它們的地質年代，以研究生命起源的時間和演化。③利用射電望遠鏡研究星際分子，利用空間技術探索其他星球上生命的存在和演化，從而研究地球生命起源的可能途徑。(4)對現存生物的某些結構進行拆解和重新組裝，研究生物大分子“由死變活”的機理。⑤利用現代方法人工合成蛋白質、核酸等信息分子，從而探索生命起源的規律。
化學進化的基本過程孕育了生命的原始地球。原生地球地殼薄弱，地球內部溫度很高，火山活動頻繁。火山噴出的許多氣體構成了原始大氣。壹派認為原始大氣包括CH4、NH3、H2、HCN、H2S、C0、CO2和水蒸氣，是壹種沒有遊離氧的還原大氣。主要原因是:①射電望遠鏡的射電頻譜分析表明，木星、土星等離太陽較遠、變化不大的行星的大氣都是由H2、he、CH4和NH3組成的還原性大氣；②古沈積巖中所含的鐵為氧化程度低的磁鐵礦(Fe3O4)，而後期“紅層”中所含的鐵為氧化程度高的赤鐵礦(Fe2O3)，反映了原始大氣中由還原向氧化的過渡。現在地球的氧化性大氣是在藍藻和植物出現後，通過長期的光合作用逐漸形成的。
由於原始大氣中沒有遊離氧，沒有形成氧層來阻擋和吸收太陽輻射的大部分紫外線，所以所有的紫外線都能到達地球表面，成為合成有機物的能量來源。此外，天空中的放電、火山爆發釋放的能量、地球深處的輻射和太空中的宇宙射線、隕石穿過大氣層時產生的沖擊波也有助於有機物的合成。在上述能源中，雷電似乎更為重要，因為它提供的能量更多，並且在海洋表面附近釋放，所以在那裏合成的產物很容易溶於水。
生命分子的合成生物小分子的合成，如氨基酸、核苷酸和脂肪酸。1952年，美國芝加哥大學的研究生S.L .米勒在H.C .尤裏的指導下進行了模擬原始大氣中雷電的實驗，* * *得到了20種有機化合物，其中11中的4種氨基酸(甘氨酸、丙氨酸、天冬氨酸、谷氨酸)都含有生物蛋白。後來其他學者進行了大量的模擬實驗，或者改用外線、B射線、高溫、強日光等。作為能源，或改變了減少混合氣體的個別成分(如用H2S代替H2O，用HCN代替CH4和H2，或增加CO2和CO等。)，產生氨基酸。但用氧化性混合氣體代替還原性混合氣體不能生產氨基酸。目前，組成天然蛋白質的20種氨基酸，除精氨酸、賴氨酸、組氨酸外，都可以通過模擬實驗產生。組成核酸的大部分生物小分子也可以通過模擬實驗形成；如果有人用紫外線或γ射線照射稀釋的甲醛(HCHO)溶液得到核糖和脫氧核糖；HCN的紫外線照射產生腺嘌呤和鳥嘌呤。將丙腈(N≡C-C≡CH)、KCN和H2O在100℃加熱壹天，得到胞嘧啶。將NH3、CH4、H2O、蘋果酸和多聚磷酸加熱至100 ~ 140℃，得到尿嘧啶；腺苷可以通過將腺嘌呤和核糖的稀溶液與磷酸或偏磷酸乙酯混合並用紫外線照射來產生。將腺苷和偏磷酸乙酯密封在應時玻璃管中，用紫外線照射，從而可以產生腺苷(AMP)。此外，用高能電子輻照碳氫化合物和二氧化碳也可以得到脂肪酸。
化學進化顯然不僅限於原始的地球，在宇宙和其他天體中也會發生。星際分子和隕石中有機物的發現證實了這壹點。根據L.E. Snyder的說法，到1978，已經發現了37種星際分子，其中80%是有機化合物。星際分子中有大量的甲醛和氰化氫，和米勒放電實驗中最初的中間產物壹樣。當它們與氨反應時，可以水解產生氨基酸。1969年9月墜落在澳大利亞東南部默奇森鎮的隕石被發現含有多種氨基酸，其種類和含量與米勒放電實驗產生的氨基酸相當壹致。這說明原始大氣不僅有可能由無機物生成生物小分子，而且這壹過程在宇宙中仍在發生。
可以推斷生物大分子的合成。被雨水沖刷到原始海洋中的生物大分子(單體)，可以通過相互作用形成蛋白質、核酸等生物大分子(聚合物)。而單體變成聚合物必須經過脫水和縮合，在原始海洋中進行脫水和縮合顯然是個大問題。關於氨基酸的合成肽，目前有三種可信的觀點:①美國學者S.W. Fox認為原始海洋中的氨基酸可能被沖到火山附近的熱區，經過蒸發、幹燥、冷凝生成類蛋白質物質。如果蛋白質類物質被沖回海洋，可能會進壹步發生其他反應。他們的依據是將20種天然氨基酸按酸堿中和混合，在170℃加熱幾個小時，可以得到具有天然蛋白質某些特征的氨基酸聚合物——類蛋白質。(2)其他科學家，如以色列人a·卡特·卡斯基(A. Carter Carsky)，認為原始海洋中的氨基酸是在某種特殊粘土上合成的肽。他們首先在實驗室裏讓氨基酸與腺苷酸反應生成氨基酰腺苷酸，其中含有自由能。當它吸附在蒙脫石等特殊粘土表面時，可以縮合生成多肽。早在1951，英國學者J.D. Bernard就提出了這樣的理論:某些粘土片層因為含有大量的正負電荷，所以可以吸附帶電分子，成為原始的催化中心。20世紀60年代，英國學者A.G .基思-史密斯進壹步提出生命起源於粘土的觀點。他認為導致生命出現的化學進化是在粘土中進行的。20世紀80年代，美國國家航空航天局科學家發現壹些粘土具有儲存和輸送能量的功能，這支持了Keith Smith的觀點。(3)日本學者明石四郎提出“多聚甘氨酸理論”，可以避免“脫水縮合”的困難，解釋肽的形成。他認為原始大氣中產生的HCHO可以與NH3和HCN反應生成氨基乙酰腈，氨基乙酰腈先聚合再水解生成聚甘氨酸，最後與醛類和烴類反應生成不同的側基，形成由多種氨基酸組成的蛋白質。
科學家模擬原始地球條件合成核酸的實驗也有成功報道。例如，有人將核苷和多聚磷酸加熱到50 ~ 60℃獲得多核苷酸；有人將尿苷酸和多聚磷酸加熱得到多聚磷酸，但它不是通過3’和5’磷酸二酯鍵連接的。後來有人用胞苷和多聚磷酸在65℃合成了由約5個核苷酸組成的短鏈核酸，含有3’和5’磷酸二酯鍵，與生物核酸相同。然而，在沒有酶促反應的情況下，很難合成由3’和5’磷酸二酯連接的更長的多核苷酸或由幾個單核苷酸組成的聚合物。
多分子系統的出現，生物大分子必須形成壹個系統，形成壹個邊界膜才能與周圍環境明顯隔離，進壹步進化。因此，人們認為多分子體系的形成可能是生命出現之前化學進化過程中必不可少的階段。目前研究多分子體系的實驗模型主要有兩種:聚集體和微球。①凝聚層模型。奧帕林把明膠的水溶液和阿拉伯樹膠的水溶液粘在壹起，在顯微鏡下，他看到無數的液滴，也就是聚集體。後來發現蛋白質和糖混合，蛋白質和蛋白質混合，蛋白質和核酸混合，都有可能形成聚集體。Oparin在含有組蛋白和阿拉伯膠的溶液中加入磷酸化酶，酶濃縮在聚集體液滴中；當溶液中加入葡萄糖-1-磷酸時，後者會擴散到液滴中，並被磷酸化酶聚合成澱粉。聚合所需的能量由葡萄糖-1-磷酸的磷酸鍵提供，釋放的磷酸作為“廢物”從液滴中擴散出來。因為阿拉伯樹膠是壹種糖，合成的澱粉可以增加聚集體的體積。當聚集體變得太大時，它們會自發分裂成幾個液滴。如果在聚集體中加入磷酸化酶和澱粉酶，兩種酶都會在液滴中濃縮，然後發生兩步反應:葡萄糖-1-磷酸進入液滴，被磷酸化酶聚合成澱粉；澱粉酶將澱粉分解成麥芽糖，麥芽糖與磷酸鹽壹起擴散回周圍的溶液中。這種液滴可以作為開放系統保存很長時間。可以想象，如果聚集體自身能產生磷酸化酶和澱粉酶(含有能“指導”這兩種酶合成的基因核酸系統)，並且其周圍環境中有足夠的葡萄糖-1-磷酸作為“食物”，就可以合成和分解；如果合成速度大於分解速度，聚集體可以通過分裂“生長”和“繁殖”。由於聚集體模型能夠表現出這些最簡單的生物特征，所以吸引了人們的關註。
②微球模型。Fox等人將酸性蛋白溶解在稀鹽溶液中，冷卻後在顯微鏡下觀察到無數微球。微球有雙層膜，比較穩定。它們在高滲溶液中收縮，在低滲溶液中膨脹。它們可以通過出芽和分裂來“繁殖”，並表現出水解、脫羧、胺化、脫氨和氧化還原等酶活性。但類蛋白不是蛋白質，它有壹定量的肽鍵和大量的其他化學鍵，不能被蛋白酶完全水解。它的類酶活性很低，幾乎主要是可分解的，但在進化中更有意義的是合成酶的活性。而類蛋白物質是用20種天然氨基酸為原料，模擬原始地球的幹熱條件生產出來的，比現成的物質(如明膠、阿拉伯膠等)更有說服力。)由來自生物體的聚集體產生，因此受到廣泛重視。
從多分子系統進化到原始生命的起源是最關鍵的壹步。有兩個重要問題需要解決:生物膜是如何產生的，基因裝置是如何起源的。(1)生物膜的形成:只有當邊界膜成為生物膜時，多分子系統才能進化為原始細胞。生物膜的基本結構是磷脂分子內嵌有動態功能蛋白分子。壹般認為脂質體可能是原始生物膜的模型。脂質體是壹種人工細胞樣結構，由脂質分子組成，周圍有壹個含水的腔室。脂質體通常可以通過超聲波處理水中的磷脂來獲得。壹般認為磷脂必須在原始海洋中形成，脂質體很容易與磷脂形成。包埋在糖蛋白等功能蛋白中的脂質體，經過長期進化，可能發育成原始生物膜。②基因裝置的起源:目前沒有實驗模型，僅用壹些間接數據推測。許多科學家認為，最初相對穩定的生命可能是Oparin在實驗室中制造的壹種聚合體，主要由蛋白質和核酸組成。可想而知，最開始是各種成分的多分子系統，後來被粉碎成不適合生存的，適合生存的才得以保存。經過這樣的“自然選擇”，以蛋白質和核酸為基礎的多分子體系最終得以生存和發展。其中，核酸可以自我復制，充當模板，而蛋白質則起結構和催化作用。可以推斷，蛋白質和核酸都不是先出現的，而是壹開始就在多分子系統中共同進化，共同促進了生命的發展。這裏的關鍵問題是，核酸的堿基序列如何能與氨基酸序列相互識別，使今天的信使核糖核酸(mRNA)上的密碼子能與20種天然氨基酸壹樣準確地匹配。如果能通過實驗搞清楚這個問題，那麽解決從多分子體系到原始細胞的進化問題就更容易了。
生命起源的化石記錄大約有46億年了。目前已知地球上最古老的沈積巖在格陵蘭島西南部的伊蘇瓦，年齡約38億年。在該沈積巖中發現了壹些有機微結構，已被證明是水面排泄時產生的。1978 ~ 1980年，澳大利亞學者D.I. groves等人報道，在西澳大利亞Northpole的Warawoona群地層中35億年前的燧石中發現了壹些絲狀微體化石(左)。
旋光性的起源蛋白質中的氨基酸都是L型，核酸中的核糖、脫氧核糖等天然糖都是D型。如果生物攝取的是旋光度相反的糖或氨基酸，必須用酶糾正後才能使用。學者認為，這種旋光性是區分生物和非生物的重要標準。有學者認為，光學活動在生命起源中完全是偶然的；還有學者認為旋光性可能與宇稱不守恒有關，推測L型氨基酸和D型糖的存在可能是由物質的不對稱性質決定的。
其他天體上是否有生命？到目前為止的探測和研究表明，除了地球，太陽系的其他星球上沒有生命。但太陽系只是整個宇宙中極小的壹員，從誕生至今也只有50億年左右的歷史。據壹些天文學家估計，宇宙從大爆炸出現至少654.38+0000億年，類似太陽的恒星大約有654.38+0020顆。壹些科學家估計，宇宙中至少有108顆行星存在生命。此外，在條件適宜的地方，星際分子可能通過化學進化演變成生命。所以，雖然目前還沒有發現地球以外的生命，但從理論上來說，不排除其他天體上存在生命的可能性。
至於外星人不時造訪地球或正在造訪地球的事實，並沒有有效的證據可以證明。到目前為止，所謂的證據要麽是偽造的，要麽是虛幻的，要麽是觀察方法不對，要麽是設備有限。
參考資料:
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