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生命的起源与演化马闯（体育学院社会体育12-1521521）摘要：本文论述的生命何时、何处，特别是怎样起源的问题，是现代自然科学尚未完全解决的重大问题，是人们关注和争论的焦点。历史上对这个问题也存在着多种臆测和假说，并有很多争议。随着认识的不断深入和各种不同的证据的发现，人们对生命起源的问题有了更深入的研究。随着人类社会科学的进步，我们探索的领域不断扩大。其中，对生命起源的探索一刻也没有停止，人们都渴望了解：在原始地球早期环境下，物质是如何实现由非生物界到生物界的跨越？抑或，在地球形成早期，肯定存在没有生命这样一个时期，生命又是怎样来的呢？关键字：生命起源、生命科学、海洋生命引言生命起源是一个古老、神秘而又时髦的大课题，长时期来始终被封建迷信所笼罩。在我国号称“鬼城”的四川鄷都县有一座奈何桥，桥两岸生与死遥遥相望，桥下便是阴曹地府，生命与非生命之间果真有一条不可逾越的鸿沟吗？上帝创造人的故事和达尔文的物种进化都是在生命诞生之后的事，不在本论文的讨论范围之列。这里要论证的是在混屯初开之时，地球上的原始生命物质和原始生命形态是如何形成的。一、关于生命起源的几种假说1．创世说（神创论）和新创世说：创世说是把生命起源这一科学命题划人神学领域，认为地球上的一切生命都是上帝设计创造的，或者是由于某种超自然的东西干预产生的。19世纪以前西方流行创世说这一学说。近年来，在科学的高速发展的情况下，创世说的支持者为坚持这一非科学的观点，不得不作出新的努力使圣经与科学调和，用科学知识来证明圣经的故事，如将生物学和古生物学的一些“证据”来证明上帝造物和物种不变的观点，这就是现代的新创世说。这一学说无论怎样修饰都是不科学的。2．自然发生说（自生论）：认为生命可以随时从非生命物质直接迅速产生出来。如腐草生萤，腐肉生蛆、白石化羊等。这一学说在17世纪曾流行于欧洲。随着意大利的医生雷地和法国微生物学家巴斯德等人的实验的成功，这一学说失去了他的生命力。3．生物发生说（生源论）：认为生命只能来自生命，但不能解释地球上最初的生命的来源。4．宇宙发生说（自生论）：认为地球上的生命来自宇宙间的其他星球，某些微生物的孢子可以附着在星际尘埃颗粒上而到达地球，从而使地球具有了初始的生命。这个学说仍然不能解释宇宙间最初的生命是怎样产生的。此外，宇宙空间的物理因素，如紫外线、温度等对生命是致死的，生命又是怎样穿过宇宙空间而不会死亡呢？5．化学进化说（新自生论）：认为地球上的生命是在地球历史的早期，在特殊的环境条件下，由非生命物质经历长期化学进化过程而产生的。这一过程是伴随着宇宙进化过程进行的。生命起源是一个自然历史时间，是整个宇宙演化的一部分。因为有比较充分的根据和实验证明，这一学说为多数科学家接受，但仍需要深入进行研究。生命起源问题是自然科学界面临的几个主要的未知基础科学问题之一[1]。几乎所有的自然历史及生物学教科书总会有几章介绍生命起源。按照大爆炸理论，大致是从亿年前大爆炸开始的宇宙起源，到约50亿年前太阳系的起源，到约45亿年前地球的起源，到大约37亿年前地球上生命的起源。地球上生命体系是已知的宇宙中惟一的生命体系，也是已知的宇宙中最复杂的分子体系，更是自然演化出的最完美的分子体系。地球上生命的起源过程是如此复杂，生命起源的过程是如此偶然，有人做过一个形象的比喻：如果一只猴子在打字机的键盘上随机跳动能打印出大英博物馆的所有图书，那么在地球上发生生命的几率比这还小。但是，在地球上的的确确自然产生了生命，而且产生了智慧生命人类这一宇宙最美丽最灿烂的花朵。如果说生命在地球上的起源是一个奇迹，那么对地球上这一奇迹的发生发展的过程及原理的探索当然是一个激动人心的事业，也是自然科学的主要任务之一。显然，对生命起源的研究不仅有利于深入了解自然的奥秘，揭示生命的奥秘，而且推动自然科学的发展，并无疑对人类的思想史及文明史产生重要影响。二、人类对生命起源的探索生命的起源问题就是要研究物质如何在自然条件下由“死”变“活”的问题，这不仅仅是一个科学问题，也是一个哲学问题，是科学与宗教、唯物主义与唯心主义长期争论的焦点，它与宇宙的起源、意识的本质等，都是人们所面临的对自然本质认识的几个未解之谜，它的解决不仅对科学将起极大的促进与推动作用，而且将会在人类思想史上产生重大的影响。生命起源的研究涉及到许多科学学科，并引出了许多的哲学问题，因此没有哲学思维而力图勾划出整个研究的前景是难以想象的。这就是为什么在探讨生命现象这一亘古问题时，无数的哲学家和自然科学家都付出了毕生心血。有关生命起源的文章和论著[2一3]则不胜枚举，并出现了多种学说，如生机论、创造论、泛生论、星球转移说、机制论、唯物论等等，不过最具有代表性的理论则是奥巴林的化学进化学说，艾根的超循环理论和卡斯林—史密斯的生命从泥土中起源理论等。奥巴林学说是以蛋白质为主的大分子群体可以形成与细胞相似的团聚体，通过团聚体中越来越复杂的分子群体的不断积累而产生生命的。这里最先自然出现的是细胞的物理化学的框架，其次是团聚体中的随机分子群体组织成了自我维持的代谢循环即酶，最后出现了比上述更为高级的组织即基因。该理论允许进化可以在有较大误差率情况下进行，群体的代谢只依赖于部分分子的催化活性，所以是高度容忍误差的，而且，在此没有一致性的要求，分子群体中可以有较大的统计涨落，遗传漂变作用可以成为推动进化的主要力量。艾根的理论认为生命的起源经过了一个大分子自组织阶段，形成协同整合的超循环组织。一开始就有可以自复制的RNA，是基因在先;进而酶与RNA构成了原始的遗传转录器，是酶随后;细胞则是最后形成的。卡斯林—史密斯提出的生命从泥土中起源的理论则指出，泥土中的矿物微晶也许在核酸出现之前就已充当了遗传材料，微晶起到了复制信息并转移信息的功能，泥土在先，酶在其次，然后是细胞，最后是基因。三、海洋生物的起源—“海底黑烟囱”海底黑烟囱及相关生物群体的发现是近20年来全球海洋科学取得的最重要的科学成就之一。在海底黑烟囱周围高温、高几、黑暗、缺氧、含硫等极端环境中，生活着特殊的深海生物群落，它们的初级生产者嗜热细菌和占细菌，在基因组序列上最接近地球上原始的祖先，生活环境也与生命起源时地球上的高温、缺氧环境非常类似。地球历史旱期热液系统曾经在地球表而广泛分布，因而嗜热微生物有着广泛的生存空间。通过对生命起源必须具备的物质条件、环境条件、能量条件、安全条件等方而考虑，现代海底黑烟囱周围的水热环境是探索生命起源的理想场所。生命起源必须具备物质、环境、能量、安全等条件,目前广泛认为生命最可能产生于黑烟囱周围,因为海底黑烟囱可以提供生命起源所需的所有条件,分析如下[4]:(1)物质条件。黑烟囱周围是化学演化的有利场所,热液喷口喷出CH4、H2、NH3、H2S、HCN和各种金属元素可以提供化学演化各阶段所需的所有原料,并且可以为生命出现以后的生命延续提供能量和营养物质;(2)能量条件。生命起源中由无机物反应合成有机小分子以及有机小分子反应合成生物大分子等各阶段都需要高的能量才能进行,而海底黑烟囱喷出的热液温度非常高,比如东太平洋洋底“黑烟囱”喷出的热液温度高达350℃,这样的高能环境足以支持生命起源各个阶段的能量需要;(3)环境条件。水热喷口附近的温度、pH值和化学成分的梯度变化形成了复杂多样的环境条件,非常有利于生命的起源和演化。像现代海底黑烟囱周围的水热环境在现在的地球上已经不多了,但是在地球的早期,由于火山活动普遍,构造运动强烈,海底喷气和水热活动的强度至少是现代的5倍,太古代洋中脊的总长度大约是现代的3~5倍,水热环境可能广泛的存在于地球表面[5],因而嗜热微生物有着广泛的生存空间。可能最早的太古宙生命就是被限制在热液系统周围的嗜热微生物。现生的极端嗜热的古细菌和甲烷菌最接近于地球上的最古老的祖先。随着地球的演化,环境的改变,这些古老的嗜热微生物以及它们的生活范围也变得越来越小了。(4)安全条件。有两种环境可以成为生命的摇篮:一是水体的表浅处,在这里“汤”可以在阳光下浓缩、“烹调”;另一处类似于现代海底黑烟囱附近的黑暗的深水下的水热喷口。原始地球由于天体碰撞频繁及地球出气作用所产生的强烈的温室效应,以及强烈的紫外线辐射,可能使环境单调而又不稳定的地面小水池不适于出现原始生命。再加上陨石和彗星等天体频繁的撞击,可能使地面小水池中产生的生命起源的萌芽都毁灭了,只有隐藏在深海热液喷口附近的生命能避免天体撞击地球所造成的有害影响得以保存,所以是孕育生命最理想的地方。四、生命的物质基础由于受到研究手段的限制，人类对生命起源的研究只是到了近代才形成了科学的认识和方法，并确认了生命活动时物质运动的形式之一，生命的物质基础是碳、氢、氧、氮，此外，还有少量的硫、钙、磷和其他二十几种微量元素，以及由这些元素在地球环境中自发产生的蛋白质、核酸、糖类、脂类、水和无机盐等。其中，蛋白质和核酸是生物体最重要的组成部分，也是区别生命与非生命的基本依据，蛋白质的分子量很大，由千万或几百万个氨基酸分子构成，具有十分复杂的化学结构和空间结构，是一切生命的基础。生物体的所有组织器官都会有蛋白质，它在生物体内的功能主要有以下几个方面：（1）调节功能（2）保护和支持功能（3）运输功能（4）储存和营养功能（5）收缩的运动功能（6）防御功能（7）识别功能（8）信息传递功能（9）基因表达调控功能（10）凝血功能（11）催化功能。五、个人观点生命起源的过程就是地球不断发展的过程，地球家园为我们提供了安逸和谐的环境，是我们温馨护层。因此我们要不断的进行保护和对其进行深刻的发展。同时，生命的起源可以说是一个伟大的奇迹，是十分价值和值得我们去尊敬和呵护的，对地球这一奇迹发生及原理的探索当然是一个激动人心的事业，也是自然任务之一。因此保护和合理的开发我们的地球善待我们周围的生命是我们一项重要的任务，对生命起源的研究不仅有利于深入了解自然的奥秘,揭示生命的奥秘,而且推动自然科学的发展,并无疑对人类的思想史及文明史产生重要影响。对此，我们要为科学的关系人们本身的生命起源及演化事业的深入探究献出我们一份力！六、结束语由于生命起源研究的是几十亿年前，地球上人类远未出现之前生命是如何产生的问题。由于最早产生的原始生命休结构十分简单，组织状态极度脆弱，极难形成化石保存下来，以及当时科学技术手段有限，至今尚不能找到合理的答案。生命起源仍处于众说纷纭，莫表一是的假说阶段。通过学术争鸣和新假说的不断提出，人类对生命起源的认识有了长足的进步，研究生命起源的航船正越来越靠近了真理之彼岸。参考文献：[1]张晌，《生命起源》，科学日报出版社，1989。12[2]R.F.Doolittle，etal.，Science1996,271:470[3]J.Keosian,TheOriginofLife，Reinhold，NewYork，1968,Inded.