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生命起源终会探清  

2011-01-30 10:51:56|  分类: 精选文章 |  标签: |举报 |字号 订阅

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生命起源终会探清 - kxsj - Newton-科学世界

 

撰文/王谷岩

生命是地球上最奇妙、最富魅力的自然现象—物种缤纷,生生不息。然而,地球在形成之后的近10亿年中,却是一个荒芜的无生命世界。直到距今约36亿年前,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?这就是科学家们关注的生命起源的问题。
生命起源是当今科学界的重大课题,然而我们对其依旧缺乏了解。从近年“生命起源国际大会”提出的论文来看,当代关于生命起源的假说可归结为两大类:一类是“宇宙胚种说”,另一类是“化学进化说”。
宇宙胚种说认为,地球上最初的生命来自地球以外的宇宙空间,之后才在地球上发展起来。赞成此种学说的人提出,“造成化学反应并导致生命产生的有机物,是那些与地球碰撞的彗星带来的”,进而成为原始地球上的“生命胚胎”。尽管诸如此类的观点尚需进一步证明,但通过对陨石、星际尘云、彗星以及其他行星上的有机分子的探查与比较,都将为地球上生命物质起源的研究提供更多的资料。
化学进化学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。核酸和蛋白质等生物分子是生命的物质基础,生命的起源关键在于这些生命物质的起源。因此,生命起源问题首先是原始有机物的起源与早期演化,先是化学进化造就了一类化学物质,进而由这些化学物质组成了氨基酸、糖等通用的“结构单元”,最终出现的核酸和蛋白质等生命物质就来自这些“结构单元”的组合。
1922年,苏联生物化学家奥巴林提出了一种假说:认为原始地球上的某些无机物,在闪电和太阳的能量作用下,变成了第一批有机分子。1953年,美国化学家米勒借助“放电实验”佐证了奥巴林假说。他模拟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,合成出了有机分子氨基酸。继米勒之后,在许多通过模拟原始地球条件的实验中,陆续合成出了组成生命体的其他一些重要生物分子。
化学进化说认为,生命的化学进化过程包括4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,最终从多分子体系演变为原始生命形态。
细胞起源具有原始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下完成的。原始生命是自催化的,要发展成酶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,这是一次生物进化飞跃,这一过程就是生命起源中的重要一环—细胞起源。
研究生命起源的意义是要弄清几十亿年前生命诞生的历史,然而其意义远不止于追根溯源,还在于可由此了解生命与环境、整体与部分、结构与功能、微观与宏观、个体发育与系统发育之间的辩证关系,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。
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,完整的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、一步一步地在实验室中去模拟、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,同时开展人工合成生命物质(DNA、RNA和蛋白质等)、人工合成细胞的研究。
“生命起源”的秘密还有待我们去深入探寻。

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