“生命的起源”等4則

斯坦利·勞埃德·米勒　哈羅德·克萊頓·尤里

生命究竟是如何起源的?1924年，俄羅斯生物學(xué)家?jiàn)W巴林曾經(jīng)提出：生命的基本構(gòu)成單位——分子，可能是從更簡(jiǎn)單的化學(xué)物質(zhì)演化而來(lái)。美國(guó)大氣化學(xué)家哈羅德·尤里將這個(gè)觀點(diǎn)向前推進(jìn)了一步，他認(rèn)為生命出現(xiàn)以前。大氣中可能缺乏氧氣，但含有氨氣、甲烷、水蒸氣和氫氣。閃電釋放出的電或紫外線輻射可能產(chǎn)生簡(jiǎn)單的生物分子，例如氨基酸和糖，現(xiàn)在生命依然需要這些分子。

1953年，尤里的學(xué)生斯坦利·米勒打算通過(guò)實(shí)驗(yàn)來(lái)驗(yàn)證尤里的觀點(diǎn)。短短的幾個(gè)月時(shí)間里，米勒就取得了令人矚目的成功。利用試管中簡(jiǎn)單的化學(xué)物質(zhì)組成的“空氣”，他制造出了多種生物分子。實(shí)驗(yàn)結(jié)果引起了軒然大波。因?yàn)樵诋?dāng)時(shí)，它打破了宗教對(duì)科學(xué)世界觀僅存的威脅之一。在那以前，已經(jīng)接受了進(jìn)化論的人們依然相信上帝利用化學(xué)物質(zhì)創(chuàng)造了生物分子。米勒證實(shí)了這其實(shí)是自然過(guò)程的結(jié)果，打破了所謂的生物和非生物的區(qū)別。

自此以后，對(duì)生命起源的研究基本上都是遵循米勒的實(shí)驗(yàn)?zāi)Ｊ?，所有生命基本?gòu)成成分的合成也以其為基礎(chǔ)。但研究遠(yuǎn)未結(jié)束，人們尚不清楚構(gòu)成生命的分子是如何合成自我繁殖系統(tǒng)的，迄今，人們還沒(méi)有解開(kāi)這個(gè)謎。

古老的生物化石

埃爾索·巴洪(1915—1984年)

地球46億年的歷史可以分為兩大宙：顯生宙和前寒武紀(jì)(或隱生宙)。人們?cè)J(rèn)為，在長(zhǎng)達(dá)5.45億年的顯生宙時(shí)代物種極其繁盛。而在40多億年的隱生宙時(shí)代，沒(méi)有任何生命存在的跡象。但在20世紀(jì)60年代，在加拿大西安大略的岡弗林特艾恩斯通的裸露的巖層中，埃爾索·巴洪發(fā)現(xiàn)了20億年前的隱生宙微生物化石。查爾斯·達(dá)爾文也了解前寒武紀(jì)生命記錄的缺失，代表動(dòng)物王國(guó)幾大分支的化石突然出現(xiàn)在已知的最低的(寒武紀(jì))化石巖層中，達(dá)爾文對(duì)此非常困惑，他無(wú)法“提出令人滿意的解釋”。

1865年，科學(xué)家把在加拿大希爾德角的古勞倫系石灰?guī)r中所發(fā)現(xiàn)的類生物結(jié)構(gòu)被命名為始生物(曙生物)，它們起初被看做是前寒武紀(jì)生命體存在的證據(jù)，但后來(lái)證明它們只是無(wú)機(jī)物。然而，在加拿大的巖層中的確發(fā)現(xiàn)了真正的前寒武紀(jì)化石，這些首次發(fā)現(xiàn)的化石受到了廣泛的關(guān)注。

后來(lái)，人們又在岡弗林特艾恩斯通的富含硅的黑硅石沉積層中發(fā)現(xiàn)了保存完好的微生物化石。1965年，巴洪和斯坦利·泰勒描繪了這種微生物，認(rèn)為它們與疊層結(jié)構(gòu)有關(guān)，可以回溯到大約20億年以前。

我們現(xiàn)在知道，隨著38億年前可以進(jìn)行光合作用，并在無(wú)氧大氣中生存的原核生物細(xì)胞的出現(xiàn)，微生物形態(tài)的生命開(kāi)始出現(xiàn)，有的形成了疊層。而到了21億年前，隨著大氣中氧的含量不斷增大，更為復(fù)雜的真核生物開(kāi)始演化。具有生殖能力的多細(xì)胞動(dòng)物出現(xiàn)在大約12億年以前，距今6.1億年時(shí)，生物就已經(jīng)包括多種多樣的軟體海洋生物。它們被稱為埃迪卡拉動(dòng)物群，其中包括了主要的寒武紀(jì)化石生物群的祖先。

極限處的生命

提杰爾德·范安德?tīng)?1923～)

提杰爾德·范安德?tīng)柍俗鞍栁奶?hào)”潛艇潛水2500米，到達(dá)位于太平洋加拉帕哥斯群島東部的海洋中部山脊，成為第一位在海底見(jiàn)到熱液噴發(fā)口的人。那些噴發(fā)口上覆滿著動(dòng)物卻使他非常震驚。從科學(xué)的角度講，發(fā)現(xiàn)獨(dú)特生物體群生存在完全黑暗中并通過(guò)硫磺化合物氧化獲取能量，其意義勝過(guò)登月第一人所發(fā)現(xiàn)的任何東西。

在海洋中部山脊，冰冷的海水穿透灼熱的海底新巖石石縫，經(jīng)加熱后回流，從周圍巖石中獲取化學(xué)物質(zhì)，再以溫泉的形式流回到海洋中。噴發(fā)口的海水所含化學(xué)成分不同，水溫變化也很大，有些能達(dá)到35℃，與海水混合會(huì)生成錳和鐵礦物質(zhì)。由吞噬硫磺的細(xì)菌(每毫升中有100萬(wàn)個(gè)以上)所形成的化學(xué)合成物構(gòu)筑了一個(gè)生態(tài)系統(tǒng)，完全不同于主宰地球多數(shù)生命的光合作用系統(tǒng)。2米高的巨型管狀蟲(chóng)和龐大的貝類，是內(nèi)共生和化學(xué)合成細(xì)菌的宿主，生長(zhǎng)旺盛，成為蟹和魚(yú)的食物。

沃斯托克湖

安德里·卡皮查

沃斯托克湖位于世界上最荒涼的地區(qū)，對(duì)科學(xué)探險(xiǎn)者是令人畏懼的挑戰(zhàn)。沃斯托克湖的魅力源于這樣一個(gè)事實(shí)，就像木星的衛(wèi)星木衛(wèi)二的海洋一樣，有一層厚冰殼將其密封，與大氣分開(kāi)。它位于距南極海岸線1500千米之處，海拔3500米，靠近俄羅斯沃斯托克考察站，一個(gè)曾經(jīng)經(jīng)歷地球上最低氣溫記錄-89.2攝氏度的科學(xué)研究前哨基地。

該湖存在的第一個(gè)跡象出現(xiàn)在1960年。當(dāng)時(shí)俄國(guó)地理學(xué)家安德里·卡皮查飛越沃斯托克地區(qū)上空，發(fā)現(xiàn)冰原上有一個(gè)巨大的平坦地區(qū)。但他認(rèn)為冰川下有一個(gè)湖的看法沒(méi)有引起人們的重視。英國(guó)一次雷達(dá)觀測(cè)表明水被夾在冰和巖床中間。沃斯托克湖冰厚4千米，水深達(dá)500米，面積為1萬(wàn)平方千米，在南極地區(qū)約70個(gè)類似的湖中是最大的，整個(gè)湖與湖中的動(dòng)植物生命至少在100萬(wàn)年前就封閉起來(lái)。如今，這是一個(gè)靠火山活動(dòng)保持溫暖的黑暗、沒(méi)有營(yíng)養(yǎng)的地區(qū)。對(duì)于這一孤立的生物圈可能如何進(jìn)化的猜測(cè)——如果這個(gè)生物圈的確設(shè)法存在的話——有待于人們?nèi)ハ胂瘛?/p>

1998年，鉆機(jī)鉆入3623米處的冰層，為避免污染，在距湖120米處停止。他們?cè)俅伟l(fā)現(xiàn)了最深層的冰核，同時(shí)還有一系列在原處保存20萬(wàn)年之久的細(xì)菌、真菌、藻類甚至花粉?！诵牡撞繉?shí)際上可能是冰川下形成的凍結(jié)的湖水?？茖W(xué)家們現(xiàn)在想把機(jī)器人探險(xiǎn)者送入神秘的湖中尋找生命的跡象。如果成功的話，人們的希望就會(huì)大增，因?yàn)檫@能證明木星的衛(wèi)星被冰封的海洋覆蓋的地方也會(huì)有生命存在的可能。