我為兒孫講科學生命科學（二）

繡夫+丙舍

生命的起源

我們所居住的地球已經(jīng)存在了大約46億年。在地球形成的早期，它非常熱，也非常危險，常常受到流星撞擊和火山爆發(fā)的侵襲，不可能誕生生命。然而，隨著地球逐漸變冷，它的表面也變得比較平靜了。從地下持續(xù)噴發(fā)的水蒸氣形成了云朵，云又變成雨滴落下來。在地球上的水中，生命跡象從大約35億年前開始顯現(xiàn)。有些人相信生命是被專門創(chuàng)造出來的，但大多數(shù)科學家認為，生命來自于隨機發(fā)生的一系列化學反應。經(jīng)過幾百萬年的進程，這些化學反應逐漸把簡單的化學物質(zhì)塑造成為生命體。

讓我們想象一下：當時年青的地球被湖海所覆蓋，湖海中含有一些簡單的化學物質(zhì)；由于太陽照射和閃電撞擊所產(chǎn)生的能量會使這些化學物質(zhì)互相反應；逐漸地，某些這樣的化學反應會創(chuàng)造出一些能夠復制它們自己的化學物質(zhì)和一些能覆蓋它們的膜狀物，把它們與外界隔開。

1953年，兩位美國化學家哈羅德·尤里和斯坦利·米勒試著證實這樣的猜測。結(jié)果他們發(fā)現(xiàn)，確實能夠從簡單的物質(zhì)中制造出復雜的物質(zhì)。在他們的著名實驗中，他們把早期地球的湖海和大氣層中存在的簡單化學物質(zhì)，如水、甲烷、氨和氫氣的混合物放置在一個密閉容器中。他們希望看到，當這些化學物質(zhì)互相反應后會發(fā)生什么現(xiàn)象。這一實驗持續(xù)進行了一周以后，他們發(fā)現(xiàn)，確實有一些新的復雜物質(zhì)形成了，其中就有氨基酸。我們知道，氨基酸是與構(gòu)成生命體組塊的蛋白質(zhì)緊密相連的。

人們一度認為，生命體可能從無生命的物質(zhì)中突變形成。他們想，蛆蟲不是從逐漸腐敗的肉中滋生出來的嗎？然而意大利科學家拉扎洛·斯巴蘭扎尼（1729—1799年）和法國科學家路易斯·巴斯德（1822—1895年）所進行的實驗表明，這種想法是錯誤的。生命體總是經(jīng)由繁殖產(chǎn)生的。

如果生命在地球上由化學反應而產(chǎn)生，那么這一過程在地球之外也會發(fā)生。1996年，美國科學家宣布，他們在來自火星的隕石中發(fā)現(xiàn)了微生物化石。但不是所有科學家都確信這些東西是化石，而且他們也不能肯定，它們一定是在這些隕石到達地球前形成的。也有許多人認為，這些化石是由于化學過程蝕刻形成的，而不是什么生命的遺存。

生命的進化

那么，生命究竟是怎樣產(chǎn)生的呢？也許你會想，我們?nèi)绻芡嘶氐綆装偃f年前，看看當時的生命體，那該多好?。∧莾H僅是一種幻想，無法實現(xiàn)。于是，科學家們到化石中去尋找這一答案，因為化石就是當生命體被泥漿或砂石突然埋葬后形成的。在這種情況下，動植物的柔軟部分會腐爛掉，無跡可尋；但它們軀干的堅硬部分，比如，莖稈，骨頭，牙齒和殼等會非常緩慢地轉(zhuǎn)化為石頭。遍布全世界的化石顯現(xiàn)了生命體在幾百萬年中逐漸變化的情況。有些物種滅絕了；有些老的物種發(fā)展成為新的物種，這種變化過程就叫做進化。

由于一個很偶然的機會，人們從一塊化石發(fā)現(xiàn)：今天非常大的一個種群—鳥類—是從另一個種群進化而來，這就是始祖鳥化石。它顯示這種動物既有像爬行動物身上那樣的鱗片和牙齒，也有鳥類的羽毛。藉由這個證據(jù)，生物學家?guī)缀蹩梢钥隙?，鳥類是從爬行動物進化而來。

生物的進化過程

為什么植物和動物會一代又一代地緩慢變化呢？兩位英國生物學家達爾文（1809—1882年）和華萊士（1823—1913年）于1858年分別獨立地得出了答案。他們知道，某個物種的成員們彼此之間會有輕微的區(qū)別，這種區(qū)別能夠傳遞到下一代。他們還知道，所有生命體都必須為爭奪食物等資源而展開競爭。達爾文和華萊士認識到，帶著最有用的特點的新生一代會逐漸產(chǎn)生大多數(shù)后代。其結(jié)果是，物種將進化，或者變得更能適應其生存方式。這一過程就叫做自然選擇，適者生存。1859年，達爾文把這一理論的概要寫成一本暢銷書：《物種起源》。

達爾文是怎樣總結(jié)出進化論的理論呢？

經(jīng)過一次幾乎環(huán)繞地球的航行，1832年，達爾文乘船到達離開南美洲西海岸很遙遠的加拉帕戈斯群島。達爾文在加拉帕戈斯群島上發(fā)現(xiàn)了一些體型很小、羽色暗淡的雀鳥。開始時它們并沒有引起達爾文的關(guān)注，后來他把采集的標本交給了著名的鳥類分類學家約翰·古德，請他分類。約翰·古德的結(jié)論是，這些小鳥是一些與現(xiàn)有的雀鳥不同的新物種，但它們在羽色、鳴叫、造巢等方面的行為極為相似，它們最大的不同之處是在喙形上。他按照喙形竟把這些小雀分成了13種。古德的研究結(jié)果讓達爾文頓悟，認識到了這些小鳥之間的差異具有的重要意義。他把他的頓悟?qū)懗闪艘欢卧?，發(fā)表在了《物種起源》的第二版里：“看了這些體型小而密切相關(guān)的鳥類在構(gòu)造上的演進和多樣性之后，人們確實會推想，后來由外邊引進了一個物種，然后這個物種為了各種不同的目的，發(fā)生了變異?！?/p>

達爾文有豐富的博物學知識，并曾在南美大陸考察，他知道南美大陸只有一種小鳥屬于這種雀形目。但是，他在加拉帕戈斯群島的幾個島上卻捉到了十幾種這種雀形目的小鳥，而且每種之間都有差異。最初的雀鳥覓食種子，生活在南美大陸上，而它們的后代逐漸進化成具有不同的喙和不同的生活方式的物種。覓食種子的雀鳥通常有大的強大的喙，而以覓食昆蟲的雀鳥卻有細而尖的喙。他非常敏銳地意識到，南美大陸的雀形目小鳥在這里已經(jīng)進化成十幾種鳴雀，進而他推斷出世界上所有的鳴雀都來自一個共同的祖先，因為它們非常相似。

達爾文按照這種推理方式，最終推論，地球上所有的生物都有一個共同的祖先。