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第2章 探索生命的淵源(1)

  • 生命的奧秘
  • 米艾
  • 5053字
  • 2016-02-25 15:10:04

地球和太陽系的其他行星相比,最大的不同之處就在于它上面居住著各種各樣的生物。從南極到北極,從東半球到西半球,生命活動的跡象在地球上如此繁盛。然而,這些種類繁多的生物是否一直就存在呢?它們從哪里來?最初的生命是隕石運載而來的嗎?人類的祖先又是誰?

地球上的生命從何而來

地球和太陽系的其他行星相比,最大的不同之處就在于它上面居住著各種各樣的生物。從南極到北極,從東半球到西半球,生命活動的跡象在地球上如此繁盛。然而,這些種類繁多的生物是否一直就存在呢?

公元前4世紀的亞里士多德認為生命可以從非生命的物質中自然發生。按照他的說法,螢火蟲、蜜蜂或蠕蟲這樣的生物可以由早晨的露水和黏液或和糞土結合在一起生成。亞里土多德的這種觀點一直持續到13世紀,當時,人們相信從樹上能長出小羊來。

法國化學家巴斯德在1864年進行了著名的“曲頸瓶”實驗:他先把肉煮好,去掉肉塊,留下煮沸的肉湯,把肉湯放到燒瓶里,再把燒瓶的瓶頸拉成S形,這樣就能讓新鮮空氣進入到瓶子里,而阻止細菌或微生物隨空氣飄入瓶子里。實驗結果證明,即使在這樣的S形長頸瓶子里,微生物這樣簡單而微小的生命都不會自然發生。這個實驗有力地否定了自然發生論,為人們正確了解生命是如何發生的提供了啟示。

還有一種觀點是“宇宙發生說”。這種學說認為宇宙是生命的來源地,隕石是運載生命種子的“飛船”,隕石通過撞擊地球的方式,把它們帶進了地球。在地球的適宜條件下,來自宇宙的生命就生存發展起來了。但是,宇宙發生說只解釋生命是從宇宙空間移居到地球上來的,并沒有真正揭示出生命起源的原因。

年輕的化學家斯坦利·米勒是美國圣迭戈大學的一位科學家,1953年他進行了一個有趣的實驗。他先把甲烷、氨氣、氫氣和水蒸氣等氣體,按照“地球原始狀態”時的組成比例,混合在一個玻璃瓶中。然后,他用電流模仿閃電,轟擊這些氣體。結果發現在玻璃瓶中出現了一種從未見過的橘黃色氣體。米勒對這種氣體進行了測定,證明這一氣體中含有大量的氨基酸等有機物質。

最近一段時間,西方有些科學家又提出了一種新的看法。他們認為40多億年前最早在地球上出現的第一批生命(即原始生物)起源于火,也就是說生命就是從火里誕生的。這種新看法得到了全球科學界的關注。

美國《新聞周刊》發表文章報道稱:1980年美國的圣海倫斯火山噴發,當時火山釋放出來的高溫和噴發出來的有毒的化學物質使附近蘇必利湖中幾乎所有的生物遭到了滅頂之災。但是,最近有一個令人吃驚的消息傳來:美國俄勒岡州大學的科學家們在該湖中發現了一些微生物,這些微生物的發現可以證明:由于在火山噴發時有大量的硫酸及硫化物,即使在高溫熱液中,生命仍然可以存在和繁殖。美國邁阿密大學的番迪尼·佛克斯模擬上述的環境和條件做了類似的試驗。試驗中他發現,氨基酸——蛋白質的構成原料,在幾分鐘內就可以聚合成類似蛋白質分子,而且它會在不到24小時的時間中成為類似細菌的生物體。通過以上材料我們可以推測,在40多億年前,也就是在地球誕生后不久,火山噴發的熱液可能曾是原始生命產生的最早的環境,是地球上第一批生命的發源地。

另外,還有一種新的學說——“化學進化說”則認為:豐富的有機分子存在于早期地球的大氣里,經過漫長的歲月,這些有機分子產生了一種相互關聯的結構,這種結構能臨時組合在一起,時間一長,這種分子周圍就產生了一層黏稠狀的東西,并且隨著外界環境的變化,它能排放出臨時組合在一起的另一部分有機分子,也能接受另一類有機分子。這種復合化的分子可被看成是最初的生命,它具備了最簡單的代謝和繁殖功能,而這些功能就是生命屬性的基本特征。

最近,在格陵蘭38億年前形成的古老的石英巖中,德國和法國的兩位科學家發現了單細胞有機物的內含物。這種細胞的形狀呈橢圓形和絲狀體,通常具有鞘,它的內含物由生物的物質組成。它的細胞壁和鞘的結構以及其繁殖方式,幾乎同現代的酵母菌一樣。大約需要5億多年的時間才能形成這種單細胞有機物。所以,大概在43億年前,生命才開始出現。人們根據最新的考察結果,得出了這樣的看法:生命的出現與行星的誕生幾乎是同時進行的。

目前,我們雖然無法徹底解開地球生命誕生的奧秘,但是這么多新發現也讓尋求生命起源的歷程變得奇妙有趣了。

隕石和生命起源有何關系

一個火球從天而降,緊接著是隆隆的巨響。有經驗的人大概猜得出是隕石來了。隕石以這種“轟動”的方式造訪過世界各地。對于隕石,很早以前人們就有所描述,視它為神秘的天外來客。

那么這個天外來客緣何降落地球?原來,太陽系里一些高速運行的較大流星體或小行星,受到大行星的攝動,就會脫離原軌逆,闖入地球大氣層并與地球大氣摩擦,發生爆炸,燃燒未盡的殘留部分墜落到地球表面上,這就是隕石。

可以說,隕石是太陽系最古老、最原始的天體物質,它的存在年齡與地球相當,在46億年左右。而地球上現存的最古老的巖石只有38億年,有近8億年的地球演變過程人類從地球本身無法探知。這些降落到地球上的隕石,攜帶了原來天體的信息,人們希望能夠從這些天外來客上面得到解答問題的線索。

通過對隕石中各種元素的同位素含量進行測定,可以推算出隕石的年齡,從而推算太陽系開始形成的時期。對隕石的研究,還可以了解關于人類文明的一些問題,甚至推測到地球生命的演變過程。

科學家相信,隕石能夠幫人們解開人類文明研究中的種種困惑。一直以來,在科學界,關于生命的起源問題有很多種說法。其中有一種認為地球生命起源于天外,這種觀點大多與天外來客隕石有關。

隕石分為兩類:球粒隕石和非球粒隕石。球粒隕石對研究生命起源有著比較重要的意義。因為它們只可能來自宇宙,不僅含有氨基酸,還有烴類、乙醇和其他可能形成保護原始細胞膜的脂肪族化合物。生物化學家曾經用默奇森隕石中得到的化合物制成了球形膜即小泡,這些小泡提供了氨基酸、核昔酸和其他有機化合物,及其進行生命開始所必需的轉變環境。

另外,來自一次隕石撞擊的熱和沖擊波可以在原始大氣中激合成有機化合物的化學反應。而且,每一次巨型隕石撞擊地球,形成巨大的隕石坑,都會影響地球環境,并進而影響地球生命。例如,大約35億年前,曾經有巨大的隕石撞擊地球,這一撞擊可能曾掀起厚厚的碎石和灰塵組成的塵埃層,這個塵埃層覆蓋了整個地球,隕石引起的巨大海浪蕩滌了早期的地球大陸,對生命進化產生了影響。

研究者根據古代巖層證據推斷,35億年前,可能有數塊隕石差不多同時撞擊地球。隕石撞擊時,地球上惟一的生物體是細菌。細菌可以在非常極端的環境中生存。因此細菌不會如恐龍一樣因為行星的撞擊而徹底滅絕,但撞擊對地球生命的影響肯定是巨大而深遠的。

據說,在1億3000萬年前,澳大利亞正值恐龍時代,一個巨大的火球突然從天而降,塵埃和碎石形成的巨大蘑菇云慢慢升起,在南半球遮天蔽日達數月之久。而當時正是地球生物一度大規模滅絕的時期??茖W界的一種理論假設認為,當時隕石撞擊地球揚起的灰塵擋住了陽光,并引發一系列連鎖反應,從而導致地球生物的大批滅絕。

這是一顆直徑約600米的彗星撞擊地球的場景,撞人地面約800米,炸掉了周圍大約400平方千米的地面,形成了一個四周巖壁陡立的大隕石坑,這就是后來著名的戈斯峭壁。

從人造衛星拍攝的照片來看,戈斯峭壁像是有人在澳大利亞西部平原上按了一個巨大的拇指印。戈斯峭壁現在的隕石坑是原坑的中心部分。起初的隕石坑直徑大約20千米,現在的坑直徑只有4千米。曾經鋪滿坑的碎石已被長年累月的風雨侵蝕掉了。現在坑緣有兩道堅硬的砂巖峭壁,高于平原地面180米。砂巖峭壁是撞擊形成的,相同的巖層在地下深達2千米,當年的撞擊力之巨大可想而知。

一切都還僅僅停留在理論假設階段,地球生命究竟與隕石造訪之間有沒有直接關系仍是一個未解之謎。

但可以肯定的是,隕石是落到地球表面的流星體,是太陽系內小天體的珍貴標本,攜帶了很多關于原來星體的信息,還見證了地球的變化。因此,研究隕石對研究太陽系的起源和演化、生命起源提供了寶貴的線索。要想在未來揭開地球生命之謎,我們還需要對隕石做更多更透徹的研究。

解讀生命的演化進程

有科學研究表明,在30多億年以前,地球上只有結構簡單的細菌類微生物。那么,它們是如何演化成今天這些種類繁多的生物的呢?

科學家們推測:微生物誕生之后生活了很長時間,直到大約在5~6億年之前,最早、最原始的藻類和動物才開始在原始海洋里出現。那時候,陸地上還看不到生命的跡象,沒有森林,沒有動物,甚至連一根草都沒有,只有光禿禿的巖石和荒涼的土地。

在原始時代的海洋里,除了小得看不見的海藻類綠色植物以外,已經出現了很多低等動物。那個時候,統治整個海洋的是一種叫做“三葉蟲”的動物,模樣很像今天的蝦。它們是當時最能適應地球環境的生物。

三葉蟲統治地球幾億年時間,但后來還是滅絕了。其中有一種進化成了能夠捕捉別的水生動物的水蝎,適應環境的能力較三葉蟲強,但是它后來跟三葉蟲一樣,也因不能適應環境而滅絕了。

三葉蟲和水蝎滅絕以后,在淡水溪流的泥底里出現了一種新的物種。這種動物的身體又小又扁,行動遲鈍,適應環境的能力極強。它們是地球上最原始的脊椎動物。它們全身長著鱗,身體的前部長有骨片,而且已經有了腦,科學家將這種動物稱做“甲胄魚”。

大約過了7500萬年,有一種甲胄魚發展進化,演化成真正的魚類。它們擁有了脊梁骨和一副能支持全身肌肉的骨骼,它們有腭,嘴巴可以自由地張合。它們的身上長有鰭,尾巴能在水中有力地劃動。它們的身體也比原來大了,體形呈流線型。這些新器官有利于它們在水中自由地游動和抵御敵人。

這些魚不斷地繁衍發展,它們后代的蹤跡在淡水中隨處可見。后來,它們一部分子孫成群結隊地遷移到了海洋里,并在那里定居下來。那時候正值魚類發展的高峰時期,它們的種類特別多,樣子也千奇百怪,地球的所有水域都是它們活動的范圍。古生物學家把這以后的5000萬年,叫做“魚的世紀”。

在魚的世紀里生活著兩種極為重要的魚,一類是鯊魚和它的近親,它們用鰓呼吸,且骨骼都是軟的;另一類是已經有肺的魚類,它們的骨骼都是硬的。后一類魚占多數,已經滅絕了的總鰭魚就屬于這一類。

眾所周知,肺這種器官能從空氣中吸取氧。在魚的世紀里,經常發生干旱。遇到干旱的時候,成千上萬沒有長肺的魚類因缺氧而死去,時間一長,沒有長肺的魚就漸漸滅絕了,而長肺的魚得以幸存。

過了若干年,地球上的氣候又變了,干旱漸漸減少,溶解在水里的氧氣又多了起來,足夠供給魚類用腮來呼吸。于是,魚肺的作用和功能漸漸退化,有些魚的肺變成了一個能裝空氣的囊,叫做“鰾”。

在魚的世紀的末期,陸地上已經布滿了羊齒類的森林,森林中的植物有的高達10多米。這樣就為脊椎動物準備了豐富的食物。

大約在3.65億年以前,長著肺的總鰭魚從水里爬了出來,逐漸在陸地上生存繁衍開來。它們的骨骼同兩棲動物的蛙類的腿內骨骼比較相似,它們的胸部和腹部還長有成對的鰭。由于總鰭魚具備了在陸地上生活的能力,所以后來逐步進化成為陸生動物。

原始兩棲動物最初由總鰭魚進化而來,它們在陸地上生活得很艱難。幾千萬年以后,這些古代的兩棲動物也逐漸滅絕了,只留下了諸如青蛙、蟾蜍(癩蛤?。┖拖旙⒅惖膭游锷钤跍貛А_@時候,適應能力更強的原始的爬行動物開始出現。

爬行動物產下的卵外面有一層硬殼保護著,從而可以離開水直接在陸地上孵化。爬行動物的四肢離得很近,更適于支撐身體的重量。胸肌和肋骨的活動能幫助它們進行呼吸,同時,使血液循環系統也更有效率。依靠這些優點,爬行動物成為陸地上的統治者,開創了一個“爬行動物時代”。

爬行動物又不斷分化成許多種類,恐龍就是其中的一種。大約在7000萬年以前,地球環境急劇變化,曾經統治地球的恐龍沒有逃脫滅絕的命運。只有一些體積較小的爬行動物存活了下來,逐漸進化成現在的蛇、蜥蜴和鳥類等。另外有一種小型恐龍,也進化成了鳥類。

有一些最初從爬行類發展來的小動物,開始變得活躍起來。小動物們像老鼠那么大,跟祖先相比,它們有兩個特點:第一,它們的血是溫熱的;第二,渾身長毛。在此以前,大多數脊椎動物的血液都不能保持恒定的溫度,常常變化。如果周圍環境的溫度改變了,它們的血溫也會隨之改變。這些長毛的溫血動物就是恒溫動物。在恐龍滅絕以后,恒溫動物得到了很大發展,并最終演變成了最古老的哺乳類動物。

在以后漫長的年代里,地球上又出現了更高級的哺乳類動物。其中有一種動物,后來逐漸統治了新世界,它就是靈長類動物。靈長類動物一般生活在樹上,其分化出來的分支有狐猴、猿類、猴類和人類等。于是,有了現如今我們所看到的生機勃勃的景象。

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