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生命的起源

生命起源理論:

迄今為止,已經提出了許多關於生命起源的假說——神創論、宇宙起源論或自然起源論。

在自然起源中,大部分與位置或新陳代謝有關,包括各種以科學家喜歡的各種生物分子命名的前生物世界。壹般來說,“生命從何而來?”以及“生命是怎麽來的?”這不是同壹個問題。

然而,在生命起源的研究小組中,關於自然起源的最早生命是光自養、化能自養還是異養的問題尚未達成壹致。此外,《生命起源》的核心是建立了以遺傳密碼為核心的生化系統。因此,生命起源和遺傳密碼是兩個密切相關的問題,理解其中壹個就需要理解另壹個。?

神創論(或稱神創論):

神創論認為世界上的壹切都是上帝創造的。比如上帝和阿西烏斯。聖經上說,“起初,上帝創造了天堂和地球。

神創論的懷疑者認為,神創論的根源是與人類制造能力的類比和概率論的錯誤應用。比如宗教人士用手表形成自己的概率是零,必須有制表師證明人是被創造出來的。

他們認為這種推理的根本錯誤在於他不理解自然界中普遍存在的自組織現象(比如雪花和沙丘在壹定條件下自動形成壹定的規則形狀,這顯然不是壹個高級主體有意為之,無法用概率論推斷出來)。生命最根本的特征是自組織,而不是被制造。

宇宙生命理論(或外星生命理論);

這壹假說主張“壹切生命都來自宇宙”的觀點,認為地球上最初的生命來自宇宙中的其他星球,即“地面上的生命來自外太空”。這種假說認為,太空中的“生命胚胎”可以用隕石或其他方式落到地球表面,成為生命最初的起點。

現代科學研究表明,在被發現的星球上,自然條件下不具備保存生命的條件,因為沒有氧氣,溫度接近絕對零度,而且充滿了具有強大殺傷力的紫外線、X射線和宇宙射線,不可能保存任何“生命胚胎”。這個假說實際上是把生命起源的問題推到了無邊無際的宇宙中,同時這個假說還無法解釋“宇宙中的生命是如何起源的”這個問題。

自發發生:

也被稱為“自生論”或“自然發生論”,認為生物可以在任何時候由非生物或其他完全不同的物體產生。比如中國古代所謂的“肉爛生蟲,魚枯生蛾”。中世紀的時候,有人認為樹葉掉到水裏就變成了魚,掉到地上就變成了鳥。自發發生論是19世紀以前廣泛流行的理論,認為生命是從無生命的物質中自然發生的。

比如中國古代認為“爛草變螢火蟲”(即螢火蟲由爛草堆產生),腐肉生蛆。在西方,亞裏士多德(公元前384~ 322年)是壹位博物學家。也有人通過“實驗”證明,把谷物和破舊的襯衫塞進瓶子裏,放在暗處,經過21天就會產生老鼠,而令他驚訝的是,這種“天然”的老鼠和普通的老鼠壹模壹樣。

1860年,法國微生物學家巴斯德設計了壹個簡單卻令人信服的實驗,徹底否定了自發發生理論。普遍接受的生命起源假說。19世紀,法國微生物學家路易·巴斯德(1821)-1895)進行了著名的鵝頸燒瓶實驗。

鵝頸瓶實驗是基於這樣的假設:細菌和微生物需要依靠菌毛和鞭毛才能在有液體介質的情況下正常運動。他把肉湯倒入兩個燒瓶中。第壹個燒瓶是壹個普通的燒瓶,瓶口垂直朝上。在第二個燒瓶中,將瓶頸彎曲成鵝頸燒瓶。

然後把肉湯煮開,放涼。兩個瓶子都沒有用塞子塞住,但是是開著的,外界的空氣可以暢通無阻地接觸到肉湯的表面。他把兩個燒瓶放在壹邊。三天後,第壹個燒瓶中出現了微生物,但第二個燒瓶中沒有。

他繼續放下第二瓶:壹個月,兩個月,壹年,兩年...直到四年後,曲頸瓶中的肉湯依然清澈透明,沒有變質,也沒有微生物。巴斯德認為肉湯中的小生物來自空氣,而不是自然產生的。他的實驗為科學家進壹步否定自發發生理論奠定了堅實的基礎。

現代生物學和化學的研究成果更徹底地否定了自發產生的可能性,生命的創造只能通過遺傳物質的復制和細胞分裂的過程來實現。我們在生活中直觀觀察到的壹切生命“自發”現象,都是由某種不易發現的復制過程造成的。

化學起源理論:

化學起源理論是許多學者接受的生命起源假說。這種假說認為,地球上的生命是在地球溫度逐漸下降後,經過極其復雜的化學過程,在極其漫長的時間內,由無生命物質壹步步進化而來的。

米勒實驗

米勒在他的實驗中假設,在生命起源之初,大氣中只有氫、氨和水蒸氣,沒有氧。當他將這些氣體放入模擬大氣中,用電引爆後,發現其中產生了壹些氨基酸。氨基酸是合成蛋白質的基本單位,蛋白質是生命的形式。所以他認為生命從無到有的理論就成立了,證明了生命是進化的。

但是米勒的實驗也有很多疑點,比如使用的能量的多少,不同氣體的配合等。雖然它們都產生氨基酸、糖類等物質,但仍然不能證明這就是生命的起源。因為他假設的大氣不能證明是原來的大氣,所以結果是不確定的。

米勒自己也承認,他的實驗離自然界生命的起源還很遠。而現代科學已經發現火星上有氧氣但沒有生命,所以米勒的假設是大氣中沒有氧氣,所以沒有生命,所以無法證明生命的起源是由單細胞進化而來的。

化學起源理論將生命起源分為四個階段(米勒實驗)。

第壹階段,由無機小分子生成有機小分子的階段,即生命起源的化學演化過程是在原始地球條件下進行的。需要強調的是米勒的模擬實驗。在這個實驗中,壹個裝滿水溶液的燒瓶代表原始海洋,其上部球形空間含有氫氣、氨氣、甲烷和水蒸氣等“還原性大氣”。

米勒先加熱燒瓶使蒸汽在管內循環,然後他通過兩個電極放電產生電火花,模擬原始天空中的閃電,從而刺激密封裝置內的不同氣體發生化學反應,連接在球形空間下部的冷凝管將反應產物和蒸汽冷卻形成液體,流回底部的燒瓶,即模擬降雨的過程。

經過壹周的連續實驗和循環。米勒在分析它的化學成分時發現,它含有各種新的有機化合物,包括五種氨基酸和不同的有機酸,同時它還形成氰基氫酸,可以合成腺嘌呤,這是核苷酸的基本單位。米勒的實驗試圖向人們證明,生命起源的第壹步,由無機小分子物質形成有機小分子物質,在原始地球的條件下是完全可能的。

在第二階段,生物大分子由有機小分子生成。這壹過程發生在原始海洋中,即氨基酸、核苷酸等有機小分子經過長期積累和相互作用,在適當的條件下(如粘土的吸附作用)通過縮合或聚合作用,形成原始的蛋白質分子和核酸分子。

在第三階段,由生物大分子形成多分子系統。這個過程是如何形成的?前蘇聯學者奧柏林提出了總量假說。他通過實驗表明,蛋白質、多肽、核酸和多糖在放入合適的溶液中時,可以自動濃縮聚集成分散的球形液滴,這些液滴就是聚集體。

奧伯林等人認為,聚集體可以顯示合成、分解、生長和繁殖等生命現象。例如,聚集體具有類似於膜的邊界,其內部化學特性與外部溶液環境顯著不同。團聚體可以從外界溶液中吸收壹些分子作為反應物,也可以在酶的催化下發生特定的生化反應,反應的產物也可以從團聚體中釋放出來。

此外,壹些學者還提出了其他壹些假說,如微球和脂質球,來解釋有機聚合物形成多分子體系的過程。

第四階段,有機多分子系統進化為原始生命。這壹階段形成於原始海洋,是生命起源中最復雜、最具決定性的階段。目前,人們無法在實驗室中驗證這壹過程。

這個理論並不是所有人都接受的。其懷疑者認為,僅僅證明蛋白質大分子可以自然形成,並聲稱生命可以如此自發,就像給猴子壹臺打印機,並聲稱它可以寫《紅樓夢》。

形成壹個大分子很簡單,但是要形成包含生命信息的DNA,蛋白質需要這些有機小分子以非常非常特殊的方式結合。打壹本完全隨機的書那麽簡單,但是寫紅樓夢就更難了。

僅僅依靠隨機過程,形成有效生命分子的概率可以小到6543.8+0億個宇宙,不可能發生這麽長時間。生命的信息是如何創造的?長期以來,這壹理論的支持者並沒有對這壹問題給出有效的答案。

然而,最近的研究指出,ATP在生命的信息起源中起著重要的作用(ATP中心假說):

(a)它是光能轉化為化學能的終端;

(b)促進了壹系列生化循環(如卡爾文循環)和元素重組;

(c)它通過自身的轉化和濃縮將生命過程信息化——篩選出編碼20多種氨基酸的四堿基三聯密碼子系統,構建了壹套遺傳信息的保存、復制、轉錄和翻譯以及多肽鏈生產的系統;

(d)推導蛋白質和核酸之間因果關系的反饋系統,通過自然選擇篩選出控制細胞內同步發生生化反應的系統和規則,最終建立生命-遺傳的傳遞機制。

所以生命的起源是在能量轉化為信息的過程中實現的,而在這個過程中產生了記錄生命過程的遺傳密碼。

如果從能量的普遍性和現代生化系統的結構特征來看,生命最有可能是從光合系統的進化開始的(生命光養起源假說)。

支持這壹觀點的壹個重要分子證據是細胞色素(壹種以鐵卟啉或血紅素為輔助基團的電子傳遞蛋白),這是壹種幾乎存在於所有生物中的電子載體,血紅素可能來源於光合色素——葉綠素(兩者的生物合成途徑在現有生物中也非常相似),只是葉綠素含有鎂卟啉環,可能由卟啉環和長鏈脂肪酸(可能來自膜)加成而成。

細胞色素的葉綠素和血紅素亞單位的結構相似性如下圖所示。在鎂卟啉轉化為鐵卟啉的過程中,發生了環化反應(紅色標記位置)。從進化的角度來看,膜耦合葉綠素分子可能由磷脂和卟啉環組成。帶箭頭的藍色虛線表示可能的進化方向。?[4]?

天體撞擊理論;

地球經常被小行星撞擊,帶來並非來自地球的氨基酸。經過漫長的發展,形成了最初的生命。

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