文档介绍：生命之源
奇云 生命的起源始于水
生命是如何在地球上开始起源的,一直都是科学界的一个难解之谜。虽然科学家们提出了各种各样的假设,但都没有绝对令人信服的证据来证明这些假说的可靠性。比较经典的一种解释认为,生命是在地球漫长的的催化剂。
因为生命的大爆发时期恰好和气候、地质突变的时间相对应,科学家们推断:在水火碰撞的极端条件下产生的化学反应,可能催化了生命的产生。在生命爆发之前,是一个大冰期时代,使得一些生命要素被“冰封”,只有在火山及热水附近才有相对活跃的生命形态,不过它们只是孤立的存在,彼此之间不存在交流,因为寒冷冰封阻碍了他们的交流。
我们知道,热泉中含有大量的一氧化碳、硫化氢和硫化金属矿物,特别是黄铁矿物和硫,一方面硫化铁和硫,有新陈代谢的出现。硫化铁是一种非常重要的催化剂,很多化学反应在它的表面或者说在它的晶体骨架里,进行得非常的顺利,一些重要化合物已在热泉中被发现。
新陈代谢的途径可能跟热泉中的黄铁矿和硫,以及它们的聚合物有一定的关系。另一方面,遗传物质脱氧核糖核酸、核糖核酸的出现,与硫化酯和硫的化学过程有着非常密切的关系。而脱氧核糖核酸还可以直接用核糖核酸脱氧演变而来。由此看来,地球上的生命也许就产生在距今38亿年到40亿年间这些充满硫磺味的热水池或者软泥之中。
科学家就这一生命进化的模型在大方向上达成了共识,但是在某些具体环节上尚有许多谜团,因为找到的化石都只是突变后的结果,中间的过程只是推断。不过,专家们相信这样的逻辑:生命进化没有固定路线,地球的变化决定了生命的变化,现存的各种生物包括人类能够被保留,有赖于一种偶然机会的出现。
迄今为止,我们把生命起源可以描述成这种样子:在40亿年前的地球上,由无机分子合成的有机小分子,它聚集在热泉口,或者火山口附近的热水中,通过聚合反应,形成了生物的大分子。这些大分子进行自我复制,自我选择,进而通过分子的自我组织,并自我复制和变异,从而形成核酸和活性蛋白质。同时,分隔结构同步产生。最后,在基因控制下的代谢反应为基因的复制和蛋白质的合成提供能量。这样,一个南生物膜包裹着的、具有能
自我复制能力的原始细胞,就在地球上产生了。
这个描述短短几百字,就把生命起源的过程描述出来了。但它有四个无法逾越的鸿沟:一个是自我选择,因为组成生物大分子或者核糖核酸、脱氧核糖核酸,都是非常有限的几种分子。在无机条件下,或者在闪电情况下、或者在热水中,它形成很多这样的分子,这些分子怎么能自我选择,能合成脱氧核糖核酸、核糖核酸,能把其他的大分子抛弃掉?第二个是自我复制,脱氧核糖核酸、核糖核酸自己能够复制,能够为下一代遗传下去,这个过程我们也并不知道。第三个是分隔结构,比如细胞膜或者细胞内部的膜结构,是怎么形成的?像磷脂、精细的生物结构怎么形成的?我们也并不是很清楚。另外是一个新陈代谢的问题,这个过程我们并没有解决。但不管怎么样,这种热泉中生命起源假说,确实有很多有利证据的支持。
海底黑烟囱及相关生物群体的发现是近30年来全球海洋科学取得的最重要的科学成就之一。1979年,“阿尔文号”载人深海潜水器在东太平洋海底1650~2610米深的熔岩上发现了数十个冒着黑烟的“黑烟囱”。方圆几百米的范围里,数十个高大的柱状物的顶部喷发着滚滚黑烟,使“阿尔文号”犹如置身于一个由烟囱组成的海底重工业基地。科学家们经过考察证实,海底“黑烟囱”的形成与海底火山运动有关。从“黑烟囱”中喷出的“黑烟”,其实就是海底火山口喷出的金属硫化物,而“黑烟囱”则是由金属硫化物不断沉积而成。
比发现“黑烟囱”更令科学家吃惊的是,在海底黑烟囱周围高温、高压、黑暗、缺氧、含硫等极端环境中,生活着特殊的深海生物群落。它们的初级生产者嗜热细菌和古细菌,在基因组序列上最接近地球上原始的祖先,生活环境也与生命起源时地球上的高温、缺氧环境非常类似。地球历史早期热液系统曾经在地球表面广泛分布,因而嗜热微生物有着广泛的生存空间。通过对生命起源必须具备的物质条件、环境条件、能量条件、安全条件等方面考虑,现代海底黑烟囱周同的水热环境是探索生命起源的理想场所。
研究者认为,海底黑烟囱附近的环境不仅可以为生命的出现以及其后的生命延续提供所需的能量和物质,而且还可以避免地外物体撞击地球时所造成的有害影响,因此海底黑烟囱生态系统是孕育生命的理想场所。但另一些学者认为,生命可能是从地球表面产生,随后就蔓延到海底黑烟囱周围。以后的撞击毁灭了地球表面所有的生命,只有隐藏在海底黑烟囱附近的生物得以保存下来并繁衍后代。因此,这些海底黑烟囱附近的生物虽然不是地球上最早出现的,但却是现存所有生物的共同祖先。
但是我们应该明白,距离揭开生命起源这一