生命起源是一个亘古未解之谜,从古至今有很多说法来解释生命起源的问题。科学未出现之前,中国有盘古开天辟地,女娲造人的神话;西方有上帝创造天地万物,并在第六日造人的传说。到了十九世纪,达尔文《物种起源》一书的问世,给生命科学带来了前所未有的大变革,也给人类的自然认知带来了石破惊天的巨大震撼,更为科学家揭示生命起源这一千古之谜带来了曙光,这就是现代的化学进化论。
探索生命起源的时间,最好的证据是化石。
化石是保存在岩石中的远古生物的遗体、遗迹和死亡后分解的有机物分子,它就像文字,书写着地球这本厚重的大书。科学家研究发现,地球诞生于46亿年前,最初的6-8亿年仍处于天文时代,地球遭受了频繁而大量的小行星和陨石的撞击,即使有生命出现,也根本无法生存。由此可以推断,地球上生命起源的时间,应不早于40亿年。
此外,科学家在格陵兰的一块岩石(距今约38.5亿年)中发现了富含轻碳(C12)的碳颗粒,它通常被认为只有通过光合自养生物的分馏作用才能形成。由此推测,地球生命起源的时间可能在距今40-38亿年间。而迄今为止,已发现的最古老的生物化石来自澳大利亚西部,距今约35亿年。这些化石类似于现在的蓝藻,它们是一些原始的生命,只有几微米到几十微米大小,是肉眼看不见的。
这一化石证据的存在,让我们可以有底气地说,生命起源不会晚于三十五亿年前。
科学家研究发现,地球早期形成的大气层充满了还原性大气,主要由氨气、氢气,还有水、一氧化碳、二氧化碳和氮气组成,这使得原始地球初期形成的生物有机分子得以积累和保存;那时的大气层无游离氧,地球外层空间也未形成臭氧层,因此,强烈的太阳紫外线对早期大气中的化学反应起着重要作用;频繁的雷电、宇宙射线也是原始地球化学进化中的重要能源;更重要的是,原始海洋的形成为生命诞生准备了必要条件。
蛋白质是生命的物质基础,它是由氨基酸有机小分子转化而来。而有机小分子又是从何而来呢?现代天体物理学研究发现,陨石,彗星和星际尘埃中都存在有机分子,而且已经测出近百种有机分子,其中不仅含有固态的水,还有氨基酸,铁类,乙醇、嘌呤、嘧啶等有机化合物,它们有可能随陨石和彗星来到地球。这就为“宇宙胚种说”的提出奠定了基础。
1953年,美国科学家米勒做了一项非常有意义的实验,他把氨气、氢气,还有水、一氧化碳放在一个密封的瓶子里,在瓶子两头插上金属棒,通上电源,通过这个类似于闪电作用的装置,一周之内产生了大量的氨基酸。这说明在地球表面,经闪电作用,即使在常温条件下,无机分子也能合成有机小分子。
科学家已经在地球两个特殊的地方发现了所谓的“营养汤”。第一个地方是陆上热泉。
1967年美国学者布莱克在黄石公园的热泉中发现了大量嗜热生物,如蓝藻,光合细菌,硫细菌,特别是古细菌。这与人们所熟知的“蛋白质在超过六十度的环境中就会凝固”“生物不能在六十度以上的环境里存活”的常识很不一样。第二个地方是海底热泉。
1977年美国“阿尔文”号深潜器观察到,在太平洋底的热泉中,也就是黑烟囱上,存在着大量的嗜热微生物,而周围的海水温度更高,可能达到200℃~300℃,压力也有200~300个大气压。
从上世纪中叶开始,人类探索生命起源的视角已经拓展到外太空,企图从“是否有活的生命”“是否有液态水”“是否有与生命有关的化合物”三个方面,追溯生命起源。半个多世纪以来,月球、火星、木二卫等星球先后被探测和研究,取得了一批重要的成果。然而,我们应该清醒地意识到,人类追溯地球生命起源的研究固然已经取得了一定成果,但距离揭开生命起源这一亘古之谜,还有一个漫长的征程,任重而道远。