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自然发生说 关于生命的起源，大多数人类早期的文化都是用神创论处理解释的。此外，人们自古就有这样的观察经验：腐草化萤、腐肉生蛆。亚里士多德相信“自然发生说”。诸如托马斯·阿奎那那些中世纪的神学家，哈维、牛顿也相信这一点。 意大利的医生Francesco Redi（1626-1697） 第一个用实验来验证这个信念的是意大利的医生Francesco Redi（1626-1697）。1668年，他把一块肉放在容器里，有的容器盖上细布，有的不盖。苍蝇能自由进到不盖细布的那些容器；结果表明，只有这些容器里的肉才能生蛆。Redi断定，蛆是苍蝇产在肉上的极为微小的卵长出来的，没有苍蝇和卵，那不论肉腐败多久，也不能生蛆。 重复Redi实验的人也都得到了相同的结果，因此，从死物能产生看得见的活生命的信念消失了。但是，在随后不久，1683年，随着显微镜的发明，荷兰人列文虎克（Antonie van Leeuwemhoek，1632-1723）发现了细菌（微生物），于是很多科学家又相信至少微生物是从死的东西变来的，因为，即是把肉放在用细布盖着的容器里，它也很快就长满了细菌。在Redi实验以后的两个世纪里，关于微生物可能自然发生的信念一直很盛行。 Spallanni（1729—1799） 1765年，另外一个意大利人，博物学家Spallanni（1729—1799）又提出了疑问。他准备了两组瓶子，装入肉汤。一组开着口，让空气进出。另一组先煮沸，把已有的各种微生物都杀死，然后封好，不让空气进出。结果，第一组瓶子里的肉汤很快长满了微生物；第二组则始终保持没有细菌。于是他得出结论：连微生物也不能由无生命的物质产生。 当时，那些相信自然发生说的人还不心服，他们坚持说，煮沸能把空气中的某种“生命力”煮死。 Louis Pasteur in his laboratory, painting by A. Edelfeldt in 1885
鹅颈瓶 1862年，巴斯德Louis Pasteur（1822-1895）制造了一个像鹅脖子一样、S型的长颈瓶。他在瓶里放上肉汤，装上瓶颈，把肉汤煮得冒了气，景观发展。结果，肉汤保持无菌，空气中显然没有什么“生命力”。此后，自然发生说永远埋葬了。 所有这一切都在科学家的心理种下了一颗疑惑的种子。如果生命不是神创造的，又不是自然发生的，那它又是怎么来的呢？ 外太空来源 19世纪末，有些理论家走到了另外一个极端，认为生命是历来就有的。最流行的说法是阿仑尼乌斯Svante Arrhenius（1859-1927）。1907年，他在《宇宙的形成》中说，宇宙一直就有生命，生命穿过宇宙空间游动，不断在新的行星上定居下来。他说，生命是以孢子的形式游动的，孢子由于无规运动而逸出一个行星的大气，然后靠太阳光的压力被推向宇宙空间。光压最先被麦克斯韦从理论上预言，1899年，俄国物理学家Lebedev用实验证明其存在。 Svante Arrhenius（1859-1927） 乍看之下，这个学说似乎很吸引人。细菌的孢子有厚厚的外衣，很能耐受寒冷和脱去水分，可以想象，它能在真空的宇宙里活得长久。而且孢子的大小也正好使太阳吸引它的力量小于太阳辐射把它向外推的压力。但是阿仑尼乌斯的设想在紫外线的攻击下败下阵来。1910年，研究工作者们证明，紫外线能很快杀死细菌的孢子，在星际空间里，即使不算其他破坏性的辐射（如宇宙线、太阳X射线等），光是太阳的紫外线也就够强了。所以孢子不可能活过成年累月的暴晒。 那么，生命到底是如何起源的呢？ 自组织生命 1952年，尤里实验室的研究生米勒Stanley Lloyd Miller（1930-2007）采用氨、甲烷、氢（模拟原始大气组成）的水循环（模拟原始海洋），流经一个电弧（模拟太阳紫外辐射）。过了一个星期，他发现溶液中发现了甘氨酸和丙氨酸（两种最简单的氨基酸）！科学家还进一步在实验室里只得了肽、嘌呤等物质。 Stanley Lloyd Miller（1930-2007） 今天，人们相信，原始的海洋和大气中的简单化合物，随着时间的推移，会越来越多形成较为复杂的氨基酸和简单的糖类；氨基酸又结合成肽；嘌呤、嘧啶、糖和磷酸则结合成核苷酸；又经过若干年代，逐渐形成了蛋白质和核酸。最后，通过随机的结合，形成了能诱发自我复制的核酸分子。这个时刻就是生命的开始。 叶绿素和光合作用 1966年，加拿大生物化学学家G. W. Hodson和B.L.Baker用吡咯和仲甲醛（Miller那样的实验制造出来的简单物质）经微热制备出了叶绿素的基本结构--卟啉环。叶绿素可以利用太阳辐射的可见光工作提供能量，不必是紫外光。 最早含叶绿素的生物简单如单个的叶绿体。细菌和蓝绿藻可能都是叶绿体的后裔。现在有两千种能起光合作用的蓝绿藻，他们是非常简单的单细胞生物，在结构上更像细菌，只是它们有叶绿素，细菌没有。细菌可能在后来丧失了叶绿素，只好靠吃死的组织寄生度日。 叶绿素：镁卟啉 血红素：铁卟啉 现代化学证明，叶绿素和血红素的化学结构是相似的，都是卟啉络合物。叶绿素是卟啉结合了镁元素，而血红素是卟啉结合了铁元素。1961年英国的彼得·米切尔（P．Mitchell）证明：动物的线粒体呼吸链和植物的叶绿体光合氧化还原链的化学原理是基本相似的。今天，叶绿素和血红素分别与空气中的二氧化碳和氧起作用，都是由此成为植物和动物的能源供应者。 蓝绿藻又称蓝藻，不一定为蓝色，只因为最早研究的是蓝绿色，故名。蓝绿藻是地球上出现的最早的原核生物，也是最基本的生物体。蓝绿藻在地球上大约出现在距今35～33亿年前，已知蓝绿藻约2000种，中国已有记录的约900种。它的适应能力非常强，可忍受高温，冰冻，缺氧，干涸及高盐度，强辐射，所以从热带到极地，由海洋到山顶，85℃温泉，零下62℃雪泉，27%高盐度湖沼，干燥的岩石等环境下，它均能生存。 生存、协作与竞争 只要有一个活的分子，似乎就足以是生命开始发展，从而给整个世界产生出各式各样有生命的东西。正像一个受精卵能发展成为一个极其复杂的有机体一样。今天所有的生物尽管千差万别，但都有相同的基本性质，其细胞都已非常类同的方式进行代谢。特别有意思的是，所有生物的蛋白质都是L型氨基酸，而不是D型氨基酸构成的。 从活得分子到现在我们所知道的生命要跨越非常巨大的一步。除了病毒以外，所有的生物都具有细胞的组织。然而，微小如细胞之物，在化学结构和相互关系上来看，也是极其复杂的。那么，这一切是怎样发生的呢？ 1958年，美国生物化学家福克斯（Sidney W. Fox）把各种氨基酸的混合物加热（模仿原始的热量），发现他们形成了长链，同蛋白质分子的链很相似。当对这些类蛋白冷却时，它们自缩到一起形成微球，像细菌那么大。这些小球能分裂，一个分成两个，或彼此连成一串。 大概，在远古时代，形成的这类不完全有生命的物质聚集物有好多种。有的很能复制，可是不太能储存能量；另一些则相反。它们的结合产生的聚集物可能进行协作，取长补短，形成了近代的细胞。 在原始大气中，原始的生命形态把复杂的化学物质分解形成简单的化学物质，通过此时释放的能量而生存；太阳辐射则又把简单的物质变成复杂的物质。当叶绿体在原始的海洋里繁殖时，二氧化碳逐渐消耗着，氧气就出现了，原始大气成分发生了改变。随后臭氧层出现，紫外线的供应被切断，这个时候，没有叶绿素的细胞不能再依靠太阳紫外辐照制造的食物提供营养了。可是，那些配备着精细的线粒体的细胞，因其能很有效地处理复杂分子，可以依靠吞食植物细胞，剥夺植物细胞之能量而继续生存。这样，就开始了现代的动物细胞。 本文是阿西莫夫《自然科学基础知识整理》之生命起源专题读书笔记，欢迎分享。然而总感觉读书笔记之流用杨子（杨立华）的话来说总有点嚼饭喂人的意思，说好听的可谓哺育，说不好则没有营养。所以，还是非常建议大家有时间读原书。 |
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