第一篇 知识荟萃

    第一章 从非生命到生命——浅谈生命的起源

    《西游记》第一回中，说在花果山正当顶上，有一块仙石。自开天辟地以来，每受天真地

    秀，日精月华，感之既久，遂有灵通之意。内育仙胞，一日迸裂，产一石卵，似圆球大小。

    因见风，便化作一个五官俱备、四肢皆全的石猴子。那猴在山中，却会行走跳跃，虎豹为群

    ，獐鹿为友，猕猿为亲；夜宿石崖之下，朝游峰洞之中。这段由石头变猴子的神话，因为具

    有“永久的魅力”，多少年来在我国民间广为流传，脍炙人口。但是神话毕竟不是科学。

    迄今为止，生命从何而来，它是如何起源的，这仍是一个没有完全解开的谜。

    在众多的关于生命起源的理论中，人们比较倾向于化学进化学说。

    根据大爆炸宇宙理论，宇宙起源大约在200亿年以前，银河系起源至少在130亿年前，太阳

    的形成发生在46亿年前。原始的太阳比现在太阳的质量大1 000倍，初期

    它的温度并不高，由于内部物质的收缩，物质分子间相互摩擦，相互碰撞，便产生了许多热

    量。热量辐射不出去，内部的温度越来越高，这样更加剧了物质的运动，中心部分的温度会

    迅速升高，达几千度以上，结果引爆了太阳的主要成分——氢，发生热核反应，放出了巨大

    的光和热。这个热核反应的熊熊烈火一直燃个不停，给生命的孕育、细胞的诞生、万物的成

    长，提供了源源不绝的能源。

    少年时代的太阳，就和天真烂漫的小孩一样，活泼、可爱，它围绕着银河系旋转。它又像一

    位花样翻新的滑冰能手，为了展示其技能，它高速旋转，结果从它身体的外围抛出一块又一

    块的原始物质。这些物质仍被它吸引，围绕着它旋转，后来，它们又互相凝聚，由小变大，

    最终形成了环绕太阳的九个子女——九大行星，即金星、木星、水星、火星、土星、地球、

    天王星、海王星、冥王星，其中地球就是由太阳生出来的。

    地球出生的时间约在46亿年前。出生时太阳给了它由固体尘埃聚集成的身体，又给了它以氢

    氦为主的气体外衣。地球娃娃的降生，在宇宙中来说，只不过是沧海中的一粟，算不了什么

    大事，也提不到什么正式的议事日程上来。

    然而，我们的母亲——地球，却有火热的心肠和得天独厚的条件，它孕育出了一批又一批的

    细胞王国，建造了一个丰富多彩的生命世界。

    由于原始地壳薄弱，内部温度很高，地球内的物质像开锅的沸水，随着火山的一起爆发，烟

    雾缭绕的大气冲破地表。

    原始大气的成分是，二氧化碳、甲烷、氮、水蒸气、硫化氢、氰化氢等。在40亿年前的原始

    大气层里，根本没有氧气的存在，也没有像现在环绕地球25公里高空的臭氧层存

    在，不能隔绝太阳射来的紫外线。没有氧分子，并不影响生命的孕育，作为生

    命所需要的氧原子在其他气体小分子中已经存在。紫外线能射到地面上来，正好为生命

    的孕育提供了可贵的能源。此外高空中，电光闪闪，雷声隆隆，也为生命的孕育提供了足够

    的能量。

    化学进化有原始大气作为丰富的原料，又有紫外光、放电、火山爆发、放射线等充足的能源

    ，它们就是化学进化第一阶段的内因和外因。由无机小分子生成有机小分子的阶段开始了。

    化学进化的第一阶段像一幕闹剧，演出的日期在距今40～50亿年前，演出的舞台在原始大气

    之中，演员由甲烷、氨、氢、水和二氧化碳等担任。原始地球的能源

    好像舞台上强烈的灯光和演出中的音乐伴奏。在电光闪闪、雷声隆隆、火山喷射、热气腾腾

    的场景中，原始大气的诸成分“跌”、“打”、“滚”、“爬”，化分、化合，剧情不断发

    展，最终甲烷、氨、水等无机小分子生成氨基酸、嘌呤、嘧啶、核糖、脱氧核糖、卟啉等

    有机小分子。由于这幕闹剧仅牵涉到碳、氢、氧、氮等几个元素，把它取名为碳、氢、氧、

    氮大闹天宫倒也合适。

    碳是大闹天宫中最主要的角色，它在化学进化中起着中坚和骨干作用。碳的重要性是由它的

    特殊结构所决定的。一个碳原子核里含有6个中子和6个质子，周围有6个电子围绕着旋转。

    它的外围电子轨道还可以接受4个电子，这便使每个碳原子具有4个化学键，都能用所谓的键

    挂上其他原子。例如原始大气中的甲烷(CH4)就是一个碳原子连接4个氢原子组成的分子。

    这种一个原子和其他原子连接的本领并不稀罕，因为它是所有原子的通性。碳原子之所以出

    类拔萃，主要显示在碳与碳、碳与其他原子能连接成长链的能力上。连接起来的链可以有任

    意长短，也可以有任意长短的分支，还可以首尾相接形成各种各样的环。环和链又能连环。

    由于碳原子连接的方式层出不穷，可以形成无限多的复杂的集合体，化学进化在很大程度上

    就是碳化物的进化。因此，碳作为“大闹天宫”中的主角应该是当之无愧的。

    在碳、氢、氧、氮“大闹天宫”中，能源起了重要的促进作用。原始大气的成分直接沐浴在

    太阳光下，接受着各种各样的能量。特别是紫外线化学活性很强，它能打断CH4、H2O

    、NH3的化学键，把C、H、O、N等原子从分子中“解放”出来，然后，任它们在广阔的空

    中舞台中大闹特闹。由于各种原因这些原子集中在一起，并以各种各样的方式结合起来

    ，又重新生成了许多化合物。在这些化合物中，有无机物也有有机物，有老面孔也有新花样

    ，有简单的也有复杂的。有机物生成的速度是缓慢的，但自然界有的是时间，日积月累，这

    些有机物越来越丰富了。

    生命的先驱——小分子有机物的生成，就是地球上生命的起源。

    大约在39亿年前，地球温度已下降到100℃以下。高空中的大量水蒸气便凝结成雨，大雨滂

    沱，倾盆而下，不知下了多少岁月，积水形成了湖泊、河流，再进一步汇集出现了原始的海

    洋。

    空中大量的有机小分子，这时也随昼夜不停的大雨，被作为“天兵天将”派到还十分荒凉的

    地球上。地球上处处是茫茫大水，它们只好随波逐流，最终纷纷汇入了富饶的海洋。

    原始的海洋富庶无比，大量小分子有机物质的汇集，就像一锅“有机汤”。假如这锅“有机

    汤”中只含有百分之一的有机物质的话。它的总数量也将超过1 000亿万吨！如此丰富的养料

    ，却没有任何生物享用，也绝对没有任何敌对竞争，真不愧为生命诞生的水栖乐园，特别是

    大量的有机小分子物质，可以互相融合，频繁地接触，这比高空更为理想。

    经过漫长的岁月，在太阳送来的紫外线和地层释放出来的热能帮助下，小分子有机物在生命

    孕育的化学大道上迅跑，第二次飞跃生成了大分子有机物。这些有机大分子，要逃避为它的

    出生帮过忙、又能杀伤它的强烈紫外线作用，需要一个安全地带，于是纷纷向理想的海洋中

    层转移。

    在海洋中层，这里聚集了大量的大分子物质，它们又互相作用，才生成了更为复杂的蛋白质

    和核酸分子为主的物质体系。在这原始的蛋白体具有简单的“界膜”，能与周围的水溶液分

    隔，就像小油珠似的“团聚体”，这就是最原始的生命。这是经历了10亿年的化学进化，由

    无机物到有机物，再到生命的质变。

    生命的诞生，犹如破云而出的阳光，使一度死寂而荒凉的地球上，开始出现了无限的生机。

    32亿年前的原始小生命，在富饶的海洋中大口大口地“吃”有机物，由小长大，繁殖后代。

    经过狂风巨浪、雷电交加的考验，小生命愈来愈坚强了。在和自然的搏斗中，小生命演化得

    越来越复杂了，在身体的外围包了一层蛋白质和磷脂物质结构的“细胞膜

    ”样物质。这样，第一个细胞王国就诞生了。

    由非细胞形态的生命飞跃为细胞形态的生命，加快了生命进化发展步伐。

    细胞王国开始了生生息息，繁衍后代的生活。于是，大量的单细胞生物迅速占据了整个海洋

    ，它们乘风破浪，追逐游戏着，完全一副“浪荡公子”的样子，饿了，它们就以海洋中丰富

    的有机物为食。这样，久而久之，随着后代的增多，种类的增加，终于“坐吃山空”，海洋

    中的有机物将要被它们消耗殆尽了。这些靠吃现成的有机物过日子的生物，将面临着被饿死

    的危险。

    可是天无绝“命”之路。化学演化中早已合成了叶绿素的核心卟啉环。生命具有无限的变异

    潜力，在厌氧的生物中发展出一支含叶绿素的蓝藻。它们利用光能进行光合作用，把无机物

    直接合成有机物。从此，生命自己解决了“粮食”问题。

    光合作用产物之一——氧，使大气圈逐渐产生了臭氧层。臭氧屏障，阻止了紫外辐射，保护

    了生命。光合作用产生的氧，还促使还原性大气向氧化性大气转化，从而使生物由无氧酵解

    向有氧氧化发展，大大提高了生物能量代谢的效率。

    自养生物利用光能把水、二氧化碳和氨盐合成了糖和蛋白质等有机物。异养生物通过吃自养

    生物又把有机物分解成水、二氧化碳和氨盐等，从此生物界出现了自养和异养、合成和分解

    的矛盾。由于这两对矛盾的对立统一组成了一个完整的生态系统，为以后的生命大发展开辟

    了崭新的道路。于是真核细胞出现了，植物、动物出现了，最后随着动物的进化，又在它们

    的高级类型中分化出了具有自我意识的人类。

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