4　一粒幸運(yùn)的塵埃——化學(xué)進(jìn)化論

知識(shí)導(dǎo)航

化學(xué)進(jìn)化論在自然科學(xué)中是指一種闡釋從無機(jī)物中產(chǎn)生地球生命起源的理論?；瘜W(xué)進(jìn)化論認(rèn)為：在原始地球的條件下，無機(jī)物可以轉(zhuǎn)變?yōu)橛袡C(jī)物，有機(jī)物可以發(fā)展為生物大分子和多分子體系，直到最后出現(xiàn)原始的生命體。主張從物質(zhì)的運(yùn)動(dòng)變化規(guī)律來研究生命的起源。

霍爾丹

1924年，蘇聯(lián)學(xué)者奧巴林首先提出了化學(xué)進(jìn)化論；1929年，英國學(xué)者霍爾丹也發(fā)表過類似的觀點(diǎn)。他們都認(rèn)為地球上的生命是由非生命物質(zhì)經(jīng)過長期演化而來的；這一過程稱為化學(xué)進(jìn)化，以別于生物體出現(xiàn)以后的生物進(jìn)化。

1936年，奧巴林出版了世界上第一部全面論述生命起源問題的專著——《地球上生命的起源》一書。他認(rèn)為原始地球上無游離氧的還原性大氣在短波紫外線等能源作用下能生成簡單的有機(jī)物（生物小分子），簡單有機(jī)物可生成復(fù)雜有機(jī)物（生物大分子）并在原始海洋中形成多分子體系的團(tuán)聚體，后者經(jīng)過長期的演變和“自然選擇”（即適于當(dāng)時(shí)外界條件的團(tuán)聚體小滴能保存下來，不適的就破滅了），終于出現(xiàn)了原始生命即原生體。

此后，支持化學(xué)進(jìn)化論的實(shí)驗(yàn)證據(jù)越來越多，現(xiàn)已為絕大多數(shù)科學(xué)家所接受。

米勒

1953年，美國科學(xué)家米勒設(shè)計(jì)了一個(gè)模擬原始地球條件的實(shí)驗(yàn)裝置，該裝置的火花室與冷凝器相連，其中流動(dòng)著水蒸氣、氫、氨和甲烷等混合氣體，火花室里還模擬閃電和宇宙射線給混合氣體提供能量。1周后，在裝置底部實(shí)驗(yàn)瓶的水溶液中，發(fā)現(xiàn)了多種有機(jī)小分子，其中有些是組成生命物質(zhì)的成分。米勒實(shí)驗(yàn)的結(jié)果表明，在類似于原始地球的條件下，無機(jī)小分子可以生成有機(jī)小分子。

科學(xué)家還根據(jù)大量的實(shí)驗(yàn)資料以及地質(zhì)學(xué)、太空學(xué)、古生物學(xué)等提供的證據(jù)，推測由有機(jī)小分子演變?yōu)樵忌倪^程大約持續(xù)了4億年。迄今發(fā)現(xiàn)最早的古細(xì)胞化石，存在于距今35億年～34億年的古老地層中。由此可見，在原始地球條件下，由非生命物質(zhì)演變?yōu)樵忌幕瘜W(xué)進(jìn)化，是經(jīng)過漫長的時(shí)間而實(shí)現(xiàn)的。

原始地球的地殼薄弱，地球內(nèi)的溫度很高，火山活動(dòng)頻繁，從火山內(nèi)噴出的許多氣體構(gòu)成了原始大氣。一般認(rèn)為是無游離氧的還原性大氣，原始大氣包括CH₄、NH₃、H₂、HCN，H₂S、CO、CO₂和水蒸氣等。

知識(shí)放大鏡

化學(xué)進(jìn)化的基本過程

在原始地球中，原始大氣的主要成分有氨、氫、甲烷和水蒸氣等，但沒有游離的氧。在紫外線、閃電、熱能和宇宙射線的激發(fā)下，原始大氣中的各種成分分子相互作用而形成有機(jī)小分子，這些有機(jī)小分子隨著雨水匯入熱湯似的原始海洋。在原始海洋中，有機(jī)小分子經(jīng)過長期演變，最終形成最簡單的原始生命形式。

其主要根據(jù)如下。

射電望遠(yuǎn)鏡無線電波譜分析表明，現(xiàn)在離太陽較遠(yuǎn)、變化較小的行星如木星、土星等的大氣，都是由H²、He、CH₄、NH₃等組成的還原性大氣。

遠(yuǎn)古沉積巖所含的鐵是氧化程度較低的磁鐵礦（Fe₃O₄），而以后生成的“紅層”所含的鐵則是氧化程度較高的赤鐵礦（Fe₂O₃），這反映了原始大氣從還原性向氧化性的過渡，現(xiàn)在地球的氧化性大氣是藍(lán)藻和植物出現(xiàn)后，通過長期的光合作用逐步形成的。

由于原始大氣中無游離氧也沒有形成具氧層以阻擋、吸收太陽輻射的大部分紫外線，所以紫外線能全部射到地球表面，成為合成有機(jī)物的能源。此外，天空放電、火山爆發(fā)所放出的能、地球深處的放射線和宇宙空間的宇宙線以及隕星穿過大氣層時(shí)所引起的沖擊波等，也都有助于有機(jī)物的合成。

木星

知識(shí)擴(kuò)展

化學(xué)進(jìn)化的地位

化學(xué)進(jìn)化不限于原始地球，在宇宙和其他天體上也會(huì)發(fā)生。星際分子和隕石中有機(jī)物的發(fā)現(xiàn)證實(shí)了這一點(diǎn)。據(jù)斯奈德報(bào)道，到1978年為止己發(fā)現(xiàn)星際分子37種，其中80％是有機(jī)化合物。星際分子中有大量的甲醛和氰化氫，與米勒放電實(shí)驗(yàn)中最初的中間產(chǎn)物相同，當(dāng)它們與氨反應(yīng)再經(jīng)水解就能生成氨基酸。1969年9月墜落在澳大利亞東南部默奇森鎮(zhèn)的隕石，經(jīng)分析發(fā)現(xiàn)含有多種氨基酸，其種類與含量同米勒放電實(shí)驗(yàn)生成的相當(dāng)一致。這就表明，原始大氣由無機(jī)物生成生物小分子不但是可能的，而且這種過程在宇宙間仍在發(fā)生。

化學(xué)進(jìn)化論開始僅僅只是一種假說。但它有很強(qiáng)的科學(xué)性，得到了模擬實(shí)驗(yàn)、生物合成實(shí)驗(yàn)和古生物學(xué)等多方面科學(xué)事實(shí)的證實(shí)。在堅(jiān)實(shí)的科學(xué)基礎(chǔ)上，發(fā)展成科學(xué)理論。它深刻地說明生命是通過化學(xué)演化而形成與發(fā)達(dá)的。

化學(xué)進(jìn)化論無疑在闡述生命起源方面起著重要的指導(dǎo)作用和無法替代的認(rèn)識(shí)作用，但就整個(gè)生命的演化史而言，它仍然缺乏足夠的解釋。

由簡單的氨基酸、核苷酸如何演化成為現(xiàn)代極為復(fù)雜的生命體，從發(fā)展線索到具體細(xì)節(jié)。都是樸朔迷離的，難以認(rèn)識(shí)的。

生命的出現(xiàn)，決不僅僅看成是偶然性的產(chǎn)物，也不僅僅看成是自然選擇的結(jié)果，有它內(nèi)在的必然性，這種必然性正是需要我們?nèi)ヌ剿鞯?。任何客觀事物的發(fā)展，我們應(yīng)該唯物辯證地去看待、分析，探尋其規(guī)律，對于化學(xué)生物進(jìn)化論也是如此。