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        生命進化的歷程

        時間:2023-02-13 理論教育 版權(quán)反饋
        【摘要】:在生命進化的歷程中其實是存在著許多難解之謎的,這里所描述的只是生命歷程的大致輪廓,它的許多細節(jié),我們實際上至今并不清楚。在生命的化學進化學說中,生命開始是由生命元素首先形成了小分子,然后又形成了生命大分子,這關(guān)鍵的生命大分子化合物就是DNA。而在化學組成上,蛋白質(zhì)與DNA是兩種截然不同的大分子,DNA由核苷酸組成,蛋白質(zhì)的基本單元則是氨基酸。RNA分子或是DNA分子并不就是生命,也不應該就是生命和非生命之間的界限。

        根據(jù)科學家對生命起源和進化的研究,一般認為地球上生命起源和進化的順序應為:

        化學元素(C,H,O,N)→無機物(二氧化碳、水、氨)

        →有機物(甲烷、氨基酸、核酸、糖類)→類病毒(RNA分子)

        →病毒(核蛋白分子)→甲烷菌(原始單細胞)→藍細菌與細菌原核生物(原核細胞)

        在生命進化的歷程中其實是存在著許多難解之謎的,這里所描述的只是生命歷程的大致輪廓,它的許多細節(jié),我們實際上至今并不清楚。

        在生命的化學進化學說中,生命開始是由生命元素首先形成了小分子,然后又形成了生命大分子,這關(guān)鍵的生命大分子化合物就是DNA。因為生命的基礎——蛋白質(zhì)是需要根據(jù)DNA攜帶的信息才能合成出來的。

        有關(guān)生命是從DNA起源的學說剛一提出,人們的質(zhì)疑就接踵而至。DNA復制需要多種蛋白質(zhì)的協(xié)助才能完成,例如需要酶。而在化學組成上,蛋白質(zhì)與DNA是兩種截然不同的大分子,DNA由核苷酸組成,蛋白質(zhì)的基本單元則是氨基酸。DNA與蛋白質(zhì)的關(guān)系讓人想起一個古老的話題:先有雞還是先有蛋?DNA攜帶著合成蛋白質(zhì)的指令,但如果沒有蛋白質(zhì)的協(xié)助,生物又無法讀取和復制這些指令。那么,到底誰先出現(xiàn)?DNA(雞)還是蛋白質(zhì)(蛋)?

        后來科學家又發(fā)現(xiàn)了3種大分子RNA具有多種功能,它和DNA一樣,都由核苷酸構(gòu)成,但在細胞中扮演著多種角色。一些RNA能將遺傳信息從DNA傳遞到核糖體(細胞內(nèi)合成蛋白質(zhì)的結(jié)構(gòu),它的主要成分是蛋白質(zhì)和一種RNA),在執(zhí)行不同任務時,RNA既可形成DNA那樣的雙螺旋結(jié)構(gòu)也能呈現(xiàn)蛋白質(zhì)那樣的單鏈折疊結(jié)構(gòu)。

        在20世紀80年代初,科學家發(fā)現(xiàn)了核酶,核酶由RNA構(gòu)成,卻具有酶蛋白的功能,這就似乎不需要蛋白質(zhì)也能復制,雞與蛋這個千古謎題居然一下子豁然開朗:生命起源于第一個能夠自我復制的RNA分子。1986年在一篇發(fā)表于《自然》雜志的論文中,1980年諾貝爾化學獎得主沃爾特·吉爾伯特(Walter Gilbert)寫道:“我們可以設想一個RNA世界:在這個世界中,只存在能夠催化自身合成的RNA分子——當RNA開始催化核苷酸合成新的RNA時,進化的第一步便啟動了?!钡谝粋€能夠自我復制的RNA分子產(chǎn)生于非生命物質(zhì),當初它獨立執(zhí)行的多種功能現(xiàn)在則由RNA,DNA和蛋白質(zhì)共同承擔。

        第一個能夠自我復制的RNA分子又是怎樣產(chǎn)生的?吉爾伯特的假說認為RNA產(chǎn)生于一鍋無生命的“核苷酸湯”,其實這一點很難自圓其說。RNA的組成單元——核苷酸其實是一種復雜的有機分子,每個RNA核苷酸就含有9~10個碳原子,多個氮、氧原子以及一個磷酸基團,所有原子彼此相連,形成一個精確的立體結(jié)構(gòu)。理論上,這些原子可以有多種連接模式,從而形成數(shù)千種可能的核苷酸。但事實上,除了現(xiàn)有的4種RNA核苷酸外,其他的可能卻從未在RNA的結(jié)構(gòu)中出現(xiàn)過。同時,與數(shù)十萬乃至數(shù)百萬種穩(wěn)定的大小相似的非核苷酸有機分子相比,形成RNA核苷酸的可能性就更顯得微乎其微,只能是和上帝擲骰子了。

        在米勒實驗中生成的氨基酸,結(jié)構(gòu)遠不及核苷酸復雜。在組成蛋白質(zhì)的20種天然氨基酸中,最簡單的氨基酸含有兩個碳原子,大部分只含兩三個碳原子。顯而易見,在自然界中,含有較少碳原子的分子更容易形成。到目前為止,還沒有任何報道顯示,在火花放電實驗中有核苷酸生成或在隕石中發(fā)現(xiàn)核苷酸。因此,大自然并未對核苷酸表現(xiàn)出特別的喜好,而為它的生成提供便利,盡管它是我們生命所必需的。

        從理論上講,各種元素的隨機結(jié)合,更易產(chǎn)生多種多樣的短鍵的小分子,而具有統(tǒng)一幾何骨架,擁有自我復制及催化功能的長鏈分子則很難形成,因為這樣的概率實在是太小了。1974年諾貝爾生理學或醫(yī)學獎的獲得者克里斯蒂安·德·迪夫(Christian Rende Duve),則干脆呼吁人們“抵制那些發(fā)生幾率極小,無法用科學證實只能稱為奇跡的現(xiàn)象?!彼?,有些科學家認為DNA,RNA,蛋白質(zhì)以及其他精細大分子不可能是最初的生命物質(zhì),最初的就應該是各種各樣的小分子混合物。

        這使得科學家又重新回想起蘇聯(lián)生物化學家奧巴林的觀點來,他正是將小分子作為生命的起點?,F(xiàn)在看來,這是有理由的,科學家認為:自然界本身就存在一些偶聯(lián)反應和原始催化劑,這些催化劑是一些小分子,它們足以形成和推動生命的起源。

        一些科學家還指出,如根據(jù)RNA起源說,生命的起源應是極其偶然的。地球上的生命的出現(xiàn)完全是隨機的,這就意味著,在浩瀚宇宙中,地球上的生物很可能只是一個孤獨的群體。而如果小分子起源假說得到證實,其他星球上產(chǎn)生生命的可能性就比我們料想的要高得多,我們就很可能是在與許多外星人共享著這個宇宙。

        還有很多科學家進而指出,他們難以想象生命就是RNA分子或是DNA分子,許多人對此是持懷疑和反對的態(tài)度的。蘇聯(lián)一位著名科學家就曾經(jīng)指出:“組成有機體的所有物質(zhì)都是無生命的,如水、氧、蛋白質(zhì)、脂肪、碳水化合物,生物細胞中含有的大部分物質(zhì)都是無生命的,有時它們占到99%以上,活物質(zhì)究竟在哪里呢?”因為我們所能看到的也僅僅只是生命中的物質(zhì)(化學分子)和能量(化學反應)的交換,有的人更直截了當?shù)卣f:基因不會思維。RNA分子或是DNA分子并不就是生命,也不應該就是生命和非生命之間的界限。生命極其玄妙,人是活著還是死亡之間有著一個明顯的界限,那就是生命的意識是否存在,但昏迷的病人其意識又到哪里去了?英國醫(yī)學家帕爾尼亞說:“我們不知道為什么腦細胞會產(chǎn)生思考這樣抽象的東西。如果你用顯微鏡觀察一個腦細胞,(會發(fā)現(xiàn))它并不能思考。為什么2個或200萬個腦細胞在一起就能思考呢?”這自然至今還是個謎。

        46億年前,地球在形成之初仍在不斷地遭受小行星的撞擊,當時地球表面是熾熱的,從而遏止了生命發(fā)生的可能性。直到38億年前地球表面才逐漸冷卻,與此同時,經(jīng)過暴雨和大氣蒸發(fā)形成的海洋的溫度也下降到了某一程度,這都為生命的誕生創(chuàng)造了基本條件。因此,地球生命起源的時間最早應該是在38億年前至39億年前之間。

        回顧一下前面所說的,我們已知道了大約從135億年前開始,化學元素完成了它的演化過程;在30億~40億年前,生命開始起源;4億年前生物開始登陸;2.3億年至6300萬年前是恐龍時代;6300萬年前開始出現(xiàn)哺乳類動物;200萬~250萬年前,人類的祖先便應運而生了。

        化學進化和生物進化的漫長歷程最終形成了高級生物——人類。誰都知道恐龍曾經(jīng)統(tǒng)治過全世界,而現(xiàn)在我們?nèi)祟愑謱⒃谏倪M化中扮演什么樣的角色呢?這就是我們每個地球人都應該深思的問題。

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