生命到底是怎樣起源的呢？

神學家認為，生命是最大的奇跡，人類生命是上帝的宇宙總計劃中的最高成就。對科學家來說，生命是自然界中最令人驚訝的現象。一百年前，生命系統的起源及演化問題成了科學和宗教有史以來最大的沖突。達爾文的進化論動搖了基督教教義的基礎。而且，自哥白尼把太陽放在了太陽系的中心以來，進化論又一次使普通百姓感受到了科學分析的深遠影響?？茖W看來好像能夠整個地改變人類對自己、以及對人與宇宙的關系的看法。什么是生命？對物理學家來說，生命系統有兩個與眾不同的特征，一是其復雜，二是其組織，即便是單細胞生物，雖然原始，卻顯示出任何人工制品所無法比擬的復雜和精巧。例如，我們可以看看一個低級的細菌。仔細觀察就會發現，它身上有復雜的功能和形態的網絡。這細菌可以用多種多樣的方式與其環境相互作用，它可以四處活動，攻擊敵人，接近或逃避某些外部刺激，以一種有控制的方式交換物質。其體內的情況像是一個井井有條的大城市。負責進行控制的是細胞核，其中包含著遺傳“密碼”，就是使這細菌得以進行繁殖的全套化學指令?？刂撇⒆笥疫@細菌的一切行為的化學結構是由多達上百萬原子組成的分子。這上百萬的原子是以復雜的、高度特殊的方式組成起來的。就生命的化學基礎而言，最重要的是核酸分子，即大名鼎鼎的“雙螺旋”形狀的RNA和DNA（核糖核酸和脫氧核糖核酸）。一個生物學上的生物體是由完全平常的原子組成的?？吹竭@一點是重要的。不錯，生物體的部分代謝功能是從其環境中獲得新的物質，并排泄變了質的或用不著的物質?；罴毎锏囊粋€碳原子、氫原子、氧原子、硫原子，與細胞外的原子沒什么兩樣。這些原子不停地在一切生物體中進進出出。那么，生命顯然不能歸結為生物體的構成成分的特性。生命是一種累加現象，像是重量。盡管我們不能懷疑一只貓或一棵天竺葵是活的，然而，假如我們想尋找一種跡象，說明一個單個的“貓原子”或“天竺葵”原子是活的，那我們就得白費力氣。這有時看上去是矛盾的。一些無生命的原子湊到一起怎么就成了有生命的了？有些人認為，不可能從無生命中創造出生命，因此一切活物中必有某種添加的非物質成分，一種生命力，或者說是精髓，其本源來自上帝。這就是古老的活力論學說。經常用來支持活力論的一個論點與行為問題有關?；钗锏囊粋€顯著的特征是，它們的行為看上去都有某種目的性，好像是指向一個具體的目的。這種目的性在較高級的生命形式中最為明顯。不過，一個細菌也能表現它在努力達到某些基本的目的，如取食。在18世紀70年代，盧奇·加爾凡尼發現，用一對金屬棒觸動青蛙的腿，青蛙腿的肌肉便會抽動。于是，他得出結論說，這種“動物電流”就是那神秘的生命精髓在起作用。的確，那種認為電流與生命力有說不明白的聯系的看法，隨著法蘭肯斯坦的故事而一代又一代的傳下來。法蘭肯斯坦是一個人造怪物，在一臺電氣裝置噼叭響著放電時活了起來。在這些年里，有一些所謂超自然現象的研究者聲稱，他們曾以一種相當玄妙的方式把通靈能力與先進技術結合起來，直接探測到了那神秘的生命力。有人出示了一些模糊的照片，上面顯示出一些從各種活物身上（其中有人的手指）發出的霧狀、絲狀射線或光斑。不幸的是，很難找到任何真正的科學證據來證明這些關于生命力的猜想。顯然，那種假想的生命力將其自身顯現出來的唯一途徑是通過生命；生物顯示生命力，非生物則不顯示生命力。但這樣一來，便把生命力弄成一個詞語了，它就不再是關于生命的解釋了。我們若說一個人，或一條魚，或一棵樹有生命力，這話是什么意思呢？意思不過是說這人，這魚，這樹是活的。至于在含糊而神秘的“實驗”中所顯示的生命力，因這些實驗不可重復，所以這些實驗及實驗結果聲名狼藉，顯然很容易被指控為欺騙，于是很少有哪個專業科學家把它當真。乞靈于某種生命力來解釋生命的人犯了一個錯誤。這錯誤就是忽視了這一事實：由多個部分構成的一個系統可能在整體上會有一些其單個部分所沒有的性質，或有一些放在單個部分上便無意義的性質?，F在再來舉一個例子。報紙上有一張由眾多的小點組成的人臉照片。若是只看一個個的小點，看得再仔細也看不出一張大臉。只有把報紙拿開一些，較為粗略地把眾多的小點看成是一個整體，而只有整體地看才能看出人臉的形象來。這形象不是眾多小點本身的一種性質，而是小點集體的性質。人臉是在圖形里，而不是在組成圖形的一個個小點里。同樣，生命的奧秘也不在原子里，而在原子的締合模式里，其模式即其組合方式。就是說，生命的奧秘在于DNA和RNA之類的分子結構所包含的信息之中。一旦了解了整體現象的存在，也就用不著去尋找什么“生命力”了。原子用不著被“激活”才能產生生命現象。只要將原子以那種合適的復雜方式進行安排，就會出現生命。我們現在正在討論的東西有時被稱作“整體論”對“還原論”。過去的三個世紀以來，西方科學思想的主要傾向是還原論。的確，“分析”這個詞在最廣泛的范圍中被使用，這種情況也清楚地顯明，科學家習慣上是毫無懷疑地把一個問題拿來進行分解，然后再解決它的。但是，有些問題(如鋼絲鋸）只能通過綜合才能解決。它們在性質上是綜合或“整體的”。一幅鋼絲鋸的圖畫，就像報紙上由眾多小點組成的人臉圖像一樣，只能在更高一層的結構層面上才能夠看得出來，單憑一個個的鋸齒是看不出鋸來的。這就是說，其整體大于其部分的總合。在19世紀的物理學中，以及在發展物質的原子理論的過程中，科學的還原論被認真地提了出來。近來，生物學家們沿著還原論的思路，在闡明生命的分子基礎方面取得了許多重大的成就。這些領先的進展鼓勵了人們在學問的許多其他領域也采取還原論的思路。然而，因到處運用還原論而引起的惡果，已招致了尖銳的批評，作家阿瑟.柯斯特勒說，還原論的看法否定在盲目的力量的相互作用中有價值觀、意義和目的的地位，因而這種看法將其陰影投到了科學的界限之外，影響到我們整個文化的甚至政治的氣候。許多批評者說，試圖把活的生物體解釋成不過是因偶然事件而胡亂結合起來的一堆堆無意義的原子，這嚴重地貶損了我們的存在價值。就有生命的系統而言，沒有誰否認一生物體是由原子集合而成的。錯誤的觀念是把生物體只當作是原子的集合而已。把生物體說成不過是原子的集合而已，這種說法是可笑的，其可笑程度正如把貝多芬的交響樂曲說成不過是音符的集合而已，或把狄更斯的某本小說說成不過是詞語的集合而已。生命的特性、一首樂曲的主題、一部小說的情節，是所謂的顯現性的。其性質只有在整體結構層面上才能顯現出來，而在部分層面上則是無意義的。部分的描述與整體的描述并不矛盾，二者是互補的，并且在其自身的層面上是正確的（假如我們仔細看看量子論，我們就會再次遇到一個系統有兩個不同的、互補的描述的概念）。很多相信宗教的人都準備承認，生命一旦出現在地球上，其后來的繁衍與發展，就可以用物理和化學定律結合達爾文的進化給以完滿的解釋。例如，生物體的生殖，就是DNA螺旋體對自己進行化學復制。

生命的起源與進化，生命起源就是進化的秘密

生命很難定義，但一般具有如下特征:其內是在宇宙發展變化過程中自然出現的存在一定的自我生長、繁衍、感覺、意識、意志、進化、互動等豐富可能的一類現象，其外也可以包括生化反應產生的能夠自我復制的氨基酸結構。

地球是迄今為止唯一確定有生命存在的星球。水是生命出現的基礎，而有機物的出現則是生命出現的關鍵。那么，最早的有機物如何出現就是探索生命起源的關鍵。

從地球的形成來看，地球上最早的有機物來源存在諸多的可能性，但地球的起源過于古老，其演化過程過于漫長且復雜，難以回溯，因此，有機物起源存在與各種假說中，歸結起來，可以分為兩大類。

　　一類是地表起源說，認為在地球形成以后若干年的原始地球表面起源的，其中以“化學起源說”最具代表性，有機物中的主要元素C、H、O、N、P等均為地球上常見的元素，而最簡單的有機物甲烷(分子式CH4)僅涉及兩種元素，因此有機物是完全可能在地球上合成的?！盎瘜W起源說”的內部觀點很多，特別是在生命起源的途徑或方式上各家有著很大的分歧。

　　另一類就是地外起源說，認為地球上的有機物來源于外太空，在地球形成早期，地外星球頻繁造訪，有機物通過隕石來到地球，而地球的演變正好有適合其自身復制的條件以及水，這些有機物就在地球上自我復制，并在特定條件下增殖，變大而逐漸形成了多糖、脂肪、蛋白質、核酸等生物大分子物質，進一步的進化產生了生命。而有的假說則干脆認為，是隕石將最原始的地外宇宙生命物質帶到地球上發展而來。

　　當生命的基本形態出現，其代謝和繁殖的出現才標志著生命的真正形成。因此，在具備的基本的物質條件后，支撐生命的基本能量形式成為生命起源的關鍵，高溫起源學說得到廣泛的認可。深海研究的進展似乎印證了這一觀點，如在海底熱液環境中存在著密集的包括古細菌、嗜熱細菌、管狀蠕蟲、蛤類、貽貝類、雙殼類、腹足綱的軟體動物、甲殼類、節肢動物的蝦類和蟹類、須腕動物、棘皮動物、環節動物、脊索動物、脊椎動物魚類等在內的豐富多樣的生物群落。所有這些動物維持生命所需的最初能源不是依靠陽光的光合作用而是深海熱泉噴出的硫化物化學自養細菌利用氧化熱液中的硫化物如所得到能量去還原而制造有機物其他動物都是依靠細菌還原噴口熱液中的硫化氫作為原始能量來源，而這一環境與地球早期火山頻發存在較大的相似之處，因此，高溫起源說得到了很多學者的認可。

海底黑煙囪

　　迄今為止，生命的起源可以描述成：在40億年前的地球上，由無機分子合成的有機小分子，聚集在熱泉口或者火山口附近的熱水中，通過聚合反應，形成了生物的大分子，這些大分子進行自我復制，自我選擇，進而通過分子的自我組織，并復制和變異，從而形成核酸和活性蛋白質，同時分隔結構同步產生，最后在基因控制下的代謝反應，為基因的復制和蛋白質的合成提供能量，這樣一個由生物膜包裹著的具有能自我復制的原始細胞，就在地球上產生了。這個原始細胞可能是異養的，或者是化學自養的，可能類似于現代生物在熱泉附近的嗜熱古細菌。這個短短的描述，就把生命起源的過程基本上描述了。但它有四個無法逾越的鴻溝，一個是自我選擇，因為組成生物大分子或者RNA、DNA，這些分子都是非常有限的幾種分子。在無機條件下，或者在閃電情況下、或者在熱水中，它形成很多這樣的分子，這些分子怎么自我選擇，合成DNA、RNA，把其他的大分子拋棄掉，這個過程我們并不知道。第二個是自我復制，DNA、RNA它自己能夠復制，能夠為下一代遺傳下去，這個過程我們也并不知道。第三個是分隔結構，就是細胞膜或者細胞內部的膜結構，這個過程我們也不是很清楚它是怎么形成的？像磷脂、精細的生物結構怎么形成的，我們也并不是很清楚。另外一個是新陳代謝的問題，先是吸收外面的能量，這個過程我們并沒有解決，但不管怎樣這種熱泉中生命起源的假說，確實有很多有利證據的支持，特別是近年來，取得了一系列最重要的進展。

原始細菌

　　 大約億年前，細胞發展出了細胞核。細胞核有一層薄膜保護，從而保護了細胞的遺傳物質基因。一直到億年前，在地球生命早期的多億年中，生命的基本形式是微小的單細胞生物。?第一個多細胞生物出現。此時，所有的生物仍然只存在于海洋中。 　

深海海綿

大約億年前，生物開始登陸，植物、昆蟲、脊椎動物等開始在陸地上繁殖。生物終于在地球的所有環境，包括陸地、海洋，赤道、兩極，高山、峽谷，潮間帶、深海，熱液、冷泉等，繁衍開來，形成了五彩繽紛的生命世界。

　　地球生命的起源不可能只是孤立的自然事件，也不可能只是起因于地球形成數億年后原始地表或地外某種單純因素的作用如原始海洋中的化學進化或宇宙生命種子的巧然輸入，而是與非生命物質、前生命有機物的起源與演化密切聯系在一起，是地球形成過程中，天、地、生等多因素綜合作用的結果。

　　無論生命是如何起源的，地球本身的演化歷史和條件，使得生命的發生對于地球來說是一個必然事件，但對于浩瀚的宇宙和上百億年的宇宙演化史來說，地球生命絕對是一個偶然事件，是宇宙中的奇跡。是生命使得地球、使得宇宙更奇妙、更美麗，充滿了無限的可能，使人類有了無限的幻想和遐思。

　　地球的條件、地球生物的發生在宇宙中是奇妙的、偶然的。這說明，地外生命甚至地外文明存在的可能性非常小。但宇宙之大超出人類的想象，可能性非常小也不是沒有可能。不論在土衛二或者其他行星、衛星上是否存在生命，人類利用各種理論和技術尋找地外生命和地外文明的腳步不會停止。這不僅是為了滿足好奇，更是為了人類的未來。 ?

太空

生命到底是怎樣起源的呢？

組成我們生命的物質，如肌肉中的碳，骨骼中的鈣，血液中的鐵，ＤＮＡ（脫氧核糖核酸）中的磷......它們來自哪里？是如何演化成我們的生命？

迄今為止，這個生命起源問題存在多種臆測和假說，爭議不斷，是現代自然科學正在努力解決的重大課題。

1859年，隨著英國生物學家查爾斯·達爾文（Charles Robert Darwin）《物種起源》的問世，生物科學發生了前所未有的大變革，也為人類揭示生命起源這一千古之謎帶來了曙光。這就是現在學術界普遍接受的生命起源化學進化論。

生命的起源要追溯到與生命有關的元素和化學分子的起源。因而，生命的起源過程應從宇宙形成之初開始談起。生命的構成元素，如碳、氫、氧、氮、磷、硫、鈣、鐵等，都是來自138億年前大爆炸之后的演化。

資料表明，前期生物階段的化學演化并不局限于地球，在宇宙空間中廣泛存在著化學演化和產物，如氨基酸、嘌呤等形成于星際塵?；蛘咝窃浦?，接著在行星表明的一定條件下產生了像多肽、多聚核苷酸等生物高分子。最終在地球上演化成了最原始的生物系統，即具有原始細胞結構的生命。

一、生命物質的來源

天文學研究顯示，地球上所有元素幾乎全部來自早期恒星的演化，甚至一些有機分子也來源于遙遠的太空。

早在1907年，著名瑞典化學家阿累尼烏斯（Svante August Arrhenius）提出，生命的種子在宇宙中廣泛存在，第一批地球生命幾乎肯定來自天外。到了1968年，科學家在太空中發現了星際分子。有的星際分子在適當條件下可以轉化成氨基酸，而氨基酸正是生命的基礎分子。

到目前為止，天文學家在星際云中共發現了100多種分子，而且銀河系中心附近的星云中，還發現了最簡單的氨基酸——甘氨酸。

我們的地球每天接收數噸來自地外的宇宙物質，大部分進入大氣層后化為灰燼，但是大的隕石會沖進大氣層砸到地球上?？茖W家已經在一些碳質球粒狀隕石中發現有豐富的生命物質，其中就有氨基酸。

例如，1969年9月28日在澳大利亞發現的默奇森隕石（Murchison meteorite）中就有超過12種氨基酸?？茖W家認為，地球上最初生命形成的時期，正是大量撞擊地球的天體中存在的這些化合物，給地球帶來了大量的有機物質，而這些有機物質聚集起來便構成了地球上生命的化學基礎。

二、生命起源的模擬實驗

研究復雜的生物分子和生命是如何從地球早期僅有簡單分子的環境中演化而來的學科，目前已被學界普遍認可，稱之為“生命起源化學”（prebiotic-chemistry）。1953年，美國學者斯坦利·米勒（Stanley Miller）的實驗，是生命起源化學史上標志性的事件。

米勒的思路是，在實驗室里模擬地球早期的化學組成和環境，論證復雜的分子是否能夠從簡單的環境中自發地生成。他制作了實驗設備。這個設備很簡單，由一些連接在一起的燒瓶和玻璃管構成。

米勒選擇了四種簡單的分子作為原料：H2O、CH4、NH3和H2（即水、甲烷、氨氣和氫氣）。這些分子結構都非常簡單，是地球早期的大氣組成成分。米勒在其中一個燒瓶中加熱水，水蒸汽順著導管進入另一個玻璃球器皿中，并在那里和其他三種氣體分子混合。米勒認為閃電很可能提供了起源化學反應所需要的能量。他在玻璃球器皿中不斷地制造電火花，模擬地球大氣中的閃電。

令人驚奇的是，經過幾個星期后，米勒實驗器皿中的液體就開始顯得渾濁。他發現液體中生成了多種復雜的分子，其中包括在構成生命體中起到關鍵作用的氨基酸分子（Amino-Acids）。

米勒實驗有很多種形式，根據原料的不同和環境模擬的差異，也會產生不同的產物。在有些實驗中，氨基酸甚至聚集在一起形成了蛋白質斑點。研究人員稱之為類蛋白質微球，小分子可以通過微球的邊界進入內部，在其中形成更加復雜的分子。而這些復雜分子都不能再次穿過微球的表面回到環境中。

隨著時間的推演，微球會增大，還有分裂成更多的小斑點。這種分裂還遠遠稱不上是生命繁殖，因為其過程中缺失了最重要的DNA參與的遺傳過程。但這些實驗證明無機分子和簡單的有機分子完全可以在適宜的環境中組成生命體需要的復雜構件。

三、NASA在模擬太空環境下的實驗

米勒實驗還將模擬環境改換成了太空。NASA的研究人員曾經選取了和米勒一樣的原料：水、氨氣、氫氣和甲烷，而將閃電替換成紫外線照射。實驗中，這些原料以冰混合物的形式存在，正如很多彗星和小行星上的情景。紫外線照射是為了模擬新生恒星周圍的空間環境。在經過一段時間的照射之后，冰混合物表面也形成了復雜有機分子構成液滴。研究人員雖然未在液滴中發現氨基酸或蛋白質，但這樣的實驗至少證明了化學-生命演化的某些步驟是可以在太空中實現的。

前面提到的澳大利亞默奇森隕石，研究人員發現了有機化合物，其中包含了氨基酸。這個發現表明，星際物質可以從一顆行星傳播到另一顆行星，可以通過某些機遇播撒到其他地方，包括地球。

四、生命起源的過程

很顯然，米勒模擬實驗支持了生命物質可由非生命物質轉化而來的可能。盡管原料的不同和環境模擬的差異會產生不同的產物，但無論怎樣，生命起源的過程總體上可以分為三個階段：

第一個階段，從無機物到有機小分子的過程。如一氧化碳、二氧化碳、水、氫氣、氨氣、甲烷等，這些東西合成為有機小分子，像氨基酸、嘌呤、核苷酸、高能化合物等物質。因為生命的起源是從無機界到有機界，這個過程無論在什么地方，如海底、熱泉，或者太空中，都是必不可少的。

第二個階段，從有機小分子到有機大分子形成的過程。有機大分子像蛋白質、多糖、核酸，因為蛋白質是組成生命體的主要物質，還有多糖、糖類都是組成很多細胞的骨架、細胞壁的主要成分，還有核酸，這是遺傳物質。所以這個過程也是不可或缺的。

第三個階段，有機的大分子演化到原始單細胞生命的過程。一個原始單細胞，外面有個膜包裹，里面有遺傳物質，進行新陳代謝的交換。所以生命起源的過程可以簡單地分成上述三個階段。

迄今為止，生命起源可以描述成：在40億年前的地球上，來自太空的或者地球固有物質，由無機分子合成有機小分子，聚集在熱泉或火山口附近的熱水中，通過聚合反應，形成了生物的大分子。這些大分子進行自我復制、自我選擇，進而通過分子的自我組織，并且復制變異，從而形成核酸和活性蛋白質，分隔結構也同步產生。

最后，在基因控制下的代謝反應，為基因的復制和蛋白質的合成提供能量。在極其漫長的時間里，這個生物膜包裹著的具有自我復制功能的原始細胞生命，就在地球上產生了。至此，生物學的演化開始了，直到今天地球上產生了無數復雜生命的形式。

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