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〖图文〗人类源流——生命起源3

生命起源3


五、生命起源的三个过程

第一个是从无机物到有机小分子,这种过程,比如一氧化碳、二氧化碳、水、氢气、氨气、甲烷,这些东西合成有机小分子,像氨基酸、嘌呤、啶、核苷酸、高能化合物、肪酸、有卟呤等这些东西,这个过程是跑不掉的,因为地球生命的起源的话,从无机界到有机界,所以这个过程。一个过程是不管在什么地方,在海底也好,在热泉里面,在火星上或者在木卫二,都跑不了这个过程,所以研究生命起源的过程的话,是第一个。

第二个是有机小分子到有机大分子这个形式,就是刚才说的氨基酸嘌呤嘧啶这个东西,有机大分子像蛋白质多糖,核酸这个过程,因为蛋白质是组成生物体的主要的物质,还有多糖、糖类、都是组成很多细胞的这个骨架,细胞壁的主要成分,还有核酸、这是遗传物质,所以这个过程的话,也是跑不掉的。

第三个这些生物的大分子,演化到原始单细胞的生命,这也是跑不掉的。一个原始的单细胞,外面有一个膜包裹,里面有遗传物质,要进行新陈代谢的交换。所以生命起源的过程其实可以简单地分成这三个过程:对这三个过程我们现在做到哪一步呢?我们还有什么没解决的呢?第一个我们看看从无机物到有机小分子这个过程,其实这个过程的话,在热泉中,在深海的海底“黑烟囱”中,还是在实验室中,我们都能够合成这个米勒的实验就是一个最经典的实验,它就是把无机物合成了有机小分子。

第二个过程是有机小分子,到有机大分子这个过程,这个过程其实在热泉,像海底热泉口,还有陆地上,像黄石公园,我们国家云南的热泉都有这种过程,因为这个温度很高,它有机物在里面的话它可以进行热聚合脱水反应,能形成蛋白质,我们在实验室里面,这个过程也是可以重复的,所以生命起源的第二个过程也不是难的事情。

最难的是生命起源的第三个过程,就是生物大分子到原始单细胞这个过程,可以说这个过程是迄今为止科学家们研究上遇到最大的难题。也是无机生命到生命,无机化合物到有机生命不可跨越的一个鸿沟,这个过程包括哪几部分呢?换句话说,我们要研究生物大分子,到原始单细胞生命,要从几个部分来入手呢?第一个我们要研究自我遗传系统,一个遗传系统,就是能自我复制的生物大分子这个系统的建立,DNA、RNA这种系统的建立。它怎么建立的?它怎么合成的?它们怎么有遗传的功能?第二个,蛋白质的合成,它要纳入到自我复制系统的控制,这是什么意思呢?就是它新陈代谢,它是能量和物质在细胞内的交换,接受太阳光、接受化学能,产生有机物,再用这有机物分解而产生能量,这个能量像一个马达一样,来运转这个细胞,是这个过程。这个过程也是非常难的一个过程,第三个过程,生物膜系统的形成,也就是说比如说像细胞壁、细胞膜,生物膜的系统,为什么重要呢?因为我们知道无机界是没有隔离的,没有这种隔离,只有在生物里面它有一个膜跟外界隔离,同时这个膜也不是绝对隔离,而是跟外面进行物质的交换。它有一些小的空隙,所以这个生物膜系统也是一个非常精密的生物机构,所以在生命起源之中这三个阶段或者三个步骤缺一不可,也是非常难的三个步骤。

迄今为止,科学家们把生命起源可以描述成这样的:在40亿年前的地球上,由无机分子合成的有机小分子,它聚集在热泉口,或者火山口附近的热水中,通过聚合反应,形成了生物的大分子,这些大分子进行自我复制,自我选择,进而通过分子的自我组织,并自我复制和变异,从而形成核酸和活性蛋白质,同时分隔结构同步产生,最后在基因的控制下的代谢反应,为基因的复制和蛋白质的合成提供能量,这样一个由生物膜包裹着的具有能自我复制的原始细胞,就在地球上产生了。这个原始细胞可能是异养的,或者是化学自养的,它可能类似于现代生物在热泉附近的嗜热古细菌,这个描述短短几百字,就把生命起源的过程描述过来了。但它有四个无法逾越的鸿沟,一个是自我选择,因为组成生物大分子或者RNA,DNA,它这些分子都是非常有限的几种分子。在无机条件下,或者在闪电情况下、或者在热水中,它形成很多这样的分子,这些分子怎么能自我选择,能合成DNA,RNA,能把其他的大分子抛弃掉,这个过程的话,我们并不知道它,为什么这样子?第二个是自我复制,DNA,RNA它自己能够复制,能够为下一代遗传下去,这个过程我们也并不知道。第三个是分隔结构,就是细胞膜,比如细胞膜、或者细胞内部的膜结构,这个过程我们也不是很清楚,它怎么形成的?像磷脂、精细的生物结构怎么形成的,科学家们也并不是很清楚。另外是一个新陈代谢的问题,怎么先是吸收外面的能量,这个过程并没有解决,但不管怎么样这种热泉中生命起源假说的话,它确实有很多有利证据的支持,特别是近年来,它取得了一系列最重要的进展。

热泉中含有大量的一氧化碳、硫化氢和硫化金属矿物,特别是黄铁矿物和硫,一方面硫化铁和硫,有新陈代谢的出现。硫化铁是一种非常重要的催化剂,很多化学反应在它的表面或者说在它的晶体骨架里,进行得非常非常的顺利,一些重要化合物已在在热泉中被发现。例如一种活性物质,像硫化脂就发现在热泉之中,它与一种非常重要的化合物,一些复合物非常类似,这种化合物提供了能量新陈代谢的一种途径。

所以这个新陈代谢的途径,可能跟热泉中的黄铁矿和硫,以及它们的聚合物有一定的关系。另一方面,遗传物质核糖核酸,RNA的出现的话,与硫化脂和硫的化学过程有着非常密切的关系。而脱氧核糖核酸,DNA它还可以直接用RNA脱氧演变而来。还有另一个的话,像黄铁矿的聚合物,就是这个热泉口中的这个黄铁矿的聚合物的话。其实,存在于很多重要的生化酶的中心,那些生化酶的话,可能就产生于含有大量的硫热泉之中。由此看来,地球上的生命也许就产生在距今38亿年到40亿年间这些充满硫磺味的热水池或者软泥之中。但是我们应该清醒的明白,我们距离揭开生命起源这一亘古之谜,还有一段遥远的科学历程。从无机物到有机物,到有机化合物到有机生命体的演化,同时还具有很多的偶然性,并不是有这种环境,有这种形成条件,它就能产生生命。

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