生命到底是怎样起源的呢？

神学家认为，生命是最大的奇迹，人类生命是上帝的宇宙总计划中的最高成就。对科学家来说，生命是自然界中最令人惊讶的现象。一百年前，生命系统的起源及演化问题成了科学和宗教有史以来最大的冲突。达尔文的进化论动摇了基督教教义的基础。而且，自哥白尼把太阳放在了太阳系的中心以来，进化论又一次使普通百姓感受到了科学分析的深远影响。科学看来好像能够整个地改变人类对自己、以及对人与宇宙的关系的看法。什么是生命？对物理学家来说，生命系统有两个与众不同的特征，一是其复杂，二是其组织，即便是单细胞生物，虽然原始，却显示出任何人工制品所无法比拟的复杂和精巧。例如，我们可以看看一个低级的细菌。仔细观察就会发现，它身上有复杂的功能和形态的网络。这细菌可以用多种多样的方式与其环境相互作用，它可以四处活动，攻击敌人，接近或逃避某些外部刺激，以一种有控制的方式交换物质。其体内的情况像是一个井井有条的大城市。负责进行控制的是细胞核，其中包含着遗传“密码”，就是使这细菌得以进行繁殖的全套化学指令。控制并左右这细菌的一切行为的化学结构是由多达上百万原子组成的分子。这上百万的原子是以复杂的、高度特殊的方式组成起来的。就生命的化学基础而言，最重要的是核酸分子，即大名鼎鼎的“双螺旋”形状的RNA和DNA（核糖核酸和脱氧核糖核酸）。一个生物学上的生物体是由完全平常的原子组成的。看到这一点是重要的。不错，生物体的部分代谢功能是从其环境中获得新的物质，并排泄变了质的或用不着的物质。活细胞里的一个碳原子、氢原子、氧原子、硫原子，与细胞外的原子没什么两样。这些原子不停地在一切生物体中进进出出。那么，生命显然不能归结为生物体的构成成分的特性。生命是一种累加现象，像是重量。尽管我们不能怀疑一只猫或一棵天竺葵是活的，然而，假如我们想寻找一种迹象，说明一个单个的“猫原子”或“天竺葵”原子是活的，那我们就得白费力气。这有时看上去是矛盾的。一些无生命的原子凑到一起怎么就成了有生命的了？有些人认为，不可能从无生命中创造出生命，因此一切活物中必有某种添加的非物质成分，一种生命力，或者说是精髓，其本源来自上帝。这就是古老的活力论学说。经常用来支持活力论的一个论点与行为问题有关。活物的一个显著的特征是，它们的行为看上去都有某种目的性，好像是指向一个具体的目的。这种目的性在较高级的生命形式中最为明显。不过，一个细菌也能表现它在努力达到某些基本的目的，如取食。在18世纪70年代，卢奇·加尔凡尼发现，用一对金属棒触动青蛙的腿，青蛙腿的肌肉便会抽动。于是，他得出结论说，这种“动物电流”就是那神秘的生命精髓在起作用。的确，那种认为电流与生命力有说不明白的联系的看法，随着法兰肯斯坦的故事而一代又一代的传下来。法兰肯斯坦是一个人造怪物，在一台电气装置噼叭响着放电时活了起来。在这些年里，有一些所谓超自然现象的研究者声称，他们曾以一种相当玄妙的方式把通灵能力与先进技术结合起来，直接探测到了那神秘的生命力。有人出示了一些模糊的照片，上面显示出一些从各种活物身上（其中有人的手指）发出的雾状、丝状射线或光斑。不幸的是，很难找到任何真正的科学证据来证明这些关于生命力的猜想。显然，那种假想的生命力将其自身显现出来的唯一途径是通过生命；生物显示生命力，非生物则不显示生命力。但这样一来，便把生命力弄成一个词语了，它就不再是关于生命的解释了。我们若说一个人，或一条鱼，或一棵树有生命力，这话是什么意思呢？意思不过是说这人，这鱼，这树是活的。至于在含糊而神秘的“实验”中所显示的生命力，因这些实验不可重复，所以这些实验及实验结果声名狼藉，显然很容易被指控为欺骗，于是很少有哪个专业科学家把它当真。乞灵于某种生命力来解释生命的人犯了一个错误。这错误就是忽视了这一事实：由多个部分构成的一个系统可能在整体上会有一些其单个部分所没有的性质，或有一些放在单个部分上便无意义的性质。现在再来举一个例子。报纸上有一张由众多的小点组成的人脸照片。若是只看一个个的小点，看得再仔细也看不出一张大脸。只有把报纸拿开一些，较为粗略地把众多的小点看成是一个整体，而只有整体地看才能看出人脸的形象来。这形象不是众多小点本身的一种性质，而是小点集体的性质。人脸是在图形里，而不是在组成图形的一个个小点里。同样，生命的奥秘也不在原子里，而在原子的缔合模式里，其模式即其组合方式。就是说，生命的奥秘在于DNA和RNA之类的分子结构所包含的信息之中。一旦了解了整体现象的存在，也就用不着去寻找什么“生命力”了。原子用不着被“激活”才能产生生命现象。只要将原子以那种合适的复杂方式进行安排，就会出现生命。我们现在正在讨论的东西有时被称作“整体论”对“还原论”。过去的三个世纪以来，西方科学思想的主要倾向是还原论。的确，“分析”这个词在最广泛的范围中被使用，这种情况也清楚地显明，科学家习惯上是毫无怀疑地把一个问题拿来进行分解，然后再解决它的。但是，有些问题(如钢丝锯）只能通过综合才能解决。它们在性质上是综合或“整体的”。一幅钢丝锯的图画，就像报纸上由众多小点组成的人脸图像一样，只能在更高一层的结构层面上才能够看得出来，单凭一个个的锯齿是看不出锯来的。这就是说，其整体大于其部分的总合。在19世纪的物理学中，以及在发展物质的原子理论的过程中，科学的还原论被认真地提了出来。近来，生物学家们沿着还原论的思路，在阐明生命的分子基础方面取得了许多重大的成就。这些领先的进展鼓励了人们在学问的许多其他领域也采取还原论的思路。然而，因到处运用还原论而引起的恶果，已招致了尖锐的批评，作家阿瑟.柯斯特勒说，还原论的看法否定在盲目的力量的相互作用中有价值观、意义和目的的地位，因而这种看法将其阴影投到了科学的界限之外，影响到我们整个文化的甚至政治的气候。许多批评者说，试图把活的生物体解释成不过是因偶然事件而胡乱结合起来的一堆堆无意义的原子，这严重地贬损了我们的存在价值。就有生命的系统而言，没有谁否认一生物体是由原子集合而成的。错误的观念是把生物体只当作是原子的集合而已。把生物体说成不过是原子的集合而已，这种说法是可笑的，其可笑程度正如把贝多芬的交响乐曲说成不过是音符的集合而已，或把狄更斯的某本小说说成不过是词语的集合而已。生命的特性、一首乐曲的主题、一部小说的情节，是所谓的显现性的。其性质只有在整体结构层面上才能显现出来，而在部分层面上则是无意义的。部分的描述与整体的描述并不矛盾，二者是互补的，并且在其自身的层面上是正确的（假如我们仔细看看量子论，我们就会再次遇到一个系统有两个不同的、互补的描述的概念）。很多相信宗教的人都准备承认，生命一旦出现在地球上，其后来的繁衍与发展，就可以用物理和化学定律结合达尔文的进化给以完满的解释。例如，生物体的生殖，就是DNA螺旋体对自己进行化学复制。

生命的起源与进化，生命起源就是进化的秘密

生命很难定义，但一般具有如下特征:其内是在宇宙发展变化过程中自然出现的存在一定的自我生长、繁衍、感觉、意识、意志、进化、互动等丰富可能的一类现象，其外也可以包括生化反应产生的能够自我复制的氨基酸结构。

地球是迄今为止唯一确定有生命存在的星球。水是生命出现的基础，而有机物的出现则是生命出现的关键。那么，最早的有机物如何出现就是探索生命起源的关键。

从地球的形成来看，地球上最早的有机物来源存在诸多的可能性，但地球的起源过于古老，其演化过程过于漫长且复杂，难以回溯，因此，有机物起源存在与各种假说中，归结起来，可以分为两大类。

　　一类是地表起源说，认为在地球形成以后若干年的原始地球表面起源的，其中以“化学起源说”最具代表性，有机物中的主要元素C、H、O、N、P等均为地球上常见的元素，而最简单的有机物甲烷(分子式CH4)仅涉及两种元素，因此有机物是完全可能在地球上合成的。“化学起源说”的内部观点很多，特别是在生命起源的途径或方式上各家有着很大的分歧。

　　另一类就是地外起源说，认为地球上的有机物来源于外太空，在地球形成早期，地外星球频繁造访，有机物通过陨石来到地球，而地球的演变正好有适合其自身复制的条件以及水，这些有机物就在地球上自我复制，并在特定条件下增殖，变大而逐渐形成了多糖、脂肪、蛋白质、核酸等生物大分子物质，进一步的进化产生了生命。而有的假说则干脆认为，是陨石将最原始的地外宇宙生命物质带到地球上发展而来。

　　当生命的基本形态出现，其代谢和繁殖的出现才标志着生命的真正形成。因此，在具备的基本的物质条件后，支撑生命的基本能量形式成为生命起源的关键，高温起源学说得到广泛的认可。深海研究的进展似乎印证了这一观点，如在海底热液环境中存在着密集的包括古细菌、嗜热细菌、管状蠕虫、蛤类、贻贝类、双壳类、腹足纲的软体动物、甲壳类、节肢动物的虾类和蟹类、须腕动物、棘皮动物、环节动物、脊索动物、脊椎动物鱼类等在内的丰富多样的生物群落。所有这些动物维持生命所需的最初能源不是依靠阳光的光合作用而是深海热泉喷出的硫化物化学自养细菌利用氧化热液中的硫化物如所得到能量去还原而制造有机物其他动物都是依靠细菌还原喷口热液中的硫化氢作为原始能量来源，而这一环境与地球早期火山频发存在较大的相似之处，因此，高温起源说得到了很多学者的认可。

海底黑烟囱

　　迄今为止，生命的起源可以描述成：在40亿年前的地球上，由无机分子合成的有机小分子，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，可能类似于现代生物在热泉附近的嗜热古细菌。这个短短的描述，就把生命起源的过程基本上描述了。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，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，这些分子怎么自我选择，合成DNA、RNA，把其他的大分子抛弃掉，这个过程我们并不知道。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，就是细胞膜或者细胞内部的膜结构，这个过程我们也不是很清楚它是怎么形成的？像磷脂、精细的生物结构怎么形成的，我们也并不是很清楚。另外一个是新陈代谢的问题，先是吸收外面的能量，这个过程我们并没有解决，但不管怎样这种热泉中生命起源的假说，确实有很多有利证据的支持，特别是近年来，取得了一系列最重要的进展。

原始细菌

　　 大约亿年前，细胞发展出了细胞核。细胞核有一层薄膜保护，从而保护了细胞的遗传物质基因。一直到亿年前，在地球生命早期的多亿年中，生命的基本形式是微小的单细胞生物。​第一个多细胞生物出现。此时，所有的生物仍然只存在于海洋中。 　

深海海绵

大约亿年前，生物开始登陆，植物、昆虫、脊椎动物等开始在陆地上繁殖。生物终于在地球的所有环境，包括陆地、海洋，赤道、两极，高山、峡谷，潮间带、深海，热液、冷泉等，繁衍开来，形成了五彩缤纷的生命世界。

　　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数亿年后原始地表或地外某种单纯因素的作用如原始海洋中的化学进化或宇宙生命种子的巧然输入，而是与非生命物质、前生命有机物的起源与演化密切联系在一起，是地球形成过程中，天、地、生等多因素综合作用的结果。

　　无论生命是如何起源的，地球本身的演化历史和条件，使得生命的发生对于地球来说是一个必然事件，但对于浩瀚的宇宙和上百亿年的宇宙演化史来说，地球生命绝对是一个偶然事件，是宇宙中的奇迹。是生命使得地球、使得宇宙更奇妙、更美丽，充满了无限的可能，使人类有了无限的幻想和遐思。

　　地球的条件、地球生物的发生在宇宙中是奇妙的、偶然的。这说明，地外生命甚至地外文明存在的可能性非常小。但宇宙之大超出人类的想象，可能性非常小也不是没有可能。不论在土卫二或者其他行星、卫星上是否存在生命，人类利用各种理论和技术寻找地外生命和地外文明的脚步不会停止。这不仅是为了满足好奇，更是为了人类的未来。 ​

太空

生命到底是怎样起源的呢？

组成我们生命的物质，如肌肉中的碳，骨骼中的钙，血液中的铁，ＤＮＡ（脱氧核糖核酸）中的磷......它们来自哪里？是如何演化成我们的生命？

迄今为止，这个生命起源问题存在多种臆测和假说，争议不断，是现代自然科学正在努力解决的重大课题。

1859年，随着英国生物学家查尔斯·达尔文（Charles Robert Darwin）《物种起源》的问世，生物科学发生了前所未有的大变革，也为人类揭示生命起源这一千古之谜带来了曙光。这就是现在学术界普遍接受的生命起源化学进化论。

生命的起源要追溯到与生命有关的元素和化学分子的起源。因而，生命的起源过程应从宇宙形成之初开始谈起。生命的构成元素，如碳、氢、氧、氮、磷、硫、钙、铁等，都是来自138亿年前大爆炸之后的演化。

资料表明，前期生物阶段的化学演化并不局限于地球，在宇宙空间中广泛存在着化学演化和产物，如氨基酸、嘌呤等形成于星际尘埃或者星云之中，接着在行星表明的一定条件下产生了像多肽、多聚核苷酸等生物高分子。最终在地球上演化成了最原始的生物系统，即具有原始细胞结构的生命。

一、生命物质的来源

天文学研究显示，地球上所有元素几乎全部来自早期恒星的演化，甚至一些有机分子也来源于遥远的太空。

早在1907年，著名瑞典化学家阿累尼乌斯（Svante August Arrhenius）提出，生命的种子在宇宙中广泛存在，第一批地球生命几乎肯定来自天外。到了1968年，科学家在太空中发现了星际分子。有的星际分子在适当条件下可以转化成氨基酸，而氨基酸正是生命的基础分子。

到目前为止，天文学家在星际云中共发现了100多种分子，而且银河系中心附近的星云中，还发现了最简单的氨基酸——甘氨酸。

我们的地球每天接收数吨来自地外的宇宙物质，大部分进入大气层后化为灰烬，但是大的陨石会冲进大气层砸到地球上。科学家已经在一些碳质球粒状陨石中发现有丰富的生命物质，其中就有氨基酸。

例如，1969年9月28日在澳大利亚发现的默奇森陨石（Murchison meteorite）中就有超过12种氨基酸。科学家认为，地球上最初生命形成的时期，正是大量撞击地球的天体中存在的这些化合物，给地球带来了大量的有机物质，而这些有机物质聚集起来便构成了地球上生命的化学基础。

二、生命起源的模拟实验

研究复杂的生物分子和生命是如何从地球早期仅有简单分子的环境中演化而来的学科，目前已被学界普遍认可，称之为“生命起源化学”（prebiotic-chemistry）。1953年，美国学者斯坦利·米勒（Stanley Miller）的实验，是生命起源化学史上标志性的事件。

米勒的思路是，在实验室里模拟地球早期的化学组成和环境，论证复杂的分子是否能够从简单的环境中自发地生成。他制作了实验设备。这个设备很简单，由一些连接在一起的烧瓶和玻璃管构成。

米勒选择了四种简单的分子作为原料：H2O、CH4、NH3和H2（即水、甲烷、氨气和氢气）。这些分子结构都非常简单，是地球早期的大气组成成分。米勒在其中一个烧瓶中加热水，水蒸汽顺着导管进入另一个玻璃球器皿中，并在那里和其他三种气体分子混合。米勒认为闪电很可能提供了起源化学反应所需要的能量。他在玻璃球器皿中不断地制造电火花，模拟地球大气中的闪电。

令人惊奇的是，经过几个星期后，米勒实验器皿中的液体就开始显得浑浊。他发现液体中生成了多种复杂的分子，其中包括在构成生命体中起到关键作用的氨基酸分子（Amino-Acids）。

米勒实验有很多种形式，根据原料的不同和环境模拟的差异，也会产生不同的产物。在有些实验中，氨基酸甚至聚集在一起形成了蛋白质斑点。研究人员称之为类蛋白质微球，小分子可以通过微球的边界进入内部，在其中形成更加复杂的分子。而这些复杂分子都不能再次穿过微球的表面回到环境中。

随着时间的推演，微球会增大，还有分裂成更多的小斑点。这种分裂还远远称不上是生命繁殖，因为其过程中缺失了最重要的DNA参与的遗传过程。但这些实验证明无机分子和简单的有机分子完全可以在适宜的环境中组成生命体需要的复杂构件。

三、NASA在模拟太空环境下的实验

米勒实验还将模拟环境改换成了太空。NASA的研究人员曾经选取了和米勒一样的原料：水、氨气、氢气和甲烷，而将闪电替换成紫外线照射。实验中，这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。紫外线照射是为了模拟新生恒星周围的空间环境。在经过一段时间的照射之后，冰混合物表面也形成了复杂有机分子构成液滴。研究人员虽然未在液滴中发现氨基酸或蛋白质，但这样的实验至少证明了化学-生命演化的某些步骤是可以在太空中实现的。

前面提到的澳大利亚默奇森陨石，研究人员发现了有机化合物，其中包含了氨基酸。这个发现表明，星际物质可以从一颗行星传播到另一颗行星，可以通过某些机遇播撒到其他地方，包括地球。

四、生命起源的过程

很显然，米勒模拟实验支持了生命物质可由非生命物质转化而来的可能。尽管原料的不同和环境模拟的差异会产生不同的产物，但无论怎样，生命起源的过程总体上可以分为三个阶段：

第一个阶段，从无机物到有机小分子的过程。如一氧化碳、二氧化碳、水、氢气、氨气、甲烷等，这些东西合成为有机小分子，像氨基酸、嘌呤、核苷酸、高能化合物等物质。因为生命的起源是从无机界到有机界，这个过程无论在什么地方，如海底、热泉，或者太空中，都是必不可少的。

第二个阶段，从有机小分子到有机大分子形成的过程。有机大分子像蛋白质、多糖、核酸，因为蛋白质是组成生命体的主要物质，还有多糖、糖类都是组成很多细胞的骨架、细胞壁的主要成分，还有核酸，这是遗传物质。所以这个过程也是不可或缺的。

第三个阶段，有机的大分子演化到原始单细胞生命的过程。一个原始单细胞，外面有个膜包裹，里面有遗传物质，进行新陈代谢的交换。所以生命起源的过程可以简单地分成上述三个阶段。

迄今为止，生命起源可以描述成：在40亿年前的地球上，来自太空的或者地球固有物质，由无机分子合成有机小分子，聚集在热泉或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，并且复制变异，从而形成核酸和活性蛋白质，分隔结构也同步产生。

最后，在基因控制下的代谢反应，为基因的复制和蛋白质的合成提供能量。在极其漫长的时间里，这个生物膜包裹着的具有自我复制功能的原始细胞生命，就在地球上产生了。至此，生物学的演化开始了，直到今天地球上产生了无数复杂生命的形式。

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