关于生命起源的最新报道
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生命的起源
地球在宇宙中形成以后,开始是没有生命的。经过了一段漫长的化学演化,就是说大气中的有机元素氢、碳、氮、氧、硫、磷等在自然界各种能源(如闪电、紫外线、宇宙线、火山喷发等等)的作用下,合成有机分子(如甲烷、二氧化碳、一氧化碳、水、硫化氢、氨、磷酸等等)。这些有机分子进一步合成,变成生物单体(如氨基酸、糖、腺甙和核甙酸等)。这些生物单体进一步聚合作用变成生物聚合物。如蛋白质、多糖、核酸等。这一段过程叫做化学演化。蛋白质出现后,最简单的生命也随着诞生了。这是发生在距今大约36亿多年前的一件大事。从此,地球上就开始有生命了。生命与非生命物质的最基本区别是:它能从环境中吸收自己生活过程中所需要的物质,排放出自己生活过程中不需要的物质。这种过程叫做新陈代谢,这是第一个区别。第二个区别是能繁殖后代。任何有生命的个体,不管他们的繁殖形式有如何的不同,他们都具有繁殖新个体的本领。第三个区别是有遗传的能力。能把上一代生命个体的特性传递给下一代,使下一代的新个体能够与上一代个体具有相同或者大致相同的特性。这个大致相同的现象最有意义,最值得我们注意。因为这说明它多少有一点与上一代不一样的特点,这种与上一代不一样的特点叫变异。这种变异的特性如果能够适应环境而生存,它就会一代又一代地把这种变异的特性加强并成为新个体所固有的特征。生物体不断地变异,不断地遗传,年长月久,周而复始,具有新特征的新个体也就不断地出现,使生物体不断地由简单变复杂,构成了生物体的系统演化。
地球上早期生命的形态与特性。地球上最早的生命形态很简单,一个细胞就是一个个体,它没有细胞核,我们叫它为原核生物。它是靠细胞表面直接吸收周围环境中的养料来维持生活的,这种生活方式我们叫做异养。当时它们的生活环境是缺乏氧气的,这种喜欢在缺乏氧气的环境中生活的叫做厌氧。因此最早的原核生物是异养厌氧的。它的形态最初是圆球形,后来变成椭圆形、弧形、江米条状的杆形进而变成螺旋状以及细长的丝状,等等。从形态变化的发展方向来看是增加身体与外界接触的表面积和增大自身的体积。现在生活在地球上的细菌和蓝藻都是属于原核生物。蓝藻的发生与发展,加速了地球上氧气含量的增加,从20多亿年前开始,不仅水中氧气含量已经很多,而且大气中氧气的含量也已经不少。细胞核的出现,是生物界演化过程中的重大事件。原核植物经过15亿多年的演变,原来均匀分散在它的细胞里面的核物质相对地集中以后,外面包裹了一层膜,这层膜叫做核膜。细胞的核膜把膜内的核物质与膜外的细胞质分开。细胞里面的细胞核就是这样形成的。有细胞核的生物我们把它称为真核生物。从此以后细胞在繁殖分裂时不再是简单的细胞质一分为二,而且里面的细胞核也要一分为二。真核生物(那时还没有动物,可以说实际上也只是真核植物)大约出现在20亿年前。性别的出现是在生物界演化过程中的又一个重大的事件,因为性别促进了生物的优生,加速生物向更复杂的方向发展。因此真核的单细胞植物出现以后没有几亿年就出现了真核多细胞植物。真核多细胞的植物出现没有多久就出现了植物体的分工,植物体中有一群细胞主要是起着固定植物体的功能,成了固着的器官,也就是现代藻类植物固着器的由来。从此以后开始出现器官分化,不同功能部分其内部细胞的形态也开始分化。由此可见,细胞核和性别出现以后,大大地加速了生物本身形态和功能的发展。
生命的起源
关于生命起源的问题,很早就有各种不同的解释。近几十年来,人们根据现代自然科学的新成 就,对于生命起源的问题进行了综合研究,取得了很大的进展。
根据科学的推算,地球从诞生到现在,大约有46亿年的历史。早期的地球是炽热的,地球上的一切元素都呈气体状态,那时候是绝对不会有生命存在的。最初的生命是在地球温度下降以后,在极其漫长的时间内,由非生命物质经过极其复杂的化学过程,一步一步地演变而成的。目前,这种关于生命起源是通过化学进化过程的说法已经为广大学者所承认,并认为这个化学进化过程可以分为下列四个阶段。
从无机小分子物质生成有机小分子物质 根据推测,生命起源的化学进化过程是在原始地球条件下开始进行的。当时,地球表面温度已经降低,但内部温度仍然很高,火山活动极为频繁,从火山内部喷出的气体,形成了原始大气(下图)。一般认为,原始大气的主要成分有甲烷(CH4)、氨 原始地球的想象图
(左)原始大气(右)有机物形成
(NH3)、水蒸气(H2O)、氢(H2),此外还有硫化氢(H2S)和氰化氢(HCN)。这些气体在大自然不断产生的宇宙射线、紫外线、闪电等的作用下,就可能自然合成氨基酸、核苷酸、单糖等一系列比较简单的有机小分子物质。后来,地球的温度进一步降低,这些有机小分子物质又随着雨水,流经湖泊和河流,最后汇集在原始海洋中。
关于这方面的推测,已经得到了科学实验的证实。1935年,美国学者米勒等人,设计了一套密闭装置(下图)。他们将装置内的空气抽出,然后模拟原始地球上的大气成分,通入甲烷、氨、氢、水 米勒实验的装置
蒸气等气体,并模拟原始地球条件下的闪电,连续进行火花放电。最后,在U型管内检验出有氨基酸生成。氨基酸是组成蛋白质的基本单位,因此,探索氨基酸在地球上的产生是有重要意义的。
此外,还有一些学者模拟原始地球的大气成分,在实验室里制成了另一些有机物,如嘌识、嘧啶、核糖,脱氧核糖,脂肪酸等。这些研究表明:在生命的起源中,从无机物合成有机物的化学过程,是完全可能的。
从有机小分子物质形成的有机高分子物质 蛋白质、核酸等有机高分子物质,是怎样在原始地球条件下形成的呢?有些学者认为,在原始海洋中,氨基酸、核苷酸等有机小分子物质,经过长期积累,相互作用,在适当条件下(如吸附在粘土上),通过缩合作用或聚合作用,就形成了原始的蛋白质分子和核酸分子。
现在,已经有人模拟原始地球的条件,制造出了类似蛋白质和核酸的物质。虽然这些物质与现在的蛋白质和核酸相比,还有一定差别 ,并且原始地球上的蛋白质和核酸的形成过程是否如此,还不能肯定,但是,这已经为人们研究生命的起源提供了一些线索;在原始地球条件下,产生这些有机高分子的物质是可能的。
从有机高分子物质组成多分子体系 根据推测,蛋白质和核酸等有机高分子物质,在海洋里越积越多,浓度不断增加,由于种种原因(如水分的蒸发,粘土的吸附作用),这些有机高分子物质经过浓缩而分离出来,它们相互作用,凝聚成小滴。这些小滴漂浮在原始海洋中,外面包有最原始的界膜,与周围的原始海洋环境分隔开,从而构成一个独立的体系,即多分子体系。这种多分子体系已经能够与外界环境进行原始的物质交换活动了。
从多分子体系演变为原始生命 从多分子体系演变为原始生命,过是生命起源过程中最复杂和最有决定意义的阶段,它直接涉及到原始生命的发生。目前,人们还不能在实验室里验证这一过程。不过,我们可以推测,有些多分子体系经过长期不断地演变,特别是由于蛋白质和核酸这两大主要成分的相互作用,终于形成具有原始新陈代谢作用和能够进行繁殖的原始生命。以后,由生命起源的化学进化阶段进入到生命出现之后的生物进化阶段。
关于生命起源的化学进化过程的研究,虽然进行了大量的模拟实验,但是绝大多数实验只是集中在第一阶段,有些阶段还仅仅限于假说和推测。因此,在对于生命起源,问题还必须继续进行研究和探讨。
蛋白质和核酸是生物体内最重要的物质。没有蛋白质和核酸,就没有生命。1965年,我国科学工作者人工合成了结晶牛胰岛素(一种含有51个氨基酸的蛋白质)。1981年,我国科学工作者又用人工的方法合成了酵母丙氨酸转运核糖核酸(核糖核酸的一种)。这些工作反映了我国在探索生命起源问题上的重大成就
1953年,芝加哥大学的研究生斯坦利·米勒拿起两个长颈瓶——一个盛着一点水,代表远古的海洋,一个装着甲烷、氨和硫化氢的气体混合物,代表地球早期的大气——然后用橡皮管子把两个瓶子一连,放了几次电火花算做闪电。几个星期以后,瓶子里的水呈黄绿色,变成了营养丰富的汁,里面有氨基酸、脂肪酸、糖以及别的有机化合物。米勒的导师、诺贝尔奖获得者哈罗德·尤里欣喜万分,说:“我可以打赌,上帝肯定是这么干的。”
当时的新闻报道听上去让人觉得,你只要把瓶子好好地晃一晃,生命就会从里面爬出来。时间已经表明,事情根本不是那么简单。尽管又经过了半个世纪的研究,今天我们距离合成生命与1953年的时候一样遥远——更不用说认为我们已经有这等本事。科学家们现在相当肯定,早期的大气根本不像米勒和尤里的混合气体那样已经为生命的形成作好准备,而是一种很不活泼的氮和二氧化碳的混合物。有人用这些更具挑战性的气体重新做了米勒的实验,至今只制造出一种非常原始的氨基酸。无论如何,其实问题不在于制造氨基酸,问题在于蛋白质。
你把氨基酸串在一起,就得到了蛋白质。我们需要大量的蛋白质。其实谁也不大清楚,但人体里的蛋白质也许多达100万种之多,每一种都是个小小的奇迹。按照任何概率法则,蛋白质不该存在。若要制造蛋白质,你得把氨基酸(按照悠久的传统,我在这里应当将其称之为“生命的砌块”)按照特定的顺序来排列,就像你拼写一个单词必须把字母按照特定的顺序来排列一样。问题是那些以氨基酸字母组成的单词往往长得不得了。若要拼出“胶原蛋白(collagen)”(一种普通蛋白质的名字)这个名字,你只需要以正确的顺序排列8个字母。若要制造胶原蛋白,你就得以绝对准确的顺序排列1055个氨基酸分子。但是——这是个明显而又关键的问题——你并不制造胶原蛋白。它会自发形成,无须你的指点,不可能性就从这里开始了。
坦率地说,1055个氨基酸分子要自发排列成一个胶原蛋白这样的分子的概率是零。这种事情完全不可能发生。为了理解它的存在是多么不可能,请你想像一台拉斯韦加斯普通的老虎机,不过要把它大大地扩大一下——说得确切一点,扩大到大约27米——以便容纳得下1055个转轮,而不是通常的三四个,每个轮子上有20个符号(每一个代表一种普通的氨基酸)。你要拉多少次把手那1055个符号才会以合适的顺序排列起来?实际上,拉多少次都没有用。即使你把转轮的数目减少到200个——这其实是蛋白质分子所含的氨基酸分子的比较典型的数量,所有200个符号都按照特定的顺序来排列的概率是10—260。那个数字本身比宇宙里原子的总数还要大。
总之,蛋白质是十分复杂的实体。血红蛋白只有146个氨基酸分子长,按照蛋白质的标准只是个矮子,然而即使那样,氨基酸的排列方式也有10190种可能性。因此,剑桥大学的化学家马克斯·佩鲁茨花了23年时间——大体上相当于一个人的职业生涯——才解开了这个谜。想要随随便便地制造哪怕是一个蛋白质分子也似乎是极不可能的——天文学家弗雷德·霍伊尔打了个精彩的比方,就像是一阵旋风掠过一个旧货栈,后面留下了一架装配完好的大型客机。
然而,我们在讨论的蛋白质有几十万种,也许是100万种,就我们所知,每一种都别具一格,与众不同,对于维持你的健康和幸福必不可少。我们就从这里接着往下讨论。为了被派上用场,一个蛋白质分子不但要把氨基酸分子按照合适的顺序排列起来,还要从事一种化学打褶工作,把自己叠成特定的形状。即使实现了这种复杂的结构,蛋白质分子对你依然没有用处,除非它能复制自己,而蛋白质分子不会。为了达到这个目的,你需要DNA(脱氧核糖核酸)。DNA是复制专家——几秒钟就能复制一份自己,但除此之外没有别的本事。于是,我们处于一种自相矛盾的境地。蛋白质分子没有DNA就不能存在,DNA没有蛋白质就无所事事。那么,我们是不是该认为,它们为了互相支持而同时产生呢?如果是的,哇,太好了!
还有,要是没有膜把DNA、蛋白质和别的生命要素包裹起来,它们也不可能兴旺发达。原子或分子不会独立实现生命。从你身上取下一个原子,它像一粒沙那样没有生命。只有许多原子凑到一起,待在营养丰富的细胞里,这些不同的物质才能参加令人惊叹的舞会,我们称其为生命。没有细胞,它们只是有意思的化学物质。但要是没有这些化学物质,细胞就毫无用处。正如戴维斯所说:“要是一切都需要别的一切,分子社会最初是怎么产生的?”这就好像你厨房里的各种原料不知怎的凑到一起,自己把自己烤成了蛋糕——而且,必要的话,这块蛋糕还会分裂,产生更多的蛋糕。所以,我们把生命称为奇迹,这是不足为怪的。我们才刚刚开始搞个明白,这也是不足为怪的。
那么,是什么促成这神奇的复杂结构呢?哎呀,一种可能是,也许它并不那么——并不那么——神奇,就像乍一看来的那样。以那些不可思议的蛋白质分子为例,我们假设,我们所看到的奇迹般的排列,是在形成完毕以后才出现的。要是在那台大老虎机里,有的转轮可以受到控制,就像玩滚木球游戏的人可以控制几根大有希望的木柱一样,那会怎么样?换句话说,要是蛋白质不是一下子形成的,而是慢慢地演化的,那会怎么样?
请你想像一下,要是你把制造一个人的所有材料都拿出来——碳呀,氢呀,氧呀,等等,和水一起放进一个容器,然后用力摇一摇,里面就走出来一个完整的人。那将会是不可思议的。哎呀,那基本上就是霍伊尔和其他人(包括许多热心的特创论者)提出的。他们认为,蛋白质是一下子自发形成的。蛋白质不是——也不可能——这样形成。正如理查德·道金斯在《盲人钟表匠》一书中所说,肯定有某种日积月累的选择过程,使得氨基酸聚集成块状。两三个氨基酸分子也许为了某种简单的目的联结起来,一段时间以后撞在一起成为类似的小群体,在此过程中“发现”又有了某些改进。
这种与生命有关的化学反应实际上比比皆是。我们也许无法按照斯坦利·米勒和哈罗德·尤里的方式从实验室制造出来,但宇宙干这事儿很容易。大自然里许多分子聚在一起形成长长的链子,名叫聚合物。糖分子经常聚在一起成为淀粉。晶体会干许多栩栩如生的事——复制呀,对环境的刺激作出反应呀,呈现复杂的图案呀。当然,它们从来不制造生命本身,但它们反复展示,复杂的结构是一种自然、自发、完全可靠的事。整个宇宙里也许存在大量生命,也许不存在,但不乏有序的自发聚合。它存在于一切东西,从对称的雪花到土星的秀丽光环。
大自然聚合事物是如此干劲十足,许多科学家现在认为,生命比我们认为的还要不可避免——用比利时生物化学家、诺贝尔奖获得者克里斯蒂安·德迪夫的话来说:“只要哪里条件合适,物质的专性表现势必发生。”德迪夫认为,很有可能,这样的条件在每个星系里大约会遇到100万次。
当然,在赋予我们生命的化学物质里,没有什么非常奇特的东西。要是你想制造另一个有生命的物体,无论是一条金鱼,一棵莴苣,还是一个人,你其实只需要4种元素:碳、氢、氧和氮,加上少量几种别的东西,主要是硫、磷、钙和铁。把30多种这类混合物放在一起,形成糖、酸和其他的基本化合物,你就可以制造任何有生命的东西。正如道金斯所说:“关于制造有生命的东西的物质,也没有什么特别的地方。有生命的东西是分子的组合,与其他一切东西没有两样。”
归根结底,生命是不可思议的,令人满意的,甚至可能是奇迹般的,但并不是完全不可能的——我们已经反复以我们自己的朴素存在证明了这一点。没有错儿,有关生命起源的许多细节现在依然难以解释。你在书上读到过的有关生命所必需的条件,每种情况都包括了水——从达尔文认为的生命始发地“小水塘”,到现在最普遍认为的生命始发地冒着气泡的海洋喷气口。但他们都忽视了一个事实:把单体变成聚合体包含一种反应,即生物学上所谓的“脱水缩合”(换句话说,开始创造蛋白质)。正如一篇重要的生物学文章所说,说得也许有点儿令人不大舒服:“研究人员一致认为,由于质量作用定律,在原始的大海里,实际上在任何含水的媒体里,这样的反应在能量方面是不大有利的。”这有点像把砂糖放进一杯水里,指望它结成一块方糖。这不该发生,但在自然界却不知怎的发生了。这一切的化学过程到底怎么样,这个问题已经超出了本书的宗旨。我们只要知道这样的一点就够了:要是你弄湿了单体,单体就不会变成聚合体——除了在制造地球上的生命的时候。情况怎么是这样发生,为什么会发生,而不是那样发生?这是生物学上一个没有回答的大问题。
近几十年来,地球科学方面有许多极其令人感到意外的发现。其中之一,发现在地球史早期就产生了生命。直到20世纪50年代,还认为生命的存在不超过6亿年。到了70年代,几位大胆的人士觉得也许在25亿年前已经有了生命。但是,如今确定的38.5亿年确实早得令人吃惊。地球表面是到了大约39亿年前才变成固体的。
“我们只能从这么快的速度推断,细菌级的生命在有合适的条件的行星上演化并不‘困难’。”斯蒂芬·杰伊·古尔德1996年在《纽约时报》上说,他在别的场合也说过,我们不得不下个结论:“生命一有可能就会产生,这是化学上势必会发生的事。”
实际上,生命出现得太快,有的权威人士认为这肯定有什么东西帮了忙——也许是帮了大忙。关于早期生命来自太空的观点已经存在很长时间,偶尔甚至使历史生辉。早在1871年,开尔文勋爵本人在英国科学促进协会的一次会议上也提出过这种可能性。他认为:“生命的种子可能是陨石带到地球上的。”但是,这种看法一直不过是一种极端的观点,直到1969年9月的一个星期天。那天,成千上万的澳大利亚人吃惊地听到一连串轰隆隆的声音,只见一个火球从东到西划过天空。火球发出一种古怪的格格声,还留下了一种气味,有的人认为像是甲基化酒精,有的人只是觉得难闻极了。
火球在默奇森上空爆炸,接着石块似雨点般地落下来,有的重达5千克以上。默奇森是个600人的小镇,位于墨尔本以北的古尔本峡谷。幸亏没有人受伤。那种陨石是罕见的,名叫碳质球粒陨石。镇上的人很帮忙,捡了90千克左右回来。这个时间真是最合适不过。不到两个月以前,“阿波罗11号”刚刚回到地球,带回来一满袋子月球岩石,因此全世界的实验室都在焦急地等着要——实际上是在吵着要——天外来的石头。
人们发现,默奇森陨石的年代已达45亿年,上面星星点点地布满着氨基酸——总共有74种之多,其中8种跟形成地球上的蛋白质有关。2001年底,在陨石坠落30多年以后,加利福尼亚的埃姆斯研究中心宣布,默奇森陨石里还含有一系列复杂的糖,名叫多羟基化合物。这类糖以前在地球之外是没有发现过的。
自1969年以来,又有几块碳质球粒陨石进入地球轨道——有一块于2000年1月坠落在加拿大育空地区的塔吉什湖附近,北美许多地方的人都亲眼目睹了那个景象——它同样证明,宇宙里实际上存在着丰富的有机化合物。现在认为,哈雷彗星的大约25%是有机分子。要是这类陨石经常坠落在一个合适地方一比如地球,你就有了生命所需的基本元素。
胚种说——即生命源自天外的理论——的观点有两个问题。第一,它没有回答生命是如何产生的这个问题,只是把责任推给了别的地方。第二,连胚种说的最受人尊敬的支持者有时候也到了猜测的地步。肯定可以说,这是很轻率的。DNA结构的两个发现者之一弗朗西斯·克里克和他的同事莱斯利·奥格尔认为“聪明的外星人故意把生命的种子”播在了地球。格里宾称这个观点“处于科学地位的最边缘”——换句话说,假如这个观点不是一位诺贝尔奖获得者提出的,人家会认为它简直荒唐透顶。弗雷德·霍伊尔和他的同事钱德拉·威克拉马辛格认为,外层空间不但给我们带来了生命,而且带来了许多疾病,如流感和腺鼠疫,这就进一步削弱了胚种说的影响。生物化学家们很容易驳斥那些观点。
无论是什么事导致了生命的开始,那种事只发生过一次。这是生物学上最非同寻常的事实,也许是我们所知道的最不寻常的事实。凡是有过生命的东西,无论是植物还是动物,它的始发点都可以追溯到同一种原始的抽动。在极其遥远的过去,在某个时刻,有一小囊化学物质躁动一下,于是就有了生命。它吸收营养,轻轻地搏动几下,经历了短暂的存在。这么多情况也许以前发生过,也许发生过多次。但是,这位老祖宗小囊干了另一件非同寻常的事:它将自己一分为二,产生了一个后代。一小袋遗传物质从一个生命实体转移给了另一个生命实体,此后就这样延续下去,再也没有停止过。这是个创造我们大家的时刻。生物学家有时候将其称之为“大诞生”。
“无论你到世界的什么地方,无论你看到的是动物、植物、虫子还是难以名状的东西,只要它有生命,它就会使用同一部词典,知道同一个代码。所有的生命都是一家。”马特·里德利说。我们都是同一遗传戏法的结果。那种戏法一代一代地传下来,经历了差不多40亿年,到了最后,你甚至可以学上一点人类遗传的知识,拼凑个错误百出的酵母细胞,真酵母细胞还会让它投入工作,仿佛它是自己的同类。在非常真实的意义上,它确实是它的同类。
生命的黎明——或者说是很像生命的东西——摆在一位友好的同位素地球化学家办公室的书架上。她的名字叫维多利亚·贝内特。她的办公室位于堪培拉澳大利亚国立大学的地球科学系大楼。贝内特女士是美国人,根据一个为期两年的合同于1989年从加利福尼亚来到澳大利亚国立大学,此后一直留在那里。2001年底我去拜访她的时候,她递给我一块不起眼的又重又大的石头。它由带细条纹的白色石英和一种灰绿色的名叫斜辉石的材料组成。石头来自格陵兰的阿基利亚岛。1997年,那个岛上发现了极其古老的岩石。那些岩石的年代已达38.5亿年之久,代表了迄今为止发现过的最古老的海洋沉积物。
“我们没有把握,你手里拿着的玩意儿里过去是不是存在微生物。你非得将它敲碎了才能搞明白。”贝内特对我说,“但是,它来自过去掘到过最古老的生命的同一矿床,因此它里面很可能有过生命。”无论你怎么仔细搜寻,你也找不到真正的微生物化石。哎呀,任何简单的生物都会在海洋污泥变成石头的过程中被烘烤没了。要是我们把岩石敲碎,放在显微镜下面细看,只会看到微生物残留的化学物质——碳同位素以及一种名叫磷灰石的磷酸盐。二者一块儿表明,那块岩石里过去存在过生物的小天地。“至于那些生物是什么模样的,我们只能猜猜而已,”贝内特说,“它很可能是最基本的生命——不过,它毕竟也是生命。它活过。它繁殖过。”
最后,就到了我们这一代。
要是你打算钻进非常古老的岩石——贝内特女士无疑是这么做的,澳大利亚国立大学长期以来是个首选的去处。这在很大程度上要归因于一位名叫比尔·康普斯顿的足智多谋的人。他现在已经退休,但在20世纪70年代建立了世界上第一台“灵敏高清晰度离子显微探测器”——或者以它的开头字母更亲呢地被称之为Shrimp(小虾)。这种仪器用来测定名叫锆石的微小矿石里铀的衰变率。锆石存在于除玄武岩以外的大多数岩石,寿命极长,能够挺过除潜没以外的任何自然过程。绝大部分地壳已经在某个时刻滑回地球内部,但偶尔——比如在澳大利亚西部和格陵兰——地质学家们会发现始终留在地表的岩石。康普斯森的仪器能以无与伦比的精确度测定这些岩石的年代。“小虾”的样品在地球科学系自己的车间里制造和定型,看上去是为了节省开支而用零件组装起来的,但效果相当不错。1982年进行了第一次正式测试,测定了从澳大利亚西部取回来的一块迄今为止发现的最古老的岩石的年代,得出的结果是43亿年。
“用崭新的技术那么快就发现了那么重要的东西,”贝内特对我说,“这在当时引起了一阵轰动。”
她把我领进走廊,去看一眼目前的型号:“小虾2号”。那是一台又大又重的不锈钢仪器,也许有3.5米长,1.5米高,坚固得像个深海探测器。来自新西兰坎特伯雷大学的鲍勃坐在前面的操纵台,目不转睛地望着荧光屏上一串串不停变化的数据。他对我说,他从凌晨4点起一直守在那里。现在才上午9点,他要值班到中午。“小虾2号”一天运转24个小时。有那么多的岩石需要确定年代。要是你问两位地球化学家这工作是怎么进行的,他们会滔滔不绝地谈到丰富的同位素、离子化程度,等等,这些听上去很可爱,但不容易搞明白。然而,简单来说,他们通过用一串串带电的原子轰击样品,就能测定锆石样品中铅和铀的含量的细微差别,从而精确地确定岩石的年代。鲍勃对我说,识读一块锆的数据大约要花17分钟;为了取得可靠的数据,每块锆石你得读上几十遍。实际上,这个过程似乎与分散进行有着差不多的工作量,差不多的刺激,就像去洗衣店那样。然而,鲍勃似乎很快活。实际上,从新西兰来的人似乎都很快活。
地球科学系的院子是个古怪的组合——部分是办公室,部分是实验室,部分是仪器间。“过去什么东西都在里面制造,”她说,“我们甚至有一名自己的吹玻璃工,不过他已经退休了。但我们仍有两名敲石头的正式工。”她发现我脸上露出有点吃惊的神色,“我们有大批的石头要敲。你不得不做非常仔细的准备工作,确保那些石头没有被先前的样品污染——上面没有灰尘,干干净净。这是个相当严谨的过程。”她指给我看几台碎石机。那些机器确实很干净,虽然两名碎石工显然是喝咖啡去了。碎石机旁边有几个大箱子,里面放着各种形状、各种大小的岩石。澳大利亚国立大学确实在处理大批的岩石。
我们转完以后回到贝内特的办公室,我注意到她的墙上挂着一幅宣传画,以艺术家的丰富想像力展示了看上去很像是35亿年前的地球。当时,生命才刚刚起步。那个古老的年代在地球科学上叫做太古代。该画表现了一幅陌生的情景,上面有巨大的活火山,红得刺眼的天空,下面有一个冒着水蒸气的古铜色大海。前景的阴影里塞满了一种细菌寄生的岩石,名叫叠层石。它看上去不像是个很有希望产生和孕育生命的地方。我问她这幅画是否画得准确。
“哎呀,有个学派认为,当时其实很凉爽,因为太阳已经弱多了。(我后来获悉,生物学家们开玩笑时把这种看法称为“中国餐馆问题”——因为我们有个光线暗淡的太阳。)要是没有大气,即使太阳很弱,紫外线也会撕碎早期的任何分子键。然而,在那儿,”她轻轻地拍了拍那几块叠层石,“生命几乎就在表面。这是个谜。”
“那么,我们其实不知道当时的世界是什么模样的?”
“嗯。”她想了想,表示赞同。
“无论如何,反正对生命似乎不大有利。”
她和蔼地点了点头:“但是,肯定有适合于生命的东西,要不然我们不会来到这个世界上。”
那个环境肯定不适合于我们。要是你从一台时间机器里出来,踏进那个古老的太古代世界,你会马上缩回去,因为当时的地球上与今天的火星上一样没有供我们呼吸的空气。而且,地球上还充满从盐酸和硫酸中散发出来的毒气,强烈得足以腐蚀衣服和使皮肤起泡。地球上也不会有维多利亚·贝内特办公室里那幅宣传画上所描绘的那种干净而又鲜艳的景色。当时的大气里都是混浊的化学物质,阳光几乎射不到地面。你只能借助经常掠过的明亮的闪电,在短时间里看见有限的东西。总之,这是地球,但我们不会认出那是我们自己的地球。
在太古代的世界里,结婚周年纪念日是完全没有的。在20亿年时间里,细菌是惟一的生命形式。它们活着,它们繁殖,它们数量增加,但没有表现出想发展到另一个更富挑战性的生存层面的特别倾向。在生命的头10亿年的某个时候,藻青菌,或称蓝绿藻,学会了利用大量存在的资源——存在于水中的特别丰富的氢。它们吸收水分子,吃掉了氢,排出了氧,在此过程中发明了光合作用。正如马古利斯和萨根指出的,“光合作用无疑是本星球的生命史上所创造的最重要的新陈代谢方法”——光合作用是由细菌而不是由植物发明的。
随着藻青菌的增多,世界开始充满O2,发现氧是有毒的微生物深感吃惊——而在那个年代,那种微生物比比皆是。在一个厌氧的(或不使用氧的)世界里,氧是剧毒的。我们的白血球实际上就是用氧来杀死入侵的细菌。氧从根本上说是很毒的,我们听了往往会大吃一惊,因为许多人觉得呼吸氧是很舒服的事,但那只是因为我们已经逐步进化到了能利用氧。对于别的东西来说,它是一种可怕的东西。它使黄油变质,使铁生锈。连我们对氧的耐受力也是有限度的。我们细胞里的氧气浓度,只有大气里的大约十分之一。
新的会利用氧的细菌有两个优势。氧能提高产生能量的效力,它打垮了与之竞争的微生物。有的撤退到厌氧而泥泞的沼泽和湖底世界里;有的也照此办理,但后来(很久以后)又移居到了你和我这样的有消化力的地方。有相当数量的这类原始实体此时此刻就生活在你的体内,帮助消化你的食物,但厌恶哪怕是一丁点儿O2。还有无数的其他细菌没有适应能力,最后死亡了。
藻青菌逃跑并取得了成功。起初,它们所产生的额外的氧没有积聚在大气里,而是与铁化合,成为氧化铁,沉入了原始的海底。有几百万年的时间,世界真的生锈了——这个现象由条形铁矿生动地记录了下来,今天却为世界提供了那么多的铁矿石。在几千万年时间里,发生的情况比这多不了多少。要是你回到那个元古代初期的世界,你发现不了很多迹象,说明地球上未来的生命是很有前途的。也许,你在这里和那里隐蔽的水塘里会遇上薄薄的一层有生命的浮渣,或者在海边的岩石上会看到一层亮闪闪的绿色和褐色的东西,但除此之外生命依然毫无踪影。
但是,大约在35亿年以前,更加坚强的东西变得显而易见。只要哪里的海水很浅,可见的结构就开始展现。在藻青菌完成惯常的化学过程的当儿,它们开始带有点儿黏性。那个黏性粘住了微小的灰尘和沙粒,一起形成了有点古怪而又坚固的结构——浅水里的叠层石,维多利亚·贝内特办公室墙上挂的画里就是这类东西。叠层石有各种形状、各种大小。叠层石有时候看上去像巨大的花椰菜,有时候又像毛茸茸的地垫(叠层石在希腊语里就是地垫的意思);有时候,叠层石呈圆柱状,戳出水面几十米——偶尔高达100米。从各种表现形式来看,叠层石都是一种有生命的岩石。叠层岩代表了世界上第一个合作项目,有的种类的原始生物就生活在表面,有的就生活在下面,一方利用了另一方创造的条件。世界有了第一个生态系统。
多少年来,科学家是从化石结构了解叠层石的。但是,在1961年,他们在遥远的澳大利亚西北海岸的沙克湾发现了一个有生命的叠层石社会,着实吃了一惊。这完全是出乎意料的事——太出乎意料了,因此科学家们实际上过了几年才充分意识到自己的发现。然而,今天,沙克湾成了个旅游胜地——至少是一个不着边际的地方有可能成为的那种旅游胜地。用木板架成的人行道伸进了海湾,游客们可以在水的上方漫步,好好看一眼叠层石就在水面之下静静地呼吸。叠层石没有光泽,灰色,看上去很像大团的牛屎。但是,望着地球上35亿年前留下的生物,这是个令人眼花缭乱的时刻。正如理查德·福泰说的:“这确实是跨越时间的旅行。要是世界与它真正的奇迹合拍的话,这个景致会和吉萨的金字塔一样知名。”虽然你根本不会去猜,但这些晦暗的岩石上充满了生命,据估计(哎呀,显然是估计),每平方米岩石上生活着36亿个微生物。要是你看得仔细的话,你有时候能看到一串串小气泡冒出水面。那是它们在释放氧气。在20亿年时间里,这种小小的努力使地球大气里的氧增加到了20%,为生命史的下一章也是更复杂的一章铺平了道路。
据认为,沙克湾里的叠层石也许是地球上进化最慢的生物,也肯定是现在最稀有的生物之一。在为更复杂的生命形式创造好条件以后,它们接着几乎在哪里都被别的生物挤出局,而那些别的生物的存在恰恰是它们使之成为可能。(它们之所以存在于沙克湾,是因为那里的水对于通常会吃掉它们的生物来说含盐量太大。)
生命为什么花了很长时间才复杂起来?原因之一是,世界不得不等待,直到简单的生物已经在大气里充人了足够的氧。“生物们不会鼓足干劲来干这活儿。”福泰说。花了大约20亿年,即大约40%的地球历史,大气里氧的浓度才大体上达到了现在的水平。但是,一旦条件成熟,显然是在突然之间,一种崭新的细胞出现了——那个细胞里含有一个核和几个别的部分,统称“细胞器”(源自希腊语,意思是“小工具”)。据认为,该过程始于某个行为草率或敢于冒险的细菌。它不是受到了侵犯,就是被别的细菌俘虏。结果,双方都感到很满意。据认为,那个被俘的细菌变成了一个线粒体。这种线粒
新华社上海2004\1月8日电(记者刘军)上海交通大学研究人员在世界上率先报道了宏观自组装现象,这项研究为生命起源提供了新的启示。
今年1月2日在美国出版的《科学》杂志,发表了上海交通大学化学化工学院颜德岳教授及其博士生周永丰、侯健的论文《形成宏观管子的超分子自组装行为研究》。论文在国际上率先报道了宏观自组装现象,由一类新型的不规则的大分子自组装得到了厘米长度、毫米直径的多壁螺旋管,将超分子自组装研究领域拓展到了宏观尺度,使我国在这一研究领域处于国际领先的地位。
据介绍,超分子自组装是近年来国际科技界关注的一个前沿热点。人们知道蛋白质,细胞乃至生命的形成都是通过自组装来实现的,因此自组装的研究对揭开生命现象奥秘具有十分重要的意义。另外,自组装是目前用来制造纳米材料的最方便最普遍的途径之一。特别对于制造结构规则的功能材料,自组装已经显示出独一无二的优越性。可以说,自组装研究不仅具有重要的学术意义,而且具有广泛的技术应用前景,因此吸引了众多科学家的目光。
由颜德岳教授课题组进行的这项研究,始于1998年冬。经过5年多的努力,终于成功地自组装得到了形貌更为完美的宏观多壁螺旋管,并经多次重复测试,都重现了自组装现象。
这项研究结果所展示的从分子直接自组装得到宏观物体的过程和生命物体的形成过程有关,为生命起源研究提供了新的启示。另外,这项研究开创了不规则大分子自组装的先河,拓宽了超分子自组装的研究范围,同时提出和证明了宏观超分子自组装机理,不仅阐明了所观察到的实验现象,而且对其他不规则大分子自组装具有指导作用。由于诸多的自然现象,如血管、腔肠和植物茎秆都是由有机分子通过宏观自组装形成的,这项研究成果对相关学科的发展提供了有益的启示。
专家新说:中国泥河湾可能是人类起源地
中新网2003年2月19日电 近日,中国专家指出:中国泥河湾遗址的发掘,首次发现了距今约二百万年前人类进餐的遗迹,使世界人类不仅可能从东非的奥杜维峡谷中走来,也有可能从中国的泥河湾走来。
据光明日报消息,在18日举行的河北省泥河湾文化研究会成立大会上,来自中国的上百名文物考古工作者建议:应该加强对泥河湾遗址群的发掘,深入研究解决泥河湾地层的划分与对比,深入开展泥河湾盆地旧石器考古学研究,建立科学准确的年代学框架。
据报道,泥河湾遗址群位于中国河北省张家口市阳原县桑干河畔。经过中外专家80年的考古发掘和研究,在东西长82公里、南北宽27公里的桑干河两岸区域内,发现了含有早期人类文化遗存的遗址80多处,出土了数万件古人类化石、动物化石和各种石器,几乎记录了从旧石器时代至新石器时代发展演变的全部过程。在中国目前已经发现的25处距今100万年以上的早期人类文化遗存中,泥河湾遗址群就占了21处。泥河湾早期文化遗存的密度之高,年代之久远,不仅在国内绝无仅有,在世界上也极为罕见。特别是2001年马圈沟遗址的发掘,首次发现了距今约二百万年前人类进餐的遗迹,使世界人类不仅可能从东非的奥杜维峡谷中走来,也有可能从中国的泥河湾走来。2000年泥河湾旧石器考古被评为中国百项重大考古发现之一,其中小长梁遗址作为人类活动最北端的见证和中华大地古人类早期发祥地之一,被镌刻在北京中华世纪坛270米长的青铜甬道的第一个台阶上;2001年,泥河湾遗址群被列为第五批全国重点文物保护单位;2002年,泥河湾被列为国家级自然保护区。目前正在积极筹备申请“世界文化遗产”。
专家建议,泥河湾遗址的发掘、保护与研究应开拓新思路,创新研究和保护机制。其经费来源除国家拨款外,应积极开展招商引资,建立泥河湾遗址博物馆;搞好防洪设施建设,确保遗址不受洪水冲淹;结合退耕还林还草,搞好泥河湾遗址绿化美化工作;抓紧通往泥河湾遗址道路的修建。并以研究会的形式组织强有力的中外文物考古队伍,加强对遗址群的深入发掘和研究。
生育研究称人类进化朝新方向发展
[英国<独立报>2001.4月23日文章]题:生育研究称人类进化朝新方向发展 —项首创性研究显示,人类进化正朝着新方向发展,自然选择在妇女生有上仍发挥着重要作用,基因决定了如今的年轻妇女倾向于更早生育。
科学家们发现,女性何时组建家庭只是部分决定于她们的成长教育环境。而令人吃惊的是,基因对决定女孩是否可能会在青少年时期怀孕起了重要作用。尽管发达国家有许多广泛的文化因素促使职业妇女推迟生台年龄,但新的研究表明,现存正有一股相反的潮流,即相当一部分女孩在青少年时期怀孕。此项研究发表在今天出版的《演变》月刊上,其中对2710对卵双胞胎和非—gp双胞胎的女性进行了调查,为的是找出遗传因素对生育孩子的数量;第—胎和最后一胎以及月经初潮年龄的可能影响。
由澳大利亚、英国和美国科学家组成的国际研究小组发现,人类的进化仍在依照达尔文的自然选择理论进行着,而此前一些科学家认为,由于饮食、住房和医疗方面的进步,人类进化已经停止了。此顶研究的主要发现是:自然选择使女性第一次生育的年龄提前了,这种倾向有部分遗传性。其结果是,进化给女性带来了更多的生理压力,迫使她们更早地开始组建家庭。
在今后的几代人——大约200到300年——时间里,这—进化的趋势将在生育较早和生育较晚的女性之间显示出严格的区别。那些对抗生理趋势、刻意推迟组建家庭的妇女,患心理疾病的可能性会增大。
伦敦帝国学院的伊恩·欧文斯博士说:“这是遗传与文化在进化中发生冲突的例证。较早生育在遗传上行得通,但在文化上就并非如此了。 尽管有调查发现,信仰罗马天主教的妇女生育几率比信仰其它宗教的妇女高出20%,而受过高等教育的妇女比受教育较少的妇女要低35%。但这次的研究显示,这种文化上的影响并不能解释妇女在生育方面的差异。 欧文斯博士说,研究结果令人吃惊的是,在这方面,遗传与宗教或社会阶层等因素起了同等重要的决定作用。 <参考消息>2001.5.4
生命性别的起源
在贵州中部的磷矿化石中,发现了多细胞化石,观察到类似现代某些红藻的果胞体和精子囊的有性生殖结构。同位素年龄测定是6亿2千万年,比代表后生动物的第一次适应辐射的伊迪卡拉化石群早5千万年。所以,性别分化大约发生在元古宙晚期,发生在后生动、植物最早能适应辐射之前不久。
原核细胞的繁殖是靠自身的分裂,而真核细胞出现了有性繁殖,繁殖率大大提高,一对细胞一次可繁殖出成千上万的后代。
任何一个有性个体都可能将其基因型不变地传递到下一代。一个有性个体一生要产生成千上万的卵子或成亿的精子,如果原核细胞在遗传时有10个位点发生突变,那么它就会出现11种变异;而有性繁殖时,如果有10个位点出现突变,它就会有3 10种变异。有性生殖给生物带来的第二个重大利益是使生殖与营养的分化、生物结构的复杂化和生物个体由微观体积向宏观体积转变成为可能。生命自从有了雌雄之分,就有了它的大量繁殖,就有了它的种类类爆炸。动物与植物的遗传变异极大地增加,进化的步伐加快,生活变得更复杂、更丰富了。
细胞起源和生命起源
生命的起源和细胞的起源的研究不仅有生物学的意义,而且有科学的宇宙观的意义。细胞的起源包含三个方面:(1)构成所有真核生物的真核细胞的起源;(2)与生命的起源相伴随的原核细胞的起源;(3)最新发展的三界学说,即古核细胞的起源。
在细胞生物学、分子生物学、原生生物学和微生物学有了巨大发展的基础上,近30年来真核细胞起源的研究取得了重大的进展,例如叶绿体和线粒体的起源。有的正在取得重大突破,如鞭毛和细胞骨架的起源问题,开创了进化分子细胞生物学,其目的在于从生命的发展、进化的角度考察一切细胞生物学现象。
真核细胞起源的根本关键是细胞核的起源,因为具有核被膜的细胞核是真核细胞在形态结构上的最根本的标志。近年来,我们对所有现存的真核生物中目前所知的最为原始的类群--双滴虫类(diplomonads)的细胞核及核分裂方式进行了研究,已发现了一系列独特的极为原始的特征,如尚核仁,核被膜不完整,核分裂方式极为原始,贾第虫(Giadia)的核分裂中看来没有纺锤体参与。这些发现结合近年来国外在原核生物的染色质结构及其分裂机理上的一些重要发现,正在给细胞核的起源研究和有丝分裂的起源研究带来重大的新突破。
贵州出土6亿年前不明动物胚胎
一些形如米粒的化石原来是地球生命大爆发前的动物胚胎。中国地质科学院地质研究所的一个研究小组最近发现了两枚非常珍贵的动物化石,它们的样子呈现一种不明动物从囊胚发育到原肠胚时的形态。这一发现证明在贵州瓮安发现的许多生命大爆发前的生物化石不仅不是植物,而且也不是简单的原生动物,它们是多细胞的后生动物。但具体是什么动物现在不得而知。 关于这一发现的论文刊登在最近一期的我国权威学术杂志《科学通报》上。该文第一作者、中国地质科学研究院研究员尹崇玉接受记者采访时说,从1995年起,南京古生物所、美国哈佛大学等国内外许多不同研究机构的中外学者不断在国际权威学术杂志《科学》、《自然》等发表文章,对贵州瓮安发现的球状化石是植物还是动物进行了长久的争论。其中有的说是藻类化石,有的说是动物胚胎化石,还有人进一步提出是海绵的胚胎化石。 尹崇玉说,我们此次发现的两枚原肠胚化石有力地结束了这一争论,证明这些震旦纪的化石是动物不是植物。由于这么早期的动物化石非常罕见,这两枚化石非常珍贵。 关于这些动物化石的年代,国外研究人员认为在5.9亿年前至5.7亿年前之间。但国内研究认为在6.5亿年前。这意味着,贵州瓮安发现了目前世界上最早的动物,因为在此之前已知最古老的澳大利亚埃迪卡拉生物群化石距今时间为5.8亿年。
无独有偶,国外学者上周发表论文说发现了5.11亿年前的甲壳类动物化石。 7月20日,美国《科学》杂志刊登英国和德国科学家的论文说,在英国希罗普郡的寒武纪沉积石灰岩中,发现了保存精美的甲壳类动物化石,这种动物与龙虾、螃蟹和小虾属于同一个类群。这些具有5.11亿年历史的化石属于迄今所发现的最古老的甲壳类动物之列。这一发现可能把甲壳类动物的起源提前到前寒武纪。这些动物的软体部分被磷酸钙完好地“铸造”下来,使得研究人员能描绘出动物躯体和肢体的三维结构。 不断涌现的新发现为科学家破解生命大爆发之谜提供了更多的证据。在7月20日《科学》杂志的相关评述中,研究者论述了这一发现和其它化石的形成以及分子时钟数据如何表明,在所有主要类型动物在寒武纪期间“爆炸性”出现之前,存在一个长期的进化分叉“导火线”。 生命大爆发是科学家至今没有解开的谜团之一:沉寂了40亿年的地球为何突然间出现了五花八门的生命? 地球大约是在46亿年前诞生的。在地球诞生后的40亿年时间里,地球上的生命,包括植物和动物,几乎没留下任何实质性的痕迹。然而,在此后不超过500万至1000万年的这段短短的时间里,却产生了生命的大爆发。专家发现,现今世界上所有的动物的门都在这一时期同时出现,而且之后再没有产生新的门。这一时期出现的生命的形状同今天的生物已很相近,从星形对称的海星到左右对称的甲壳纲动物,以及具备脊椎雏形的动物等。仅在我国云南省澄江县发现的5.8亿年前的动物化石中,即使不包括现在已经绝灭了的门,所发现的动物的门仍多达20多个,而现在地球上热闹非凡的上千万种生物总共才35 个门。这说明,在寒武纪早期,动物多样性的基本体制就已经建 立了。
达尔文在《物种起源》里写道,如果寒武纪生命大爆发是真实的话,他的学术将受到致命的打击。 19世纪30年代,达尔文在其著名的《物种起源》一书中预言:今后如果有人对我的理论提出挑战,那很可能来自对寒武纪动物突然大量出现的解释。进化论认为,生命的演化是渐变的结果,多种生物门类的出现是在长期的演化过程中逐渐发生的,“生命界没有飞跃”。 然而,寒武纪的地球生命大爆发如果确凿无疑,那么,地球上生命是由最低等的单细胞原核生物, 突然性地爆发出形态造型多样、 构造复杂的生物类群,中间缺少生物循序演进的阶段和类型。大爆发从开始到结束的数百万年只相当于地球历史46亿年的一个瞬间。 这种突如其来的生物种类大爆发给生物学出了一个难题:生物是如何进化出来的?对于一些生物学家来说,小规模的累积的基因变异结果似乎不足以解释如此激烈而快速的生物变化。 有的专家进一步提出疑问:现在我们可以看到原始的单细胞微生物、多细胞微生物、海中低等生物、有壳生物、鱼类、两栖类、爬虫类、鸟类、哺乳类、灵长类、猿、人类,但是从来就没有发现介于两类之间的生物,那么从一类进化到另一类,是如何慢慢进化的?为什么没有发现两者之间的中间体? 进化论者对这些疑问的解释是:寒武纪时期是保存化石的最好时期,在寒武纪大爆炸前 ,有很漫长的进化期,这时期的地质记录已毁,化石的记录不完整 。至于中间体,目前还没有发现证据,希望在未来的日子能够寻找到。
最近说法:陨石撞击地球迫使生命为适应环境而出现“爆发”。 美国《科学》杂志刊登研究者文章认为,约35亿年前,陨石撞击地球的频率开始平稳下降,但在4亿年前,这一数字突然转跌为升,回复到35亿年前的水平。研究人员说,灾难也可能成为一种契机,它形成的“生存压力”迫使地球生命加速朝新的方向进化,使物种增加、生物适应环境的能力增强。正是在这段时间前后,地球生命的数量和种类突然大规模增加,复杂的多细胞生物大量出现,形成了所谓的“寒武纪生命大爆发”。 由于土壤侵蚀、物质沉积和地壳运动,研究地球遭受陨石撞击的历史较为困难。而月球上的陨石坑保存得相对完好,可以作为判断地球受陨石撞击情况的参考。为此,研究人员对1克由阿波罗14号飞船于1971年带回的月尘进行了分析,认为这1克月尘中的155个球形微粒分别来自146个不同的陨石坑。他们通过分析微粒中氩同位素的含量来确定微粒的年代,从而得出了陨石撞击地球频率变化的曲线图。 我国科学家提出了生命毁灭——复苏——大爆发进程的科学模型 发现贵州瓮安动物化石后,中国科学院南京地质古生物所陈均远研究员提出了地球冰冻期前后生命毁灭、复苏和大爆发进程的科学模型。他认为,距今6.1亿到5.9亿年之前,地球生命经历了大劫难。当时地球表面经历了持续长达1500万年的零下50℃极端寒冷的环境,超低温使已经在地球上演化繁衍了几十亿年的绝大部分生物都灭绝了,只有极少数生命在海洋底部依然靠化学能量顽强地延续下来。此后大气层中的二氧化碳含量快速增加,当大气二氧化碳浓度积累到相当高的时候,强大的温室效应使地球冰盖几乎在瞬间消失,并很快转为高温环境。随之而来的风化作用和碳酸钙沉积使大气中二氧化碳的含量又迅速降到了正常状态,地球再次成为了生命的乐土。风化过程中产生的磷作为生命元素也为生命复苏提供了条件,随后发生了寒武纪生物大爆发。
人猿揖别在何年 [美]赫尔曼
科学进步是一个探索的历史进程,其间充满了曲折和争论,书中以独特的视角对此进行了生动的阐述。《真实地带:十大科学争论》撷取了17-20世纪科学史上十次有影响的大争论,以明晰浅显、引人入胜的表述,向读者展示了科学观念和科学思想的艰难演进。下面就是其中的一段:
1979年元月18日,美国《纽约时报》出乎寻常地在头版以醒目的标题--"类人猿"发现问题上的人类学家之争,载文介绍了人类学家间一场广泛激烈的争论,并刊载了大幅照片。 这场争论的焦点是,新发现的猿人化石是否为迄今已知最古老猿人或类人猿化石,主角是两位著名的人类学家,英国人类学家理查德·利基和全美知名人物唐纳德·C·约翰逊博士,这称得上是一场势均力敌的真正的战斗。
当前这场争论的主角、英国人类学家理查德·利基的父亲路易斯·S·B·利基(简称"老利基")是一位了不起的考古学家。理查德·利基也像他父亲年轻时一样,足迹踏遍了整个东非大地。他从童年时代起,就和他的两个兄弟日复一日,年复一年地跟随父母外出考察。年轻的利基兄弟们所具有的考古经验和田野调查的工作经历,远远超过大多数学院派古人类学家整个职业生涯的积累。
1972年,小利基终于获得了他的第一项重大发现--挖到了一个相当完整的颅骨化石,且头盖骨比以往发现的类似化石要大,没有明显的眉嵴骨。老利基欣慰地笑了--小利基找到了一个真正的人类祖先,生活在200万年前或更早些时期的非洲大陆,再一次肯定了老利基长期坚持的人类起源非洲说。经审慎分析,认定该头骨化石的年代为190万年前。1973年,小利基公布了他的发现,并简单地将他的重大发现称作为"1470号"。
70年代初,小利基进行的三次考古探险都很成功,他在自己独具慧眼选定的地区,仅用四年时间便获得了其双亲苦苦寻找30年才等到的重要发现。1975年,35岁的小利基成了科学界的一位超级明星。
"露西"出世
年轻的美国人唐纳德·C·约翰逊曾回忆说:"在中学时代,我从《国家地理杂志》上得知东非人的消息,意念中奥杜威峡谷的神奇声响犹如洪钟般时时撞击我的心房。毕业那年,尽管我的老师保罗·莱塞很希望我能进一步学习化学,但我却越来越痴迷于古人类学。老利基的经历证明,一个人完全可以把挖掘化石作为职业。"
1972年,正在做博士论文的约翰逊经历了一次戏剧性的转折。当时,小利基认识的一位学地质的研究生莫里斯·泰伯正在埃塞俄比亚荒漠中收集地质史料,他对大裂谷北部终端一个叫做阿法尔的三角地特别感兴趣,小利基建议他邀请古人类学家对相关地区进行一次田野调查。约翰逊虽然尚未完成他的博士论文,但还是应邀陪同泰伯一起前往。1973年,他们在阿法尔一处被称作哈达尔的荒凉不毛之地安营扎寨,建立了研究基地。
一年之后的1974年秋天,约翰逊和他的小组找到了一具骨架保留着近40%的化石,与现代人极为相似、距今年代为300万年,约翰逊给他取了一个颇有诗意的名字--"露西"。这一发现使约翰逊名声大噪,成了一位国际知名的古人类学家。
进攻与反击
正在人们对小利基的1470号化石年代尚存疑虑时,约翰逊却声称他的发现"是寻找人类起源历程中的一次史无前例的突破……我们在短短两天时间里,使人们对人属的认识向前推进了150万年……以往所有关于人类演化的谱系和发现,现在都必须被重新估价。"在之后的一次会议上,小利基等公布了在奥杜威峡谷及库比福勒地区的一些新发现,以澄清有关化石年代的问题。约翰逊却在随后出版的《露西》一书中表示,"小利基等的种种努力都是为了回避年代问题,小利基及他的小组其实很明白他们的处境。"约翰逊的态度开始引起利基家族的强烈反感,他们真的生气了。
提出一个新种往往不是一件容易的事,约翰逊引入的南方古猿阿法种也在古人类学界掀起了波澜。关于化石分类谱系的论战终于在1978年的一次诺贝尔讨论会上拉开了帷幕,双方的争论在约翰逊及其合作者公开发表了他们的分类谱系后达到了白热化。
约翰逊等人在文章中将"露西"及"第一家庭"称为人类最早的祖先,如果正是如此的话,这无疑将是人类进化史上一个极为重要的"缺失环节"。在约翰逊的谱系图上,阿法种位于人类进化"Y形树"的底端。人类之母"露西"是树的主干,并产生出两个分支。约翰逊这一思想不仅与利基家族长期坚持的"人类起源于尚未确定的远古"的观点相左,还试图将利基家族的一系列重大发现纳入其进化谱系,有着独享最古老人类发现者殊荣的意图。
在这场争论中,小利基认为,约翰逊的结论过于草率,缺乏足够的化石证据,"露西"的归属还是一项有待商榷、悬而未决的化石发现。在约翰逊出版有关"露西"的著作后,双方的关系日趋恶化,随着论战的升级,逐渐演变成了小利基与约翰逊两人之间的对峙。
新的发现
随着鉴别、区分物种基因技术的改进,有关基因证据表明,人猿揖别的时间正如小利基猜想的那样,至少应在500万年乃至700万年之前。只是由于尚未找到支持如此遥远年代的化石证据,因而分子基因学的研究结果还不能作为定论。
最近的一些考古新发现又使类似的争论再度升温,做出最重要贡献者是利基家族的成员梅薇·利基。1994年,她在大裂谷中一处叫卡纳波依的不毛之地出土了年代为420万年到390万年前的人科化石碎片。这些发现不仅是因为年代古老,更重要的是它们似乎不同于以往发现的任何物种,梅薇·利基的研究小组已将其命名为"南非古猿阿蒙种"。
大约在同一时期,另一些研究者在埃塞俄比亚的阿拉米斯找到了年代为440万前的另一个新种。尽管目前对此种的归属与命名尚有争议,但却能肯定无疑地表明,人类进化进程中确实有过相似种属重叠共存的时期。
这些惊人的事实预示着,人类进化的简单直线思想正面临严峻的挑战和危机。应当说,人类如今对人类起源模式和途径的认识,不但没有变得清楚,反而更复杂了。但有一点可以肯定,利基父子长期以来竭力倡导的"灌木丛"式的进化思想,比以往更具说服力。
因此,有关"露西"归属问题的争论再次引起人们广泛的关注。人类进化史上缺失的环节依然未知吗?也许是,也许不是。
1996年,约翰逊在当年的《国家地理杂志》发表的一篇文章中,又情不自禁地表白说:"露西"也许不是我们最古老的祖先,但她仍是我们了解得最多的先人。
小利基早已拒绝对这类争论发表任何评论,他依然自得地仰躺在轮椅上,笑看世人为是非恩怨而一争短长。 摘自《真实地带:十大科学争论》,该书由赫尔曼著,赵乐静译
人头启示录
一 问题的提出
生物进化论在经过大量事实的检验之后,现在已被人们广泛地接受了。但当我照着镜子,用进化论解释人脸的形成时,却遇到了困难,进化论的重要观点之一便是适者生存,但仔细观察体验,却发现人脸并不适应或者说并不能更好地适应环境。比如,人是直立向前走的,人脸在前进方向的前面,容易受到前进时的伤害,如树枝的刮碰、寒风的袭击等,而头的后部则相对安全些,可偏偏是人的脸部毛发退化了,而位于头后面的头发却没有退化。再说头发,起到保护头颅及保温的作用,但人如果不理发的话,那么头发就过长了,这样,发梢部分对于保护或保温已没有任何作用,有时还碍手碍脚的。与相近的动物如猴或猩猩的头发相比,人的头发还进化了,但这种进化的结果对于适应环境几乎没有任何作用。
难道进化论不全面或者是错误的?脸是我们自己的,所以我们对它的感受比生物学家对动物的考察要更直接更真实,那么如何解释这种现象呢?
二 寻求解释
人脸是漫无目的地进化成今天的模样,还是有其特定的内在方向性呢? 生物进化有一个协调适应的普遍特性,比如鸟为了适应飞翔,不仅前肢进化成翅膀,而且肺部的气囊结构、骨胳的蜂窝结构以及身体的纺锤流线外形等都具有协调适应飞翔的特性。人类是向智慧型方向进化的,脑是这种进化的最重要器官,人脸的进化是否与脑的进化有关呢?
如果仔细观察或体验实际生活,我们就不可能不发现人脸在生活中的作用,这种作用在人选择配偶时显得尤为突出,容貌是人选择配偶的考虑因素之一,选择配偶后一般要生育后代,这样就形成了人的容貌进化的自然选择机制,这种选择虽然不是绝对的,但有其一定的几率影响作用,从而我们可以看到人脸的进化仍然符合自然选择规律,经过数百万年的这种选择,使人脸变成了今天的样子。
人对容貌的审美显然是由脑来完成的,那么脑形成审美观的根源是什么呢?根源只能是脑对自然界的反映,马克思在《1844年经济学--哲学手稿》中说:“人(和动物一样)赖无机自然界来生存,而人之运动越是万能,那么,人赖以生活的那个无机自然界的范围也就越广阔。从理论方面来说,植物,动物,石头,空气等等,部分地作为自然科学的对象,部分地作为艺术的对象,都是人的意识的一部分,都是人的精神的无机界,是人为了能够宴乐和消化而事先必须准备好的精神食粮……实际上,人的万能正是表现在他把整个自然界……变成人的无机的身体。”
按照马克思主义实践观,心灵深处的审美结构看上去是自动地、无意识地完成的,象是艺术家的某种生物本能组织活动,实质上已经不是生物性的了。在这种生物性中,渗透着千万代人类实践造成的理性成分,它本质上是社会性的,而不是纯生物性的。
心理分析学派的重要人物之一的容格也证明:人的深层中的结构是一种审美的结构,这种结构的出现并不是偶然的,进化过程本身就是筛选和淘汰相结合的过程。在进化中,只有那些使生物既节省精力又能迅速地对外界作出判断和反应的能力才被保留下来,只有那些极为简化的形态才会被记忆储藏;而经验转变成意识所依赖的抽象的形式和符号,实质上也是一种简化,这种不断的积淀和简化的过程,使人类心灵有了最基本、最经济、最稳定的模式,使我们能够领会理解、反应、具有智慧,在最初级的水平上,这种结构使我们的机体保持着与自然之有机规律和宇宙之物质规律之间的一致。
另一著名审美心理学派----格式塔学派,则用异质同构论解释审美经验的形成。按照这种理论,在外部事物、艺术式样、人的知觉组织活动以及内在情感之间,存在着根本的统一。其代表人物阿恩海姆说过:“我们必须认识到,那推动我们的自己的情感活动的力,
人是由动物进化来的
那就是猩猩
这个就太多了,只是还没有确确的权威报道
《生命起源新说》第1集——生命起源于外星人类
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原始生命起源于原始海洋对吗
1、对。世界上最先出现的是一种原始的真核细胞,体积较大,已有原始的细胞核。现在的化石材料表明,最早的真核生物大抵出现在18~14亿年前。这些化石都产于沉积岩,表明真核生物也是在海洋中进化出来的。2、从34亿年前到18~14亿年前,是原核生物进化的时期。经过的时间很长,达20亿年左右,但...
地球上的生命有可能是因为陨石形成的吗?
事实上,这颗陨石记录了太阳系中最早的一些化学成分。而且,根据最新研究,它包含了人们追寻已久的关于地球上生命起源的线索。发表在《美国国家科学院院刊》(Proceedings of the National Academy of Sciences)杂志上的一项新研究报告称,这些陨石中存在核糖及其他糖类。核糖是糖的一种,是RNA和磷酸基的...
生命的形状-生命的起源影片简介
科技进步的浪潮中,科学家们正在以独特的视角,描绘一幅全新的生命画卷。这部影片聚焦于那些常被忽视的微小生物,它们看似平凡,却隐藏着揭示生命起源的关键线索。这些生物,如同生命历史的拼图碎片,将我们带回到那个遥远而神秘的起点,探寻生命起源的无尽奥秘。我们再次聚焦于这个激动人心的领域,试图揭开我们...
关于生命的起源
个人认为:到目前为止科学和神学都无法完全回答,神学可以把一切推给神,但说服力不强。生命的起源也许并不是单纯的起源问题。
各个国家认为生命起源的说法
生命的起源 ★进化论是错误的★ 1月15日我发了有关进化论是错误的理论的信息,并设了奖,凡可以证明是生命起源的或是能推翻我的理论的,我将奖励他10万元,在网上的反映很大,什么说法的都有。我知道我的理论会使很多人脸上无光,骂也是很合情合理的事。我可以理解,我的理论会使很多有关进化论...
生命起源于何时?
列入团机体具有类似于摩尔那样的边界,其内部的化学特性显著的区别于外部的溶液环境团聚体,能从外部溶液中吸入某些分子作为反应物,还能在酶的催化作用下发生特定的生化反应,反应的产物,也能从团聚体中释放出去。第4个阶段是有机多分子体演变为原始生命,这一阶段是在原始的海洋中形成的,是生命起源过程...
地球上的生命大约起源于多少年前
地球上的生命大约起源于38亿年前。科学家对地球年龄的最佳估计值是45.5亿年,在38亿年前地球上出现了最早的生命,那时是最原始的单细胞原核生物,细胞核没有核膜包裹,直到13亿年前,地球上才出现了细胞核拥有核膜的真核生物,人类的起源是300万年前。生命泛指一类具有稳定的物质和能量代谢现象能回应...
地球上的生命大约起源于多少年前
以揭示生命起源的奥秘。地球是人类赖以生存的家园,同时也是太阳系中八大行星之一,位于太阳系的第三个轨道上,距离太阳有1.5亿公里,地球的形状接近于一个扁平的球体,赤道半径为6378.137千米,极半径为6356.752千米,平均半径为6371千米,体积为10832亿立方千米,质量为5.976×1024千克,表面积为5.1...
科学家从陨石中找到 DNA 和 RNA,证实生命起源来自于太空
尿嘧啶、鸟嘌呤、腺嘌呤和胞嘧啶,以及其他相应的化学物质和碱基氨基酸。未来将进一步研究陨石与生命起源的关系。Oba 的团队还将包括日本隼鸟 2 号任务于 2020 年从一颗名为 Ryugu 的小行星上收集的数据。NASA 的 OSIRIS-REx 任务 还将在 2023 年之前将来自太空岩石 Bennu 的类似样本送回地球。
科学家总会得出其他星球是否存在生命的结论,他们到底是怎么证明的?
据华盛顿卡内基研究所的化学家,同时也是本次研究的合作人员吉姆克里弗斯(Jim Cleaves)介绍:那块被发现存在碱基的陨石至今已经有50年了,在此期间,天体生物学家一直在试图寻找陨石是否就是地球上生命来源的主要证据。为了确认DNA重要组成成分的碱基是否存在于陨石中,科学家利用最新的科学分析技术对十来个...
平菡银芩: 关于地球生命起源有这样几种理论:1、原始海洋起源说,这个学说是现在支持最多的,其中米勒实验是最有力的证据,米勒模仿原始大气的成分,通过火花放电在模仿的原始海洋中发现了小分子氨基酸,这些小分子有机物在原始海洋中或许是...
山丹县15992266323: 生命是从火中诞生的吗? ?
平菡银芩: 地球上的生命是如何起源的,科学家们对这个问题一直探究不止.很多人都达成了一种 共识,那就是地球上的生命起源于水,最早诞生于海中.可是最近一段时间以来,西...
山丹县15992266323: 生命可以人工合成吗? - ?
平菡银芩: 人工合成生命是一项十分艰难的工作,因为在大自然物质的实际发展过程中,生命的出现经历了几十亿年漫长的历程.人们想在短期内重现这一漫长的过程,谈何容易.人们付出巨大的代价来研究它,是为了弄清生命起源的真实原因,也为了能...
山丹县15992266323: 世界上的人是从哪里来的啊??
平菡银芩: 我们从哪里来?人类生命起源说一直是科学界争论不休的问题. 据最新出版的《新科学家》杂志报道,地球生命可能起源于淡水池塘,而不是学术界普遍认为的深海热源附近.据报道,圣克鲁斯加利福尼亚大学的研究人员认为,淡水比咸水更有...
山丹县15992266323: 地球生命的最初诞生 大概在多少亿年前 - ?
平菡银芩: 地球生命的最初诞生 大概在多少亿年前呢 46亿年前先是有机物大分子——单细胞生物——藻类—— 生命的起源 地球在宇宙中形成以后,开始是没有生命的.经过了一段漫长的化学演化,就是说大气中的有机元素氢、碳、氮、氧、硫、磷等在自...
山丹县15992266323: 生命的起源(如原生动物的出现 原核生物出现……) - ?
平菡银芩: 一、生命的起源:46亿年前,刚刚形成的地球是一个没有生命的世界.那时,天空中赤日炎炎,电闪雷鸣,地面上火山喷发,熔岩横溢.从火山中喷出的甲烷、氨、氢、水蒸气等气体包围在地球表面,形成了原始大气层.原始大气与现在的大气...
山丹县15992266323: 地球的生命怎么形成的 - ?
平菡银芩: 科学家发现生命起源于地球之外的有力证据在这块陨石中存在着两种复杂的亚硝基物质--尿嘧啶和黄嘌呤脱氢酶.据介绍,它们是合成核酸分子--DNA和RNA的基础物质. 包含“生命物质”的默奇森陨石 显微镜下的默奇森陨石 网易探索6月16...
山丹县15992266323: 所有生物的祖先是什么? - ?
平菡银芩: 古生物学家普遍相信所有生命的第一个共同祖先“卢卡”,很可能是一种细菌或原核细菌.关键是,它们能适应极高温的环境. 【来源:广州日报】 法国科学家海底探索生命起源(图)这些喷射物已经存在了40亿年.海水渗入岩浆凝固而成的...
山丹县15992266323: 地球生命是怎样形成的 - ?
平菡银芩: 生命分布在地球上的几乎所有地方:海底,山巅,甚至更高处(在比最高的山峰还高将近5倍的距海平面25.5英里的高空也有细菌),世界上最热与最冷的地区.地球上到处都有生命.要是不信,不妨试试除掉花园中的杂草,让食物不发霉.这...
山丹县15992266323: 地球上最原始的生命怎么来的? - ?
平菡银芩: 原始地球,充满了氢气和闪电,氢在闪电的电解效果下,产生了构成生命的最基本元素,核酸和活性蛋白质.就这样,美轮美奂有神秘的生命进化就开始了.