生命起源说

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生命起源说
宗教创造论(或神造说）创造论认为世界万物都是由神所创造。比如上帝、阿尔修斯。在《圣经》上说，“起初，神创造天地。 创造论的质疑者认为神造说的根源是类比于人的制造能力，以及对概率论的错误应用。比如某宗教徒用手表自我形成的概率为零必然有造表者来证明人是被创造的。他们认为这种推理的根本错误在于他不懂得自然界普遍存在的自组织现象（如雪花、沙丘在一定条件下自动形成某种规则的形状，这显然不是被某高级主体有意制造的，而且也不能用概率论来推断）。生命体的最根本特征是自组织的，不是被制造的 事实上，但这种观点并不能否认创造论的合理性。雪花，沙丘的特点在于重复性,也就是说，自组织可以形成复杂的有序结构，但这些结构却不能包含大量的信息，而只能是有规律的序列。而蛋白质，遗传物质包含了大量的信息，这是自然过程无能为力的。就好比如果一本书上写满了同一个字，我们没有理由认为这本书背后有任何智能。但是如果一本书写了有意义的，并且绝妙至极的篇章（难道生命不是这样吗？），我们无法否认，这本书是被创造的。事实上，一个仅有100个氨基酸的蛋白质分子正确无误排列的概率也只有10^-100左右，这样的概率，在整个宇宙的历史上都不大可能发生。何况我们需要把许多这样的分子聚在一起，然后形成正确的遗传物质，并且形成遗传物质和蛋白质之间正确的编码以及复制方式，然后用精妙的细胞膜将这些分子包裹起来。很难想象，什么样的自然过程哪怕有遥远的可能能够形成这样绝妙的结构。这样看来除了创造论似乎很难有其它合理的解释，难怪生命的起源是一个未解之谜！ 宇宙生命论(或生命外来论) 这一假说提倡“一切生命来自宇宙”的观点，认为地球上最初的生命来自宇宙间的其他星球，即“地上生命，天外飞来”。这一假说认为，宇宙太空中的“生命胚种”可以随着陨石或其他途径跌落在地球表面，即成为最初的生命起点。现代科学研究表明，在已发现的星球上，自然状况下是没有保存生命的条件的，因为没有氧气，温度接近绝对零度，又充满具有强大杀伤力的紫外线、X射线和宇宙射线等，因此任何“生命胚体”是不可能保存的。这个假说实际上把生命起源的问题推到了无边无际的宇宙中去了，同时这个假说对于“宇宙中的生命又是怎样起源”的问题，仍是无法解释的。 自然发生 又称“自生论”或“无生源论”，认为生物可以随时由非生物产生，或者由另一些截然不同的物体产生。如中国古代所谓“肉腐出虫，鱼枯生蠹”。中世纪有人认为树叶落入水中变成鱼，落在地上则变成鸟等。自然发生说是19世纪前广泛流行的理论，这种学说认为，生命是从无生命物质自然发生的。如我国古代认为的“腐草化为萤”（即萤火虫是从腐草堆中产生的），腐肉生蛆等。在西方，亚里士多德（公元前384~公元前322年）就是一个自然发生论者。有的人还通过“实验”证明，将谷粒、破旧衬衫塞入瓶中，静置于暗处，21天后就会产生老鼠，并且让他惊讶的是，这种“自然”发生的老鼠竟和常见的老鼠完全相同。  路易斯·巴斯德画像 1860年，法国微生物学家巴斯德设计了一个简单但令人信服的实验，彻底否定了自然发生说。普遍接受的生命起源假说。19世纪时，法国微生物学家巴斯德（LouisPasteur） (1821）—1895)发现，将肉汤置于烧瓶中加热，沸腾后让其冷却，如果将烧瓶开口放置，肉汤中很快就繁殖生长出许多微生物；但如果在瓶口加上一个棉塞，再进行同样的实验，肉汤中就没有微生物繁殖。巴斯德认为，肉汤中的小生物来自空气，而不是自然发生的。他的实验为科学家进一步否定“自然发生论”奠定了坚实的基础。 现代生物学，化学的研究结果更加彻底地否认了自然发生论的可能性，生命的创造只能通过遗传物质的复制，以及细胞的分裂过程来实现。我们在生活中所直观观察到的生命“自生”现象，全部都是某种不易发现的复制过程在起作用。 化学起源说 化学起源说是被很多学者接受的生命起源假说。这一假说认为，地球上的生命是在地球温度逐步下降以后，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。  米勒的实验装置 米勒实验 米勒在他的实验中假设在生命起源之初大气层中只有氢气、氨气和水蒸气等物，其中并没有氧气等，当他把这些气体放入模拟的大气层中并通电引爆后，发现其中产生了些氨基酸，氨基酸是合成蛋白质的基本单元，而蛋白质是生命存在的形式，因此他认为生命从无到有的理论将可以确立了，证明生命是进化而来的。 但米勒的实验也有很多的疑点，例如所使用的能量大小，不同气体的配合等。虽然都产生了氨基酸、醣类等物质，但仍不能证明这就是生命的起源。因为他所假设的大气层不能证明是原始的大气层，所得的结果就是不确定的。米勒本身也承认他的实验与自然界生命起源相距仍很遥远。并且现代科学发现在火星上有氧气存在却没有生命，那么米勒假设大气层中没有氧气存在故没有生命之说就不成立，因此无法证明生命起源是由单细胞进化而来的。 化学起源说将生命的起源分为四个阶段（米勒实验）。 第一个阶段，从无机小分子生成有机小分子的阶段，即生命起源的化学进化过程是在原始的地球条件下进行的。需要着重指出的是米勒的模拟实验。在这个实验中，一个盛有水溶液的烧瓶代表原始的海洋，其上部球型空间里含有氢气、氨气、甲烷和水蒸汽等“还原性大气”。米勒先给烧瓶加热，使水蒸汽在管中循环，接着他通过两个电极放电产生电火花，模拟原始天空的闪电，以激发密封装置中的不同气体发生化学反应，而球型空间下部连通的冷凝管让反应后的产物和水蒸汽冷却形成液体，又流回底部的烧瓶，即模拟降雨的过程。经过一周持续不断的实验和循环之后。米勒分析其化学成分时发现，其中含有包括5种氨基酸和不同有机酸在内的各种新的有机化合物，同时还形成了氰氢酸，而氰氢酸可以合成腺嘌呤，腺嘌呤是组成核苷酸的基本单位。米勒的实验试图向人们证实，生命起源的第一步，从无机小分子物质形成有机小分子物质，在原始地球的条件下是完全可能实现的。 第二个阶段，从有机小分子物质生成生物大分子物质。这一过程是在原始海洋中发生的，即氨基酸、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（如黏土的吸附作用），通过缩合作用或聚合作用形成了原始的蛋白质分子和核酸分子。 第三个阶段，从生物大分子物质组成多分子体系。这一过程是怎样形成的？前苏联学者奥巴林提出了团聚体假说，他通过实验表明，将蛋白质、多肽、核酸和多糖等放在合适的溶液中，它们能自动地浓缩聚集为分散的球状小滴，这些小滴就是团聚体。奥巴林等人认为，团聚体可以表现出合成、分解、生长、生殖等生命现象。例如，团聚体具有类似于膜那样的边界，其内部的化学特征显著地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。另外，有的学者还提出了微球体和脂球体等其他的一些假说，以解释有机高分子物质形成多分子体系的过程。 第四个阶段，有机多分子体系演变为原始生命。这一阶段是在原始的海洋中形成的，是生命起源过程中最复杂和最有决定意义的阶段。目前，人们还不能在实验室里验证这一过程。 该理论也并非被所有人所接受。其质疑者认为，仅仅能够证明蛋白质大分子可以自然形成便宣称生命可以如此自发产生，就好比给猴子一台打印机，就宣称它可以写出一本红楼梦。形成一个大分子固然简单，但是形成含有生命信息的DNA，蛋白质需要这些有机小分子以一种非常非常特别的方式组合。就好比用打字机打出一本完全随机的书固然简单，写出一本红楼梦却难上加难。仅仅依赖于随机过程，形成有效生命分子的概率可以小到在1亿个宇宙的年龄这么长的时间也不太可能发生。生命的信息是怎样被创造的？在很长时间中，该理论的支持者都没有对这一质疑给出有效的解答。 但是，最近的研究指出，ATP在生命的信息起源中扮演了重要角  以ATP为核心的遗传信息的起源 色（ATP中心假说）：（a）它是光能转化成化学能的终端；（b）推动了一系列的生化循环（如卡尔文循环等）和元素重组；（c）它通过自身的转化与缩合将生命过程信息化——筛选出用4种碱基编码20多个氨基酸的三联体密码子系统，构建了一套遗传信息的保存、复制、转录和翻译以及多肽链的生产体系；（d）演绎出蛋白质与核酸互为因果的反馈体系，并通过自然选择，筛选出对细胞内同步发生的生化反应进行管控的体系与规则，并最终建立起了生命的传递机制——遗传。[2]  如果从能量的普适性以及现代生化系统的结构特征来看，生命最有可能始于光合系统的演化（生命的光养起源假说）。支持这一观点的一个重  叶绿素与细胞色素的血红素辅基之结构比较 要分子证据就是细胞色素（一类以铁卟啉或血红素为辅基的电子传递蛋白），这是一个存在于几乎所有生物之中的电子载体，而血红素可能就是从光合色素——叶绿素衍生而来的（现存生物中两者生物合成途径亦十分相似），只是叶绿素含有镁卟啉环，它可能由卟啉环与长链脂肪酸（可能来自膜）加合而成。叶绿素与细胞色素的血红素辅基之间在结构上的相似性如下图所示。在从镁卟啉到铁卟啉的转变中发生了去环化作用（红色标记位置）。从进化上来看，膜耦联的叶绿素分子可能由磷脂与卟啉环加合而成。带箭头的蓝色虚线表示可能的演化方向。