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第六章 地球自发生命的起源（第1页）

第六章　地球自发生命的起源

生命起源的化学进化观点，即认为在原始地球的条件下，无机物可以转变为有机物，有机物可以发展为生物大分子和多分子体系，有的科举家认为关于生命起源之前有一个单链的“RNA世界”。

著名的生命起源学家奥巴林的生命起源假说以“团聚体”和“异养生物先于自养生物”为其特点，故又称为“团聚体假说”或“异养体假说”。他的假说已陆续为科学实验所证明，现在已被广大科学家所接受。

第一节　奥巴林生命起源的三部曲奥巴林把生命起源的历史分为三个阶段：第一阶段，从无机物生成有机小分子；第二阶段，从有机小分子形成氨基、蛋白质、核酸等高分子聚合物。第三阶段，形成具有新陈代谢，能够自我复制的原始生命体，最终产生细胞。

奥巴林认为在刚刚形成的原始地球上，大自然的天空中电闪雷鸣，地面上火山爆发，喷出大量气体和熔岩，太阳发出强烈的紫外线，来自宇宙空间的射线无遮无拦地射向地面，它们结合起来向原始大气进攻。原始大气主要是由甲烷、氨、氢、二氧化碳、一氧化碳、水等组成的还原性大气，这种大气生成了甲醛与氰化氢等醛、醇、酸等有机小分子。随着地球的冷却，水蒸汽凝结成雨点，大雨磅礴而降，形成原始海洋，大气中各种不同有机物被雨水冲刷下来，落进原始海洋中，成为所谓的“热稀释汤”，这就是奥巴林谱写的生命起源的第一阶段。

生命起源的第二个阶段主要发生在原始海洋中，这是一个非常漫长的过程。

降到水中的有机物数量非常丰富，浓度可达1%，就像大自然厨师烹调的一锅“原始营养汤”。水中含有的无机物，能催化各种碳氢化合物的变化，并参与反应，成为有机物的组成部分。这些简单的有机物通过各种化学反应，形成氨基酸、糖、核苷酸直到蛋白质和核酸等复杂的化合物。具有新陈代谢的多分子体系的产生是生命起源中最关键的一个阶段。由非生物变成原始生命是一个质的变化，也是生命起源中最难回答、最引人注目的问题。奥巴林根据胶体在水中凝聚成团聚体的现象，提出在原始营养汤中，多肽、多核苷酸和蛋白质等大分子会凝聚成团聚体，这些浸在盐类和有机物中的团聚体可以和外界环境不断进行物质能量的变换，通过“自然选择”，新陈代谢的催化设备日臻完善，核苷酸和多肽之间的密码关系逐步确立，最后由量的积累发展到质的飞跃，终于诞生了生命。奥巴林曾用组蛋白和多核苷酸制成了团聚体。

奥巴林把生命的发生看成是自然界长期进化的结果，并首次从整体上建立生命在地球上发生的科学理论，因此被誉为研究生命起源的先驱。

1929年，英国学者霍尔丹也独立发表了类似的见解，认为原始的大气中没有氧。直射下来的强烈紫外线作用于水、二氧化碳、氨的混合物，形成许多有机化合物，最后导致生命的产生。也有人把他们的理论称为奥巴林—霍尔丹生命发展学说。

作者在物理学领域提出多层聚合的宇宙，认为宇宙是多层结构的，正如碳因为结构不同，可以变成坚硬的金刚石或者软滑的石墨一样。量子在不同的物质层面里就会有不同的表达。量子在生命粒子层级里界受到部分屏蔽，这样以有机量子以自我方式存在，构成独特的量子循环及排列，拥有记忆，感知，与自我组装。

第二节：地球生命的形成

生命的宇宙起源

经过多方对生命存在宇宙中的因素的研究，发现全宇宙都在参与生命塑造。

生物体需要的醣类都是右旋的，生物所必需的20种氨基酸全是左旋的。在实验室中，科学家得到的氨基酸却是右旋和左旋各占一半，由对等的左、右旋氨基酸到生物需要的左旋氨基酸，这很难用随机机制来解释。而来自太空的氨基酸基本都是左旋的，那非常有可能的是太空有机分子氨基酸参与了这次生命活性开始的第一步。

第一章里提到从太空有机分子到太阳系的DNA片段，在地球形成开始，就已经可能拥有了有机的成分，并在后期演化中，太空有机物质通过彗星、陨石，参与了生命的过程。而且地球生命诞生形式是多种多样的。在第二章的证据表明，比如在海底、沼泽、泥盆、海底热泉、地下深层中，都可能有生命形成。

氨基酸与有机分子从46亿年前的太阳系形成之前，就已经存在太空中。在漫长的演化中，原始星云有机分子，一直保留在地球大气层中或者彗星与小行星陨石当中，在地球形成开始，就有很多彗星与陨石不断飞向地球。

在地球形成漫长历史中，由于雷电、狂风、地球火山不断喷发，水从岩石中不断渗出。由于地球运动非常激烈，火山与包含着水的泥浆混合喷涌，在地球表面或者深处，大量有机分子与泥土混杂在一起，有机分子具有聚合球形效应，很容易形成生命层级的自我感知系统。而且由于这些有机分子的纠缠与协调能力，使聚会一起的很多分子，在一个广泛的范围内形成一种协作能力，使光或者热能的吸收、能量分配，能够协调完成。一旦形成这种协调能力，量子物质就会记录下来，生命的形成不是有机分子单独完成的，而是多种有机分子团聚成自感系统并在量子记忆基础上多分子协调而成的，而分子组装本身就是量子的本性。

有机分子与无机化学的分子领域，有各种反应，存在各种的复杂性。而对于这些互相交错的反映，因为环境不同而不同，比如光的条件、电磁条件、温度条件、催化剂条件，时间效应等。物质的量子与分子层面的团聚合属于物质的天性，也有其规律延续性，不同分子层面的组合，不同的分子叠加，就会屏蔽外部的干扰，使内部能够因为量子纠缠而协调起来。我们已经证明量子物质具有系统感知力、协调力、记忆能力与自组性。量子组成的多层叠加聚和，使物质或者生命体具有所属各级系统的层级性质。

地球生命的形成

地球生命如何形成的，一直是人们希望获得的答案，有观点认为是由外星天体，比如彗星等撞击地球后，给地球带来了形成生命的有机分子。当然按照量子与自然界的规律，生命完全可以在地球单独完成，也可以在其他星球形成。或者来自太空的天体比如彗星上的有机分子，经历太空环境激烈的洗礼，带有不同的物理或者生物活性，降临地球后与地球有机分子合作，共同完成生命的初始进化。

生命何时、何处、特别是怎样起源的问题是人们关注和争论的焦点，是现代自然科学尚未完全解决的重大问题。化学起源说是被广大学者普遍接受的生命起源理论，这一理论认为，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，一步一步演变而成的。

地球最早可能是由星云分子尘埃形成的，星际气体主要由氢和氦两种元素构成，像太阳这样的恒星就是由星际气体“集合”而成的。

一般认为47亿年前地球还只是许多微星的集合体，叫原地球。原地球在引力收缩和内部放射性元素衰变产生热的作用下，不断受热，当原地球内部温度达到足以使铁、镍等元素熔融时，铁、镍等元素迅速向地心集中，在46亿年前左右形成地核和地幔，地壳初步分异作用。

38亿年前的太古代是地球演化的关键时期，太古代从38亿年开始一直到25亿年结束，在太古代初期地球上尚无生命出现，但地球的岩石圈、水圈、大气圈和生命的形成都发生在这一重要而又漫长的时期。

原始地壳比较薄弱，而地球内部温度又很高。因此，火山频繁活动，从火山喷出的许多气体，构成原始大气，如H3、H2、H2O（水蒸气）、H2S、HCH等，但无游离的氧（现在大气中的氧是光合生物蓝藻和绿色植物出现后长期积累起来的）。这种还原性大气在闪电、紫外线、冲击波、射线等能源下，形成一系列有机小分子化合物，有氨基酸、核苷酸等（这已被美国科学家米勒设计的模拟雷鸣闪电的火花放电装置使无机物合成有机物这个实验得到证实）。这些有机小分子化合物或直接落入原始海洋，或经由湖泊、河流汇集到原始海洋，在海洋中层长期积累、相互作用，在适当条件下，进一步缩合成结构原始、功能专一的蛋白质、核酸等生物大分子。这些生物大分子在原始海洋中积累，浓度不断增加，凝聚成小滴状，形成多分子体系。在一定的进化概率和适宜的环境条件下，再经过长期不断进化，大约在37亿年前左右终于形成了具有新陈代谢和自我繁殖能力的原始生命体。此为生命演化的第一阶段，即非细胞生命阶段，实现了从非生命到生命的转变。

2011年10月法国研究人员对格陵兰岛西南部的一座泥火山进行研究后发现，他们认为地球生命很可能来源于格陵兰泥火山爆发。

法国里昂地质实验室的一个研究小组发现这座火山在38亿年前曾爆发，那次爆发很可能为地球生命的形成创造了条件，喷出的物质含有氨基酸形成所必需的化学成分。研究人员对格陵兰岛火山的一些最古老的岩石进行研究，发现了矿物质蛇纹岩，它们在海水侵袭地球的地壳时产生，对生命的形成很关键的作用。

研究人员还表示，泥火山富含碳酸盐，酸性比较弱，气温在100℃~300℃。报告称，这为蛋白质分子演变成单细胞有机体创造了理想的条件。

当然生命的形成肯定是多种形式的，泥火山也不会仅仅出现在格陵兰岛。之前研究认为，位于深海的间歇泉才是生命的起源地，间歇泉释放出氢气、甲烷和其他气体，产生了一个有利于生命诞生的环境。但科学家现在认为，间歇泉喷出的物质酸性太强，不利于生命形成，所以从其他地方寻找生命起源地。

1953年，23岁的米勒在一个烧瓶中加入氢气、甲烷和氨等还原性气体和水蒸气。将烧瓶密闭后插入两支电极，通电后可以产生电火花。7天后，他从烧瓶中收集到一些有机物，实验结果共生成20种有机物，其中11种氨基酸中有4种是生物的蛋白质所含有的。他的实验结果轰动了科学界。因为蛋白质是由氨基酸组成的，有了蛋白质，生命的产生就有希望了。在以后的几十年里，用米勒模拟实验和其他类似实验，外加一些条件比如紫外光、高温、震动波等，从还原性气体中获得了更多种类的氨基酸、葡萄醣、核醣以及核酸所含的几种碱基等生物体内的重要有机物。已能合成出20种天然氨基酸中的17种，其余3种（赖氨酸、精氨酸和组氨酸）相信在改进技术之后，不久亦能合成。几乎全部的生物小分子，现在都可以通过模拟原始地球的条件，在实验室内合成了。

为更近一步地理解了生命起源，由英国约克大学保罗—克拉克（PaulClarke）博士领导的小组重建了一对单糖分子——苏阿糖和赤藓糖，每种生物分子都有能力存在于左手形式或者右手形式，所有生物糖都是由右手形式的分子构成，然而构成缩氨酸和蛋白质的所有氨基酸都是左手形式。研究人员发现使用简单的左手形式氨基酸可以催化糖类形式，最终产生显著的右手形式糖分子。这项研究能够解释碳水化合物如何形成以及右手形式分子为什么在自然形态中占主要地位。

第三节　细胞的形成

从有机分子到细胞的演变

生命的进化必须存在一个大分子有机物过渡为生命细胞的重要时刻！

伟大的生命诞生，需要一个从物质到生命的进化过程，物质世界能够轻而易举的诞生有机物质，这需要一个过渡，就是大有机分子向细胞的中间体过渡。古猿类成为人类与大猩猩的共同祖先，所有生物都有海洋进化而来，青蛙，鳄鱼是陆地与海洋之间的两栖动物。一些动物因为拥有叶绿体，所以可以在不进食的情况下直接获取阳光的能量，而一些植物则能像动物一样迅速反应，设置陷阱，诱捕小动物获取能量。在本节，我们将探索的代表物质的大有机分子道生命细胞的进化，寻找生命起源的物质逻辑。

人体细胞中，平均每个细胞里有300-400个线粒体，线粒体从前是自由生活的细菌，后来大约在20亿年前适应了寄生在大细胞里的生活，与细胞内蛋白质、DNA、RAN等合作形成共生，共享细胞环境。至今它们还保留了基因组的一个碎片，作为曾经独立存在的印记。它们与宿主细胞之间纠结的关系织成了生命所有的经纬，从能量、性和繁殖，到细胞自杀、衰老和死亡。

在自然界中，很多非生命有机分子，都能够进行自我组装，构成生命的有机分子都是本质上的量子结构，量子具有系统性，记忆性，量子组成的纳米分子成长也能够进行自我组装。许多大有机分子（比如DNA核小体、蛋白质朊病毒、细胞里的微管、多酶系、核糖体和膜等）都能在没有外来信息的环境下，自行装配形成。大多数超分子体系中，自装配所需的信息是由蛋白质亚基提供的，而在另一些体系（如烟草花叶病毒、核糖体等）中，蛋白质亚基和RNA都能提供装配信息。此外，在膜层建造中，磷脂分子也能提供这类信息。

水与适合的温度是生命演化中的必然条件，但是水本质还是量子空间组成的，表达温度的光等也是本质的量子电磁表现。生命的本质是量子空间的一种组合、记忆、系统感知、协调、应激的过程，环境一旦合适，那么生命的诞生便是宇宙空间在适当条件下的一个必然演变。

有机物质是自然的产物，科学家一直在重点探索有机物质是如何进化到生命细胞的。RNA、蛋白质及两者组成的核糖体无疑在生命的进化历史上扮演着更重要的角色，它们的功能非常强大，几乎涉及生命中的全部活动。我们可以想象一下，在生命诞生之前，一个混乱但是有秩序进化的包括RNA、蛋白质及其他有机物质的世界，这个世界也包括它们的前身。具有自我性的量子本身在协调性，记忆性，自组织等方面的的特性为这些量子组成的大分子有机物质的进化打下了基础。