生物的进化

【专家解说】：宇宙的起源 宇宙是广漠空间和其中存在的各种天体以及弥漫物质的总称，它是无边无际的。 宇宙是物质世界，它处于不断的运动和发展中。 《淮南子.原道训》注:“四方上下曰宇，古往今来曰宙，以喻天地。”即宇宙是天地万物的总称。 千百年来，科学家们一直在探寻宇宙是什么时候、如何形成的。直到今天，科学家们才确信，宇宙是由大约150亿年前发生的一次大爆炸形成的。 在爆炸发生之前，宇宙内的所存物质和能量都聚集到了一起，并浓缩成很小的体积，温度极高，密度极大，之后发生了大爆炸。 大爆炸使物质四散出击，宇宙空间不断膨胀，温度也相应下降，后来相继出现在宇宙中的所有星系、恒星、行星乃至生命，都是在这种不断膨胀冷却的过程中逐渐形成的。 然而，大爆炸而产生宇宙的理论尚不能确切地解释，“在所存物质和能量聚集在一点上”之前到底存在着什么东西? “大爆炸理论”是伽莫夫于1946年创建的。它是现代宇宙系中最有影响的一种学说，又称大爆炸宇宙学。与其他宇宙模型相比，它能说明较多的观测事实。它的主要观点是认为我们的宇宙曾有一段从热到冷的演化史。在这个时期里，宇宙体系并不是静止的，而是在不断地膨胀，使物质密度从密到稀地演化。这一从热到冷、从密到稀的过程如同一次规模巨大的爆发。 根据大爆炸宇宙学的观点，大爆炸的整个过程是:在宇宙的早期，温度极高，在100亿度以上。物质密度也相当大，整个宇宙体系达到平衡。宇宙间只有中子、质子、电子、光子和中微子等一些基本粒子形态的物质。但是因为整个体系在不断膨胀，结果温度很快下降。当温度降到10亿度左右时，中子开始失去自由存在的条件，它要么发生衰变，要么与质子结合成重氢、氦等元素;化学元素就是从这一时期开始形成的。温度进一步下降到100万度后，早期形成化学元素的过程结束。 宇宙间的物质主要是质子、电子、光子和一些比较轻的原子核。当温度降到几千度时，辐射减退，宇宙间主要是气态物质，气体逐渐凝聚成气云，再进一步形成各种各样的恒星体系，成为我们今天看到的宇宙。 原始地球的状态 地质学研究表明，地球大约是在46亿年前形成的，那时候地球的温度很高，地面上的环境与现在的完全不同:天空中或赤日炎炎，或电闪雷鸣，地面上火山喷发，熔岩横流。从火山中喷出的气体，如水蒸气、氢气、氨、甲烷、二氧化碳、硫化氢等，构成了原始的大气层。原始大气中没有氧气。 大约在46亿年前，在一股冷气体云形成以后，太阳系才刚刚诞生。迮股冷气体云是在银河系旋转和凝聚了4亿年后才形成的。同其它星球一样，地球起源于一片浓重的尘和埃气体。初期阶段，尘埃和气体是巨大的，被饱含氦、氢、沼气和氨的大气层所包围。 最早的大气层持续时间很短，部分被太阳所吸收，或被地球自身的物质和射线爆炸席卷而去。这种爆炸被称作“太阳风”，在那个时代是非常强烈的。失去了环绕的气体，地球成了一只裸露的球体，陨石和彗星纷纷落到它身上。地球的物质和射线爆炸一直持续到了38亿年前，爆炸的强度能多次使地球“一贫如洗”，把地球上数次的生命涌动都扼杀在萌芽之中。但是陨石雨丰富了地球的结构，因为它给地球带来了物质，如碳酸化合物、氨和水。这些物质被蒸发，又形成了新的大气层。 到了42亿年前，地球硬壳生成。从此以后，火山喷发的各种气体都被凝聚在大气层里(例如亚酸，酸肝、氮气，碳氧化物和蒸汽)。 原始地球的特点之一就是它剧烈的火山活动。火山喷发造成了规模宏大的溶岩湖蒸发了大量的蒸汽，水蒸气凝聚以后积满了地面的洼地，形成了原始的海洋。一般推测，在地球刚刚生成的几百万年间，人类是不能生存的，因为大起层里没有氧气。直到许许多多年以后，有了光合作用的有机物，才出现了大量充足的氧。 关于生命起源的几个学说 1.特创论(或神造说)。这一假说认为，现在地球上的各种生物都是由神创造出来的，生命是上帝或神按照一定的目的，一次性地创造出来的。这一假说极为简单地把生命的起源推到了一个不可知、也无法证明的上帝和神的身上，这是在有科学之前，由于人类的愚昧无知而提出的。这一假说把生命起源的问题，划归神学的范围，因而是极不科学的。 2.自生论(或自然发生说)。这一假说是很多人根据一些错误的观察而提出的，认为生命是自然而然地由非生命物质产生的，而且是从非生命物质中突然产生出来。例如，中国古代有“腐草化萤”、“朽木化蝉”、“白石化羊”等说法;希腊有“泥土变鱼”的传说;17世纪欧洲有“腐肉生蛆”的说法等。这一假说本来出自原始社会人类的自然观，认为生命来自非生命物质，具有朴素的唯物主义因素，但因为是观察粗糙、错误而得出的结论，所以这一假说实际上又否认了生物与非生物之间的转化条件，因而否认了生物与非生物之间的界限。 3.生源论(或生生说)。法国微生物学家巴斯德用一系列实验证明了，生命是不可能自然发生的，生命只能由同类生物通过繁殖而产生。这一假说虽然证明了“自生论”是错误的，但又否认了非生物转化为生物的可能性，从而否认了生物与非生物之间的联系。按这一假说的看法，生命不能自然发生，只能以繁殖的方式产生，那么地球上最初的生命又是怎样产生的呢?这一假说是无法解释的。 4.宇宙生命论(或泛生说)。这一假说提倡“一切生命来自生命”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。 5.新自生论(或化学进化说)。这个假说也主张生命是由非生命物质产生的，但与“自生论”不同，认为生命是在漫长的宇宙进化中发生的，是宇宙进化到某一阶段的产物，不是现在条件下由非生命物质产生的。近几十年来，随着现代科学技术的发展，对于生命起源的化学进化问题，从天文学、地质学、物理学、化学、生物学、古生物学、古生物化学等多学科，进行了综合研究，取得了很大进展。这一假说提出:在几十亿年的漫长岁月中，地球上由没有生命的无机物逐步发展成今天的生命世界。这一化学进化的说法，已经为广大的学者所接受、所承认。 关于“生命起源”的模拟实验 米勒模拟实验 1953年，美国芝加哥大学的学者米勒及其助手在实验室内首次模拟原始地球在雷呜闪电下将原始大气合成小分子有机物的过程。米勒等人设计的火花放电装置如课本的图中所示。他首先把200毫升水加入到500毫升的烧瓶中，抽出空气，然后模拟原始大气成分通入甲烷、氨、氢等混合气体。将入口玻璃管熔化封闭，然后把烧瓶内的水煮沸，使水蒸气驱动混合气体在玻璃管内流动，进入容积为5升的烧瓶中，并在其中连续进行火花放电7天，模拟原始地球条件下的闪电现象，再经冷凝器冷却后，产生的物质沉积在U型管中，结果得到20种小分子有机化合物，其中有11种氨基酸。这11种氨基酸中，有4种氨基酸--甘氨酸、丙氨酸、天门冬氨酸和谷氨酸，是天然蛋白质中所含有的。 继米勒的工作后，不少学者利用多种能源(如火花放电、紫外线、冲击波、丙种射线、电子束或加热)模拟原始地球大气成分，均先后合成了各种氨基酸，以及组成生物高分子的其他重要原料，如:嘌呤、嘧啶、核糖、脱氧核糖、核苷、核苷酸、脂肪酸等。由此可以看出:在原始地球条件下，原始大气成分在一定能量的作用下，完全可以完成从无机物向简单有机物的转化。 需要说明的是:新近的发现已令有的人对此结论产生了一些怀疑。有的科学家认为，早期地球上的任何CH4、NH3和H2S都会迅速被紫外线辐射所分解，释放出的H2多数也会逃逸到太空中，根据目前的理论，早期大气的主要成分是水蒸汽、CO2、CO、N2等气体，可能还有一些游离氢。