生命的進化和發(fā)展是一個神奇的過程,人類進化到今天,最想知道的莫過于自己由何而來?可是歷史總是站在我們身后,它不言不語,任憑我們?nèi)ゲ聹y、探索。
關于生命起源的問題一直充滿著疑惑和矛盾。盡管出現(xiàn)了多種關于生命起源的學說,但是沒有一種學說能夠拿出足夠的證據(jù)令人們信服。很多研究人員失望而歸,即便曾經(jīng)掌握了大有希望的線索,到最后還是一無所獲,多年的努力付之東流;蛟S地球上的生命在生根發(fā)芽之前便已經(jīng)在別的地方形成了。所以想要找到一個生命起源于地球的合理解釋是那么困難。不過科學家經(jīng)過多年的研究,雖然不能完全給出一個明確的答案,但是他們在改領域也獲得的四個令人吃驚的進步。
第一個進步是關于細胞狀結構,人們發(fā)現(xiàn)這些結構是在原始地球上的多脂肪化合物上形成的。這一發(fā)現(xiàn)源于杰克•佐斯塔克、戴維•巴特爾和盧伊吉•路易斯三人長期的爭論。他們爭論的焦點集中在遺傳體系和細胞膜在生命演變中誰是最早出現(xiàn)的最后他們一致認為:遺傳體系和細胞膜是同時進化的。
2001年他們在《自然》雜志上發(fā)表的論文中稱:獲得平行生長和分裂的原始細胞和遺傳分子,并且分子被裹在原始細胞內(nèi),便可以培育出人造細胞。佐斯塔克已經(jīng)取得了這個研究項目的理想成果?赡艽嬖谟谠嫉厍蛏系慕Y構簡單的脂肪酸可以本能地形成與現(xiàn)今活細胞的兩層薄膜相似的雙層球體結構。
經(jīng)研究表明,小分子可以輕易進入原始細胞。但是,當它們形成大分子后則無法從原始細胞中出來。如果原始細胞可以將小DNA片段吸收進去,并以核苷酸為食,那么核苷酸會自然地進入細胞中,與另一個DNA分子建立連接。
佐斯塔克的實驗認為自然分裂的細胞是由原始地球上的化學物生成的。但是,他運用了一些相當復雜的原料,比如核酸的核苷酸構造單元。核苷酸由糖分子和磷酸鹽組構成。像腺嘌呤這樣的鹽基可以由簡單的化學物輕易形成。但是腺嘌呤卻無法與核糖建立天然的聯(lián)系?茖W家多年的努力化為泡影。
英國曼徹斯特大學化學家約翰•薩瑟蘭在《自然》雜志上發(fā)表的一篇論文稱,他發(fā)現(xiàn)了人工合成核苷酸的方法。薩瑟蘭研究發(fā)現(xiàn)鹽基和糖在一定的條件下可以構成單一單元,因此并不需要被連接起來。薩瑟蘭的研究成果是生命起源前化學領域的很大進步。
一旦從化學物質中生成自我復制系統(tǒng),這就為遺傳史解開了了序幕。喬伊斯博士一直致力于培育具有復制能力的RNA分子,以此來研究遺傳史的開始。RNA是DNA的近親,先于DNA出現(xiàn),它可以攜帶信息,還可作為酶去促進化學反應。
喬伊斯博士通過四類RNA核苷酸培育出兩個RNA分子,它們可以促進相互之間的合成。這套體系可以完成生命最主要的功能。喬伊斯的目標是培育出具有自我復制能力的RNA種類。
另一項驚人突破來自于有關分子左旋與右旋的一系列新研究。一些以兩種鏡像形態(tài)存在的化學物質,例如由蛋白質構成的氨基酸,在很大程度上很像我們的左右手。在自然條件下,這些化學物質在數(shù)量大致相等的狀態(tài)下以混合物的形式出現(xiàn)。但在活細胞中,所有氨基酸會呈現(xiàn)出左旋狀態(tài),所有糖和核苷酸會右旋狀態(tài)出現(xiàn)。
長期以來,化學家們對于為何第一個活生命系統(tǒng)從這種混合物中只提取一種類型的化學物質感到非常費解。不過現(xiàn)代人們發(fā)現(xiàn),一個由左旋和右旋分子構成的混合物在不斷冷凍和融解的情況下能夠被轉換成單一形態(tài)。
借助于當前取得的這些進步,研究生命起源的科學家們看到了非常樂觀的前景。目前擺在科學家面前的一個問題,就是關于生命起源的環(huán)境問題,至今人們還沒有達成一致的意見。一些化學家指出,生命起源于火山環(huán)境,例如海洋深處的火山口,這里很可能就是第一個新陳代謝過程發(fā)生的地方。
也有很多生物學家認為,溫暖的淡水水域是生命的起源地。沒有人能夠準確的知道生命出現(xiàn)的時間,有關活細胞的最老且被廣泛接受的證據(jù)是在安大略“岡弗林構造”發(fā)現(xiàn)的距今19億年的細菌化石。除此之外,在格陵蘭兩個地區(qū)發(fā)現(xiàn)的具有與眾不同的碳同位素混合物巖石也可成為生物進程的證據(jù)。它們距今已經(jīng)有38.3億年了。
安大略發(fā)現(xiàn)的巖石處在后期重轟炸期,那時候地球表面可能沒有任何細菌存在,那么生命又是如何快速開始的呢?美國地質學家史蒂芬•莫契斯曾對其中一個格陵蘭巖石進行分析。他認為后期重轟炸期并沒有使得一切生靈滅亡。他的這一觀點得到多人的支持。莫契斯認為生命誕生于海洋深處,并且它們在后期重轟炸期存活了下來。
通過對鋯石的分析研究顯示,早在44.04億年前就已出現(xiàn)了穩(wěn)定的海洋和陸殼,而地球則是在此前1.5億年形成的。在巨大的轟擊發(fā)生前,生命可能用了5億年時間才踏上征程。
在研究生命起源方面,化學家和生物學家由于缺少化石證據(jù),所以無法確定第一個生命體是在何時、何地以及如何出現(xiàn),因此只能通過實驗來逐漸的解答這些問題。