生命很難定義,但一般具有如下特征:其内是在宇宙發展變化過程中自然出現的存在一定的自我生長、繁衍、感覺、意識、意志、進化、互動等豐富可能的一類現象,其外也可以包括生化反應産生的能夠自我複制的氨基酸結構。
地球是迄今為止唯一确定有生命存在的星球。水是生命出現的基礎,而有機物的出現則是生命出現的關鍵。那麼,最早的有機物如何出現就是探索生命起源的關鍵。
從地球的形成來看,地球上最早的有機物來源存在諸多的可能性,但地球的起源過于古老,其演化過程過于漫長且複雜,難以回溯,因此,有機物起源存在與各種假說中,歸結起來,可以分為兩大類。
一類是地表起源說,認為在地球形成以後若幹年的原始地球表面起源的,其中以“化學起源說”最具代表性,有機物中的主要元素C、H、O、N、P等均為地球上常見的元素,而最簡單的有機物甲烷(分子式CH4)僅涉及兩種元素,因此有機物是完全可能在地球上合成的。“化學起源說”的内部觀點很多,特别是在生命起源的途徑或方式上各家有着很大的分歧。
另一類就是地外起源說,認為地球上的有機物來源于外太空,在地球形成早期,地外星球頻繁造訪,有機物通過隕石來到地球,而地球的演變正好有适合其自身複制的條件以及水,這些有機物就在地球上自我複制,并在特定條件下增殖,變大而逐漸形成了多糖、脂肪、蛋白質、核酸等生物大分子物質,進一步的進化産生了生命。而有的假說則幹脆認為,是隕石将最原始的地外宇宙生命物質帶到地球上發展而來。
當生命的基本形态出現,其代謝和繁殖的出現才标志着生命的真正形成。因此,在具備的基本的物質條件後,支撐生命的基本能量形式成為生命起源的關鍵,高溫起源學說得到廣泛的認可。深海研究的進展似乎印證了這一觀點,如在海底熱液環境中存在着密集的包括古細菌、嗜熱細菌、管狀蠕蟲、蛤類、贻貝類、雙殼類、腹足綱的軟體動物、甲殼類、節肢動物的蝦類和蟹類、須腕動物、棘皮動物、環節動物、脊索動物、脊椎動物魚類等在内的豐富多樣的生物群落。所有這些動物維持生命所需的最初能源不是依靠陽光的光合作用而是深海熱泉噴出的硫化物化學自養細菌利用氧化熱液中的硫化物如所得到能量去還原而制造有機物其他動物都是依靠細菌還原噴口熱液中的硫化氫作為原始能量來源,而這一環境與地球早期火山頻發存在較大的相似之處,因此,高溫起源說得到了很多學者的認可。
海底黑煙囪
迄今為止,生命的起源可以描述成:在40億年前的地球上,由無機分子合成的有機小分子,聚集在熱泉口或者火山口附近的熱水中,通過聚合反應,形成了生物的大分子,這些大分子進行自我複制,自我選擇,進而通過分子的自我組織,并複制和變異,從而形成核酸和活性蛋白質,同時分隔結構同步産生,最後在基因控制下的代謝反應,為基因的複制和蛋白質的合成提供能量,這樣一個由生物膜包裹着的具有能自我複制的原始細胞,就在地球上産生了。這個原始細胞可能是異養的,或者是化學自養的,可能類似于現代生物在熱泉附近的嗜熱古細菌。這個短短的描述,就把生命起源的過程基本上描述了。但它有四個無法逾越的鴻溝,一個是自我選擇,因為組成生物大分子或者RNA、DNA,這些分子都是非常有限的幾種分子。在無機條件下,或者在閃電情況下、或者在熱水中,它形成很多這樣的分子,這些分子怎麼自我選擇,合成DNA、RNA,把其他的大分子抛棄掉,這個過程我們并不知道。第二個是自我複制,DNA、RNA它自己能夠複制,能夠為下一代遺傳下去,這個過程我們也并不知道。第三個是分隔結構,就是細胞膜或者細胞内部的膜結構,這個過程我們也不是很清楚它是怎麼形成的?像磷脂、精細的生物結構怎麼形成的,我們也并不是很清楚。另外一個是新陳代謝的問題,先是吸收外面的能量,這個過程我們并沒有解決,但不管怎樣這種熱泉中生命起源的假說,确實有很多有利證據的支持,特别是近年來,取得了一系列最重要的進展。
原始細菌
大約億年前,細胞發展出了細胞核。細胞核有一層薄膜保護,從而保護了細胞的遺傳物質基因。一直到億年前,在地球生命早期的多億年中,生命的基本形式是微小的單細胞生物。第一個多細胞生物出現。此時,所有的生物仍然隻存在于海洋中。
深海海綿
大約億年前,生物開始登陸,植物、昆蟲、脊椎動物等開始在陸地上繁殖。生物終于在地球的所有環境,包括陸地、海洋,赤道、兩極,高山、峽谷,潮間帶、深海,熱液、冷泉等,繁衍開來,形成了五彩缤紛的生命世界。
地球生命的起源不可能隻是孤立的自然事件,也不可能隻是起因于地球形成數億年後原始地表或地外某種單純因素的作用如原始海洋中的化學進化或宇宙生命種子的巧然輸入,而是與非生命物質、前生命有機物的起源與演化密切聯系在一起,是地球形成過程中,天、地、生等多因素綜合作用的結果。
無論生命是如何起源的,地球本身的演化曆史和條件,使得生命的發生對于地球來說是一個必然事件,但對于浩瀚的宇宙和上百億年的宇宙演化史來說,地球生命絕對是一個偶然事件,是宇宙中的奇迹。是生命使得地球、使得宇宙更奇妙、更美麗,充滿了無限的可能,使人類有了無限的幻想和遐思。
地球的條件、地球生物的發生在宇宙中是奇妙的、偶然的。這說明,地外生命甚至地外文明存在的可能性非常小。但宇宙之大超出人類的想象,可能性非常小也不是沒有可能。不論在土衛二或者其他行星、衛星上是否存在生命,人類利用各種理論和技術尋找地外生命和地外文明的腳步不會停止。這不僅是為了滿足好奇,更是為了人類的未來。
太空
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