關于地球的年齡，人類已經在65年前得到了證實，我們的地球至少已經存在了45億年。然而生命的起源通過現存的化石證據被證明在地球誕生的10億年後，對于這兩個問題所提出的時間點科學界已經相當的肯定，這一點現在沒有多少人質疑。但關于生命仍存在一個難以回答的問題。地球的生命如何開始的，我們今天就聊聊這個話題！

達爾文

​查爾斯·達爾文(Charles Darwin)曾暗示，生命可能起源于一個“溫暖的小池塘”，由構成生命的絕大多數的必要元素組成。然而，達爾文更多地關注的是生命進化的過程（《進化論》在很多方面定義了今天的現代生物學）而不是生命的起源。

關于生命的起源問題，人們提出了幾種假說。一切都指向第一個細胞的誕生，更具體地說，是第一個生命所必需的生物分子的誕生。宗教和哲學對于生命的起源有着相似的立場，他們都認為生命的起源是超自然事件的結果，而這些超自然事件是科學無法解釋的，我們隻是被宗教要求相信“有一個人在那裡說着神奇的話，策劃超自然的事件，然後一切就繁榮起來了，我們也擁有地球”。哲學告訴我們生命的起源是我們無法理解的。但是追求真理勝過于虛構的謊言，我們想依賴事實揭示科學對生命起源方式的看法。

Q1、生命——自發生成理論

從科學的角度來看，關于生命起源有很多假說，第一個假設雖然有點扯，但人們卻相信了很長時間。這就是自發生成理論。

這個觀點是亞裡士多德提出來的，兩千年來被人們視為一個事實。自發生成理論認為生物體可以從無生命的物質中産生。一塊奶酪被保存在袋子裡，幾天後，在袋子裡發現了老鼠，這最終使人們相信老鼠可以由奶酪産生(這種想法現在想起來那是絕對的扯)。我們也可以在屍體上看到蛆，人們也認為蛆是腐爛的肉産生的，這你相信嗎？

Redi實驗

• 驗證自發生成理論

1668年，弗朗西斯科·雷迪(Francesco Redi)的實驗推翻了蛆來自腐爛肉類的誤解。雷迪使用了三個罐子，來控制實驗條件。在第一個罐子裡，他放了腐爛的肉，并确保瓶口是開着的。在第二個罐子裡，放着一塊腐爛的肉，把它完全密封起來。在第三個罐子裡，放着一塊腐爛的肉，确保空氣可以進入這個罐子，但是蒼蠅進不去。他的實驗得到了很明顯的結論。

在第一個罐子裡，腐爛的肉上可以發現蛆。在第三個罐子裡，瓶口紗布上有蒼蠅和蛆，但是瓶子裡沒有發現蛆。在第二個瓶子裡沒有蛆，外面也沒有，因為瓶子密封完好，蒼蠅甚至看不出瓶子裡有腐爛的肉。這很快反駁了蛆起源于肉的觀點。

雷迪的實驗是科學史上的一個進步，但人們仍然認為他的結果可能不适用于微生物，比如細菌，他們仍然相信細菌可能來自無生命的物質。1859年，路易斯·巴斯德在他著名的實驗中驗證了這個争議。路易斯·巴斯德的觀點是，空氣中的塵埃攜帶的細菌污染了肉湯，因此細菌不是人們普遍認為是在空氣中形成的。為了驗證他的觀點路易斯·巴斯德收集了肉湯，煮了一個小時來消毒(以保證不含微生物)，然後把它們放在三個不同的消過毒罐子裡。

第一個罐子開着讓可以讓空氣進入。第二個罐子用棉花塞住，以便過濾空氣中細菌。第三個罐子被連接到一個s形管子上，以便于觀察将在管子中收集的灰塵顆粒。他得到驚人的結果。第一個罐子中肉湯是渾濁的，表明肉湯已經被細菌污染了。第二個罐子保持無菌狀态，因為棉花塞可以過濾掉細菌。第三個罐子完全駁斥了之前所有的說法，因為在s形管子的一端觀察到了收集起來的含有細菌的灰塵顆粒，由于灰塵無法在重力作用下上升，細菌無法進入罐子裡的肉湯，所以肉湯仍然是無菌的。路易斯·巴斯德在實驗的最後寫道

自發生成學說永遠無法從這個簡單實驗的緻命打擊中恢複過來了。沒有一種已知的情況可以證實，微生物的誕生能離開細菌。

這是科學史上的一次勝利，因為自發生成理論被實驗證明完全是錯誤的。

Q2、生命——生源說

關于生命起源的下一個假說是：生命來自外太空。更具體地說，生命的産生是生命孢子被帶到地球上的結果。這些孢子含有一些生命必要的元素，這些元素可以很容易地結合起來，并最終導緻生命的誕生。這就是所謂的生源說。這個觀點的主要支持者是1903年的化學諾獎得主瑞典科學家斯凡特·阿倫尼烏斯，但是生源說的觀點可以追溯到公元前5世紀，當時希臘哲學家阿納薩哥拉斯提出宇宙是由種子組成的，種子可以在到達地球時産生生命。

阿倫尼烏斯在解釋生命起源時做了一個假設，他起初提出生命孢子可以通過輻射的壓力在行星之間移動。最後他發現細菌孢子不可能暴露在太空輻射中而存活下來。生源說可以說是昙花一現，這一理論甚至被亞曆山大·奧帕林發現的原始湯理論進一步扼殺。這是關于地球上生命起源的第三種可能的假設，也是我們讨論的中心。

論亞曆山大·奧帕林對生命可能起源的認識

亞曆山大·奧帕林(Aleksandr Oparin)的《生命可能的起源》(The Possible Origin of Life)

原始湯

奧帕林的假設是為了回答這個問題;第一個生物分子是如何合成的?從生物學途徑的複雜性來看，人們會認為從簡單的分子聚集合成生物分子是完全不可能的，但事實證明恰恰相反。

奧帕林提出，前生物地球(生命存在前的地球)有一個還原性的大氣層，這種大氣可能會使某些化學反應形成生物分子。據信，地球大氣層中含有豐富的氫、甲烷和氨。當暴露在閃電或火山的熱量下，這些分子可以形成不同的有機分子，這些有機分子溶解在海洋中形成原始湯。

随着時間的推移，這些有機分子發生反應形成複合物。這些複合物會繼續形成細胞膜和酶，這就是已知的原始細胞。值得注意的是，印度生理學家J.B.S.霍爾丹的假設與奧帕林的非常相似(奧帕林的假設是第一個提出的，但霍爾丹并沒有剽竊)，而且是同時提出的。霍爾丹甚至創造了原始湯這個詞。這又一次印證了科學理論的神奇之處是它可以在不同地域，不同環境，不同文化中同時發生，有穿越時空的特性！微積分的發現也是一個典型的例子，我們是否可以認為外星物種也在使用微積分？也會發現它們的原始湯？

原始湯理論的提出，奧帕林和霍爾丹被認為是瘋子，我們怎麼能誕生在熾熱的一灘廢水裡？直到米勒-尤列實驗為原始湯理論提供了證明。

米勒-尤列實驗——驗證原始湯理論

米勒-尤列實驗

1953年，米勒在尤列的監督下，在一個實驗室裡模拟了假設的原生物地球的條件。他們通過一種含有甲烷、氨和氫的溶液來傳遞電，這種電可以代表在生命起源前的地球上看到的閃電。所得到的産物是易于觀察的氨基酸。其特異性氨基酸為甘氨酸、谷氨酸、丙氨酸和亮氨酸。在原生物條件下，氰化氫可制腺嘌呤，甲醛可制核糖。這意味着RNA（核糖核酸）在原始湯中可以形成。

生化進化中的雞蛋問題

随着時間的推移，先有蛋還是先有雞的問題已經被提了出來，但我們現在都知道雞是先有蛋還是先有雞的。生物化學進化中的問題與這個問題類似，但又截然不同。例如先有RNA還是先有蛋白質？

雖然RNA世界假說支持RNA，但蛋白質世界假說支持蛋白質。RNA世界假說是最可接受的自然發生理論。

RNA假說表明，RNA既是信息儲存庫，又是催化劑。RNA作為生物信息存儲的一個單位，排除了原始湯中對DNA的需要。這裡有個問題，因為DNA是一種更穩定的儲存遺傳信息的結構，DNA更能抵抗化學物質和其他降解劑的降解。但有一種解釋可以使RNA作為儲存遺傳信息的單位比DNA變得更為合理。

在原始湯中，RNA不斷形成，自然選擇輔助了整個過程，隻有最穩定、最具催化活性的RNA可以存在和不斷地合成。較弱的RNA不具備競争力被停止合成，這個過程可以促進更穩定的RNA的形成，RNA的合成完全是随機的。因此，這意味着在這個過程中合成了具有甲基化骨架的RNA(這将更加穩定)。

RNA能夠催化自身分子的複制，這一事實有力地支持了RNA是原生物地球催化劑的觀點。換句話說，RNA可以自我複制。而蛋白質沒有，也不具備這些能力，所以它們作為催化劑是沒有意義的，這些論點都支持RNA先于蛋白質。

現在我們知道，DNA和蛋白質承擔了RNA的遺傳和催化作用，因為DNA比RNA更加穩定，所以隻有在更穩定的分子中傳遞信息才有意義。與RNA相比，蛋白質表現出更多的通用性，甚至能夠催化更多具有特異性的反應。這就解釋了為什麼蛋白質必須承擔RNA的催化作用。

我們有RNA，然後是蛋白質，下一個是細胞？

在原始湯中發生的許多反應導緻了早期細胞的發育。我們知道地球是由大量化學物質組成的，人們就會期望原始細胞能夠利用這些化學物質。最早的細胞被稱為化能自養生物，它們并不适合合成化學分子，但是經過良好的生物工程處理，它們可以利用環境中合成的化學分子。

​當原始細胞開始主動尋找自己合成這些化學分子的方法，并越來越獨立于周圍環境的給養，這就導緻了化能自養生物的進化。随後光合色素在這些細胞中進化，它們可以利用陽光的能量固定二氧化碳并産生葡萄糖，由于這時地球充滿還原性大氣，原始細胞使用硫化氫(H₂S)而不是水(H₂O)作為電子供體。随着時間的推移，能夠利用水作為電子供體的細胞逐漸演化，從而形成了一種更具氧化性的大氣。随着大氣中氧的釋放，厭氧菌數量減少，好氧菌數量增多，藍藻是最早表現出這種能力的生物。

真核細胞大約在15億年前從原核細胞進化而來。這個過程就需要更多的DNA，再加上進化過程需要将DNA包裝成更緊湊的結構，如染色體，這又導緻了對真核細胞的需求。真核細胞具有細胞膜，這将在很大程度上有助于細胞的分裂過程。一些真核細胞将繼續與某些原核細胞形成内共生關系，賦予它們自身産生氧氣的能力，并進行光合作用。一些好氧細菌實際上變成線粒體，而氰細菌變成了葉綠體。

随着時間的推移，細胞們突然發現抱團生存比單獨生存在生物學上更有競争力，這些細胞作為一個團隊，可以更加專注于增強生命所需的不同過程。它們進化的更快，繁殖得更多。這些細胞最終開始以菌落的形式存在，這就導緻了更複雜生物體的進化，這些生物體可以執行生命所必需的不同功能。這時基本上單細胞生物就變成了多細胞生物。

遺傳密碼：它能對進化說什麼。

遺傳密碼是普遍适用于幾乎所有的生物體，所以觀察生物的進化過程可以通過尋找某些基因序列的突變來實現。由于進化的需要，突變使得某些基因産生變異，并使最能适應環境的基因物種茁壯成長。突變發生在分子水平，但随後的産生的結果可以從形态學上表現出來。基因突變可以是單個核苷酸的删除或添加，也可以是一個核苷酸替換另一個核苷酸。但無論怎樣去添加删除或者替換，其結果都使得整個地球生物從整體方向上往前發展。

生物化學對生命的起源的方式已經給出了可能的結論，但這仍然留下了許多懸而未決的問題。我們雖然對生命的起源還存在争議，但古生物的化石記錄證明已經充分的證明了生物進化的過程，這一點我們毋庸置疑。

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