引发多次论战的生命起源问题，至今没有确切答案

面对地球长达 40 多亿年的演化历史，生命的诞生及生命诞生之初的环境对我们来说都是遥远、神秘而又无法直观感受到的。要还原生命起源的真相，不仅需要多学科的合作，更需要大胆地假设和小心地求证。

神创论

放射性元素的半衰期表明地球的年龄约为 46 亿年。生物究竟是如何诞生的？又是从何时开始诞生的？这是让人着迷却又难以得到完美解释的话题。在科技不发达的古代，人们都渴望了解，大自然中的生物都来自哪里？是神创造的？是自然产生的？还是由其他物种演变而来的？

在近代科学诞生之前，神创论占据着重要的地位。当时人类没有办法用科学理论来解释大自然中的种种神秘现象，于是就只能借助于神的力量。

《圣经》中曾描述：上帝创造了日月星辰、山脉河流、树木花草、飞禽走兽。然后上帝依照自己的模样创造了亚当，又用亚当的一根肋骨创造了夏娃。

神创论的一个重要特点：所有已经创造好的物种是不会再发生变化的，即使有所变化，那也是在很小的范围内发生一些改变，而不会变成另外的物种。

在科技并不发达的年代，对于眼前的世界，人类缺少最基本的认知，为了能够解释自然现象，人们只能大胆地幻想。

自然发生的小白鼠

在科技不发达的古代，关于生命起源萌生了很多在现在看来十分可笑的说法，这些观点却影响了学术界多年，支持者中不乏亚里士多德（Aristotle）和牛顿（Newton）这样的科学巨匠。

当时有一种自然发生论，它最核心的观点是：生命，尤其简单的生命，是由无生命的物质自然发生的。

最早支持自然发生论的人是亚里士多德。亚里士多德认为物质是自然发生的，甚至还给各种物质的来源编制了一个目录。

他认为，每一种物质的繁殖都需要“热量”。高等动物是通过“动物热”产生的，低等动物是在雨水、空气和太阳热的共同作用下从黏液和泥土中产生的。

在当时，这些观点却被认为是普适的真理。牛顿也曾为自然发生论摇旗呐喊，他认为植物是由逐渐变弱的彗星的尾巴形成的。

很多科学家都支持自然发生论。著名科学家海尔蒙特（Helmont）就曾提出：把糠和破布塞进一个瓶子里，将瓶子放在床底下就会生出来小老鼠。

海尔蒙特是 17 世纪著名的化学家和哲学家，他是引导炼金术向化学学科转变过程中的重要人物，也是最早发现二氧化碳的人。他认为木头等物质燃烧后得到的是野气，也就是我们常说的二氧化碳。

海尔蒙特在化学方面的工作是突破性的，但是在生物自然发生论上却摔了一个大跟头。但是，应该把这些说法放在当时的历史条件下去看，在科技极其落后的古代能够进行这样深入的思考，提出这样的观点，也是有一定贡献的。

“原始汤”中的生命

对于生命的起源，还有一种化学起源假说。

该假说的主要内容是，生命的诞生经历了两个主要阶段：第一阶段，在原始的大气和海洋中，发生了前期的化学反应，形成了最原始的有机物和生物大分子体系；第二阶段，这些大分子形成原始的生命。

化学起源假说中的原始地球海洋，充满了各种不定的因素，里面具备了化学反应发生的各种条件，也有大量的小分子物质，就像一锅诞生生命的“原始汤”。

“原始汤”的理论是由苏联生物化学家亚历山大・伊万诺维奇・奥巴林（Oparin, Alexander Ivanovich）和印度生物学家霍尔丹（Haldane）共同提出的。而我们经常提及的“原始汤”实验是由奥巴林所创造的。

奥巴林在 1936 年出版了《地球上生命的起源》，在该著作中，他提出了关于生命起源的假说。他认为在原始的地球大气中，充斥着大量的宇宙射线、紫外线、闪电等一些蕴含着大量能量的能量源，在它们的作用下，原始大气中的 CO₂、N₂、H₂S、H₂、NH₃ 等不断地发生着聚合反应，最终形成小分子化合物，如氨基酸、嘌呤、嘧啶、核糖等，这些都是构成大分子生命物质的基本成分。

原始的地球就像一个反应容器，内部火山持续喷发，温度很高，很多由火山喷发带来的气体，包括 CH₄、NH₃、HCN、H₂S、CO₂ 等共同组成了原始的大气，在强烈的紫外线、宇宙射线、高能粒子流、闪电等能量的作用下，合成了各种小分子化合物。

为了进一步验证假说的正确性，科学家们尝试模拟原始地球中的大气和海洋环境，看看能不能将无机物合成简单的生命基本物质，包括核酸和蛋白质的前驱体：氨基酸、多肽、核苷酸……

1953 年，美国芝加哥大学的研究生米勒（Miller）在导师的指导下，将水注入 500 毫升的烧瓶，同时把玻璃瓶中的空气抽走，加入模拟原始地球还原性大气的由 CH₄、NH₃、H₂ 等组成的混合气体。

实验中，他持续加热烧瓶，让水蒸气和模拟原始大气中的混合气体通过密闭的管道进入另外一个容量为 5 升的大烧瓶中，接着通过电火花放电来模拟原始大气中的雷电。

一周后，实验团队检测聚集在容器底部的溶液，看有没有简单的物质生成，这些溶液就相当于生成的物质被雨水冲淋后形成的原始海洋。

结果发现，这些经过放电冷却的溶液中存在 20 种有机物，其中包括 11 种氨基酸，而这 11 种氨基酸中有 4 种氨基酸是人体必需的氨基酸，它们分别是甘氨酸、丙氨酸、天冬氨酸和谷氨酸。

这个结果证实了奥巴林和霍尔丹假说的正确性。米勒对假说中还原性大气的成分进行了一些改动，他认为原始地球中还原性大气的主要成分应该是 CH₄、N₂，以及微量的 NH₃ 和 H₂O，因为大量的 NH₃ 会直接溶于水中。

随后米勒和同事又做了大量的实验，分别利用紫外线、β 射线、高温等作为能源，同时更换混合气体的成分，例如，用 H₂S 替代 H₂O，用 HCN 替代 CH₄，实验的结果表明都能够产生氨基酸小分子。氨基酸小分子产生之后，生命的起源就有了最基本的原料。

来自外太空的礼物

还有一种比较流行的观点：生命起源于外太空，也就是常说的“泛生假说”，又被称为“宇宙胚胎种源假说”。

1907 年，瑞典化学家斯万特・奥古斯特・阿列纽斯（Svante AugustArrhenius）最先提出了“宇宙胚胎种源假说”。他提出了这样一种观点：在广袤的太空中漂浮着大量的“生命胚种”，“生命胚种”就是生命最原始的形式，可以发展诞生出生命。

它们在太空中随着太阳风、黑洞压力等外力的作用四处飘荡。有机会伴随着陨石、彗星、星际尘埃等降落到一些星球的表面，如果恰好这个星球有合适的条件进行生命的孕育，那么就会诞生出最原始的生命。这样外太空的“生命胚种”就从一个星球传播到了另外一个星球。而地球上的生命正好来源于外太空的“生命胚种”，造就了地球上繁盛而多样的物种。

这种理论得到很多科学家的支持，包括美国国家航空航天局（National Aeronautics andSpace Administration, NASA）的天体物理学家，他们认为地球上的生命很可能是起源于 40 亿年前坠入海洋的彗星。

地球上也存在很多陨石，其中被研究得最为广泛的一颗是 1969 年坠落在澳大利亚默奇森镇的被命名为“默奇森”的陨石。

这颗陨石中含有 70 多种氨基酸，包括常见的甘氨酸、谷氨酸、丙氨酸等，还包括两种构成生命不可缺少的核酸分子：尿嘧啶和黄嘌呤。经过放射性碳测年分析，证实了这些分子都是在外太空就已经形成了，给“宇宙胚胎种源假说”提供了最直接的证据。

这样的假说存在着一些难以解释的问题。例如，在外太空中，存在着极具破坏性的射线，如紫外线等，它们对于生命物质，包括所说的“生命胚种”都有强烈的致死性，那么这些原始的生命物质是如何存活下来的呢？另外，在进入地球的过程中，还要经历一系列高温、高热的严酷环境的考验，地球上当时的生存环境也未可知，这些简单的蛋白质分子或者核酸分子能够在这样的环境下保持活性吗？

这种说法还有待进一步的证实。

在毒与热的深渊

关于生命的起源，还有一种假说得到了更多人的认可。这种假说认为生命应该是起源于原始的海洋底部。

1979 年，在太平洋中深达 2000 米的海底，发现了很多冒着黑色溶液的喷发口。黑色的溶液在被冰冷的海水冷却之后，形成一种独特的柱状体。柱状体附近存在很多原始的微生物群落，包括嗜硫细菌、古细菌等，它们可以通过氧化硫离子、锰离子、亚铁离子等物质来获取能量，将无机碳转化为有机碳。海底涌出的矿物元素也给这些细菌的繁殖和生长提供养分，形成了一个特殊的生态系统。

海底喷出的液体，温度高达 350 摄氏度，并且含有 H₂S、CH₄、CN 等小分子，为非生物有机合成提供了条件。这些化能自养的细菌可以利用热泉中喷出的硫化物中的能量去还原 CO₂，来制造有机物。

地质学的研究表明，海底热液喷口附近的环境条件和原始地球的环境极其相似，因此，很多科学家猜测原始的生命很可能就是起源于海底的水热环境中，而不是原先认为的原始大气。这样的环境中存在着大量丰富的还原性物质，可以通过氧化这些还原性的物质来提供能量，然后逐步地将无机物变成有机物，再从小分子合成大分子，继而逐步地孕育出生命。

这种假说得到了来自基因组测序结果的支持和地质学研究的支持。美国伊利诺伊大学的研究人员卡尔・沃伊斯（Carl Woese）等对海底热液口的细菌进行了基因组序列分析，得出结论：这些细菌是最简单、最古老的古细菌原核生物，与真细菌和真核生物并列为第三界，足以说明它的古老历史。

1996 年，美国基因组学研究所的研究人员也对太平洋海底的一种产甲烷的细菌进行了基因组序列分析，破译了 1700 个基因密码，确定了这类古细菌是与真细菌和真核生物不同的第三种分支，而且从起源的角度来说更为古老，借此推断这些古细菌是原始生命最早的形式。

另外，地质学上的证据也间接地支持了这一假说。在没有经受变质作用的古老岩石上会保存着生命活动所遗留下来的痕迹，这也是地质学中探索生命起源的重要依据。

1997 年，在格陵兰的伊塔地区发现了被认为是极其古老的岩石，该岩石经过分析已经有 38.5 亿年之久，也是迄今为止所发现的最为古老的海洋沉积物，在岩石中有明显的生物存在的痕迹，而在这么古老的年代就有生命活动的痕迹，也间接说明了生命起源于原始海洋底部的古细菌。

这种假说提出之后，也遭到了很多人的质疑。例如，有人认为在海底附近的高温会对化学反应的进行起到促进作用，但是高温也对组成生命体的蛋白质有着极强的破坏性；形成的黑色的柱状体复合物寿命很短，只有几十年的时间，这么短的时间内是无法孕育出生命的，并且周围的环境酸性太强，pH 值为 1~2，不利于生命的诞生；等等。

在生命起源的“百家争鸣”之下，出现过几次影响较大的科学争论。

第一次是在自然发生论与生源论之间展开的。生源论是相对于自然发生论而言的，由法国生物学家路易斯・巴斯德（LouisPasteur）所提出，即生物不能够自然发生，只能通过生物的繁殖产生。最终，巴斯德通过一系列精确实验提供了确凿的证据，宣告生源论的彻底胜出。

第二次争论是宇宙胚胎种源假说与化学起源假说的争论，由于在外太空广泛存在的紫外线和宇宙射线对于生命物质具有强烈的杀伤作用，因此化学起源假说占据了上风。

第三次争论的主角也是这两种理论，以奥巴林学说为代表的原始地表化学起源说已基本成熟并迅速推广开来，伴随着射电天文学和宇宙化学的飞速发展，宇宙中存在的大量有机物相继被发现，宇宙胚胎种源假说又占据了上风。

面对众说纷纭的假说，生命起源的真相究竟是什么，依然是一个未知数，也需要等待我们进一步的研究。

作者：刘锐

来源：《给青少年讲生命科学》

编辑：张润昕

本文来自微信公众号：原点阅读 （ID：tupydread），作者：刘锐

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