大千世界,芸芸众生;世间万物,纷繁各异;生生死死,花开花落。越过悠悠岁月之河,我们看到了什么?当第一缕生命之火燃起,照亮的是整个宇宙;人类对自身和自然的认识从幼稚走向成熟。
起初,有不少科学家相信“自然发生说”,认为低等生命物质可以从无生命物质中自然产生出来,这是因为他们看到腐肉中会生出蛆来,放久的粮食中能生出蛀虫,在我国古代也有“腐草化为萤”的说法。当时一些大科学家如笛卡儿(1596～1650)、牛顿(1642～1727)等都对这个学说深信不疑。意大利医生雷迪(1626～1687)对这种自然发生说产生怀疑,1668年他做了一个实验,他把一块块肉放入一个容器中,有的外面包上纱布,有的不包。结果证明,只有不包纱布被苍蝇叮过的肉才生蛆,包有纱布的肉没有生蛆。
后来随着科学的发展,显微镜出现,人们可以通过显微镜看到一些微生物,于是有人又认为,至少微生物可以从非生命物质中产生,所以,在雷迪实验以后的一个世纪里,微生物的自然发生说一直盛行不衰。
1765年,意大利一位博物学家斯帕朗扎尼(1726～1799)做了一个实验,他用两组瓶子,一组盛入肉汤后敞口,让空气可以自由出入,另一组瓶子盛入肉汤煮沸后封口,结果观察到,头一组瓶子里肉汤上长满霉菌,而封口的一组瓶子里仍然清新,因此他认为,即使对微生物自然发生说也不能成立。
随着现代科学的不断发展和科研水平的提高,关于生命起源问题,虽然一些细节还没有完全清楚,但大致答案已经得出了。原来,原始生命物质还是来自无生命物质。但这和我们前面提到的自然发生说没有一点共同之处。因为原始生命物质是从无生命物质经过一系列的化学变化而形成的。
那么,无生命的物质怎么能变成有生命的物质呢?随着科学技术的发展,特别是对有机化学和生物化学的深入研究,人们对生命物质有了更广泛的认识。原来构成生命物质主要成分的两种有机物是蛋白质和核酸,这两种物质都是高分子物质(分子质量较大的物质)。蛋白质分子是由一系列的低分子物质——氨基酸所构成。核酸是由一系列低分子物质——核苷酸构成,这些低分子的有机化合物又是由无机物合成的。于是有人推断,在原始地球上,可能就是先由无机物合成这些低分子的有机物,进而再形成原始的生命物质。
地球上这种原始生命的出现大约在46亿年前,此时,地球上的大气仍然处于缺氧状态,所以这样的原始生命只能进行简单的新陈代谢,它们悬浮在海水中,从周围海水中取食也只能通过简单的渗透作用进行。当时,地球的环境还很恶劣,地震和火山爆发喷出的岩浆可以把大片的海水煮沸;强大的宇宙射线,对原始生命的威胁更大。为何如此恶劣的环境条件没有把原始生命扼杀呢?这是因为当时原始海洋的面积已占地球的1/10,且这些原始生命在海洋中悬浮,有的处于上层,有的处于中层,也有的处于下层。而处于中层的这些原始生命可以说得天独厚,它们可以不受海面上的各种射线和海底放射性喷出物的影响。后来,大自然的雷电和太阳光紫外线的作用产生了臭氧,在地球周围离海面约20～25km的高空形成了一层臭氧层,阻止了宇宙射线对原始生命的杀伤作用,为生物的进化开创了良好的条件。
大约在三四十亿年前,原始生命经过极其漫长的演化过程,其内部的运动和外界条件相结合,原始界膜内的物质结构也日趋复杂化,并逐渐产生了细胞膜代替了原始的界膜,对内外的物质交换的控制作用更加完备,出现了简单的细胞。细胞的出现是生物进化史上又一次质的飞跃。又经过好几亿年的进化,其中的一些细胞产生了色素,现在植物绿叶里的叶绿素就是一种细胞色素,它可以利用太阳光进行光合作用,产生氧气。以后才出现了喜氧的细胞,利用氧气进行呼吸要比无氧状况下进行发酵产生更多的能量。
15亿到14亿年前,地球上出现有真正细胞核的细胞,称为真核细胞。真核细胞,无论在结构或代谢能力方面都大大地超越了原核细胞。真核细胞的构成较为复杂,有完整的细胞膜、细胞质和细胞核。膜系结构已较为复杂,在细胞质和细胞核之间有了明显的膜结构。真核细胞的出现是生物进化史上又一里程碑,真核细胞,使地球进入了一个生机勃勃的新时代,今天世界上的生物除细菌和低等藻类如蓝藻外,其他高等的植物和动物都是由真核细胞衍生和发展而来的(图1-19)。
图1-19 生命的演化过程
那么人们究竟是怎么认识细胞的呢?在此只进行一些简单的叙述。“细胞”这个词的出现,最早是在1665年英国化学家胡克的《显微图谱》一书中。当时胡克用显微镜观察了软木片的切面,他发现“软木片上充满了气孔,是个多孔的结构,形如蜂房”,软木片中除了围绕气孔的四壁或者说除了形同小盒的“细胞”外,几乎什么物质都没有,胡克所看到的细胞其实也就是细胞壁。胡克当时所画的刺荨麻叶腹面的显微图谱也同样清楚地显示了细胞壁轮廓。之后格鲁又把植物结构的研究推进了一步。19世纪30年代,德国植物学家施莱登和动物学家施旺通过更高级显微镜的观察建立了真正的细胞学说,他们所观察到的细胞才是具有完整结构的细胞。现在的“细胞”这一名词并非胡克当时所指的只有细胞壁的细胞,只是沿用胡克所提出的名词。细胞学说指出:“一切生物皆由细胞构成,细胞是生物体的结构和功能单位。”此后,普金叶使用“原生质”这一术语来描写细胞中的物质。
生物形态的演化是指直接的物种形式的生命形式的演变或演化过程,分为两个阶段:早期生物演化阶段和以后的生物演化阶段。早期生物演化阶段是指细胞形成以后到动植物分化这一阶段的生物演化阶段。生物是以单细胞形式存在的。由于环境变化的原因,进一步分化为原始的植物和动物,生物演化的高级阶段从植物和动物的分化开始,进入以后的生物演化阶段。这个阶段也称为生物演化的自组织阶段。其特点是食物的供给不再只依赖于外部环境的提供,而是在利用外部环境简单物质的同时,主要以生物界内部的循环式利用为主。这个演化阶段可分为单细胞生物演化阶段和多细胞生物演化阶段两个部分。在单细胞生物演化阶段,原核生物的植物种属分化为细菌和含有叶绿体的藻类,一部分原核植物演化为真核植物,出现了真菌和真核藻类。典型的单细胞动物是原生动物,为真核生物,原核生物中的动菌属于一种亚动物。动菌虽然能够运动,但和不动菌的取食方式却是一样的。原核生物向真核生物的演变过程,目前科学上还没有研究清楚,可能是不同种类的原核生物彼此之间接触共生,例如像链状的葡萄球菌那样,以后逐渐进化变异、合并为一体,演化为同一细胞的不同细胞器而形成的。多细胞生物的出现,则是生物界进一步发展的产物,这个过程历时很长,最初大约发生在5亿年以前,这是大气中游离氧积累到一定阶段的结果,生物体由此获得了更多的制造能量的物质,单细胞的生物体组织分化,向更复杂的生物体形式演变,更多的细胞共同生活成为可能,原来的单细胞生物逐渐发生了进一步的身体结构变化,形成了新的多细胞的同体,生长细胞组织功能分化器官形成,植物界大致从低等植物中的菌藻类开始,到高等植物中的苔藓植物、裸子植物和被子植物。动物界则大体是从单细胞的原生动物到多细胞的腔肠动物、线形动物、节肢动物等无脊椎动物进化为脊椎动物。
《生命起源新说》第1集——生命起源于外星人类