第7单元 生命的演化——第21章 生命的发生和发展——第1节 生命的起源

科学家们估计，现今地球上有500多万种生物，它们共同组成了一个丰富多彩的生命世界，人类也是这个世界中的一员。那么，地球上的生命是怎样发生和发展的呢？我们人类自身又是怎样起源和进化的呢？这就是本章要讨论的话题。
地球上的生命是怎样发生的？这是一个人们十分想得到答案的问题。关于这个问题，你一定听到过许多神话般的故事，也阅读过相关的科普文章。请将你获得的有关信息在组内同学间进行交流。
关于生命的起源，自古以来就有过多种臆测和假说。有些人认为，生命的产生来自天意，是由神或上帝创造的。多数人则认为，生命是由非生命物质随时自发地发生的。例如，我们的祖先相信“腐草化萤”“腐肉生蛆”；古埃及人相信尼罗河谷的蛙和鳝鱼都是淤泥经日光照射而产生的。17世纪前，很多科学家也相信这种观点，如海尔蒙特(J.B.van Helmont，1580—1644)提出，将谷糠和破布塞入瓶中，静置于暗橱内，21d后就会生出小鼠。牛顿(Isaac Newton，1643—1727)则认为，植物是由逐渐变弱了的彗星尾巴形成的。

生命是自然发生的吗
意大利医生雷迪(Francesco Redi，1626—1697)不相信腐肉能够生蛆，他于1668年用10多种动物的生肉或熟肉，做了下列实验：在4个无盖的瓶里放进不同的动物肉块；同时，在4个带盖的瓶里也放进肉块，并用石蜡密封瓶口。雷迪看到，一群苍蝇在开口瓶的肉块周围活动，随后的观察发现苍蝇产下了卵。过一段时间后，开口瓶里的腐败肉块生蛆，而蜡封瓶里的腐败肉块没有生蛆。通过进一步观察苍蝇卵的发育过程，他认为蛆是由苍蝇的卵孵化成的。
许多人对雷迪的实验设计及结论持有异议。这些人认为，空气是生命发生的必需条件，蜡封瓶里由于没有空气进入，所以瓶里的腐肉不能生蛆。为此，雷迪改用纱网代替石蜡罩住瓶口，空气能够进去，但苍蝇飞不进去。结某，有网罩的瓶里腐肉不能生蛆，无网罩的瓶里腐肉生蛆。
雷迪去世后，人们在用显微镜观察腐肉时，发现了肉眼看不见的微生物。于是，又有人认为，虽然肉眼可见的生命不能自然发生，但是肉眼看不见的生命还是可以自然发生的。为了研究生命能否自然发生的问题，19世纪60年代，法国学者巴斯德(Louis Pasteur，1822—1895)进行了著名的“鹅颈烧瓶”实验。
巴斯德将一个烧瓶放在火焰上，拉出细长呈“S”形的鹅颈，鹅颈瓶中放入培养液后进行灭菌。由于瓶颈呈“S”形，空气能够自由进入灭菌处理后的烧瓶中，带有微生物的灰尘颗粒却沉积于弯管底部而不能进入瓶内。经过较长的一段时间，由于鹅颈瓶内培养液未受到微生物污染，没有变质和产生生命。如果将鹅颈瓶的瓶颈打断，培养液中很快就长满微生物。
巴斯德“鹅颈烧瓶”实验的结果使人们坚信：“生物只能来源于生物，非生命物质绝对不能随时自发地产生新生命”，这一观点称为“生生论”，生生论推翻了自然发生论。

化学进化可能吗
尽管巴斯德证实，在现在的地球条件下，新生命绝对不能由非生命物质自然发生，但仍没有解决地球上生命起源的问题。地球上的生命究竟是怎样发生的呢？至今科学家们已提出两种推测：一种认为，生命是在原始地球条件下起源的，是由非生命物质通过化学途径逐渐进化来的；另一种认为，宇宙中其他星球可能有生命存在，地球上的生命来源于其他星球。
持化学进化观点的学者认为：在原始地球中，天空中有时烈日似火，有时雷鸣电闪；地表熔岩滚滚，火山喷发。原始大气的主要成分有氨(NH₃)、氢气(H₂)、甲烷(CH₄)和水蒸气(H₂O)等，但没有游离的氧。在紫外线、闪电、热能和宇宙射线的激发下，原始大气中的各种成分分子相互作用而形成有机小分子，这些有机小分子随着雨水汇入热汤似的原始海洋。在原始海洋中，有机小分子经过长期演变，最终形成最简单的原始生命形式。总之，在原始地球条件下，有机小分子的形成是生命发生的开端。
在原始地球条件下能够形成有机小分子吗？许多学者试图通过实验来验证这个问题。1953年，美国科学家斯坦利·米勒(Stanley Miller，1930—2007)设计了一个模拟原始地球条件的实验装置，该装置的火花室与冷凝器相连，其中流动着水蒸气、氢气、氨和甲烷等混合气体，火花室里还模拟闪电和宇宙射线给混合气体提供能量。1周后，在装置底部实验瓶的水溶液中，发现了多种有机小分子，其中有些是组成生命物质的成分。米勒实验的结果表明，在类似于原始地球的条件下，无机小分子可以生成有机小分子。
科学家还根据大量的实验资料，以及地质学、太空学、古生物学等提供的证据，推测由有机小分子演变为原始生命的过程大约持续了4亿年。迄今发现最早的古细菌化石，存在于距今35亿年~34亿年的古老地层中。由此可见，在原始地球条件下，由非生命物质演变为原始生命的化学进化，是经过漫长的时间才实现的。