第4讲 生命的起源

《生命的起源与进化》之启示录第一讲生命的解读第二讲宇宙的诞生（137亿年前）第三讲地球的诞生（46亿年前）第四讲生命的起源●生命是从哪里来？●先有鸡还是先有蛋？●生命是何时开始？一、生命是从哪里来？“道生一，一生二，二生三，三生万物。万物负阴而抱阳，中气以为和。”（老子）“道，可道，非常道……有物混成，先天地生，寂兮寥兮。独立而不改，周行而不殆，可以为天下母，吾不知其名，字之曰道。”（老子）1、神创论“起初，神创造天地”。生命是由超物质的力量产生的。上帝第一天创造昼夜，第二天创造天空，第三天创造陆地、海洋和植物，第四天创造日月，第五天创造动物，第六天创造男人亚当。亚当问上帝，为何世间万物独有我如此孤独？于是，上帝取他的肋骨制造了女人夏娃。诺亚方舟神创论认为，生命是由上帝或神按照一定的目的，一次性地创造出来的。很显然，将生命的起源极为简单地推到一个不可知、也无法证明的上帝和神的身上，显然是愚昧无知和极不科学的。我国有“盘古开天地、女娲造人”传说。“俗说天地开辟，未有人民，女娲拌黄土做人，剧务力不暇供，乃引绳于泥中，举以为人。故富贵者黄土人也，贫贱凡庸者泥人也。”2、自然发生论古希腊思想家、哲学家亚里斯多德认为，生命是从非生命物质中自然发生的，“有些鱼由淤泥及砂砾发育而成”。“腐草化萤”“腐肉生蛆”17世纪，意大利医生雷迪通过实验证明：蛆来自苍蝇卵，腐肉不能生出蛆，否定了自然发生论。腐肉不能生出蛆，但会发臭变质，为什么？1676年，列文虎克发明了显微镜，发现了微生物，是微生物导致腐肉发臭变质。那么，腐肉中的微生物可以自然发生吗？1860年，巴斯德利用曲颈瓶实验，证明肉汤本身不能生长出微生物，从而彻底否定了自生论，提出“一切生命来自生命”。空气中的微生物进入瓶中煮沸可杀死微生物3、宇生论认为“一切生命来自生命”，地球上原始生命来自宇宙空间。陨石坑宇宙中的“生命胚种”（细菌）随着彗星（陨石）跌落在死气沉沉的地球上，成为最初的生命起点。从地球外空间或星体（彗星、火星、月球）和天外飞来的陨石中已找到40多种有机物，尤其是氨基酸、核苷酸。高速撞击的火花可引发聚合反应，生成蛋白质和核酸等，进而形成原始生命。宇生论反对者：“生命胚种”不可能到达地球。●已发现的星球上没有氧气，温度接近绝对零度，不具备保存生命的条件。●宇宙间充满有强大杀伤力的紫外线、X射线。●无法解释“宇宙中的生命又是怎样起源的？”4、化学起源论这是目前关于生命起源的主流观点，认为生命是由非生命物质产生的，起源于原始沸腾海洋，是宇宙进化到某一阶段的必然产物，但不是在现有条件下由非生命物质突然产生的。1936年，奥巴林将生命起源的历史分为四个阶段：第一阶段由简单无机小分子到复杂有机小分子原始地球并不是生命的乐园。随着地表的冷却，水的积累，在原始海洋和大气中，出现简单的有机小分子，如H2、CH4、H2S、CO2、NH3、H2O。由简单的无机小分子合成复杂的有机分子有机酸、氨基酸、单糖、脂类、嘌呤、嘧啶、核苷酸，等等提供能量（生命的火花）太阳辐射火山爆发雷鸣电闪1953年，米勒模拟原始地球条件，用电击提供能量，从无机小分子得到复杂的有机小分子，如氨基酸（生命基本组分），提示生命能在原始大气中通过化学反应产生。原始海洋→原始大气→第二阶段由有机小分子到生物大分子有机小分子随雨水汇集到原始海洋，沉积于海洋岸边的岩石、沙土表层中，吸收能量，聚集成生物大分子，包括蛋白质（氨基酸）、核酸（核苷酸）等。第三阶段由生物大分子到多分子体系浓缩凝聚生物大分子形成以蛋白质和核酸为主的小颗粒（多分子体系），具有生命特征：●具有原始代谢特征●可以“增长”和“繁殖”之后，多分子体系的表面逐渐形成“界膜”，构成一个独立体系，依靠渗透作用进行物质交换。病毒可能是早期生命，为非细胞形态，仅由蛋白质和核酸构成。有些病毒具有囊（包）膜。流感病毒浓缩凝聚第四阶段从多分子体系到原始细胞（生命）最后，多分子体系表面的“界膜”发展为原始的细胞膜，具有选择通透性，以保证多分子体系与外界环境之间物质和能量的更有效交换，原始细胞—古细菌诞生。浓缩凝聚原始细胞的酶系逐渐集中，形成核糖体（生物合成），代谢系统趋于有序化；DNA分子集中于中央区形成原始核（遗传信息）。随着原始细胞有序化和组织化程度的提高，最终产生原始生命：古细菌。之后发展为真细菌。古细菌不过，从非生命到生命（细胞）仅一步之遥，却难以人工重现生命！“灵魂”存在乎？二、生命起源的“鸡-蛋悖论”生命的基本单位是细胞。分子生物学认为，生命是由核酸和蛋白质等组成的分子体系。那么，是先有蛋白质（鸡）还是先有DNA（蛋）？先有鸡还是先有蛋？蛋白质（protein）：是生命的物质基础，是由氨基酸（基本单位）按一定顺序和方式结合而成的多肽链。没有蛋白质就没有生命。核酸（nucleicacid）主要功能是贮存和传递遗传信息，包括核糖核酸（RNA）和脱氧核糖核酸（DNA）两大类，由5种碱基（A、T/U、G、C）组成。tRNADNA生命的二大基本特征：①能储存和传递遗传信息。②具有催化功能，能自我复制。信息分子功能分子中心法则信使RNA解旋酶生命的起源●先有蛋白质DNA聚合酶DNA：能储存遗传物质（基因），但DNA复制、转录和翻译均离不开酶（蛋白质）的催化作用。生命的起源●先有DNA蛋白质的合成需要DNA作为模板（蛋白质）疯牛病的病原体是朊粒（朊病毒），其本质就是蛋白质，不含任何核酸。朊粒可自我复制，可作为遗传物质，贮存、复制和传递生命信息。因此，强有力地支持生命起源的“先有蛋白质”学说。生命的起源●先有DNA（蛋）？Yes/No！●先有蛋白质（鸡）？Yes/No！●先有RNA（既是鸡又是蛋）？RNA分子具有生命的二大基本特征：①能储存和传递遗传信息，如mRNA；流感病毒、艾滋病病毒等不含DNA，仅含RNA。②具有催化功能，能自我复制。1982年发现具有催化功能的RNA分子-核酶，打破了“酶是蛋白质”的传统观念。在生命起源的早期阶段，仅仅存在一个完全由RNA分子构成的分子体系，即“RNA世界”，其遗传信息由RNA分子储存，信息的传递及RNA分子的自我复制由核酶来完成。因此，该系统可生存并进化，成为原始生命。RNA世界假说（RNAworldtheory）之后，RNA分子的信息储存功能由结构更加稳定的DNA分子代替，催化功能由催化能力更强的蛋白质（酶）取代，形成现代生命体系，构建“DNA—蛋白质世界”。最后，产生生命的基本单位—细胞。RNA分子来自哪里?核苷酸RNA分子的可能来源●是地球上自发产生的。但在模拟原始地球条件下，不能合成RNA。●从天外来到地球的。可见，“RNA世界”学说仍缺乏足够的证据，“鸡-蛋之争”仍将继续。迄今为止，关于生命起源的理论都是推测和想象出来的。由于缺乏能够证明或是推翻这些理论的确凿证据，仍然没有一种被广泛认可的生物起源理论。“一切皆有可能！”（Anythingispossible）DreamNeverAbandoned.三、生命是从何时开始？1650年，一位爱尔兰大主教根据《圣经》的描述，计算出上帝创世的确切时间是公元前4004年，而另一位牧师甚至把创世时间更加精确地计算到公元前4004年10月23号上午9点。要科学回答生命起源的时间，可从化石（fossil）中寻找答案。化石是生物死亡后钙化、硅化或碳化的遗体、遗物和生活痕迹。由于某种原因被埋藏在地层中，经过若干万年的复杂变化而逐渐形成的，可作为研究地球上生命起源与进化的主要证据。地质历史中形成的岩层及化石，就像一部编年史书，地球生物的演化历史，就深深埋藏在这些岩石和化石之中。地球最早生命的证据：发现于澳大利亚的一团蓝藻的化石，已固化为叠层石，距今34亿年。四、生命是从何地开始？地球原始大气层缺乏臭氧层，因此，陆地上不可能诞生生命。生命只能起源于深深的海洋。因为海水可阻挡太阳紫外线等宇宙射线；有丰富的营养物质。在黑暗深海底热泉喷口（“黑烟囱”）存在大量的微生物，可依靠海底裂隙中不断上升的地热获取能量，直接摄取海水中的有机物。因此，热泉生态系统可能是孕育生命的理想场所（“生命摇篮”）。温度高达350℃现今发现的古细菌生活在缺氧、高温、高压、偏酸、含硫和无光的极端环境，与海底热泉喷口及早期地球环境很相似，提示在原始海洋海底热泉喷口先产生古细菌，再演变为真细菌。生命诞生于异常艰苦的环境，具有不屈不挠的无穷的创造力。生命的历史未必是循序的，但肯定是难以预料的。地球上的生命起源是通过一系列意外的偶发事件来实现的。科学家正在为探索生命在何时何处以及怎样（这是最重要的）出现而作出不懈的努力。137亿年前宇宙诞生35亿年前生命诞生漫长而艰辛的生命进化之旅谢谢！