命的分水岭。生物体的变化，必须遗传给下一代才可以称之为进化，而遗传系统是生命的充分条件。一些能够便生物体更好地生存在严酷环境中的变异被保留下来，其余的则丢失了。生命必须进化一一能够进化正是生命的精髓所在。所有的地球生命具有细胞结构、遗传能力和一些其他方面的特征，这些被共同用来定义生命。4.2对于生命起源的认识众说纷绘。生命起源的理论我们无法让时光倒流去亲眼目赌生命的开始，那段历史也没有给今天留下任何目击者，所以到底最初的生命是如何起源的这个问题并不易回答。虽然地球的岩层能提供一些证据，但难以清楚地解读，而面临争端时岩石只会保持沉默。关于生命的起源，在理论上至少有以下三种可能：1.特创论(specialcreation)。某种神力或超自然力使生命形式降临在地球上。2.地外起源论(extraterrestrialorigin)。生命并非起源自地球，而是从地外行星来到地球上。3.自然发生论(spontaneousorigin)。生命由无生命的物质进化而来，在这一过程中，组成生命的化学物质间的联系越来越复杂。特创论。关于上帝或者某种神创造了生命的理论，是绝大多数宗教教义的核心内容。这是最古老同时也是最被广泛接受的生命起源的理论。举个例子来说，相信上帝创造各种生物的美国人数远远多于相信其他两种假说的人数。许多人甚至更为极端地认为，圣经关于上帝创造生命的故事是确凿无误的。这种观点形成了非常不科学的“科学神创论”的基础，将在21章中论及。地外起源论。泛种论（panspermia）或称生源说，认为流星或者宇宙尘埃可能携带着相当数量的复杂有机物质来到了地球，由此引发了生命的进化。成千上万的流星和彗星曾经撞到了早期地球上，最近的发现显示其中一部分的确携带了有机物质。其他行星也不排除存在生命的可能。比如，木星的卫星之一一一欧罗巴（Europa）冰层包裹的表面下液态水的发现，以及火星陨石中的化石所显示的迹象，都增强了这一想法的可信度。关于早期含碳物质的地外来源的假说虽然还
命的分水岭。生物体的变化，必须遗传给下一代才可以称之为进化，而遗传系统 是生命的充分条件。一些能够使生物体更好地生存在严酷环境中的变异被保留下 来，其余的则丢失了。生命必须进化——能够进化正是生命的精髓所在。 所有的地球生命具有细胞结构、遗传能力和一些其他方面的特征 、遗传能力和一些其他方面的特征，这些被 共同用来定义生命。 4.2 对于生命起源的认识众说纷纭 4.2 对于生命起源的认识众说纷纭。 生命起源的理论 我们无法让时光倒流去亲眼目睹生命的开始，那段历史也没有给今天留下任 何目击者，所以到底最初的生命是如何起源的这个问题并不易回答。虽然地球的 岩层能提供一些证据，但难以清楚地解读， 而面临争端时岩石只会保持沉默。 关于生命的起源，在理论上至少有以下三种可能： 1.特创论(special creation)。某种神力或超自然力使生命形式降临在地球上 。 。 2.地外起源论(extraterrestrial origin)。生命并非起源自地球 。 ，而是从地外行 星来到地球上。 3.自然发生论(spontaneous origin)。生命由无生命的物质进化而来 。 ，在这一 过程中，组成生命的化学物质间的联系越来越复杂。 特创论。关于上帝或者某种神创造了生命的理论，是绝大多数宗教教义的核 心内容。这是最古老同时也是最被广泛接受的生命起源的理论。举个例子来说， 相信上帝创造各种生物的美国人数远远多于相信其他两种假说的人数。许多人甚 至更为极端地认为，圣经关于上帝创造生命的故事是确凿无误的。这种观点形成 了非常不科学的“科学神创论”的基础，将在 21 章中论及。 地外起源论。泛种论（panspermia）或称生源说，认为流星或者宇宙尘埃可 能携带着相当数量的复杂有机物质来到了地球，由此引发了生命的进化。成千上 万的流星和彗星曾经撞到了早期地球上，最近的发现显示其中一部分的确携带了 有机物质。其他行星也不排除存在生命的可能。比如，木星的卫星之一——欧罗 巴（Europa）冰层包裹的表面下液态水的发现，以及火星陨石中的化石所显示的 迹象，都增强了这一想法的可信度。关于早期含碳物质的地外来源的假说虽然还
未被证实，但具有可检验性。实际上，美国国家航空和宇宙航行局（NASA）正着手一项欧罗巴登陆计划，希望能钻透其表面，再放入探测器来寻找究竞有无生命。自然发生论。大多数科学家目前接受“自然发生论”这一假说，认为生命由无生命的物质进化而来。按照这一观点，导致生命起源的力量是选择。当分子水平的变化增强了其稳定性使之更易长久存在时，这些变化将引发分子之间错综复杂的相互作用，最终进化形成细胞。科学的视角在本书中我们将着重探讨后两种假说，力图弄清楚单纯自然的力量能否导致生命的起源。如果能的话，这个过程又可能是怎样发生的。这并不是暗示第一种假说就肯定是错误，。三种假说都有正确的可能，况且后两种可能性并未排除神学和宗教（比如神力在进化过程中也可能起过作用）。然而，我们必须把我们的研究范围限制在对科学问题的探讨内，而仅有后两种可能性属于能够检验的假说。也就是说，二者的理论能够用实验来检验正确与否。在我们寻求答案时，我们必须回顾生命的早期历史。在35亿年前的岩层中，出现过简单的生命一一细菌的化石，这意味着生图4.5闪电。生命出现以前，地命在我们这个星球第一个10亿年的历史中便球大气中的简单分子相互化合已发生。为确定生命发生的过程，我们将首成较为复杂的分子。推动这些化学反应的能量可能来自雷电和先关注有机物是怎样产生的（图4.5)，然后再各种形式的地热能。考虑这些有机物怎样组成严整的细胞结构。目前仅有地外起源论和自然发生论是可检验的关于生命起源的假说
图 4.5 闪电。生命出现以前 。 ，地 球大气中的简单分子相互化合 成较为复杂的分子。推动这些化 学反应的能量可能来自雷电和 各种形式的地热能。 未被证实，但具有可检验性。实际上，美国国家航空和宇宙航行局（NASA）正 着手一项欧罗巴登陆计划，希望能钻透其表面，再放入探测器来寻找究竟有无生 命。 自然发生论。大多数科学家目前接受“自然发生论”这一假说，认为生命由 无生命的物质进化而来。按照这一观点，导致生命起源的力量是选择。当分子水 平的变化增强了其稳定性使之更易长久存在时，这些变化将引发分子之间错综复 杂的相互作用，最终进化形成细胞。 科学的视角 在本书中我们将着重探讨后两种假说， 力图弄清楚单纯自然的力量能否导致生命的 起源。如果能的话，这个过程又可能是怎样 发生的。这并不是暗示第一种假说就肯定是 错误，。三种假说都有正确的可能，况且后两 种可能性并未排除神学和宗教（比如神力在 进化过程中也可能起过作用）。然而，我们必 须把我们的研究范围限制在对科学问题的探 讨内，而仅有后两种可能性属于能够检验的 假说。也就是说，二者的理论能够用实验来 检验正确与否。 在我们寻求答案时，我们必须回顾生命 的早期历史。 在 35 亿年前的岩层中，出现 过简单的生命——细菌的化石，这意味着生 命在我们这个星球第一个 10 亿年的历史中便 已发生。为确定生命发生的过程，我们将首 先关注有机物是怎样产生的(图 4.5)，然后再 考虑这些有机物怎样组成严整的细胞结构。 目前仅有地外起源论和自然发生论是可检验的关于生命起源的假说
科学家对生命起源的地点存在争议虽然绝大多数研究人员一致认为，最初形态的生命随着原始地球的冷却和岩层的形成而出现，仍有少数人对此持有异议。生命起源于大洋边缘吗？随着对地球早期历史了解的增多，我们发现最早的生命极有可能出现并生活于高温环境下。从46亿年前到38亿年前的这段时间内，来自正在生长的太阳系的碎石不断撞击地球，使其表面保持高温熔化状态。当这一轰击逐渐停息，温度随之下降。到大约38亿年前，海水温度据推测降到了49℃到88℃之间（华氏120到190度）。在38亿年前到35亿年前期间，地球刚刚冷却到可以定居时，生命就出现了。也就是说，早期地球那种炼狱一般的高温，尽管今天的我们决不能忍受，当时却产生了生命。地球化学家们对原始大气的确切组成很少达成共识，一种普遍的观点是它主要包含二氧化碳（CO2）和氮气（N2），同时含有相当数量的水蒸汽（H2O）。原始大气可能还含有氢气（H2）以及氢元素与其他一些轻元素（硫，氮和碳）共价结合而成的化合物，如硫化氢（H2S），氨气（NH3）和甲烷（CH4）。因为它具有充足的能提供电子的氢原子，我们把这样的大气称作还原型的大气。在这种还原型大气中，形成生命必需的含碳有机物所消耗的能量要少于今天的大气。这种还原型的大气的成分，主要是根据当时环境中氧气的贫乏所做的推断。在含氧大气中，氨基酸和糖类会自发地与氧气发生反应，生成二氧化碳和水。这样的话，作为生命基石的氨基酸将不能稳定存在，也就不能聚合成有机大分子。一旦生命开始进行光合作用，大气的成分便发生了改变。光合作用利用太阳的光能在裂解水的同时形成复杂的有机分子，这一过程中会有气态氧气的放出。今天大气中约含21%的氧气。这一假说的批评者指出，在地球早期岩层中并无碳酸盐类的存在。这意味着当时的二氧化碳被都局限在大气内。如果是这样的话，生命出现以前的大气就不会是还原型的。这一假说的另一个问题是，生命出现以前的大气如果没有氧气存在的话，也就不会有臭氧。而没有臭氧层的保护，任何形成的有机物都会在紫外线的照射下
科学家对生命起源的地点存在争议 虽然绝大多数研究人员一致认为，最初形态的生命随着原始地球的冷却和岩 层的形成而出现，仍有少数人对此持有异议。 生命起源于大洋边缘吗？ 随着对地球早期历史了解的增多，我们发现最早的生命极有可能出现并生活 于高温环境下。从 46 亿年前到 38 亿年前的这段时间内，来自正在生长的太阳系 的碎石不断撞击地球，使其表面保持高温熔化状态。当这一轰击逐渐停息，温度 随之下降。到大约 38 亿年前，海水温度据推测降到了 49℃到 88℃之间（华氏 120 到 190 度）。在 38 亿年前到 35 亿年前期间，地球刚刚冷却到可以定居时， 生命就出现了。也就是说，早期地球那种炼狱一般的高温，尽管今天的我们决不 能忍受，当时却产生了生命。 地球化学家们对原始大气的确切组成很少达成共识，一种普遍的观点是它主 要包含二氧化碳（CO2）和氮气（N2），同时含有相当数量的水蒸汽（H2O）。原 始大气可能还含有氢气（H2）以及氢元素与其他一些轻元素（硫，氮和碳）共价 结合而成的化合物，如硫化氢（H2S），氨气（NH3）和甲烷（CH4）。 因为它具有充足的能提供电子的氢原子，我们把这样的大气称作还原型的大 气。在这种还原型大气中，形成生命必需的含碳有机物所消耗的能量要少于今天 的大气。 这种还原型的大气的成分，主要是根据当时环境中氧气的贫乏所做的推断。 在含氧大气中，氨基酸和糖类会自发地与氧气发生反应，生成二氧化碳和水。这 样的话，作为生命基石的氨基酸将不能稳定存在，也就不能聚合成有机大分子。 一旦生命开始进行光合作用，大气的成分便发生了改变。光合作用利用太阳的光 能在裂解水的同时形成复杂的有机分子，这一过程中会有气态氧气的放出。今天 大气中约含 21％的氧气。 这一假说的批评者指出，在地球早期岩层中并无碳酸盐类的存在。这意味着 当时的二氧化碳被都局限在大气内。如果是这样的话，生命出现以前的大气就不 会是还原型的。 这一假说的另一个问题是，生命出现以前的大气如果没有氧气存在的话，也 就不会有臭氧。而没有臭氧层的保护，任何形成的有机物都会在紫外线的照射下
很快分解。其他观点如果生命不是在起源于还原型大气的覆盖下的大洋边缘，它起源于哪里呢？在大洋的冰层下。一种假说认为生命起源于大洋的冻层下，仿佛现在覆盖未星的卫星一—Europa的冰层。然而，一切已有的证据都表明，原始地球温度之高，使冰冻层存在的可能性极小。在地壳的深处。这一假说认为生命起源于地壳的深处。GunterWachtershauser于1988年提出，生命可能是作为火山活动的副产品而出现的。在铁和镍的硫化物作为催化剂的作用下，火山喷发出的气体经过一系列重组，形了生命的结构原料。在后来的工作中，他和他的同事利用这一不导常的化学过程合成了氨基酸的前身（虽然他们并未成功地合成出氨基酸），并且将氨基酸联结成多肽。这一假说的批评者指出，他们实验中所使用的化学试剂的浓度，远远高出自然界所能形成的情况。在粘土中。另一些研究者们提出一种不寻常的假想一一生命是硅酸盐表面的化学反应的终产物。粘土的表面带有足以吸引有机分子的正电荷，加上它的斥水性，为生命的化学进化过程提供了潜在的反应场所。虽然听起来很有趣，但鲜有证据表明这一过程确实发生过。在深海的水热喷口。这一观点正变得越来越流行。它认为，构成生命的化学物质，在海底的水热喷口中的金属硫化物上被合成，生命随后就起源于那里。硫化物的作用，可能是本身带有的正电荷吸引了带有负电的有机物分子。一定程度上，这种观点的流行是由于一门新兴学科一一基因组学研究的结果，它表明目前地球上原核生物的祖先和栖息在深海水热喷口的细菌具有最近的亲缘关系，没有人能确定生命的起源究竟是发生在大洋边缘、大洋的冰层下、地壳的深处、粘土中还是深海的水热喷口。也许终有一天，其中之一会得到确证；或者，也许真正正确的理论还没有被提出
很快分解。 其他观点 如果生命不是在起源于还原型大气的覆盖下的大洋边缘，它起源于哪里呢？ 在大洋的冰层下。一种假说认为生命起源于大洋的冻层下 。 ，仿佛现在覆盖木 星的卫星——Europa 的冰层。然而，一切已有的证据都表明，原始地球温度之 高，使冰冻层存在的可能性极小。 在地壳的深处。这一假说认为生命起源于地壳的深处 。 。Gunter Wachtershauser 于 1988 年提出，生命可能是作为火山活动的副产品而出现的。在铁和镍的硫化 物作为催化剂的作用下，火山喷发出的气体经过一系列重组，形了生命的结构原 料。在后来的工作中，他和他的同事利用这一不寻常的化学过程合成了氨基酸的 前身（虽然他们并未成功地合成出氨基酸），并且将氨基酸联结成多肽。这一假 说的批评者指出，他们实验中所使用的化学试剂的浓度，远远高出自然界所能形 成的情况。 在粘土中。另一些研究者们提出一种不寻常的假想——生命是硅酸盐表面的 化学反应的终产物。粘土的表面带有足以吸引有机分子的正电荷，加上它的斥水 性，为生命的化学进化过程提供了潜在的反应场所。虽然听起来很有趣，但鲜有 证据表明这一过程确实发生过。 在深海的水热喷口。这一观点正变得越来越流行 。 。它认为，构成生命的化学 物质，在海底的水热喷口中的金属硫化物上被合成，生命随后就起源于那里。硫 化物的作用，可能是本身带有的正电荷吸引了带有负电的有机物分子。一定程度 上，这种观点的流行是由于一门新兴学科——基因组学研究的结果，它表明目前 地球上原核生物的祖先和栖息在深海水热喷口的细菌具有最近的亲缘关系。 没有人能确定生命的起源究竟是发生在大洋边缘、大洋的冰层下、地壳的 深处、粘土中还是深海的水热喷口。也许终有一天，其中之一会得到确证；或者， 也许真正正确的理论还没有被提出