阿西莫夫最新科学指南-下 [美]-第24部分
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以这本书的出版不足为奇。
早期的学说
大部分的早期文化都发展出一些神话，讲述上帝或精灵创造
第一批人类（有时还有其他形式的生命）的过程。然而，很少有人
认为生命本身的形成完全是神的特权，至少，低等生物可能是由非
生物自然产生的，没有神的干预。例如，昆虫和蛆可能来自腐烂的
肉，青蛙来自泥土，老鼠来自霉烂的小麦。这种想法是根据实际观
察得来的，举一个最明显的例子，腐烂的肉的确会突然长出蛆来。
人们自然会设想，蛆是由肉形成的。
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亚里士多德相信自然发生说。中世纪的一些大神学家如托马
斯·阿奎那也都相信。还有哈维和牛顿。说到底，一个人亲眼看到
的证据是很难驳倒的。
第一个用实验验证这个信条的是意大利医生雷迪。1668年，
他决定检验一下蛆是否真是由腐烂的肉形成的。他把肉块分放在
数个罐子里，一些罐子口用细纱布盖上，另一些敞开着。结果，只
有敞口罐子里的肉生了蛆，苍蝇可以自由出入这些罐子。雷迪由
此断定，苍蝇在肉上产下极其微小的卵，蛆是由这些卵产生的。他
强调，如果没有苍蝇和卵，不管肉腐烂多久，也不会生蛆。
仿效雷迪的实验者证实了这个发现，于是，人们不再认为看得
见的生物来自无机物了。但是，在雷迪时期以后不久，人们发现了
微生物，许多科学家断定，至少这些形式的生命是由无机物变来
的。即使在纱布盖着的罐子里，肉很快也会开始长满微生物。在
雷迪实验后的两个世纪里，微生物可能使自然发生的信念一直非
常盛行。
首先对这个信念表示严重怀疑的还是一位意大利人，他就是
博物学家斯帕兰札尼。1765年，他摆出两组盛有肉汤的烧瓶，一
组开着口，暴露在空气里；另一组则先煮沸，杀死里面已有的任何
生物，然后再密封起来，不让可能在空气中浮动的任何生物进入。
第一组烧瓶里的肉汤很快就长满微生物，但煮沸后密封的肉汤却
一直保持无菌。斯帕兰札尼满意地证明，即使微生物也不能由无
生命的物质产生。他甚至还分离出一个单个的细菌，并看见它分
裂成两个细菌。
但这并没有使相信自然发生说的人信服。他们坚持认为，煮
沸破坏了某种生命的要素，所以在斯帕兰札尼煮沸后密封的烧瓶
里无法形成微生物。直到
1862年，巴斯德才似乎彻底解决了这个
问题。他设计了一个烧瓶，装有一个长鹅脖子似的横
S形瓶颈（见
第十三章 细 胞
第十三章 细 胞
图 13…7）。他拔去瓶口的塞子，使空气可以进入烧瓶，但灰尘颗
粒和微生物不能进入，因为弯曲的瓶颈可以起存水弯的作用，就像
厨房洗涤池下面的放泄弯管一样。巴斯德把一些肉汤放进烧瓶，
把横 S形瓶颈装上，再煮沸肉汤直到冒出蒸汽（把肉汤里和瓶颈里
的微生物全部杀死），然后等着看发展。结果肉汤仍然无菌，证明
空气里没有生命的要素。巴斯德的实验显然把自然发生说永久地
埋葬了。
所有这一切都给科学家留下了困惑的种子。如果生命既不是
神创的，又不是自然发生的，那么，它到底是怎样出现的呢？
图 13…7巴斯德检验自然发生说用的烧瓶
到 19世纪末，一些理论家走向另一个极端，认为生命是永恒
的。最流行的一种学说是阿伦尼乌斯（就是提出电离概念的那位
化学家）提出来的。 1907年，他出版了一本书，名为《宇宙在形成
中》，描述了一个一直有生命存在的宇宙，这些生命穿过空间进行
迁移，不断在新的星球上开拓居住地。生命是以孢子的形式旅行
的，孢子随意移动逃出星球的大气层，然后在太阳光压力的推动下
穿过空间。
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光的压力是一种可能的推动力，这种说法并不可笑。麦克斯
韦就首先预言辐射压力在理论上是存在的，而
1899年俄国物理学
家列别捷夫用实验证明这种压力确实存在。
当时，阿伦尼乌斯的观点认为，孢子被光辐射推动着，不断地
在星际空间里到处旅行，直到它们死去或落在某个星球上，在那里
它们会生长成活跃的生命并与已经存在的生命竞争，如果那个星
球还没有生命居住而又适合居住，它们就会给那个星球带去生命。
乍一看，这个学说显得很有吸引力。细菌孢子被一层厚被膜
保护着，非常耐冷和耐脱水，可以想象在真空的空间里会存活很长
的时间。而且，它们的大小正好使它们受太阳辐射向外压力的作
用大于太阳重力的向内引力。但是阿伦尼乌斯的说法在紫外线的
攻击下失败了。1910年，实验家们证实，紫外线能够迅速杀死细
菌孢子；而且在星际空间太阳的紫外线是很强的，更不要说其他一
些破坏性的辐射（如宇宙射线、太阳的
X射线以及像环绕地球的
范艾伦带那样的带电粒子区等）了。可以设想某个地方可能有抗
辐射的孢子，但是，据我们所知，由蛋白质和核酸构成的孢子无法
达到这种程度。诚然，
1966年，在双子座
9号航天器里，一些特别
有抵抗力的微生物受到外层空间的辐射，它们在未过滤的强烈阳
光下存活了
6个小时。但是我们所说的不是暴晒几个小时，而是
成年累月地暴晒。
此外，如果我们假设，地球上之所以有生命，是因为其他地方
产生的一些生命在地球上留下了种子，那么我们会问，生命在其他
地方又是怎样开始的呢？因此，这个种子的说法不能解决问题，只
是把问题转移到别的地方而已。
化学进化过程
虽然直到今天有些科学家仍然对传播种子的可能性很感兴
第十三章 细 胞
第十三章 细 胞
趣，但是大多数科学家认为，应该弄清楚地球上生命起源的合理机
制。
他们又回到自然发生说，不过有一点不同：巴斯德以前的观点
认为，自然发生是在现在发生的，进展很快；现在的观点则认为，自
然发生是在很久以前，而且经历了一个非常缓慢的过程。
自然发生不可能在现在发生，因为任何物质即使接近最简单
形式的生命所需要的复杂性，都会被已经存在的无数种生命的一
种作为食物而吸收。因此，自然发生只能发生在还没有生命存在
的星球上，而
35亿年前的地球可能就是这种情况。
另外，生命也不可能在富含氧的大气里产生。氧是一种活泼
元素，它可以与构成接近生命的化学物质结合，把它们再分解。但
是，正如我在第五章中所谈到的，科学家们认为，原始大气是一种
还原大气，不含游离的氧。事实上，一种可能是，地球的原始大气
是由含氢的气体如甲烷（
CH4）、氨（
NH3）和水蒸气（
H2O）组成的，
也许还有一些氢（H2）。
这样一个高度氢化的大气，我们可以称之为大气Ⅰ。通过光
离解，大气Ⅰ会缓慢地变成由二氧化碳和氮组成的大气（见第五
章），可称为大气Ⅱ。此后，在高层大气里形成一个臭氧层，自发的
变化就停止下来。那么，生命会不会在大气Ⅰ或大气Ⅱ中就已经
形成了呢？
尤里认为，生命是在大气Ⅰ里开始的。
1952年，S。 L。 米勒
（当时他是在尤里实验室工作的一位研究生）设计了一种模拟原始
大气的装置，他让水、氨、甲烷和氢的混合物在装置里循环，中间通
过一个放电器产生的电火花（模拟太阳的紫外线辐射）。一周后，
他用纸色谱法分析所得到的溶液，发现除了不含氮原子的简单物
质外，还有甘氨酸和丙氨酸（两种最简单的氨基酸），而且好像还有
一两种更复杂的氨基酸。
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S。 L。 米勒的实验有几个方面值得注意。首先，这些化合物形
成得快而且多，数量令人吃惊，他在实验开始时加入的甲烷有
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合成为更复杂的有机物，而实验仅仅持续了一周。
而且，在
S。 L。米勒的实验中形成的那类有机分子正是活组织
中所具有的。这些简单分子会变得越来越复杂，它们所走的路径
似乎直接地朝向生命。在后来更精密的实验中，这个朝向生命的
进程一直在继续着，但从未大量形成过似乎朝向陌生的非生命方
向的分子。
于是，艾贝尔森仿效
S。 L。 米勒的工作，以各种气体的不同组
合为起始物质，进行了多种类似的实验。结果发现，只要用含有
碳、氢、氧和氮原子的分子开始，就能形成蛋白质中通常具有的那
些氨基酸。电火花也不是实验的惟一能源。
1959年，两位德国化
学家格罗特和威森霍夫，设计了一种可以利用紫外线的实验，他们
也得到了氨基酸。
假如有人怀疑朝向生命是一条阻力最小的路径的话，请看这
样一个事实：20世纪
60年代后期，在外层空间的气体云里（见第
二章）发现的分子越来越复杂，这些分子代表着朝向生命的最初阶
段。如果是这种情况，那么，可能在由气体尘埃云形成地球的时
候，形成复杂分子的最初阶段就已经开始了。
所以，在地球刚形成的时候，可能就已经有许多氨基酸。
1970
年，人们找到了支持这个学说的证据。斯里兰卡出生的生物化学
家庞南佩鲁马研究了
1969年
9月
28日落在澳大利亚的一块陨
石。经仔细分析证明，陨石里含有微量的
5种氨基酸：甘氨酸、丙
氨酸、谷氨酸、缬氨酸和脯氨酸。这些氨基酸没有旋光性，所以它
们不是由生命过程形成的（因而它们的存在不是地球上污染的结
果），而是由
S。 L。 米勒烧瓶里发生的那种非生命的化学过程形成
的。
第十三章 细 胞
第十三章 细 胞
实际上，霍伊尔和一位印度同事威克拉马辛吉对这个发现留
下了极为深刻的印象。他们觉得这种合成远远超出了已经被发现
的东西。他们认为，在空间能够形成少量极微小的生命，虽然在天
文距离上探测不出来，却肯定具有重大意义。
不仅在遥远的气体尘埃云里，而且在我们太阳系的彗星里，都
可能形成这些小生命。因此，地球上的生命可能是由彗尾带给地
球的孢子开始的。（说实在的，几乎没有人把这个推测当回事。）
化学家们能不能在实验室里超越氨基酸阶段呢？这样做的一
个方法是，开始时使用较多种的原料，并让它们接受较长时间的能
源处理。这样就会产生越来越多的更复杂的产物。但是，这些产
物的混合物也会变得越来越复杂，因而更加难以分析。
化学家们可以利用的另一个方法是从后来的某个阶段开始，
可以把早期一些实验中形成的产物当作新的原料使用。
S。 L。米
勒的一个产品是氰化氢。1961年，西班牙血统的美国生物化学家
奥罗把氰化氢加入起始混合物中，他得到了比较丰富的氨基酸混
合物，甚至还有一些短肽；他还合成出嘌呤，特别是腺嘌呤，它是核
酸的一个重要成分。1962年，奥罗利用甲醛作为原料之一，制造
出了核糖和脱氧核糖，也是核酸的成分。
1963年，庞南佩鲁马也做了类似
S。 L。 米勒的实验，用电子束
作为能源，结果也有腺嘌呤形成。他和马里纳及萨根一起，进而把
腺嘌呤加入核糖溶液，在紫外线照射下形成了腺苷（一种把腺嘌呤
和核糖连接在一起的分子）。如果此时还有磷酸存在，磷酸也会被
连接起来，从而形成腺嘌呤核苷酸。假如加入
3个磷酸基，就会形
成腺苷三磷酸（
ATP）。在第十二章中已经讲过，腺苷三磷酸是活
组织的能量处理机制所必不可少的。1965年，他合成了二核苷酸
（2个核苷酸连接在一起）。如果在这个方面的各种实验所使用的
混合物里加入氨基氰（CNNH2）和乙烷（CH3CH3）一类的物质（这
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类物质在原始时期很可能存在），就会形成其他产物。因此，毫无
疑问，在原始的海洋和大气里，正常的化学和物理变化可能就是这
样发生的，从而形成了蛋白质和核酸。
在没有生命的海洋里形成的任何化合物都会保留和积聚起
来，因为没有生物（不论大小）去消耗它们或使它们腐烂。此外，原
始的大气中没有氧化和分解分子的游离氧，惟一可以分解复杂分
子的重要因素正是形成它们的紫外线和辐射能。不过，海流可能
把大量的这类物质带到了海洋中层的安全地带，既远离了紫外线
照射的海面，又远离了具有放射性的海底。实际上，庞南佩鲁马和
他的同事们已经估计出，足有
1％的原始海洋是由这些积聚的有
机物构成的。如果真是这样，这种物质会超过
1 000万亿吨。这
么大的数量足够各种自然力对付的了；在如此大量的物质中，即使
最复杂的物质也一定能在不太长的时期内形成（如果考虑到有
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亿年的时间可供利用，就更不成问题了）。
因此，完全可以合乎逻辑地推测，随着时间的推移，从原始海
洋和大气的简单化合物里出现了浓度越来越高的比较复杂的氨基
酸和简单的糖类；氨基酸结合形成肽；嘌呤、嘧啶、糖和磷酸结合形
成核苷酸；又经过若干年代，逐渐形成了蛋白质和核酸。最后一定
会发展到关键的一步——通过偶然的组合，形成能够诱导复制的
核酸分子。这个时刻标志着生命的开始。
因此，在生命自身的进化以前有一个化学进化的时期。
似乎一个单个的生命分子就足以使生命开始发展并产生出整
个世界的各种不同的生物，正如一个单个的受精卵能够产生一个
非常复杂的生物一样。在当时构成海洋的有机“汤”里，第一个生
命分子可能成亿成亿地迅速复制和自身一样的分子。偶然的突变
会产生形式稍有改变的分子，而那些在某方面�
