阿西莫夫最新科学指南-下 [美]-第25部分
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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，而那些在某方面比其他分子效率更
高的分子会牺牲它的邻居而繁殖起来，从而取代那些旧分子。如
第十三章 细 胞
第十三章 细 胞
果一组分子在温水中效率比较高，而另一组在冷水中效率比较高，
这样就会产生两个种，每个种都局限在最适合自己生存的环境中。
这样有机进化的过程就运转起来了。
即使一开始有多个独立存在的生命分子出现，也很可能效率
最高的一个比其他的都繁殖得快，所以今天所有的生命很可能是
由一个单个的原始分子传下来的。尽管现在存在着各种各样的生
物，但它们都具有相同的蓝图。它们的细胞都以大致相同的方式
进行代谢。此外，所有生物的蛋白质都是由
L…型而不是
D…型氨基
酸构成的，这一点似乎特别值得注意。也许发展成各种生命的原
始核蛋白碰巧是由
L…型氨基酸构成的；由于
D…型氨基酸不能与
L
型氨基酸结合成任何稳定的链，所以开始时碰巧由
L…型氨基酸构成
的蛋白质便一直自我复制而变得极其普遍了。（这并不意味着自然
界里完全不存在
D…型氨基酸。在某些细菌的细胞壁里和某些抗菌
素化合物里有
D…型氨基酸。不过，这些都是罕见的例子。）
最初的细胞
当然，从生命分子到我们今天所知道的生命仍然有很大的距
离。除了病毒以外，所有的生命都是由细胞构成的，而一个细胞
（不论以人为标准看上去多么小）在化学结构和相互关系方面是极
其复杂的。细胞是怎样开始的呢？
美国生物化学家
S。 W。福克斯的研究阐明了细胞起源的问
题。他认为，地球在很久以前一定非常热，因此单靠热能就足以使
简单的化合物形成复杂的化合物。1958年，为了验证这个假说，
福克斯把氨基酸的混合物加热，发现它们形成了类似蛋白质分子
的长链。这些类蛋白可以被消化普通蛋白质的酶所消化，并可以
作为细菌的食物。
最令人惊奇的是，当福克斯把类蛋白溶于热水中并让溶液冷
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却时，他发现类蛋白会凝集成小中心球，大小像小的细菌。以通常
的标准来看，这些中心球不是活的，但它们的表现却和细胞一样，
至少在某些方面是如此（例如，它们都有一层被膜）。往溶液里加
入某些化学药品，福克斯可以使中心球膨胀或收缩，非常像普通的
细胞。它们能够产生芽，有时芽似乎长大一点，然后脱落下来。中
心球能够分裂，一个分裂成两个，也能够凝集成链。
可能在原始时期，地球上形成了许多种这样微小而不完全有
生命的物质聚合体。有些聚合体特别富含
DNA并且非常善于自
我复制，但只能一般地储存能量；另一些聚合体储存能量比较多，
却不善于自我复制。最后，这些聚合体可能结合在一起，互相合
作，互相弥补缺陷，从而形成了近代的细胞。细胞比组成它的任何
单独部分效率都高。近代的细胞至今仍然含有细胞核（富含
DNA，但自身不能利用氧）和许多线粒体（能非常有效地利用氧，
但没有细胞核不能进行自我复制）。（事实上，线粒体仍然具有少
量的
DNA，这表明线粒体可能曾经是独立的实体。）
诚然，近些年来，人们越来越怀疑大气Ⅰ没有持续多久，而大
气Ⅱ几乎在开始时就有了。例如，金星和火星都有大气Ⅱ（含二氧
化碳和氮），当地球像金星和火星那样没有生命的时候，可能也是
有大气Ⅱ。
这并不是一个重大的改变。二氧化碳、水蒸气和氮仍然能够
形成简单的化合物。大概在雷电的影响下，氮和二氧化碳或水（或
二者）结合，可以转化成一氧化氮、氰化物或氨；然后，在阳光和其他
能源的作用下，分子的变化继续朝着生命的方向发展。
动物细胞
在大气Ⅰ和大气Ⅱ存在的整个阶段，原始的生命形态只有靠
把复杂的化学物质分解成比较简单的化学物质，并把这个过程中
第十三章 细 胞
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释放的能量储存起来，才能维持生存。比较简单的物质在太阳紫
外线辐射的作用下重新形成复杂的物质。一旦大气Ⅱ完全形成并
有了臭氧层，这些原始的生命形态挨饿的危险就会到来，因为紫外
线的供应切断了。
可是，到那时已经形成了一些类似线粒体的聚合体，它们含有
叶绿素（即近代叶绿体的祖先）。1966年，加拿大生物化学家霍德
森和
B。 L。 贝克用吡咯和甲醛（二者都可以用更简单的物质以米
勒式的实验合成）作为起始物质，只经过
3个小时的温和加热，就
形成了叶绿素的基本结构卟啉环。
在臭氧层形成的时候，含有最初原始叶绿素的聚合体尽管不
能有效地利用可见光，但一定比逐渐饿死的无叶绿素聚合体好得
多。可见光能够轻易地穿过臭氧层，而且可见光比较低的能量（与
紫外线相比）足以激活叶绿素系统。
最初利用叶绿素的生物体可能还不如今天的单个叶绿体复
杂。实际上，现在有
2 000多种叫做蓝绿藻的单细胞光合作用的
生物体（它们并不全是蓝绿色，但最初研究的一些是这种颜色）。
它们都是非常简单的原核生物，结构和细菌非常相似，只是它们含
有叶绿素而细菌没有。蓝绿藻可能是原始叶绿体的最简单的后
代，而细菌可能是失去叶绿素的叶绿体的后代，它们靠寄生或从死
组织及其成分中获取养分。
当叶绿体在原始海洋中繁殖的时候，二氧化碳逐渐减少而为
分子氧所取代，于是形成了现在的大气Ⅲ。植物细胞的效率不断
提高，每个细胞都含有许多叶绿体。同时，没有叶绿素的精细细胞
已不能靠以前的基础生存，因为除了在植物细胞里，海洋里不再形
成新的食物。然而，这些细胞虽然没有叶绿素，却具有精细的线粒
体装备，可以高效率地分解复杂分子并把分解时的能量储存起来，
因此，它们可以靠摄取植物细胞和剥夺植物细胞辛苦合成的分子
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来生存。动物细胞就这样产生了。最后，生物体变得非常复杂，开
始留下我们今天所看到的动植物的化石记录。
同时，从创造新生命的观点来看，地球环境发生了重大改变。
生命再不能由纯化学进化来产生和发展了。首先，最早使生命出
现的能量的形式（紫外线和辐射能）基本上消失或至少严重地减小
了；其次，已经确立的生命形态会将自生的任何有机分子很快地消
耗掉。由于这两个原因，实际上已经不存在任何由非生命变为生
命的新的独立的突破（除非人类在将来学会某种方法去干预）。我
们可以认为，自然发生在今天是根本不可能的。
其他星球上的生命
如果我们接受这个观点，即生命只是由物理和化学定律的作
用产生的，那么，我们就会得出这样的结论，生命很可能不局限于
地球。在宇宙的其他地方生命存在的可能性又如何呢？
当最初人们认为太阳系的各个行星都是一个世界时，理所当
然地认为它们的上面都住有生命，甚至有智慧生命。后来发现月
球上没有空气和水，因此很可能也没有生命，对此人们感到有些震
惊。
在具有火箭和探测器（见第三章）的现代，科学家们确信，不仅
月球上没有生命，而且除地球以外，内太阳系的其他行星上也都没
有生命。
外太阳系也没有多少生命存在的可能性。诚然，木星有一层
深厚而复杂的大气，可见云层的温度很低，但云层内部的温度很
高。某些地方深度和温度都适当，并且已经知道有水和有机化合
第十三章 细 胞
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物，人们会设想（如同萨根所提出的）那里可能有生命存在。如果
木星上有生命的话，三颗其他气体巨行星上可能也有生命。
此外，木卫二星上覆盖着一层冰；但是，由于木星潮汐效应会
使冰融化，所以冰下面可能是一个水的海洋。土卫六有一层由甲
烷和氮组成的大气，而且表面上可能有液态氮和固态有机化合物，
海卫一可能也是这种情况。可以设想，在这三颗卫星上可能存在
着某种形式的生命。
不过，这些都是推测而已。我们虽然可以满怀希望，但老实
说，不会得到什么结果。目前我们只能合理地假设，就太阳系来
说，似乎只有地球是一个生命的住所。但是，太阳系并不是宇宙的
全部。在宇宙的其他地方会不会有生命存在呢？
在已知的宇宙里，恒星总数估计至少有
1×1021（十万亿亿）
颗。在我们自己的银河系里，恒星数超过
2×1011（二千亿）颗。如
果所有这些恒星的发展过程都和我们所说的太阳系的形成过程一
样的话（即由大块的气体尘埃云凝集而成），那么，可能没有一颗恒
星是孤单的，而每一颗恒星都是含有不止一个星球的本星群的一
员。我们知道，有许多绕着一个共同中心旋转的双星。据估计，至
少有一半的恒星都属于含有两个或两个以上恒星的系统。
不过，我们真正需要的是一个多重星系，其中许多成员小得不
能自己发光，而且它们是行星而不是恒星。虽然到目前为止我们
还无法直接探测我们太阳系以外的任何行星（即使是最近恒星的
行星），但是我们可以收集间接的证据。在荷兰血统的美国天文学
家范德坎普的指导下，斯沃思莫尔学院的斯普罗尔天文台进行了
这项工作。
1943年，天文学家们发现，双重星系天鹅座
61中，有一颗恒
星运行有点不规则，他们推测一定还有第三颗小得不能自己发光
的星存在。这第三个成员（天鹅座
61C）的质量应该大约是木星的
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8倍，因此直径大约为木星的
2倍（假定它们的密度相同）。1960
年，又探测到一颗同样大小的行星在围绕着小恒星拉朗德
21185
运转（至少发现，用它的存在解释这颗恒星运行的不规则性最符合
逻辑）。1963年，对巴纳德恒星的仔细研究表明，那里也存在着一
颗行星，质量只有木星的
1～1。5倍。
在距离我们最近的恒星中，巴纳德恒星排第二位，拉朗德
21185排第三位，天鹅座
61排第十二位。一般来说，除非行星系
非常普遍，否则在这样靠近我们的地方存在着
3个行星系是极其
不可能的。当然，恒星的距离遥远，只能探测到最大的行星，甚至
连最大的行星也很难探测到。因此，哪里有超木星的行星存在，哪
里也会存在着比较小的行星，这种假设是完全合理的（甚至是必然
的）。
可惜，使人们假设这些太阳系外行星存在的观察很不清楚，而
且接近了能够观察的极限。天文学家一般都非常怀疑，这些行星
的存在已经真正得到了证明。
但是，一种新的证据接着出现了。
1983年，红外线天文卫星
（IRAS）绕地球轨道运行，它是为探测和研究天空中的红外线源而
设计的。8月，天文学家奥曼和吉勒特把探测系统对准了织女星，
他们惊讶地发现，织女星红外线的亮度比理论值大得多。进一步
的研究表明，红外辐射不是来自织女星本身，而是由靠近它的周围
发出的。
显然，织女星由一物质云层包围着，云层向外延伸的距离是冥
王星轨道到太阳的距离的
2倍。据推测，云层是由比尘粒大的粒
子组成的（或者它在很久以前就被织女星聚集起来了）。织女星比
我们的太阳年轻得多，因为它还不到
10亿年；同时，织女星的光度
是太阳的
60倍，所以星风比太阳强烈得多，星风可以起到不让粒
子聚集的作用。鉴于这两个原因，人们可以期望织女星有一个正
第十三章 细 胞
第十三章 细 胞
在形成过程中的行星系。在碎石组成的巨大云层中可能已经包括
一些行星般大小的物体，它们正在逐渐地清扫它们的轨道。
这一发现有力地支持了在宇宙中行星系大概就像恒星一样普
遍的假设。
但是，即使假设所有（或大部分）的恒星都有行星系，而且其中
许多行星如同地球般大小，我们还必须知道这些行星是否符合居
住的标准。美国空间科学家多尔在他的《适合人类居住的行星》
（1964）一书中，对这个问题作了特别的研究并得出某些结论，尽管
是推测，但很有道理。
他指出，首先，要拥有适合居住的行星，恒星的大小必须适当。
恒星越大，其寿命就越短；如果恒星过大，它的寿命就不足以让行
星完成形成复杂生命形态以前的漫长的化学进化过程。恒星过小
则不能给行星以足够的温暖，除非行星非常靠近恒星，但这样又会
受到潮汐效应的破坏。多尔的结论是，只有光谱型在
F2到
K1之
间的恒星才适合于给行星提供营养物，使人类在行星上舒适地生
活，这样的行星我们不需要太费力就可以定居下来（假如星际旅行
能实现的话）。多尔估计，在我们的银河系里有
170亿颗这样的恒
星。
这样的恒星可能拥有一颗适合居住的行星，也可能没有。多
尔估计了一个大小适当的恒星拥有一个质量适当、距离适当、公转
周期和轨道适当的行星的概率。在进行了他认为是合理的估计以
后，他断言，仅在我们的银河系里可能就有
6亿颗适合居住的行
星，而且其中每一颗都已经有了某种形式的生命。
如果这些适合居住的行星在整个银河系里分布得比较均匀的
话，多尔估计，每
8万立方光年里就会有一颗适合居住的行星。因
此，离我们最近的一颗适合居住的行星可能有
27光年远；而在距
离我们
100光年的范围内，可能共有
50颗适合居住的行星。
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