第二节　生命起源

地球上最初的生命是怎样出现的？第一座“细胞之城”又是如何建造的呢？为什么世界上每个人都是“独一无二”的？人类和丑丑的黑猩猩真的是“亲戚”吗？传说中的“人类都是夏娃的后代”有科学依据吗？带着这些问题，让我们一起探索“生命起源”的奥秘。

　

“细胞之城”的诞生

据统计，地球上已发现约有150多万种动物、40多万种植物和20多万种微生物，它们共同构成了绚丽多彩的世界。地球上最初的生命是怎样出现的？第一座“细胞之城”又是如何建造的呢？

约46亿年前，地球诞生了。原始地球是一个毫无生机的沉寂世界，没有大气，没有水源，地表温度也极低。在地球绕太阳旋转的过程中，逐渐形成了地核、地幔和地壳，不断升高的地球内部温度使火山频繁喷发、岩浆横流，大量的水蒸气和化合物逸出地表，逐渐聚合形成最原始的大气圈。

在接下来约1亿年的时间里，地壳在不断地发生变化，有的地方隆起，有的地方下陷，形成了高原、山峰及平原、低谷；地球的温度也在慢慢下降，大气层中的水蒸气冷却后，一场场倾盆大雨从天而降，逐渐形成了湖泊和河流，最后汇聚形成了原始海洋。

漫天骄阳和雷鸣电闪给死寂的地球带来了生命的希望。在紫外线、闪电、热能的共同作用下，原始物质发生着剧烈的反应，逐渐形成了氨基酸、单糖、核苷酸等有机小分子物质。这些物质随着雨水、河流汇入海洋，碰撞、积聚、反应，逐渐形成了蛋白质、核酸等原始有机大分子物质。有机大分子在原始海洋里越积越多，浓缩形成了一团团的多分子体系，并被一层原始的薄膜包裹起来。它们从海水中吸收营养，排出废物，通过物质交换获得能量，甚至开始自我繁殖。原始生命就这样诞生了。

经过漫长的演化，大约在32亿年前，原始生命内部结构逐渐复杂化，并且形成了更为复杂的界膜——细胞膜，原核细胞就此诞生。原核细胞的遗传物质漂浮在细胞质里，没有核膜的包裹。据资料记载目前最早、最原始的原核生物证据是非洲南部距今31亿～32亿年的寒武纪早期岩层中发现的细菌和蓝藻的化石。

时间又过去了约20亿年，原核细胞逐渐演化为真核细胞。科学家们在美国加利福尼亚州距今12亿～14亿年的白云石中找到的绿藻和金藻的化石是目前最早证明真核细胞存在的证据。真核细胞由细胞膜、细胞质和细胞核3个部分组成，它与原核细胞最主要的区别是细胞核外包裹核膜，将遗传物质的载体——DNA分子保护于核膜内。真核细胞的细胞质结构也变得更为复杂，形成了形态、功能各异的细胞器。真核细胞的产生，使生物界的进化与发展速度大大加快。

生命的进化是永无止境的，未来的生物世界将会进入更高级、更复杂的阶段，世界也将变得更加精彩。

为什么每个人都是“独一无二”的

截至2021年4月，世界230个国家人口总数约75.9亿，仅中国人口就已突破14.0亿。每个人都有自己的特征，世界上没有两个人是完全相同的。究竟谁是生物性状的幕后操纵者呢？答案是遗传物质——脱氧核糖核酸（deoxyribonucleic acid，DNA）。除一些病毒外，地球上所有生物的遗传物质都由DNA构成。

英国生物物理学家克里克和美国的生物学家沃森是世界上最早揭开DNA分子结构之谜的科学家。他们发现DNA是由两条长链相互平行盘绕扭成的麻花样结构，人们称它为双螺旋结构模型。每条长链由脱氧核糖和磷酸交互排列而形成麻花的边缘，长链之间由一对含氮碱基连接，维系麻花双链结构的稳定性。碱基之间遵循着严格的配对原则：腺嘌呤（A）与胸腺嘧啶（T）配对连接，鸟嘌呤（G）与胞嘧啶（C）配对连接。虽然只有4种含氮碱基，但每条长链中的碱基的排列次序不同，这样就构成了DNA分子的多样性。人类的基因组中有30亿个碱基，组合形成的排列方式种类更是一个天文数字，这就是包括人类在内的生物界，物种形形色色、绚丽多彩的原因。

俗话说：“龙生龙，凤生凤，老鼠生儿会打洞。”这是生物界的普遍现象，这种“亲子相似”的现象叫作“遗传”。为什么孩子会和父母长得相像呢？这是因为DNA在复制时，氢键断裂，DNA双螺旋会从中分开，变成了两条脱氧核苷酸的单链。而每条单链都能作为母链并按照碱基互补配对原则，各自产生一条对应的子链，子链与相应的母链结合，便形成了一个新的DNA分子。这种复制方式称为DNA分子的“半保留复制”，它保证了亲代的生命密码能够像拷贝一样准确无误地遗传给子代。

为什么孩子和父母以及同父同母的兄弟姐妹之间不会长得一模一样呢？那是因为，人的体细胞是二倍体，含有两份DNA，一份来自父亲，一份来自母亲。所以人的每个基因都有两份（性染色体上的基因除外）。父母在产生精子或卵子的减数分裂过程中，一方面将遗传物质的份数减半，另一方面还会把来自父亲和母亲的基因进行“洗牌”。它会把来源于父母不同号的染色体随机组合，同时还能将父母染色体上的部分片段交换后重新拼接在一起。通过“洗牌”，来自父母的不同基因可以随机重组互换，这样产生的生殖细胞，其遗传组成就发生了新的变化，从而导致了同父同母的兄弟姐妹之间DNA的差异。因此，世界上的每个人都是“独一无二”的。

我和黑猩猩真的是“亲戚”吗

《猩球崛起》是大家都很喜欢的一部科幻片，片中主角黑猩猩“凯撒”憨萌、聪明的形象给观众留下了深刻的印象。而现实中的黑猩猩，真能如“凯撒”一样可以与人类媲美吗？在生物进化史上，人类与黑猩猩真的是“亲戚”吗？

基因是生物体携带和传递遗传信息的基本单位。随着分子生物学的发展，人们开始借助先进的工具对基因进行深入研究，并从遗传学角度找到了人类与黑猩猩是否是“亲戚”的答案。2003年，科学家根据人类基因组的核苷酸测序，绘制出了第一张人类基因组图谱，人体23对染色体约含有30亿个碱基对。同年，科学家也绘制出了黑猩猩的基因图谱，它有24对染色体，也含有约30亿个碱基对。研究者将二者的基因图谱比较、分析后发现，人类和黑猩猩约有85%～95%的基因是相同的。根据这一发现，科学家得出结论，人类和黑猩猩是近亲，是在约500万～700万年前由共同的祖先分化形成的。

我们都来源于同一个“夏娃”母亲吗

西方神话故事《上帝造人》，讲述了人类“始祖”亚当和夏娃的故事。实际上，科学家们一直在找寻着关于人类起源的科学答案。1987年，在权威杂志《自然》上发表的一篇论文提出了一种人类起源学说：世界上所有的人都是同一位被称为“线粒体夏娃”的母系祖先的后代，她生活在距今约20万年前的非洲。那么，我们真的都来源于同一个“夏娃”母亲吗？

要回答这个问题，我们首先要知道什么是“线粒体”？线粒体是细胞内的一种细胞器，它是细胞的“动力工厂”，能为细胞源源不断地输送能量。与人体细胞内的其他细胞器不同，线粒体拥有自己的遗传物质DNA分子，它们是双股环状的结构，看起来就像一个个戒指，游离在线粒体内。

众所周知，我们每个人都是由母亲的卵子和父亲的精子结合形成的受精卵发育而来。卵子是人体最大的细胞，呈圆球形，细胞质非常丰富。卵子的细胞质内除了漂浮着包括线粒体在内的各种细胞器外，还含有大量的营养物质，为胚胎的早期发育提供营养。来自父亲的精子与卵子相比就显得非常瘦小了。为了保证受精时能够游得更快，跑得更远，精子会变形为小蝌蚪的模样，大大的头承载着来自父亲细胞核内的一半遗传物质，几乎所有的细胞质都被舍弃了，只留下一个长长的尾巴提供动力。此外，受精时并不是整个精子都钻入卵细胞内，而只将头部携带的核遗传物质“注入”卵细胞中，身体并不进入，这就使得形成的受精卵几乎不含父亲的细胞质。我们由此可以得出，受精卵内的线粒体DNA全部来自卵子，属于母系遗传，任何人（无论男女）细胞内的线粒体DNA都是遗传自母亲，所以通过对线粒体DNA的研究，就可追溯人类母系亲代的由来。

在线粒体基因的传递过程中，也会像细胞核基因一样发生罕见的基因突变，改变原有的基因序列。随着时间的推移，线粒体基因积累的突变越多，后代个体之间线粒体基因序列的差异也越大。那么，如果两个个体之间线粒体基因序列差别越大，说明他们与共同祖先分离的时间越长；如果两个个体之间线粒体基因序列差别越小，说明他们与共同祖先分离的时间越短。所以，我们可以通过比较个体之间线粒体基因序列的差异，比较他们的亲缘关系的远近，然后根据进化过程中基因的突变率，计算出这些个体的共同祖先生活在什么时期。通过这种方式追踪线粒体基因的谱系，科学家发现，现存所有人的线粒体基因都来自20万年前的一位女性，她被形象地称为人类的“线粒体夏娃”母亲。