给青少年讲生命科学
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1.5 在毒与热的深渊

目前,关于生命的起源,还有一种假说得到了更多人的认可。这种假说认为生命应该是起源于原始的海洋底部。

1979年,在太平洋中深达2000米的海底,科研人员发现了很多冒着黑色溶液的喷发口。这些黑色的溶液在被冰冷的海水冷却之后,迅速地堆积形成一种独特的柱状体。这些柱状体附近存在着很多原始的微生物群落,包括嗜硫细菌、古细菌等,它们可以通过氧化硫离子、锰离子、亚铁离子等物质来获取能量,将无机碳转化为有机碳。而海底涌出的丰富矿物元素也给这些细菌的繁殖和生长提供了充足的养分,这样就形成了一个特殊的生态系统。

海底火山口

海底喷出的液体,温度高达350摄氏度,并且含有H2S、CH4、CN等小分子,为非生物有机合成提供了条件。这些化能自养的细菌可以利用热泉中喷出的硫化物中的能量去还原CO2,来制造有机物。

地质学的研究表明,海底热液喷口附近的环境条件和原始地球的环境极其相似,因此,很多科学家就猜测原始的生命很可能就是起源于海底的水热环境中,而不是原先认为的原始大气。那么在这样的环境中,就有了孕育生命的可能,因为在这样的环境中,存在着大量丰富的还原性物质,可以通过氧化这些还原性的物质来提供能量,然后逐步地将无机物变成有机物,再从小分子合成大分子,继而逐步地孕育出生命。

这种假说得到了来自基因组测序结果的支持和地质学研究的支持。美国伊利诺伊大学的研究人员卡尔·沃伊斯(Carl Woese)等对海底热液口的细菌进行了基因组序列分析,得出结论:这些细菌是最简单、最古老的古细菌原核生物,与真细菌和真核生物并列为第三界,足以说明它的古老历史。1996年,美国基因组学研究所的研究人员也对太平洋海底的一种产甲烷的细菌进行了基因组序列分析,破译了1700个基因密码,确定了这类古细菌是与真细菌和真核生物不同的第三种分支,而且从起源的角度来说更为古老,借此推断这些古细菌是原始生命最早的形式。

另外,地质学上的证据也间接地支持了这一假说。我们知道,在没有经受变质作用的古老岩石上会保存着生命活动所遗留下来的痕迹,这也是地质学中探索生命起源的重要依据。1997年,在格陵兰的伊塔地区发现了被认为是极其古老的岩石,该岩石经过分析已经有38.5亿年之久,也是迄今为止所发现的最为古老的海洋沉积物,在岩石中有明显的生物存在的痕迹,而在这么古老的年代就有生命活动的痕迹,也间接说明了生命起源于原始海洋底部的古细菌。

甲烷八叠球菌属古生菌

这种假说提出之后,也遭到了很多人的质疑。例如,有人认为在海底附近的高温会对化学反应的进行起到促进作用,但是高温也对组成生命体的蛋白质有着极强的破坏性;形成的黑色的柱状体复合物寿命很短,只有几十年的时间,这么短的时间内是无法孕育出生命的,并且周围的环境酸性太强,pH值为1~2,不利于生命的诞生;等等。

在生命起源多种假说的“百家争鸣”之下,还出现过几次影响较大的科学争论。第一次是在自然发生论与生源论之间展开的。生源论是相对于自然发生论而言的,由法国生物学家路易斯·巴斯德(Louis Pasteur)所提出,即生物不能够自然发生,只能通过生物的繁殖产生。最终,巴斯德通过一系列精确实验提供了确凿的证据,宣告生源论的彻底胜出。第二次争论是宇宙胚胎种源假说与化学起源假说的争论,由于在外太空广泛存在的紫外线和宇宙射线对于生命物质具有强烈的杀伤作用,因此化学起源假说占据了上风。第三次争论的主角也是这两种理论,以奥巴林学说为代表的原始地表化学起源说已基本成熟并迅速推广开来,可是半路杀出个程咬金,伴随着射电天文学和宇宙化学的飞速发展,宇宙中存在的大量有机物相继被发现,宇宙胚胎种源假说又占据了上风。

生命的起源

面对众说纷纭的假说,生命起源的真相究竟是什么,依然是一个未知数,也需要等待我们进一步的研究。但是我们相信,终究有一天,我们能够顺利地揭开它的神秘面纱!