1.3　“原始汤”中的生命

对于生命的起源，还有一种化学起源假说，相比自然发生论，这一假说更容易获得多数人的认可。该假说的主要内容是，生命的诞生经历了两个主要阶段：第一阶段，在原始的大气和海洋中，发生了前期的化学反应，形成了最原始的有机物和生物大分子体系；第二阶段，这些大分子形成原始的生命。

化学起源假说中的原始地球海洋，充满了各种不定的因素，里面具备了化学反应发生的各种条件，也有大量的小分子物质，就像一锅诞生生命的“原始汤”。“原始汤”的理论是由苏联生物化学家亚历山大·伊万诺维奇·奥巴林（Oparin, Alexander Ivanovich）和印度生物学家霍尔丹（Haldane）共同提出的。而我们教科书中经常提及的“原始汤”实验是由奥巴林所创造的。

原始海洋的图景

原始汤

奥巴林在1936年出版了《地球上生命的起源》，在该著作中，他提出了关于生命起源的假说。他认为在原始的地球大气中，充斥着大量的宇宙射线、紫外线、闪电等一些蕴含着大量能量的能量源，在它们的作用下，原始大气中的CO₂、N₂、H₂S、H₂、NH₃等不断地发生着聚合反应，最终形成小分子化合物，如氨基酸、嘌呤、嘧啶、核糖等，这些都是构成大分子生命物质的基本成分。

原始的地球就像是一个巨大的反应容器，内部火山持续喷发，温度很高，很多由火山喷发带来的气体，包括CH₄、NH₃、HCN、H₂S、CO₂等共同组成了原始的大气，在强烈的紫外线、宇宙射线、高能粒子流、闪电等能量的作用下，合成了各种小分子化合物。

为了进一步验证这个假说的正确性，科学家们尝试在实验室里模拟原始地球中的大气和海洋环境，看看能不能在这些能量源的作用下将无机物合成简单的生命基本物质，包括核酸和蛋白质的前驱体：氨基酸、多肽、核苷酸……

氨基酸中的精氨酸

1953年，美国芝加哥大学的研究生米勒（Miller）在导师的指导下，将水注入500毫升的烧瓶，同时把玻璃瓶中的空气抽走，加入模拟原始地球还原性大气的由CH₄、NH₃、H₂等组成的混合气体。实验中，他持续加热烧瓶，让水蒸气和模拟原始大气中的混合气体通过密闭的管道进入另外一个容量为5升的大烧瓶中，接着通过电火花放电来模拟原始大气中的雷电。一周之后，实验团队检测聚集在容器底部的溶液，看有没有简单的物质生成，这些溶液就相当于生成的物质被雨水冲淋后形成的原始海洋。经过化学检测，结果发现，这些经过放电冷却的溶液中存在20种有机物，其中包括11种氨基酸，而这11种氨基酸中有4种氨基酸是人体必需的氨基酸，它们分别是甘氨酸、丙氨酸、天冬氨酸和谷氨酸。

蓝色闪电弧放电

这个实验的结果证实了奥巴林和霍尔丹假说的正确性。米勒对假说中还原性大气的成分进行了一些改动，他认为原始地球中还原性大气的主要成分应该是CH₄、N₂，以及微量的NH₃和H₂O，因为大量的NH₃会直接溶于水中。随后米勒和同事又做了大量的实验，通过不断地变换实验条件，分别利用紫外线、β射线、高温等作为能源，同时更换混合气体的成分，例如，用H₂S替代H₂O，用HCN替代CH₄，实验的结果表明都能够产生氨基酸小分子。

氨基酸小分子产生之后，生命的起源就有了最基本的原料。如果在合适的环境下，例如在海底火山口附近的高温条件下，就可以进一步发生缩合反应，生成一些氨基酸的聚合体。后来有学者也进行了相应的实验，把20多种天然氨基酸按照酸性、碱性、中性分别进行混合，加热到170摄氏度左右，就可以得到某些类蛋白物质。

这个假说其实也得到了证实，在原始的大气环境中，通过适当的能量源的作用，是可以生成有机物和生物大分子的。从无机到有机、从简单到复杂的化学反应在原始地球的环境下是可以完成的，但是能不能由这些大分子演化成简单的生命依然没有定论。