要点:对生命起源的概述是寻根,更重要的是对人类智慧的考核。我们能否清除头脑中的神创观、基因天书表达观、智能设计观及机械实验观,这将决定每个人的前程。人是宇宙中的孤儿,人的存在条件极其不稳定,我们太缺乏忧患意识。本章节就是要树立坚定的生命自然观。
现代科学把宇宙起源、生命起源和思维起源看成是三大难题。宇宙之广大,时间之久远,物质之层次,远远超出人所把握的范围,因此宇宙起源是大难题这一点不假。生命在我们周围,思维在我们脑中,我们整天与这两样东西耳鬓斯磨,我们说很难弄明白,这实在不合道理。生命起源是自然现象,把他看得过分神秘,说成是最大的谜、谜之谜、终极之谜,这是思维自己解不开自己系的结儿,自己迷自己。肯定是生命科学本身出了问题。
尽管生命和思维起源久远,但他们的核心规律永远不会改变。只要基本规律不变我们就能认识他,从现存生命和思维中抓准基本规律,然后一直推至源头,好,就OK啦!这样说来,生命起源和思维起源还算不上是科学的大难题。
当今的科学很发达,理解生命起源问题不存在理论上的困难。只需端正自我尊重客观就行了。例如,别在遗传和基因问题上看得太武断;别把核酸与蛋白质的关系看得太过分;别把人的精神现象抬得过高;别把生命的“活”看的太“神”;别把细胞生命形式看得太轻;别把人的解剖结构看得过重等等。为什么要这样说呢?现在我们过分相信“逻辑+数学+实验”的科学模式,过分相信这种模式下的理论,反而会步入误区。科学是思维的活动,思维首先要尊重客观,前文曾说过:
应当去崇尚“客观思维+逻辑+数学+实验”的科学模式。
应当去克服“主观思维+逻辑+数学+实验”的科学模式。
生命是客观存在的一种自然现象,必然会遵循客观规律。生命存在与精神意识无关,强加上主观认识,问题就变得复杂了。生命始终是不以人的意志在那儿存在着,人去看她时,是复杂、是简单、是难解、是易解,那都是人自己的事情,与生命本身无关。不管怎么说,人永远别把“自我”摆到客观世界的上面去!
考察生命起源主要是解决对生命的认识问题,还原生命的自然属性。这样说,既是去除人对生命的“神”化,也是去除人对生命的“实验”化。奉劝生命科学家们,科学实验不是排在第一位的,尊重客观才是第一位的。科学特别喜欢做实验,宁可放弃客观性也不放弃做实验,做实验固然重要但不能死心眼。你使劲验证基因表达蛋白质的实验,但细胞运动肯定不是由你基因实验决定的。这好比你使劲验证太阳从东方升起的实验,但天体运动规律肯定不是由你观测决定的。概述生命起源问题主要是弄清楚我们来自哪里,树立敬畏自然规律观。那些一心重启起源人造生命的实验大可不必太过认真,验证某环节的实验可以做一做,但若重现当初生命的产生过程,不仅很难跨越时空,而且在今天已经失去了现实意义。
概述之前,我们应当具有唯物的科学世界观。宇宙大致上可以分为原子世界和非原子世界两大部分,地球、生命和人类属于原子世界部分,我们都是在原子基本规律支配之下的产物。原子世界中最重要的规律就是正负电荷相互作用的规律,而各种分子就是原子间正负电荷相互作用的产物。地球上众多分子当中最神奇的分子当属-水。由于水的丰富物理特性才会产生出水中一大类正负水合离子间的化学变化。我们所看到的生命现象本质上就是在特殊脂膜包裹下的水中化学变化。这种化学变化做着循环运动,由外界机械动力推动下的循环运动逐渐转化为自我电动力推动下的循环运动,这就是当今生命世界中的细胞循环现象。
请牢记!无论生命现象多么神奇,那肯定是原子世界中的一种自然现象!既没有万能的上帝,也没有神乎其神的基因天书,更别在智能设计上胡思乱想!我们通过对生命起源的追问,可以加深对生命本质的理解,这种理解可以指导我们正确地规划人类的未来。下面让我们客观地对生命起源做一番概述吧!
一.宇宙为生命造出多种元素
组成生命的元素有几十种,先有这些元素而后才可能有生命,因此,要从元素的产生说起。
大约137亿年前,宇宙从“无”的状态中爆发,一种未知的玻色子把微粒子聚合到一起,开始了原始混沌状态。之初,产生了大量的质子和中子。当温度降低以后,每个质子捕捉到一个电子就产生了氢原子。在引力作用下,氢的聚集产生了高温高压,开始了核聚变反应,这就形成了恒星。在恒星内部,通过一系列的热核反应,把原子序数小的(质量轻的)合成为原子序数大的(质量重的)元素。这样,就可以把恒星看成是宇宙中进行核聚变的燃烧炉。一边燃烧氢和氦,一边散发着光和热。燃烧的结果,分子聚集成簇,产生了满炉子渣滓-多种元素。最后,在“超新星爆发”中解体,满炉子渣滓元素逸散到广阔的宇宙空间。各种矿物分子小尘粒,散布到空间形成宇宙尘埃。尘埃在引力下再聚集,大量尘埃团中的气体形成新恒星,剩余的少量尘埃聚集成行星、彗星或小行星。因此可以说,地球上的事物包括生命的产生,以及我们伟大的人,追根溯源都来自宇宙尘埃。
宇宙诞生近百亿年后,在这个成熟宇宙的某个角落里,大约距现在46.29亿年前,在引力的作用下,从一大团尘埃的暗星云中,诞生了太阳。太阳把气体圆盘中99.87%的质量聚集成气体圆球,其中大部分是氢和氦,形成了新的“恒星燃烧炉”,继续进行核聚变反应,发光发热,照亮了整个太阳系。气体圆盘中其它的0.13%质量,凝聚形成了太阳系中的八大行星及各类小行星。由于木星较大,俘获了周围大部分物质,把剩余的较重残渣元素相对较多地集中到四个类地行星上了,平均密度都较大,好像是重元素堆积的垃圾场,地球就是其中之一。不过,从对人类有利的角度上看,生命从炉渣元素“垃圾场”中起源,造就了生命,造就了人类,宇宙这一特例,并不是一件坏事情。只有在这些“元素垃圾”中才会形成丰富的分子,只有在丰富的分子中才有可能起源生命,只有从丰富的分子中选择适应变化规律的“优秀”分子参与其中,生命进化的结果才会造就出神圣而伟大的人类。
根据现在探测结果了解到,宇宙中氢和氦元素最丰富,两者之和占99%,其它元素之和仅占1%,这一情况说明宇宙还很年轻,“元素垃圾”不多,也说明生命不会是宇宙中的普遍现象。
根据探测结果还了解到,宇宙空间不仅提供了基本元素,而且,还提供了由这些元素合成的多种小分子。
二.地球成为生命的摇篮
地球形成于46亿年前,在45.67亿年时又受到火星般大小星球的撞击,弹射出去一大块炽热的岩石形成了月球。这时的地球,表面是熔融状态。地球收缩时动能及位能转化成的热,地球内部受到地核放射性元素蜕变释放的热,遭受小行星撞击产生的热,这些热使表面温度很高,到处是热岩浆。经过很长一段时间后,地表温度逐渐降低,由于冷却,开始形成硬地壳。此时小行星撞击频率也逐渐降了下来。生命的存在与否我们经常考虑温度的高低,其实,液态水与压力和温度有关,只考虑液态水的存在,温度问题就含盖了。地球遭受撞击过程中,我们不能排除液态水在某些地方的存在。
这个时候,地球上不仅有丰富的元素,而且还有丰富的小分子。现代科学手段通过光谱探测及其它方法,已经证明,大量的与生命有关的小分子,在星际空间中有,在彗星及小天体中有,在陨石中有,因此,可推断在原始地球上也会有。应该说,这些与生命起源有关的小分子是生命起源的前提条件。至于说有多少是地球上产生的,有多少是来自外空间的,这没有必要去深究:①地球本身的形成物,都是来自空间,哪些早到,哪些晚到并不特别重要。②地球被天体撞击所形成的小分子,很难分清地内还是地外,共同作用也可能形成新分子。③无论来自何方,肯定都是一些小分子,肯定不会有我们今天看到的大分子。由生命产生的大分子在生命出现前肯定不会存在,如RNA、DNA、蛋白质等等绝对不会存在,被保护下的弱键所形成的化学平衡系统还不存在,产生大分子的条件远不具备。
用直接证据及间接证据推测,大约在39亿年前左右的一段时间里,氧、碳、氢、氮等多种化合物十分丰富。陨石撞击造成的高压也会形成一些氨基酸、脂肪酸、碱基、戊糖等基础分子。
另外,关于有机分子与无机分子的概念,这是人类对生物所产生的物质的一种偏爱,实质是人自尊的一种表现。随着研究发现,二者之间并无界限,都遵循化学规律,因此,对有机概念不断地修正,最后认定,碳氢化合物及其衍生物叫有机化合物。对于认识生命,对于探索生命的起源,这一概念起着妨碍作用。其实,生命出现之前,自然界就能产生出有机分子与无机分子。生命出现之后,生命也是既能制造有机分子,也能制造无机分子。只不过,生命制造无机分子一直被我们所忽视,如,磷酸钙、碳酸钙、氯化物等等。生命制造有机分子由于在弱化学相互作用的特殊条件下,再加上时间久远,结构和生化变得越来越复杂,我们就产生了偏心眼。我们决不能用今天见到的由生命制造的复杂有机分子去套用生命起源时的简单有机分子。简单的有机小分子在自然界广泛存在,这是很容易证明的事实。另外,原始细胞与现代细胞都是从环境中吸收有机小分子。前面曾指出“进出细胞的物质都是带电荷的小分子”,吸收“小分子的习惯”几十亿年没有变,这就可以推测出,生命起源时已具有这种习惯。
丰富的生命前小分子在地球上遭遇到什么情况呢?陨石撞击、火山爆发、熔岩烧烤、强紫外线照射、雷电、振荡、搅拌等等,一些碳氢化合物(如石油成分),在地表下高温(近500度)及高压环境中经受熬炼。各种小分子肯定会与水(偏重于淡水)搅和在一起,形成复杂的“分子杂烩汤”。在滚烫热水的煮沸下,小分子之间进一步合成较大一些的小分子。热杂烩汤会被进一步蒸发,成为稍稠一些的分子杂烩汤……在这些“杂烩汤”中,究竟都有哪些成分现在已很难说清楚,肯定没有什么有机与无机之分。当初有很多小分子参与到复杂的趋于平衡的化学系统中,但在长期循环优化中,很多小分子被排除于优化后的化学系统之外,通过今天生命的存在很难推测出当初的准确存在情况。我们只能为那些先驱的小分子们矗立一座“革命先辈分子纪念碑”。今天,从保留下来的情况看,其中必定有磷酸、碱基(嘌呤、嘧啶)、戊糖、氨基酸及磷脂类分子,很可能是些它们的前体分子。
要证明上述这些小分子在非生命条件下能生成到什么程度,有两个途径:一个是从宇宙空间的尘埃、彗星、小天体、陨石……中搜寻这类分子的存在;另一个是通过在实验室内由实验结果来证实它们的存在。
那时,没有生命。在生命作用条件下生成的较大分子就不可能存在,既没有核酸,也没有蛋白质,更没有起催化作用的各种酶。可以肯定地说,在生命作用条件下的那些大分子,我们今天所理解的那些大分子,一种都不可能有。因此,先有核酸还是先有蛋白质这类悖论问题根本就不会存在。
用今天的眼光看,根据核糖核酸(RNA)可以不依赖蛋白酶的帮助而产生,有人就提出了“生命开始于RNA假说”。问题是,RNA分子过于复杂,生命之前不可能产生,这种假说不可能成立。再说,从非生命到生命的循环运动过程,最初不需要依赖遗传、基因、核酸、蛋白质、酶等等概念。如果科学家们永不放弃“传递遗传信息”这种主观片面的生命概念,那么将永远都不可能理解生命的起源。
三.化学变化系统的保存
这坑坑洼洼中的“分子杂烩汤”被一层油性膜所包裹,形成一个个脂膜包裹着的“小球囊”。小,相对肉眼习惯的小;球,类似球体的形状;囊,脂膜包裹着“分子杂烩汤”的囊结构。这些小球囊被地表的淡水冲刷着流淌着,在淡水不断拍打撞击下,这些无数的小球囊可以融合,可以分裂,也可以解体,还可以生成。淡水并不是纯净水,里面含有多种电解质,只是相对海水而言叫淡水。
不难推测,在当时自然条件下这些小球囊的存在是可能的。今天在实验室条件下也可以重复这一现象,观察小球囊的存在是可以做到的。例如,把可溶的磷脂放入容器内,再混入含有多种小分子的类“杂烩汤”小水滴,这些成分复杂的小水滴就会被包上单层磷脂分子,这些单层磷脂分子小球就具备相当程度的稳定性。当把这些小球继续振荡融合在一起时,就会形成具有双层脂膜的小球,这种双层膜结构的小球就是我们前面推测的小球囊。
小球囊是在淡水中形成的,而后才进入海洋中。小球囊进到海水中有什么变化吗?海水的特点是什么?海水中溶有大量的电解质,含有Na+、K+、Ca2+、Mg2+、Cl-五种单质离子最浓,我们称它为“五元液”(后面会着重谈到),其浓度大大超过地表淡水。除此之外海水中也含有大量与小球囊内化学成分类似的分子。
这些小球囊的形状和体积会维持在一定范围以内,这与以下因素有关:疏水力,非键合的分子引力(范德华力),静电力,液体表面张力等。另外,体积增大是半径的3次方,表面积增大是半径的2次方,小球囊增大必然有个最佳范围。总之,在综合因素作用下肯定趋于比较稳定的一种有效球囊结构。
这种小球囊外围是被海水分子拥挤着形成的脂膜,而脂膜内包裹着分子杂烩汤。这种状况与奥巴林(1894~1984)的团聚体,与福克斯(1912~今)的微球体实验有类似之处。