生命到底是怎样起源的呢？

生命到底是怎样起源的呢？

组成我们生命的物质，如肌肉中的碳，骨骼中的钙，血液中的铁，DNA（脱氧核糖核酸）中的磷......它们来自哪里？是如何演化成我们的生命？

迄今为止，这个生命起源问题存在多种臆测和假说，争议不断，是现代自然科学正在努力解决的重大课题。

1859年，随着英国生物学家查尔斯·达尔文（Charles Robert Darwin）《物种起源》的问世，生物科学发生了前所未有的大变革，也为人类揭示生命起源这一千古之谜带来了曙光。这就是现在学术界普遍接受的生命起源化学进化论。

生命的起源要追溯到与生命有关的元素和化学分子的起源。因而，生命的起源过程应从宇宙形成之初开始谈起。生命的构成元素，如碳、氢、氧、氮、磷、硫、钙、铁等，都是来自138亿年前大爆炸之后的演化。

资料表明，前期生物阶段的化学演化并不局限于地球，在宇宙空间中广泛存在着化学演化和产物，如氨基酸、嘌呤等形成于星际尘埃或者星云之中，接着在行星表明的一定条件下产生了像多肽、多聚核苷酸等生物高分子。最终在地球上演化成了最原始的生物系统，即具有原始细胞结构的生命。

一、生命物质的来源

天文学研究显示，地球上所有元素几乎全部来自早期恒星的演化，甚至一些有机分子也来源于遥远的太空。

早在1907年，著名瑞典化学家阿累尼乌斯（Svante August Arrhenius）提出，生命的种子在宇宙中广泛存在，第一批地球生命几乎肯定来自天外。到了1968年，科学家在太空中发现了星际分子举简尘。有的星际分子在适当条件下可以转化成氨基酸，而氨基酸正是生命的基础分子。

到目前为止，天文学家在星际云中共发现了100多种分子，而且银河系中心附近的星云中，还发现了最简单的氨基酸——甘氨酸。

我们的地球每天接收数吨来自地外的宇宙物质，大部分进入大气层后化为灰烬，但是大的陨石会冲进大气层砸到地球上。科学家已经在一些碳质球粒状陨石中发现有丰富的生命物质，其中就有氨基酸。

例如，1969年9月28日在澳大利亚发现的默奇森陨石（Murchison meteorite）中就有超过12种氨基酸。科学家认为，地球上最初生命形成的时期，正是大量撞击地球的天体中存在的这些化合物，给地球带来了大量的有机物质，而这些有机物质聚集起来便构成了地球上生命的化学基础。

二、生命起源的模拟实验

研究复杂的生物分子和生命是如何从地球早期仅有简单分子的环境中演化而来的学科，目前已被学界普遍认可，称之为“生命起源化学”（prebiotic-chemistry）。1953年，美国学者斯坦利·米勒（Stanley Miller）的实验，是生命起源化学史上标志性的事件。

米勒的思路是，在实验室里模拟地球早期的化学组成和环境，论证复杂的分子是否能够从简单的环境中自发地生成。他制作了实验设备。这个设备很简单，由一些连接在一起的烧瓶和玻璃管构成。

米勒选择了四种简单的分子作为原料：H2O、CH4、NH3和H2（即水、正禅甲烷、氨气和氢气）。这些分子结构都非常简单，是地球早期的大气组成成分。米勒在其中一个烧瓶中加热水，水蒸汽顺着导管进入另一个玻璃球器皿中，并在那里和其他三种气体分子混合。米勒认为闪电很可能提供了起源化学反应所需要的能量。他在玻璃球器皿中不断地制造电火花，模拟地球大气中的闪电。

令人惊奇的是，经过咐燃几个星期后，米勒实验器皿中的液体就开始显得浑浊。他发现液体中生成了多种复杂的分子，其中包括在构成生命体中起到关键作用的氨基酸分子（Amino-Acids）。

米勒实验有很多种形式，根据原料的不同和环境模拟的差异，也会产生不同的产物。在有些实验中，氨基酸甚至聚集在一起形成了蛋白质斑点。研究人员称之为类蛋白质微球，小分子可以通过微球的边界进入内部，在其中形成更加复杂的分子。而这些复杂分子都不能再次穿过微球的表面回到环境中。

随着时间的推演，微球会增大，还有分裂成更多的小斑点。这种分裂还远远称不上是生命繁殖，因为其过程中缺失了最重要的DNA参与的遗传过程。但这些实验证明无机分子和简单的有机分子完全可以在适宜的环境中组成生命体需要的复杂构件。

三、NASA在模拟太空环境下的实验

米勒实验还将模拟环境改换成了太空。NASA的研究人员曾经选取了和米勒一样的原料：水、氨气、氢气和甲烷，而将闪电替换成紫外线照射。实验中，这些原料以冰混合物的形式存在，正如很多彗星和小行星上的情景。紫外线照射是为了模拟新生恒星周围的空间环境。在经过一段时间的照射之后，冰混合物表面也形成了复杂有机分子构成液滴。研究人员虽然未在液滴中发现氨基酸或蛋白质，但这样的实验至少证明了化学-生命演化的某些步骤是可以在太空中实现的。

前面提到的澳大利亚默奇森陨石，研究人员发现了有机化合物，其中包含了氨基酸。这个发现表明，星际物质可以从一颗行星传播到另一颗行星，可以通过某些机遇播撒到其他地方，包括地球。

四、生命起源的过程

很显然，米勒模拟实验支持了生命物质可由非生命物质转化而来的可能。尽管原料的不同和环境模拟的差异会产生不同的产物，但无论怎样，生命起源的过程总体上可以分为三个阶段：

第一个阶段，从无机物到有机小分子的过程。如一氧化碳、二氧化碳、水、氢气、氨气、甲烷等，这些东西合成为有机小分子，像氨基酸、嘌呤、核苷酸、高能化合物等物质。因为生命的起源是从无机界到有机界，这个过程无论在什么地方，如海底、热泉，或者太空中，都是必不可少的。

第二个阶段，从有机小分子到有机大分子形成的过程。有机大分子像蛋白质、多糖、核酸，因为蛋白质是组成生命体的主要物质，还有多糖、糖类都是组成很多细胞的骨架、细胞壁的主要成分，还有核酸，这是遗传物质。所以这个过程也是不可或缺的。

第三个阶段，有机的大分子演化到原始单细胞生命的过程。一个原始单细胞，外面有个膜包裹，里面有遗传物质，进行新陈代谢的交换。所以生命起源的过程可以简单地分成上述三个阶段。

迄今为止，生命起源可以描述成：在40亿年前的地球上，来自太空的或者地球固有物质，由无机分子合成有机小分子，聚集在热泉或火山口附近的热水中，通过聚合反应，形成了生物的大分子。这些大分子进行自我复制、自我选择，进而通过分子的自我组织，并且复制变异，从而形成核酸和活性蛋白质，分隔结构也同步产生。

最后，在基因控制下的代谢反应，为基因的复制和蛋白质的合成提供能量。在极其漫长的时间里，这个生物膜包裹着的具有自我复制功能的原始细胞生命，就在地球上产生了。至此，生物学的演化开始了，直到今天地球上产生了无数复杂生命的形式。