生命是如何开始的？

生命是怎样开始的？地球上一切生命最古老的共同祖先，第一个能够复制自身的原始细胞，是由构成宇宙间98%物质的氢（H）、氦（He）、碳（C）、氮（N）、氧（O）、氖（Ne）六大元素组成的。然而，这些无机元素是怎样形成具有生命的开始细胞的？至今仍是一个谜。目前，关于生命起源有多种假说，其中占主导的是“海洋起源说”和“太空起源说”。

3.1 海洋起源说

近年来，德国和英国的科学家提出了一种新假说—生命最初起源于海底含有硫化铁的岩石。德国杜塞尔多夫大学的威廉·马丁与英国格拉斯哥环境研究中心的科学家米歇尔·罗塞尔等人提出，生命最初是在海底含有Fe₂S₃岩石的空腔中产生的。他们认为，在狭小的空间内聚集的氢气、氰化物、硫化物和二氧化碳及其他生命起源所需要的物质，发生相互间的化学反应，最终形成了最初生命的有机体。

2002年，德国雷根堡大学的科学家在冰岛北部大西洋火山区约120m深处的海底发现一种微小细菌（称为“骑火球的超级小矮人”），其体积相当于大肠杆菌的1/160（约1/5000mm）。它是有史以来人们发现的最小生命体。这一发现对研究生命起源有重大科学意义（图5）。

图5  生命起源最小生命体细胞

2005年，德国生物化学家克里斯托弗·比伯里切尔等，通过冰冻海水实验，培育出具有400多个链条的RNA分子链，此前培养出的最长的RNA分子链只有15链条。这个数目已经足够让RNA开始自我复制的过程。

此外，目前一些已经在零下80～150℃的低温下存放1年多的试管，也为生命起源的奥秘提供了另一种可能。因此，有人认为生命可能起源于冰冷的海水。

3.2 太空起源说

美国宇航局（NASA）埃姆斯研究中心的科学家，在模拟太空低温、没有空气，充满辐射的恶劣环境的实验中发现，一些简单而常见的有机分子自我组装成了能够作为原始细胞壁的膜。这些细胞膜都具有半渗透性，这样水和氧气能够自由通过，来满足生命之需要。它们是在由彗星或陨石带到地球的尘土中发现这些有机化合物的。因此，推测生命有可能起源于太空，并由此推论宇宙中存在生命体。

近年来，寻找地外生命物质存在证据的科研小组发现，某些在实际生命化学反应中起到关键作用的有机化学物质，普遍存在于地球以外的浩翰宇宙中。在茫茫天际的宇宙星空中，在死亡来临的同时，也孕育着新生命开始的“火种”。

法国、荷兰、德国等国科学家，在模拟46亿年前太阳系形成之初的零下261℃的真空环境中成功合成了16种氨基酸，其中6种可以构成蛋白质。这项研究成果显示，如果生命不是产生于地球以外，那么组成生命的最基本物质至少应该是产生于地球以外的星际空间。它进一步支持了生命起源于太空的假说。

3.3 生命源自陨石

早在1903年，瑞典化学家斯万特·阿列纽斯就提出这一假说，认为几十亿年前在宇宙中漂流的细菌到达了土壤肥沃的地球，然后发育进化成为更高级的生命形式。一些科学家认为，来自火星的陨石中曾经蕴藏有细菌孢子。

由德国宇航中心格尔达·雷内克尔负责的研究小组，为了检验这种说法，在俄罗斯1994年、1997年和1999年发射的“光子”号卫星上的一系列遥控实验中把细菌送上太空。他们把大约5000万个未受保护的枯草杆菌孢子暴露在人造卫星外，在太空飞行10～15天，前两次的实验几乎所有的孢子都未能存活。在1999年的实验中，科学家把孢子分别同黏土、红砂岩，来自火星的陨石或模拟的火星土壤的颗粒混合起来，形成一个直径1cm的小球以模拟出孢子的矿物质防护物。结果5000万个孢子中有1万～10万个存活下来，其中孢子存活率最高的是与红砂岩放在一起的试样。霍内克尔认为，实验结果证实了来自火星或其它行星的细菌可能在相对较短的通向地球的旅途中存活下来。因此，生命源自陨石说再获有力的支持。

据最新研究显示，天外陨石撞击地球虽然可能导致某些生物物种的灭绝，但是它们同样可能有助于某些生命的出现。研究发现，“霍顿陨石”在2300万年前坠落撞击加拿大北极地区留下的坑口，破裂的岩石中创造了温泉和其它可供微生物容易存活并进化的条件。宇宙天体中最强烈的一次陨石撞击发生在大约38亿年前，而那时正是地球上生物开始出现的最初时间。

3.4 生命起源于淡水

近年，美国加州大学科学家的一项实验研究得出的惊人结论—地球生命并非起源于海底，而是起源于陆地淡水池塘。他们研究发现，对于早期来说，淡水比咸水更适宜生存。生命的最初形态是一种被称为囊泡的薄膜，里面含有具备自我克隆能力的化学物质。这种囊泡是DNA的“远祖”。科学家利用地球早期化学物质（碳氢化合物）在淡水中成功合成了囊泡，但用咸水（水中加入氯化钠或钙镁离子，其溶液浓度比现今海水还低一点）做实验时却失败了，因为咸水中的NaCl、Mg或Ca离子会使薄膜分离。地球早期海水的盐度为现今的两倍，这会使生命细胞更难以形成。

生物进化论的代表人物达尔文早就认为生命起源于淡水池塘。他在几封私人信中写道，原始生命的诞生地是一些含有氨和磷盐等物质，并且光、热、电作用比较活跃的小池塘中（图6）。

现代生物遗传物质—DNA结构的发现，被世人称为“DNA之父”、“20世纪的达尔文”的弗兰西斯·克里克，于2004年7月28日在美国圣迭戈市辞世。51年前，他与同事（沃森和威尔金）凭借对DNA双螺旋结构的描述，并在英国《Nature》杂志发表了一篇《核酸的分子结构—DNA的一种可能结构》的短文，此后的研究证实，他们对DNA结构的描述相当准确，被学术界认为是开创了“分子生物学的时代”，因而荣获诺贝尔医学和生物学奖。颁奖评价称：“他揭示出生命遗传分子结构的奥秘而对科学做出巨大贡献值得世人敬佩。”

恩格斯认为，“生命的起源必然是通过化学的途径实现的。”现代科学对生命起源的研究包括：地球上的生命起源和其它星球上的生命起源。根据大量的科学资料的观测数据，科学家推测地球上的生命起源和发展，大致可以分为五个阶段：（1）原始大气的形成和发展；（2）原始大气中的无机物合成简单的有机物；（3）由简单的有机物合成生物大分子蛋白质、核酸等；（4）有生命活力的蛋白体合成；（5）细胞的形成。

3.5 生命起源尚待探索揭谜

生命的起源问题是当今生物学/生命科学最难解释的问题。生命以最简单可能的方式出现，生命又是一个重复的、自然的化学反应循环。它不停地衍生副产品。部分副产品会留下来维持和促进循环。那么循环是从哪里开始的呢？德国慕尼黑大学化学家京特比较赞同生命起源于像黄铁矿（FeS₂）等矿物质表层，因为FeS₂能够吸收类似CO等化学物质进入生物生长环境。一旦到了某个生长阶段，循环过程就开始需要保护的化学物质，借助它们从一般环境中分离出来。这些化学物质最终裹住循环并“敲”开矿物质表层，第一个原始细胞就诞生了。