同學(xué)們好，今天上課的內(nèi)容是《現(xiàn)代生物科學(xué)導(dǎo)論》的第三個專題：地球生命的起源。生命從何而來，又駛向何方？這既是一個哲學(xué)問題，也是科學(xué)的終極困惑。我們說世界上復(fù)雜的事兒挺多，但生命的起源與進(jìn)化，這個復(fù)雜性，就遠(yuǎn)遠(yuǎn)超出了一切自然科學(xué)所能駕馭的范疇。因此，對于生命起源的科學(xué)探索，有時候就不得不借助于哲學(xué)家們的深邃思辨。我們今天的課，與其說是人類已有成果的介紹，倒不如說是人類思考的起點(diǎn)。有太多問題，太多矛盾沒有解決，甚至一個看似合理的解釋都沒有。在關(guān)于這個話題的探索歷史上，人們也可能是時而接近真實(shí)，時而又偏離真實(shí)。
我們先來談第一個問題。地球：人類在宇宙中的唯一家園。有時候我們會說，地球是平凡的，因?yàn)殂y河系中就有千萬億顆恒星，類似銀河系的星系大于五百億；而有時候我們又會說，地球是不平凡的，因?yàn)槟壳八且阎ㄒ挥猩男求w。從20世紀(jì)60年代開始的地外文明探測工作，到目前還沒有可靠的證據(jù)說明，是否存在地外文明。但是，不管生命的產(chǎn)生多么極端與罕見，在茫茫的宇宙中總是出現(xiàn)了，因?yàn)槲覀內(nèi)祟愖约壕褪腔钌睦?，正生活在這樣一顆星球上。從現(xiàn)代地球環(huán)境來看，地球的確非常適合生命的生存。
由于我們沒有更多的案例可參照，人們只能根據(jù)地球上生命生存的環(huán)境，來猜測出一個適合生命生存的條件，這就是所謂的宜居理論，該理論大意是說：生命的存在需要一種不冷不熱，恰到好處的狀態(tài)。那就是，行星需要位于距離恒星合適的位置，保證水既不會結(jié)冰也不會蒸發(fā)。
如果放眼宇宙，就會發(fā)現(xiàn)我們所處的宇宙其實(shí)是吞噬一切的黑暗，但宇航員從太空中看到的地球則是另外一番景象，一顆充滿夢幻的藍(lán)色星球，但這恰好掩蓋了其真實(shí)的歷史：滿載沖突、創(chuàng)造與變化。當(dāng)然啦，我們現(xiàn)在知道，正是地球上生命的存在，讓這顆曾經(jīng)傷痕累累的熾熱巖石變成了適合生命生存與發(fā)展的溫床。然后，地球在氧氣的驅(qū)動下，生命幾乎在所有可以想象的維度中爆發(fā)。
我們先來看看這張表，就能看出許多門道出來。一般來說，為了研究方便，人們總是將地球的相關(guān)參數(shù)定義為1，其他行星的參數(shù)與它相比。所以這里星球軌道離太陽的距離，質(zhì)量、直徑、密度和表面重力都是1。首先，依據(jù)距離太陽的遠(yuǎn)近，分別是水星、金星、地球和火星這四顆類地行星，類地行星是指由巖石組成的行星，相應(yīng)地，距離太陽較遠(yuǎn)的木星、土星、天王星和海王星，是類木行星，它們由氣體組成。可以想象，生命要存在，一定要有立足之地，所以在氣態(tài)行星上的可能性比較小。那么我們這里，也只比較四顆類地行星的情況。
地球的密度在各大行星中名列第一，也就是說，在太陽系中，地球相對來說是最硬的，這是維持一個穩(wěn)定環(huán)境的物質(zhì)基礎(chǔ)。再看地球的體積和質(zhì)量，也是類地行星中最大的，逃逸速度為11.2 km/s，這就是說，在地球表面如果不借助航天火箭達(dá)到第二宇宙速度，任何物質(zhì)都逃不脫地球引力，所以地球最外層可以保全一個大氣圈。
水星的體積太小，質(zhì)量只有地球的6%，逃逸速度為4.3 km/s，不可能保持真正的大氣圈。金星的體積和質(zhì)量與地球接近，逃逸速度為10.3 km/s，所以能保持濃密的大氣圈?；鹦堑捏w積只有地球的15%，質(zhì)量為11%，它的逃逸速度約5.1 km/s，這樣低是低了點(diǎn)兒，但仍能保持一個比較稀薄的大氣圈，氣壓只有地球大氣的0.74%。
另外，地球的自轉(zhuǎn)周期與公轉(zhuǎn)周期是比較適當(dāng)?shù)?。相比起來，水星自轉(zhuǎn)周期長達(dá)59天，也就是說，一天一夜相當(dāng)于地球上的兩個月呀。而金星更離奇了，自轉(zhuǎn)周期超過公轉(zhuǎn)周期，就是說金星上的一天比一年還長，所以星體不可能均勻地吸收太陽的熱量。
地球與太陽的距離適中，能接收合適的太陽光和熱。地球表面的平均溫度為15℃，在這樣的條件下，水可保持液態(tài)，形成了生命賴于存在的水圈。相比而言，水星和金星就離太陽太近了，接受太陽輻射能量分別是地球的6.7倍和1.9倍。金星表面存在溫室效應(yīng)，溫度高達(dá)420－485℃，水星沒有大氣層，缺乏大氣圈調(diào)節(jié)，向日面可高達(dá)350度，而背日面則只有-170℃，在這樣的條件下，液態(tài)水圈是不可能存在的。木星、土星距太陽太遠(yuǎn)，所獲太陽輻射的能量僅為地球的4%和1%，表面溫度是-150℃和-180℃；更遠(yuǎn)的三顆行星的表面溫度則都在-200℃以下，環(huán)境條件就更加嚴(yán)酷了。前面已經(jīng)看到，地球的體積和質(zhì)量適中，維持了一個穩(wěn)定的大氣圈，而這里所形成的大氣圈，就帶來了另外一個效應(yīng)，就是避免其他流星的撞擊，因?yàn)檫@些星體在到達(dá)地面之前，已經(jīng)在大氣圈中因?yàn)槟Σ辽鸁岫紵M了。
一般來說，類木行星是比較容易形成磁場的。在類地行星中，水星只有極微弱的磁場，金星和火星基本上未形成磁場，很可能是由于星體內(nèi)部不存在液態(tài)金屬核或其內(nèi)部旋轉(zhuǎn)作用太慢的原因。而地球具有堅(jiān)硬的巖石圈外殼和重元素的液態(tài)內(nèi)核，轉(zhuǎn)速也不低，所以形成了足夠的磁場。地球磁場借助太陽風(fēng)作用所形成的磁層，可以阻擋來自太陽和其他宇宙天體的高能粒子，對于保護(hù)生物免受損害具有重要意義。而水星、金星和火星，星體表面處于紫外輻射和高能粒子的直接撞擊之下，使生命的存在和發(fā)展受到威脅。
從這個數(shù)據(jù)比較來看，地球大氣中氧含量達(dá)21%，這是地球高級動植物呼吸作用的物質(zhì)基礎(chǔ)。另外，高空氧在太陽紫外線作用下形成的臭氧層，吸收太陽紫外輻射，可以保護(hù)地球表面生物界不受侵害，這也是地球得天獨(dú)厚的有利條件。
木星強(qiáng)大的引力會把原本可能撞擊地球的彗星和小行星吸引過去或者撕碎，木星的存在是地球上能繁衍出生命的重要保障之一。根據(jù)計(jì)算，如果沒有木星，地球受撞擊的機(jī)率是現(xiàn)在的1000倍以上。
自人類進(jìn)行太空探索以來，人們就一直在根據(jù)地球的模樣去尋求生命的宜居帶。比如，開普勒太空望遠(yuǎn)鏡自2009年發(fā)射升空以來，就一直致力于在太陽系外尋找類地行星，有人戲稱這樣的行星為地球兄弟。
2016年8月25日，自然雜志報(bào)道，科學(xué)家在半人馬座α星找到了類地行星。如果你看過劉慈欣的科幻小說《三體》，就知道這里α星的三顆恒星其實(shí)就是本部小說的原型。我看到這篇新聞的第一反應(yīng)就是，劉慈欣在小說中的超級想象是否會成為現(xiàn)實(shí)呢？但是，這一切都還是假說。
在太陽系行星中，從質(zhì)量、體積、運(yùn)動等來看，地球是普通，但地球上存在智慧生命又使地球成為太陽系中特殊的一員。地球上生命存在的原因，我們這里僅僅從地球自身?xiàng)l件和行星際空間條件進(jìn)行了分析，當(dāng)然還有恒星際空間的條件，我們今天不展開了。地球與太陽的距離適中、地球的體積和質(zhì)量適中，地球上具備了生命存在的溫度、大氣和安全的宇宙環(huán)境等條件。而且，我們可以猜測，其中無論是哪一項(xiàng)參數(shù)，只要稍有改變，對生物界和人類生存都會引起嚴(yán)重的甚至毀滅性的后果。
