破解遺傳密碼 探索生命起源
— “化學生物學”專場簡介
未來化學生物科技與信息科技的整合，以及納米技術的研發(fā)將成為科技發(fā)展的主流。
——美國前斯坦福大學校長威廉米勒
你渴望破解遺傳密碼規(guī)律和探索生命的起源嗎？你想從事藥物設計，攻克 AIDS( 艾滋 ) 、 SARS( 非典 ) 等疾病的難題嗎？土豆和蝦殼可以轉化為醫(yī)藥和化工原料，工程菌可以降解廢氣廢液，這是天方夜譚嗎？生物芯片實驗室和納米機器人到底是什么樣的？這些疑問我們都可以在化學生物學這個新興學科中找到答案。
化學生物學是自90年代中期以來的新興研究領域，是研究生命過程中化學基礎的科學 ，當今化學界皇冠上的寶石。它是由化學、生物和醫(yī)學全面交叉結合的新興學科，還融合了物理學、信息科學等多個相關學科的理論、技術和研究方法，是一個最有活力、最有應用前景的領域。它也是一個利用化學，特別是有機化學知識來探索和調控生命及其過程，利用生物學技術促進化學自身發(fā)展，衍生新理論、新反應和新技術的新興研究領域。
化學生物學是探索生物醫(yī)學問題的前沿科學。它整合了天然產(chǎn)物化學、生物有機化學、生物無機化學、生物化學、藥物化學、晶體化學、波譜學和計算化學等學科的部分研究方法，大大拓寬了其研究領域。在化學生物學研究領域，通過對生理過程有調控作用的蛋白質、核酸和糖等生物大分子與化學小分子的作用機理的研究，為開發(fā)新穎藥物、臨床診斷和治療提供新的途徑。設計、合成及從天然產(chǎn)物提純的生物活性物質將作為創(chuàng)制新穎藥物或農(nóng)藥的先導化合物，為醫(yī)藥、農(nóng)業(yè)和環(huán)境等方面高新技術的發(fā)展提供資源。疾病的發(fā)生發(fā)展是致病因子對生命過程的干擾和破壞；藥物的防治是對病理過程的干預?；瘜W生物學研究則 通過用化學的理論和方法研究生命現(xiàn)象、生命過程的化學基礎，通過探索干預和調整疾病發(fā)生發(fā)展的途徑和機理，為新藥發(fā)現(xiàn)中提供必不可少的理論依據(jù)。隨著人類基因組草圖的繪制完成，二十一世紀的生命科學研究已經(jīng)進入后基因組時代。對基因組信息和功能的研究，將使人類在分子水平上了解及控制生命的夢想成為可能，將會對人類產(chǎn)生極其深遠的影響。而在這一研究領域中，化學生物學作為一門新興的前沿學科，已經(jīng)成為人類深入了解基因組的功能以及生物調控機理，在分子水平上了解生命過程，并改善人類健康狀況的必由之路。
本專場邀請專家簡介
1 ．張禮和院士 1958 年畢業(yè)于北京醫(yī)學院藥學系 , 1967 年北京醫(yī)學院藥學系研究生畢業(yè)， 1981 年至 1983 年在美國弗吉尼亞大學化學系做訪問學者， 1990 年被日 本星藥科大學授予名譽博士學位， 1993 年被美國密蘇里 - 堪薩斯大學授予第十二屆埃德加 - 斯諾教授稱號， 1995 年當選為中國科學院院士。 1989 年至 1999 年曾任北京醫(yī)科大學藥學院院長，現(xiàn)任北京大學醫(yī)學部藥學院教授，博士研究生導師，天然藥物及仿生藥物國家重點實驗室主任。主要兼職： 1997 年至現(xiàn)在任中國藥學會副理事長， 1998 年至現(xiàn)在兼任國家自然科學基金委員會化學學部主任。國務院學位委員會學科評議組藥學學科召集人?！端幬锘瘜W雜志》主編，《高等學?；瘜W學報》副主編，國際刊物 “ Organic & Biomolecular Chemistry ” 和 “ Current Topics of Medicinal Chemistry ” 編委。亞洲藥物化學會主席（ 1998-1999 ）， IUPAC, Organic & Biomolecular Chemistry 委員會委員，中科院上海有機所生命有機國家重點實驗室學術委員會副主任，蘭州大學應用有機國家重點實驗室學術委員會主任等。
長期從事核酸化學及抗腫瘤抗病毒藥物研究。 60 年代 -80 年代初，在核酸化學和雜環(huán)化學領域開展研究工作，發(fā)現(xiàn)了 1,2,4 三嗪類化合物的羥基不正常對甲苯磺?；磻瑸檫@類雜環(huán)上引入取代基開辟了新途徑。在美國工作期間，參與并完成了博萊霉素 A2 的全合成及其斷裂 DNA 的機理研究。 1985 年至今，在核酸化學和以核酸為靶藥物研究領域做了系統(tǒng)研究，近年的工作集中在以下方面：
（ 1 ）系統(tǒng)研究了細胞內環(huán)核苷酸類（ c-AMP 和 c-ADPR ）的信使分子的構效關系，發(fā)現(xiàn)了一個結構穩(wěn)定并有 cADPR 誘導鈣釋放活性，能穿透細胞膜的小分子，為研究這一新的鈣釋放機制提供了探針。發(fā)現(xiàn) 8- 氯腺苷是模擬 cAMP 活性作用于信號傳導系統(tǒng)，毒性低、能誘導分化腫瘤細胞的新抗癌劑。已獲中國專利，并進入臨床試驗階段。
（ 2 ）對酶性核酸斷裂 RNA 機理以及寡核苷酸的結構修飾對核酸序列識別、穩(wěn)定性和酶誘導活性進行了研究。提出了酶性核酸斷裂 RNA 的雙金屬催化機理。發(fā)現(xiàn)異核苷摻入的寡核苷酸對各種酶有很好的穩(wěn)定性，能與正常 DNA 或 RNA 序列識別。發(fā)現(xiàn)寡聚異鳥嘌呤核苷酸有形成平行的四鏈結構的性質。發(fā)現(xiàn)信號肽與反義寡核苷酸綴合后可以引導反義寡核苷酸進入細胞。為反義藥物研究提供了新的策略。
張禮和院士共發(fā)表論文 200 多篇。獲中國專利 2 項，另有兩項專利正在受理中。新藥臨床批件 1 項。先后獲 1988 年日 本大谷科研獎、 1993 年國際藥聯(lián)（ FIP ） Colorcon 獎、 1994 年吳階平 - 保羅楊森醫(yī)藥獎、 1996 年國家教委科技進步二等獎、 1998 年國家教委科技進步一等獎、 1999 年何梁何利科技進步獎、 2000 年國際藥聯(lián)（ FIP ）千禧年藥學家獎、 2002 年國家教委科技進步二等獎、 2004 年國家自然科學獎二等獎。
2 ．林文翰 理學博士，現(xiàn)為北京大學藥物化學教授， 1985 年至 1990 年在中國科學院上海藥物研究所攻讀碩士
3 ．
生命起源理論探索
一、生命特創(chuàng)說（Creation Theory）
這種說法認為，生命是神或上帝創(chuàng)造的?；浇塘x上說上帝創(chuàng)造了亞當和夏娃，亞當和夏娃結合，繁衍了人類。該說法是守教迷信的產(chǎn)物，出現(xiàn)于科學產(chǎn)生之前，是先前巫師毫無事實根據(jù)的猜測，是愚昧無知的表現(xiàn)。它根本沒有解決什么問題，僅僅把生命的起源推到了一個不可知的所謂全能的上帝身上。從現(xiàn)代生物學的成就來看，這種假說毫無科學價值。但是，隨著時間的推移，生命特創(chuàng)說又可能以新的形式出現(xiàn)。西方有一本《關于生命本性各種理論》的書，它是在科學發(fā)達的今天出現(xiàn)的，它將生物體的結構和生命過程歸根于物質的動因，但在指導思想上把生命存在發(fā)達都屈從于一個予定的創(chuàng)造計劃，而這個計劃是上帝放到物質中去的 [15]，這是一種用科學作偽裝的生命特創(chuàng)說。與宗教歸于一流，企圖繼續(xù)愚弄人們的科學覺悟。
二、自然發(fā)生說（Spontaneous Geveration Theory）
從前有不少人相信此說，即生命的物質可以從非生命的物質中自然發(fā)生。而且是可以隨時隨地的自然發(fā)生的。古希臘哲圣亞里士多德，中世紀歐洲著名經(jīng)院哲學家阿奎那（Thamas Aquinas），著名科學家哈維和牛頓，都是該學說的積極倡導者。原因很簡單，這種看法可以很直接地從實際事實中觀察得到。如腐肉生蛆，腐草化為螢，青蛙出自土中。范·海爾孟（Van He1mont,1577-1644）甚至說，如果在壇子里放進小麥粒和一件汗?jié)竦囊r衫，就可以生出一只小老鼠。
但是，假說畢竟是假說，它是否合理，要由實驗事實來驗證。在西方，第一個驗證這個似乎堅不可催的信念的人。乃意大利醫(yī)生呂地（Francesa Redi）。1668年，他用科學實驗證明了肉本身并不能生蛆。蛆是蒼蠅產(chǎn)在肉上的極小的卵生出的。呂地的實驗結果震驚了大家，重復這個實驗的結果也得到了與呂地相同的結論。于是，這種自然發(fā)生說就衰亡下去了。但過此不久，人們在顯微鏡下發(fā)現(xiàn)了微生物（細菌），是在腐爛的物質中產(chǎn)生的，即使這種物質與外界隔離開來。于是人們又開始相信微生物可以自然發(fā)生。1765年，另一個意大利人斯帕蘭扎尼（Spallanzani），又用實驗初步否定了微生物自然說，限于當時的實驗水平，其結果并不能完全使人信服，直至一個世紀后巴斯德的杰出實驗才完全否定了這個錯誤的假說。
三、生源說（Vilality Theory）
巴斯德（Pasteur，1822-1895）是一位位大的微生物學家，他做了大量的實驗研究，證明微生物在有機體內是不能自然發(fā)生的。1862年，他做了一個“鵝形瓶”，瓶內裝有肉湯，煮沸，以殺死其中的細菌，瓶頸沒有堵死，但瓶頸的彎曲低部充滿了水液。空氣可以進去，而灰塵和微生物不能通過曲頸的水液進入瓶中。內月之后，肉湯保持無菌，作為對照，在無曲頸的燒瓶內，肉湯很快就長滿了細菌。這一實驗事實使人認識到：肉汁并不能自然發(fā)生腐敗。而是由有生命的微生物的活動而引起的。假若未被環(huán)境中的微生物的感染，肉湯就不能自然生出任何有生命的物質（細菌）。①巴斯德根據(jù)實驗事實。提出了一種新的學說——“生源說”。即生命的東西來源于有生命的東西，生命不能自發(fā)發(fā)生。這種假說在一定程度上是合理的，有它自已的實驗事實作依據(jù)，但它在歸納成理論的過程中犯了片面夸大的錯誤。有人指出：“實際上巴斯德的實驗只證明了細菌不可能自然發(fā)生。也許他證明了生命的自然發(fā)生在目前條件下是不可能的，他并沒有真正證明生命不可能由非生物物質起源。”②。
“生源說”否認了由無生命的物質可以產(chǎn)生有生命的物質，即說無機物不能向有機物轉化。這種假說實際上受了當時生物學和有機化學說流行的“生命力說”的深刻影響。作者在有機物和無機物之間劃下了一道似乎不可愈越的鴻溝。無機物就不能合成有機物及至生命物質嗎？德國青年化學家維勒（Friedrech wohler，1800-1882）用事實作出了響亮的回答。他用無機物氨鹽和氰酸鹽合成了有機物尿素。隨后，化學家又用無機物先后合成了醋酸、葡萄酸、檸檬酸、琥珀酸、蘋果酸等一系列的有機酸和油脂類物質，突破了無機與有機的界限，徹底動搖了“生源說”的根基，開創(chuàng)了研究生命起源的新起點。1965年，我國生化學家首次人工合成了具有生物活性的蛋白質——胰島素，又突破了簡單有機物和生物高分子的界限，開創(chuàng)了人工合成生命物質的新時代。對于研究生命起源具有重大的意義。③
四、宇宙生命說或稱泛生論（Cosmozoa Theory）
這一假說認為地球上的生命來自宇宙，是從天外飛來的。十九世紀后期，由于科學的發(fā)展。出現(xiàn)了大量的新發(fā)現(xiàn)和新事實使得舊的假說如自然發(fā)生說和生源說無法自圓其說，因而相繼遭到否定的情況下，迫使人們不得不從更廣的范圍去深入思考生命的起源問題。維勒的老師李比希（J Von Liebig 1803-1873）最早提出了宇宙生命說的設想。并受到了當時一些科學家的贊同。著名的瑞典化學家阿倫尼烏斯（S. A. Arrhenirius. 1859-1927）1907年專門寫了一本名著《宇宙的形式》，認為宇宙一直有生命的微粒——孢子，它可以逸出某一存在生命的行星。在星際空間里靠光輻射的壓力而到處游動，不斷在新的行星上定居起來。如果哪個行星的條件可以，孢子就能發(fā)育成活躍的生命。④
這種假說頗具有吸引力。的確，它引用了不少科學道理和一些實驗事實。當時，天文學的發(fā)達，使人們對宇宙充滿了幻想。光壓也是存在的，俄國物理學家列別捷夫（Peter Nicolaevich lebedev）已用實驗加以證實。但其最為可靠的證據(jù)。乃是在來自太空的隕石中多次發(fā)現(xiàn)了氨基酸及其他有機物。值得提及的是1969年隕落在澳大利亞的碳質隕石（Murchison），它被迅速回收，并在無污染的條件下進行研究，用氣相色譜法進行分析和測定，最終發(fā)現(xiàn)了氨基酸光學異構體。但是，此學說并沒有從根本上解決問題，只是把生命起源之謎推到了遙遠的太空中的某個星球，而那個星球生命是如何起源的。同樣沒有加以闡明。到1910這種理論由于不能解釋新的科學事實而破產(chǎn)了。因為當時科學家發(fā)現(xiàn)紫外線可以殺死細菌的孢子。孢子即使存在于宇宙，亦難以活著進入地球，因為在大氣層中它就可能被燒焚。而在宇宙條件下的強輻射，高溫差等，對于生命都是嚴峻的考驗。
但是，問題并不是那么簡單，一個假說，如果它有某些科學事實作依據(jù)，就有一定合理的科學成分。那么，它即使遭到了否定，仍可能具有吸引力。一旦出現(xiàn)于它有利的新的科學事實，它又將起死回生。“宇宙生命說”正是如此。著名的天文學家霍伊爾（Fred Hoyle）于1984年發(fā)表了一篇題為“生命源于宇宙”的文章⑤，不僅重溫了上述關于“宇宙生命論”的看法，而且提出了新的證據(jù)。他認為，宇宙中間分布的大量極小的粒子“可能就是生命之源”。1983年，在慧星發(fā)現(xiàn)了某些典型的細菌，可能給地球帶來大量的有機物質。至于細菌之類的有機物質如何進入地球，則是因為它很小，在大氣層撞擊速度不太高。細菌本身也可以經(jīng)受200℃高溫，故在下降時難以燒死，至于在宇宙空間威脅微生物生存的主要因素如X射線輻射，亦并不是殺死所有的細菌。總之，霍伊爾說法有一定的科學事實，但包含了不少猜測的成分。如把空間的宇宙塵埃等同于細菌，本身就是缺乏嚴格的考慮。這個假說仍值得深入的商討。
1986年，科學家們在哈雷慧星的核和尾部中發(fā)現(xiàn)了碳氫化合物、羥基分子和氰分子。觀察結果還證實，慧核是不規(guī)則形狀的大冰塊、在陽光的照射下逐漸散布于太空，有人認為，這對于研究生命起源有著重要意義。
五、化學進化說（Chemical Evolution Theory）
該說法是以地球的原始環(huán)境為基礎，單純化學物質可以通過化學反應的途徑自然進化產(chǎn)生了生命。十九世紀初德國科學家奧肯（Oken,1779-1851）猜測初始的生命是一種原始生物化學物質——“原始粘液”，所有的有機物都源自這種粘液，而此種粘液又是從無機物演化而來的。到本世紀三、四十年代。這種學說又在新的科學背景下引起廣泛的注意，逐漸積累了大量的科學根據(jù)。人們采用模擬原始地球化學演化的方法，地質古生物學方法和人工合成生命物質的方法，對生命起源問題進行了大量的研究，至今已經(jīng)基本上確立了這種科學理論。
設想原始地球上有廣闊而又溫暖的海洋，海洋溶有各種鹽類?？罩谐錆M了由氫、甲烷、氨和二氧化碳等組成的還原性原始大氣。太陽的紫外線照射，雷電和火花放電，大量的有機化合物通過這些還原性氣體相互化學作用而開始生成。包括氨基酸、核苷酸、糖嘌呤、嘧啶等等。由氨基酸和核苷酸等物質經(jīng)過復雜的過程而生成蛋白質和核酸，再經(jīng)漫長的過程形成原始生命。
1953年，美國生化研究生米勒（S.L.Miller）根據(jù)以上的想法，研制了一套模擬原始地球環(huán)境的實驗裝置，他用氫100mmHg、甲烷20mmHg、HH 20mmHg和水汽混合成一種與原始地球大氣基本相似的“奧巴林——尤里大氣”，在此封閉裝置中進行連續(xù)放電。反應氣體在實驗范圍里面循環(huán)，一道被放電處理，一周之后，居然得到了一些較為復雜的有機物，其中十余種氨基酸和其他有機物質，有四種是構成蛋白質的氨基酸。實驗過程中，先生成HCN和醛，RCHO，兩者與氨發(fā)生反應生成氨基酸脂，再經(jīng)水解得到氨基酸。
| NH2 |
| NH2 |
| 放電 |
| H2O |
R——CHO+NH R—CH—CN R—CH—COOH
米勒認為上述實驗是符合斯特累克爾機制。⑥米勒采用模擬法對原始大氣層的閃電情形進行實驗研究⑦，結果獲取了巨大的成功，美國生化學家艾里爾貝（P、H、Abelson）緊接著又對這個實驗方法進行了深入研究。認為原始大氣中除有CH4、HH、H2及H2O外，還可能有CO、CO2、N2和O2等，采用米勒的實驗方法進行放電，結果在所有生成的有機化合物中，均含有氨基酸。艾里爾貝的工作不僅驗證了米勒的實驗結果，而且進行了有意義的發(fā)現(xiàn)。他的科學成就“對整個學術界是一個很大的沖擊。”⑧
米勒的生命起源模擬實驗具有劃時代的意義。他開創(chuàng)了用科學實驗的方法研究生命起源的新天地，許多科學家如海恩斯（1957年），巴甫洛夫斯卡婭，巴辛斯基（1959年），馬修斯，莫澤（1966年）石上（1969年）等人沿著米勒開創(chuàng)的航路進行大量的工作，使化學進化說日益完善，成為當今生命起源研究的主導。大量的科學事實，完全證明了革命導師恩格斯的英明論斷：“生命的起源必然是通過化學途徑實現(xiàn)的。”⑨
除模擬原始地球法外，確定化學進化說的還有地質古生物調查方法。即通過對古老巖石的研究，發(fā)現(xiàn)其中殘存的生命痕跡，經(jīng)查在34-35億年前的幾種沉積巖石中，確有微生物化石的存在，面對40億年前是否有生物出現(xiàn)，學術界一直是有爭論的。近年來對隕石和先寒武紀古生代沉積巖中L-氨基酸，D-糖類等生物痕跡的化學研究確定地球上生命起源早在39億年前，從而結束了這一長期的爭議。⑧
化學進化說開始僅僅是一種假說。但它有很強的科學性，得到了模擬實驗、生物合成實驗和古生物學等多方面科學事實的證實。在堅實的科學基礎之上，發(fā)展成科學理論。它深刻地說明生命是通過化學演化而形成與發(fā)達的。米勒本人說：“我們清楚確定，生命是在地球上發(fā)生的，所有生物都具有共同的基本成分和性質，都有共同的生命合成的途徑，這些我們都已了解得相當深入。……所以有關在原始地球環(huán)境下重要生化物質合成的知識，都可能有助于說明生命的演化。”（10）化學進化說無疑在闡述生命起源方面起著重要的指導作用和無法替代的認識作用，但就整個生命的演化史而言，它仍然缺乏足夠的解釋。由簡單的氨基酸、核苷酸如何演化成為現(xiàn)代極為復雜的生命體，從發(fā)展線索到具體細節(jié)。都是撲朔迷離的，難以認識的。奧巴林（A.U.Onapuh）和?？怂梗?span lang="EN-US">S.W.Fox）等人在這方面作了卓有成效的工作，他們研究大分子如何生成。如何進一步組織起來，向前細胞生命體以至細胞演化，如從氨基酸、核苷酸合成蛋白質、核酸。這種途徑較能直接說明生命在地球上起源的真正途徑。（16）但對于復雜的生命現(xiàn)象而言，仍然是淺顯的，故化學進化說在研究生命起源的較高階段方面，仍只能看作是一種科學的假說，內容遠未充實，亦不夠成熟，不少學者對此提出了各自不同的意見，下面略列三種代表性的看法，并加以適當?shù)脑u價，以供進一步研究。
1）對生命起源的研究持悲觀態(tài)度。著名生化學家盧里亞（S.E.Luria）認為，“地球上的生命譜系是僅從生命存在前的混濁情況中一次產(chǎn)生的，還是復雜組成由許多種事件會聚起來產(chǎn)生的這些問題可能永遠無法弄清楚。”（11）由于生命演化的過程的極為復雜性，可能使人們難以一一弄清。盧里亞的觀點比較消沉，帶有不可知論的色彩。盧里亞是諾貝爾獎金獲得者之一，他的話有一定的代表性。
2）對化學進化說持否定的態(tài)度?；粢翣栒J為米勒實驗雖然證明了“組成蛋白質的物質氨基酸能通過自然方式產(chǎn)生。”但是，“由各個孤立的氨基酸自發(fā)組成整個氨基酸鏈，這是一個飛躍，在地球上不存在這種飛躍的可能。”⑤他把化學進化說看作是“生命偶然起源說”，而這種學說是“靠不住的，其可能性太小，甚至可以完全加以排除。”⑤他不僅否定了化學進化論，而且否定了化學進化說賴以存在的科學事實，顯然是不合情理的，與此相反，有人認為，認識生命起源過程所需要的經(jīng)驗知識、鏈條，已經(jīng)通過模擬實驗溝通了。（12）霍伊爾片面強調宇宙生命說，卻又不能說明宇宙的生命從何而來，還是不能解決根本問題。生命的出現(xiàn)，決不僅僅看作是偶然性的產(chǎn)物，而應看作是自然選擇的結果，有它內在的必然性，這種必然性正是需要我們去探索的目的。
3）新自生說。它認為生命是在合適的條件下在長期的宇宙進化中，經(jīng)過自然選擇而發(fā)生的。即在原始地球環(huán)境下，生命起源經(jīng)過四個階段:①無機小分子物質生成有機小分子物質，②有機小分子物質形成重要生物大分子、蛋白質和核酸；③生物大分子組成多分子體系；④由多分子體系進化成原始生命。這種說法基本上屬于化學進化論。因而得到了科學界廣泛的贊同。（17）這種說法雖是近年來提出的，但其思想萌芽可以近朔到中國古代思想家的著作中。漢代學者王充《論衡》自然篇中：“天地合氣，萬物自生。……天地動行也，施氣也，體動氣乃出，物乃生矣。”（13）我們要注意區(qū)別它與我們前面評論過的自然發(fā)生說，后者可說是對生命起源問題簡單化的幼稚的說法。新自生說雖然也主張生命是由非生命物質產(chǎn)生的，但是它有一定的條件，是在與宇宙進化相聯(lián)系的條件下產(chǎn)生的。②在地球上，具備了生命起源的必要條件，生命也就自然發(fā)生了。關于這一點，英國著名的科學家羅斯（Steven Rose）指出：“如果我們要探索具有生命特征的復合物，經(jīng)過了極其漫長的發(fā)展和進化，才形成了地球上的生命。”
參考資料：
①李難主編，《生物進化論》，高等教育出版社，1982年版 第35-53頁
②張宗炳，《遺傳與進化》，人民教育出版社， 1981年版 ， 第133-150頁。
③《化學發(fā)展簡史》編寫組，《化學發(fā)展簡史》，科學出版社， 1980版 ， 第166-168頁。
④[美]I阿西莫夫，《生命的起源》，科學出版社， 1979年版 第183-203頁。
⑤[英]F、Hoyle，《生命源于宇宙》，原載 Paris Match ，1984年3期，鄒建華譯，《世界科學》，1985年第1期，第22-25頁。
⑥（日）原田馨《生命起源的化學基礎》，上?？茖W技術出版社， 1978年版，第65-87頁。
⑦《自然辯證法講義》編寫組，《自然辯證法講義》（初稿），人民教育出版社，1979年版，第254頁。
⑧（日）大島泰郎等，《生物的起源與分析化學》，余國泰編譯，《世界科學》，1985年第8期，第22-23頁。
⑨（德）恩格斯，《反杜林論》 ，人民出版社， 1971年版，第70頁
（10）[美]S·L米勒； LE奧吉爾，《地球上生命的起源》 ， 科學出版社 ，1981年版 ，第1-2頁。
（11）[美]S·E·Luria，《生命——一項未完成的實驗》 科學出版社， 1985年版， 第95頁。
（12）關士續(xù)，“米勒怎樣解開了生命起源之謎？”，《中國青年報》 1985年，10月26日。
（13）[漢]王充《論衡》，見《中國歷代哲學文選》（兩漢-隋唐篇） ， 中華書局 ，1963年版， 第188頁。
（14）[英]SRose，《生命的化學》，科學出版社， 1983年版 ，第24頁。
（15）東北師大，《自然科學辯證法》，科學出版社 ，1984年版， 第97頁。
（16）中國科技情報所，《國外自然科學發(fā)展動向》，1972年， 第160頁。
從“死”到“活”——生命起源的探索
有漏洞的假說
生命的起源引起了科學家的種種猜測。1908年，瑞典科學家阿瑞尼烏斯出版了一 本《塑造中的世界》，對此進行了大膽的猜測。他認為，光實際上對它所照射的任何 物質都有一種很微弱的推力，如果光很強而物體很小，光的推力就會比重力大，就會使物體朝遠離太陽的方向移動。
阿瑞尼烏斯認為：如果有生命的細胞被吹進遠離地球表面的稀薄的大氣層，它們 將會被陽光的推力捕獲，從而推離地球。此時，某些細菌細胞也許可以進入一種“假 死”狀態(tài)。在這種狀態(tài)下，由于缺乏食物和水分，這些細菌細胞就可能形成一層厚厚 的壁，把自己包圍起來。在厚壁之內，它們能夠耐得住冰凍與沸煮。阿瑞尼烏斯將這 種處于“假死”狀態(tài)、并帶有厚壁的細胞稱為“孢子”。
在光的推力作用下，孢子能夠在太空飄游許多年，甚至可以飄游幾百萬年而不死，有朝一日，這些孢子會落在一些小行星或者某個沒有空氣和水的寒冷星球，這樣，孢 子將被迫永久地保持孢子狀態(tài)，直到它很耐久的生命火花熄滅為止，或者，它可以落 在一個非常熱的星球上，使之被燒焦致死。
但是，如果孢子落在一個溫暖、有適宜的大氣和由水構成的海洋的星球上，那么，孢子的壁就會自行裂開，細菌細胞便開始再度活躍起來，將一次又一次地分裂，形成 許多同它自己一樣的細胞。再經(jīng)過一個漫長的時期，這些細胞將變得更為復雜，它們 將進化成多細胞生物，最后，整個行星就會擁有數(shù)百萬種生物。
阿瑞尼烏斯猜想，地球上的生命就是這樣起源的：在幾十億年以前，一個來自遙 遠行星的孢子進入了地球的大氣層，它落到了地球的海洋中并開始生長，經(jīng)過不斷的 進化，成為今天這樣的世界。
這確是一種很有吸引力的假說！許多科學家都滿意這種說法，但是，人類隨后的 科研成果證明，這種假說存在著兩大漏洞。
第一，細菌孢子雖然可以在外層空間的各種條件下存活，但并不是所有的地方都 可以。天文學家逐漸發(fā)現(xiàn)，太陽不僅可以發(fā)出可見光，而且還能發(fā)射出各種各樣的與 可見光相類似的輻射：紅外線、無線電波、紫外線和 X射線等等。這些輻射有的能量 弱于可見光，有的則強于可見光。紅外線、無線電波的能量弱于可見光，紫外線和 X 射線的能量卻比可見光強得多。能量越是高的輻射，對生命越有危害。
在外層空間，紫外線和 X射線很強，很容易穿透孢子壁，殺死里面的生命之芽。 如果孢子從其他星球向我們太陽系飄移過來，它們可能落在最外圍的那些行星上而不 致受到
傷害，但是，若飄落在冥王星或海王星上，它們將遇到極寒冷的氣候而不能發(fā) 育。隨著它們漸漸地漂向地球，它們就會進入到陽光很強的區(qū)域，在它們真正能夠抵 達我們的地球之前，陽光中的高能輻射早就把它們殺死了。因此，使地球上出現(xiàn)所具 有的生命孢子，不可能是從遙遠的行星來到的。
第二，阿瑞尼烏斯的假說并沒有完全回答生命是怎樣開始的。他只是把整個問題 在時間上往前推，說明生命不是在地球上產(chǎn)生的，而是很久以前在一些很遙遠的行星 上形成的，并且，又從其他行星上來到地球。但是，在其他行星上生命又是怎樣開始 的呢?
必須承認，無論是在哪里，有生命的物質最初一定是由無生命的物質形成的，這 才是問題的癥結所在。如果生命是在某個地方由無生命物質產(chǎn)生的，那么，在地球上， 同樣也可以照此由無生命物質形成有生命物質。
通向生命之路
要研究生命的起源，只要從十分渺小的生命開始就可以了。在生命形成之前，應 該先出現(xiàn)單個的細胞——小得只有在顯微鏡下才能看見的生命。科學家們已經(jīng)知道： 細胞也是十分復雜的，它由膜包住，膜的里面是大量具有某種精巧組織結構的有機物， 它們與無機物的區(qū)別在于：無機物分子所含的原子數(shù)目較少，而有機物分子所含的原 子數(shù)目比較多?？茖W家在研究有機化合物怎么由無機化合物形成的時候，實際上也就 是在探討：小的、簡單的分子是怎樣形成大的、復雜的分子的。
到本世紀40年代，科學家們已經(jīng)發(fā)現(xiàn)：所有的細胞，不管是植物的、動物的，還 是細菌的，毫無例外，都是由兩種比其他物質更重要的物質構成，這兩種物質就是蛋 白質和
核酸。蛋白質和核酸都是由非常大的分子形成的。蛋白質是由氨基酸組成的， 大多數(shù)蛋白質只有20種不同的氨基酸，它們可以有許多不同的組合方式，每一種組合 方式構成一種略有區(qū)別的分子。核酸分子是由更小的化合物——核苷酸組成的長鏈， 每一個核苷酸都由幾十個原子組成，其中包括碳、氫、氧和磷。每一個核苷酸分子由 3 部分組成：第一部分是由碳原子和氮原子構成的嘧啶或嘌呤，第二部分是核糖或脫 氧核糖，第三部分是含有一個磷原子的磷酸鹽基。
科學家在探索生命的起源中，開始研究由無機物變成氨基酸和核苷酸的途徑。由 于兩者含有碳、氫、氧、氮元素，所以，必須尋找地球早期可能存在的元素。
與此同時，天文學家逐漸地得出了結論：宇宙間最普遍的原子是最簡單的兩種： 氫和氦。一般地說，宇宙間所有元素中90%是氫，9%是氦，其他全部元素只占 1%，而 且，這些其他元素中，大部分又是碳、氮、氧、硫、磷、氖、氬、硅和鐵。
氦原子不與別的任何原子結合，但氫原子卻不同，它的存在量很大。因此，凡能 與它化合的任何一種原子都會與氫化合。這樣，1個碳原子與4個氫原子結合可以形成 甲烷，1個氮原子與3個氫原子結合可以形成氨，1個硫原子與2個氫原子結合可以形成 硫化氫，1個氧原子與2個氫原子結合可以形成水。這些含氫的化合物都是氣體，或者 是容易變成氣體的液體，所以，它們都能在原始的大氣中和海洋中找到。這種含有甲 烷、氨、水和硫化氫的大氣被稱為Ⅰ型大氣。
1932年，科學家發(fā)現(xiàn)：在又大又冷的行星——木星上，主要大氣是氫和氦，另外 還含有大量的氨和甲烷，這為研究生命起源的假設條件提供了證據(jù)。由于地球的引力 不會像木星那樣大，所以，不能吸住非常小、非常輕的氦原子和氫原子，因此，科學 家們推斷：在很早以前，地球的大氣層中主要包含著氨、甲烷、硫化氫和水蒸汽，大 部分的水用來構成海洋，海洋中的水溶解著硫化氫和氨，也少量溶解著甲烷。但是， 氫和氦是構成原始大氣的主要成分，而與生命息息相關的重要元素氧卻十分稀少。
1929年，英國生物學家約翰·霍爾丹提出一種大膽的設想：氧并非從一開始就存 在于地球大氣層中。他認為：植物在由無機物形成有機物時，總是要用掉二氧化碳， 產(chǎn)生氧氣，所以，他認為現(xiàn)在地球中大氣層中的所有氧氣都是植物作用而產(chǎn)生的。在 有生命之前，大氣層中以氮、二氧化碳和水蒸汽為主，并有一個溶有大量二氧化碳的 海洋，這種大氣稱為Ⅱ型大氣。由于地球離太陽太近，大量的紫外線照射到地球的大 氣中，這些紫外線有很強的能量，足以使高層大氣的水蒸汽分子分解成氫和氧，氫飄 出了大氣層，而氧由于較重而留了下來。氧可以與甲烷中的碳原子和氫原子結合，形 成二氧化碳和水，也可以與氨中的氫結合形成水，剩下的氮組成氮分子。由于越來越 多的水被紫外線分解，大氣中的甲烷和氨逐漸地全部轉化成了氮和二氧化碳，直到游 離的氧在光能的作用下，在15英里左右的高度上形成了能吸收太陽紫外線的臭氧，這 樣，紫外線被遮住，水分子不再分解，不等氧氣真正充滿大氣時，整個反應過程就停 止了，一直到植物出現(xiàn)并利用葉綠素開發(fā)能夠穿過臭氧層的可見光能時，這一過程才 重新開始，大氣中才充滿了氧氣。
霍爾丹認為生命起源于Ⅱ型大氣中，但是，俄國生物學家亞歷山大·奧巴林卻有 不同的想法。1936年，奧巴林出版了《生命的起源》一書，他認為生命起源于第Ⅰ型 大氣。甲烷、氨、水和硫化氫都是各自包含3～5個原子的甲烷、氨、水和硫化氫小分 子，其中有碳、氫、氮和硫原子，它們都可以結合成為更大的氨基酸分子。
哪一種意見正確呢？當時還無法證明。直到1950年，美國加利福尼亞大學的卡爾 溫，才開始動手進行這方面的試驗。
1950年，他開始研究Ⅱ型大氣的一個部分——二氧化碳和水蒸汽。他有意不把氮 放在一起研究，想看看到底能生成什么物質。
卡爾溫也知道，在早期地球上，紫外線是最可能存在的能源，但是，他不喜歡這 樣做，他選中了某些總是在爆炸的原子中釋放出來的能量。他認為：地球上的放射性 元素緩慢地分裂著，以至于這些原子每年都略有減少，那么，在數(shù)十億年以前，地殼 中的放射性元素一定要比現(xiàn)在多一倍以上，放射性的能量對于形成生命也許曾是很重 要的。
于是，他用放射性原子爆炸放出的高速粒子去撞擊氣體混合物，然后，再測定這 些混合物，發(fā)現(xiàn)除了二氧化碳和水以外，在溶液中還有一些非常簡單的有機分子，比 如甲醛和甲酸，這說明在原始地球條件下，分子可以由簡單變得更復雜，而新形成的 復雜分子由于比原來的分子的含氧量少，所以氧就會越來越多。
從無機物到有機物
美國芝加哥大學的哈羅德·尤里同奧巴林一樣，也是認為生命是在Ⅰ型大氣條件 下開始的。他對地球原始時期的化學現(xiàn)象和原始生命形態(tài)產(chǎn)生了特殊的興趣，一直試 圖推測地球的大氣情況。一天，他突然想道：
“存在于地球原始時期的現(xiàn)象是否可以在實驗室里進行模擬?”
1953年，尤里建議他的學生斯坦利·米勒進行一項試驗：在Ⅰ型大氣的樣品中加 入能量，看看能出現(xiàn)什么情況。
米勒在這方面也有研究。為了確保所制成的復雜化合物一定不是活細胞形成的， 米勒確保使用的一切儀器是完全無菌的，在水或氣體中沒有細菌或其他細胞。他謹慎 地將氨、甲烷和氫混合裝進一個大玻璃容器中，在另一個玻璃容器中將水煮沸，以確 保水里不含任何生物。然后，在水中加入氫、氨、甲烷，這樣，他就制造了一種混合 氣體，與早期的大氣層很相像。
形成的蒸氣通過一根玻璃管進入裝有氣體混合物的容器，氣體混合物被蒸汽所推 動，經(jīng)過另一根玻璃管回到沸騰的水中。這第二根玻璃管保持冷卻狀態(tài)。因此，蒸汽 在尚未滴回原容器中之前就轉變成了水。結果，這種氨、甲烷、氫和水蒸氣的混合物， 在沸水的帶動下，在容器和管道系統(tǒng)中循環(huán)不已。
尤里和米勒認為，最初生命的形成，能量有兩種可能的來源，一是來自太陽的紫 外線，二是來自閃電的電火花，因為在地球的早期階段，可能有很多雷雨交加的情況。 這兩種能源中，紫外線容易被玻璃吸收，所以，問題在于怎樣才能穿過玻璃使內部的 化學物質得到足夠的能量。
米勒決定首先嘗試使用猶如小型閃電似的電火花作為外加能量。他在形成的混合 氣體中通入連續(xù)的電火花。
果然，米勒感到發(fā)生了變化：水和空氣開始時是無色的，幾天后卻變成了粉紅色。 一個星期后，水的顏色越來越深，最后竟變成了深紅色。
“儲水容器中究竟生成了什么物質?”米勒準備搞清楚。
混合物中當然沒有生命，但是，里面出現(xiàn)了新的分子，而且這些分子比他著手進 行實驗時要復雜得多。
為了搞清新物質的成分，米勒使用了一種分離和鑒定微量化學物質的新技術—— “濾紙色層分析法”。結果，與卡爾溫一樣，他發(fā)現(xiàn)里面的主要產(chǎn)物是甲酸，除此之 外，他還發(fā)現(xiàn)形成了與甲酸類似，但比甲酸更復雜的化合物：醋酸、羥基乙酸和乳酸， 而這些物質都與生命有著密切的關系。
米勒十分高興，他又加入了氨重新進行了試驗。結果，他得到了一些不僅含碳、 氫、氧，而且含氮的物質。例如：他得到了一些由 1個碳原子、1個氫原子、1個氮原 子構成的氰化氫。他還得到了尿素，尿素分子(NH2CONH2)由2個氮原子、4個氫原 子、1個碳原子和1個氧原子構成。
不僅如此，最重要的是：米勒還在他的產(chǎn)品中發(fā)現(xiàn)了甘氨酸和丙氨酸，這是所有 氨基酸中最簡單的，也是在各種蛋白質中最常見的。
看來，米勒從這個簡單的實驗中獲得了極大的成功。他開始時所用的是甲烷，竟 有六分之一形成了更復雜的有機化合物。他只實驗了一個星期，僅用了很少量的氣體， 就得到了如此的結果。米勒想：在早期的地球上，在溫暖的充滿著氨的海洋，有甲烷 的風吹過海面，所有這一切都被太陽射出的紫外線烘烤著，被巨大的閃電沖擊著，歷 時達10億年之久，那么，肯定會有數(shù)以百萬噸計的這類復雜化合物生成。
米勒將試驗結果公布后，許多生物學家便也開始進行同樣的實驗，他們都證實了 米勒的實驗。華盛頓卡內基學院工作的菲利普·阿貝爾遜，用不同的氣體，以不同的 組合又進行了各種各樣的實驗，結果證明：只要在一開始使用某些在其結構中含有碳、 氫、氧和氮原子的分子，在生成物中就一定能找到氨基酸，而且，總是那種可作為蛋 白質構造成分的氨基酸。
此外，米勒所采用的火花放電并不是唯一有效的能源。1959年，德國科學家格羅 特、魏森霍夫，試用紫外線作為能量，也得到了氨基酸。到1968年，蛋白質結構中的 每一種重要的氨基酸，都用這樣的實驗制成了。根據(jù)賓夕法尼亞州立大學和加拿大蒙 特利爾喬治·威廉大學的報告，最后還制成了一些含硫的氨基酸。
也許其他重要的化合物也一定會生成，或許它們會自然地碰到一起，形成重要的 活組織大分子。如果是這樣，那么，在宇宙中，生命可能是很普遍的。當然，在與地 球大不相同的行星上，例如又大又冷的木星，或又小又熱的水星，不可能形成和我們 地球上這樣的生命。另一方面，則有可能形成基于其他化學類型的其他種類的生命。
從簡單到復雜
米勒的實驗中出現(xiàn)了氰化氫，于是，有些科學家便以此為開端，繼續(xù)進行研究。
1961年，休斯頓大學的美籍西班牙生物化學家胡安·奧羅，進行了這方面的實驗。他發(fā)現(xiàn)：一旦將氰化氫加入最初的混合物，就不僅是只生成氨基酸，并且單個的氨基 酸還能勾連在一起而形成短鏈，其勾連方式也恰如蛋白質中氨基酸勾連的方式。更為有趣的是，還生成了嘌呤。他得到的是一種特殊的嘌呤，稱為“腺嘌呤”。它不僅存 在于核酸中，還存在于其他與生命有關的重要的化合物中。
1962年，奧羅發(fā)現(xiàn)：如果先將甲醛溶在水中，再用紫外線照射，就會生成各種糖 分子，其中有核糖和脫氨核糖。
1963年，錫蘭出生的生物化學家波南帕魯瑪，在加利福尼亞莫菲特菲爾德的艾德 斯研究中心做了進一步的實驗。作為實驗的開始，他合成了各種嘌呤，有的含氰化氫， 有的不含氰化氫。在合成這些嘌呤時，他利用的是電子束的能量和紫外線波。之后， 他與馬里納和薩根合作，繼續(xù)進行實驗。
他們用紫外線照射腺嘌呤和核糖的溶液，結果發(fā)現(xiàn)：腺嘌呤與核糖串接在一起， 其方式與它們在核苷酸中的連接完全一樣。波南帕魯瑪想：“如果實驗開始時也在混合物中放入磷酸鹽，是否能形成完全的核苷酸呢?”
果然，在1965年，波南帕魯瑪宣稱：他已經(jīng)合成了一個雙核苷酸，即由兩個核苷 酸組成的分子，其結合方式與核酸中的恰好一樣。
到60年代中期，生物化學家們似乎已經(jīng)清楚，早期地球上的條件，完全宜于生成 與生命有關的各種物質，這些物質肯定包括能夠組成所有重要的蛋白質和核酸的氨基 酸和核苷酸。不僅如此，在早期地球的環(huán)境下，這些構造材料勾連在一起形成的鏈， 正好就是構成蛋白質和核酸的那些鏈。
至此已經(jīng)表明：所有這些與生命有關的原料，作為不可缺少的化學物質，在早期 地球上都有，但是，生命不僅是化學物質，必須考慮的因素還有活機體中進行著的各 種化學反應。此外，沒有能量的供應，許多這樣的變化是不會發(fā)生的。就海洋而論， 能量的供應是太陽的紫外線輻射，或者其他方式，然而，海洋中一旦出現(xiàn)了微小的生 物，在其內部又會發(fā)生什么事情呢?
某些化學物質在生物體內容易分裂、放出能量，這樣的化學物質使得重要的化學 變化得以發(fā)生，沒有它們，化學變化就不會發(fā)生，沒有這樣的化學物質，無論早期的 海洋中有多少蛋白質和核酸，也不可能出現(xiàn)我們所知的生命。事實證明，這些富含能 量的化合物，也是由太陽光能參與制造的。例如，三磷酸腺苷就可以合成。
60年代中期，波南帕魯瑪試著進行了這個試驗，他將腺嘌呤、核糖和磷酸根置于 紫外線的照射之下，結果，它們開始連在一起形成含有一個磷酸根苷酸。將磷酸根的 比例加大，隨著照射時間的延長，結果它們勾連在一起，形成有 3個磷酸根的三磷酸 腺苷。
1967年，波南帕魯瑪又以簡單的物質合成了一種屬于“卟啉”類的分子，而綠色 植物中極重要的葉綠素分子也屬于卟啉類，這就說明，植物也可以由其他無機物慢慢 生成。
至此，人們已經(jīng)不懷疑在早期地球的海洋中，生命所必需的所有化學物質，都可 以在紫外線的照射下通過化學反應被制造出來。確實，最初形成的生命或許太簡單， 以至于我們還無法稱其為生命，或許它剛剛是為數(shù)很少的幾種化學物質集合在一起， 它們能導致某些變化，使得這種集合免于分裂；也許它能設法形成另一些與它相似的 集合體。
“死”“活”不明
雖然在實驗室里制成了許多種重要的化合物，但是，關于細胞是如何生成的這個 問題，仍舊沒有解決。
沒有哪類化合物完全靠它自身便成了活的，所有在我們看來活的東西，都是各種 物質的混合物，這些物質靠一層薄膜保持緊密的聯(lián)系，并以一種非常復雜的形式互相 反應。比如一些病毒，它只是由單個核酸分子外包一層蛋白質殼組成。
用現(xiàn)代方法研究生命起源問題的霍爾丹，也考慮著細胞是怎樣形成的。他指出： 油滴入水中時，油的薄膜有時會生成泡泡，泡泡中又包著小水滴。某些由紫外線能合 成的化合物是油質的，與水并不相混，假如油質形成的小氣泡恰好包住了蛋白質、核 酸及其他物質的適當混合物，會發(fā)生什么情況呢？今天見到的細胞膜，可能就是由這 種早期的油質薄膜發(fā)展而成的。
俄國生物化學家奧巴林做了進一步的深入研究，他證明：在溶液中的蛋白質有時 會聚集成小滴，并在小滴的外圍形成一種像皮膚似的東西。
邁阿密大學的西德尼·?？怂拐J為：早期的地球一定是一個很熱的行星，火山使 干燥的土地保持一種蒸汽騰騰的狀態(tài)，并使海洋近于沸騰。也許僅僅是熱能，就足以 使簡單化合物形成復雜的化合物。
為了驗證他的這種假說，?？怂购涂剪?#183;哈拉達開始以一種類似Ⅰ型大氣的氣體 混合物，使之通過一根熱的管子。果如所料，至少形成了10多種氨基酸，它們恰恰全 都是構成蛋白質的那些氨基酸，沒有一種氨基酸是在蛋白質中找不到的。
?？怂褂煮@又喜，做了進一步的實驗。1958年，他以在蛋白質中發(fā)現(xiàn)的各種氨基 酸為初始物，每種取一點兒，混在一起并加熱。結果他發(fā)現(xiàn)：這些混合在一起的氨基 酸，竟雜亂無章地聚成條條長鏈，很像蛋白質分子中的長鏈，?？怂狗Q這些長鏈為“ 類蛋白質”，意為像蛋白質那樣的東西。它們確實非常類似，胃液可以消化普通蛋白 質，也可以消化類蛋白質；細菌可以在普通蛋白質中滋養(yǎng)生長，也能在類蛋白質中滋 養(yǎng)生長。
當福克斯將類蛋白質溶在熱水中，然后使溶液冷卻，他發(fā)現(xiàn)這些類蛋白質聚在一 起，呈小球狀，其大小與小的細菌相仿。?？怂垢械绞殖泽@，他稱它們是“微球”。
這些“微球”并不是活的，但是它們的行為有些地方卻很像細胞，它們也被一種 膜包圍著。?？怂乖谌芤褐屑尤胍欢ǖ幕瘜W物質，就能使“微球”漲大或縮小，好似 普通的細胞一樣。“微球”也能萌芽，有時這些芽好像長大了、破裂了。微球可以一 分為二，也能粘連成鏈。
?？怂棺詈蟮贸鲆粋€結論：由氨基酸形成的蛋白質裝配成“微球”體，從而導致 在原始環(huán)境中產(chǎn)生原始細胞，這些細胞又導致后來的核酸進化，最終產(chǎn)生自我維持的 細胞。在類蛋白質存在可激發(fā)化學過程，進而導致這些微分子必需物的進化。他相信， 類蛋白質從本質上來說可能是激發(fā)生命化學發(fā)展的活化劑。
?？怂沟难芯康玫搅硕鄶?shù)科學家的認同，波南帕魯瑪認為：
“?？怂沟墓ぷ魇欠浅Ｖ匾腥さ?，尤其是他那經(jīng)加熱而創(chuàng)造的具有生命力的 微球體。……這種現(xiàn)象對于生命起源的研究具有重要意義，特別對偶然發(fā)生者容易獲 得。”波南帕魯瑪繼續(xù)了?？怂沟膶嶒?，又有新的進展，他說：
“球體驗證從外到內轉移同位素的膜的特征，第一個細胞模型可能就是微球體。”
1994年，南伊利諾斯大學的生物學家阿利斯托特爾·佩皮利斯經(jīng)過實驗也認為： 福克斯的理論似乎是可能的。類蛋白質形成原始細胞膜，這些膜都具有生命細胞類脂 膜的許多特征，這些初步的細胞壁包圍著初生的原生質，它本身就是一種類蛋白質的 原生質結構叢狀物。這些膜能使小分子滲透，但不能使大分子滲透。在原始細胞表面， 有時殘留蛋白質將原始細胞連在一起，形成纖維狀網(wǎng)狀物。他斷言：
“這些類似細胞的早期單元物質是原始細胞，它們是原始生命的最小單元。”
古老的“化學化石”
自從霍爾丹以來，雖然上述對生命起源的猜想目前還有爭議，但卻都得到了實驗 室中小規(guī)模的實驗和縝密推理的支持。如果向地殼的深處尋覓，也能尋出早期地球上 確切情形的遺跡。
科學家通過研究地殼中的化石，來探討普遍的進化過程，這些化石是古生物的殘 留物，是它們的骨頭和甲殼鈣化而形成的石頭。但是直到此時為止，科學家在深層巖 石中找到的化石，最多不超過 6億年，再早一些還沒有找到。也許在此之前，形成的 生命過于簡單，根本無法留下清晰的印記。
阿爾貝遜認為：活的骨骼和甲殼含有蛋白質。一旦這些骨骼和甲殼被埋在地殼深 處，經(jīng)歷數(shù)百萬年，就變成了石頭，可能會有一些蛋白質嵌入礦物薄層之間而留下來， 或者，至少是分解成為氨基酸或氨基酸的短鏈而存留下來。果然不出阿爾貝遜所料， 在60年代，科學家在年齡超過20億年的巖石中，發(fā)現(xiàn)了微小單細胞生物的遺跡。哈佛 大學的巴洪推測：在30億年以前的早期地球上已有簡單的生命形式。
阿爾貝遜認真地溶解這些古代的殘骸，并分析提取出來其中的有機物質，結果發(fā) 現(xiàn)有氨基酸，而且這些氨基酸與存在于生物蛋白質中的一樣，他甚至在一只可能達 3 億歲高齡的化石魚中找到了一些氨基酸。
在阿爾貝遜進行研究取得上述成果的同時，卡爾溫也正在尋找“化學化石”。卡 爾溫深知：在真正古老的巖石中，有機化合物原封不動地保存下來是不太可能的，比 較軟的部分會剝蝕掉，那些經(jīng)久而蝕的可能是碳原子的鏈和環(huán)，其上連有氫原子。19 61年，卡爾溫從30億歲高齡的古老巖石中分離出碳氫化合物，這些化合物分子結構復 雜，很可能源于活植物體中的化學物質。
哈佛大學的紹普夫也取得了成果，他在30億年以上的巖石中探測出了22種氨基酸 的痕跡，這些氨基酸可能就是原始生命的遺跡。
看來，地球上出現(xiàn)生命并非怪事，只要有最初形態(tài)的化學物質和能源，它們便會 自然地朝著生命的方向運動，因此，我們可以推論：生命也可能在任何星球上存在， 只要那里有允許使生命存在的環(huán)境。如果是這樣，在另外的星球上就可能存在著生命。 雖然目前人類所到達的星球都沒有生命，因為那里與地球不同，比如月亮上沒有空氣 和水，水星和金星幾乎是熾熱的，火星以外的星球則是一片嚴寒，那里的化學物質與 地球上的全然不同，但是，這并不能證明在遙遠的星球上也不存在著生命。
1968年，人類通過射電望遠鏡，在銀河系各部分星星之間存在的塵埃云中，測出 了水和氨的無線電波。第二年，又測出第一種含碳化合物——甲醛，以后，更多、更 復雜的化合物被陸續(xù)測了出來，它們幾乎都含有碳。英國天文學家弗雷德·霍伊爾指 出：
“在這種云層中，還可能形成小量的蛋白質和核酸，它們實在太小了，以至難以 探測出來，但它們可以代表生命。”
另外，從外層空間落到地球的隕石，有時也含有少量的碳水化合物。1969年，一 塊重達幾噸的隕石碎片墜落在澳大利亞，波南帕魯瑪?shù)戎茖W家仔細地研究了這些 碎片，
他們發(fā)現(xiàn)隕石的物質組織包含有18種不同的氨基酸，其中 6種是存在于生物蛋 白質中的。雖然這并不意味著隕石中含有任何生物，但它表明：即使在沒有生命的地 方，通往生命之路的這些生物也是可以形成的。(阿美工作室)
生命的起源和進化
生命最初的保護是依靠水的作用。由于熔融的地球的熱量，使水化為蒸汽，變成包圍地球的、輻射線不易穿透的云層。在云層之下，地球的溫度開始急速地下降，雖然地球中心仍是熔融狀態(tài)，但地殼表面逐漸冷卻凝固、擠壓、褶皺和斷裂，從而形成深谷和高峰。隨著地球的繼續(xù)冷卻，云中的蒸汽變成水就開始降雨。大雨連續(xù)下了幾千年。雨水填滿了所有裂縫和鴻溝，淹沒了洼地，而且也漫到山區(qū)，幾乎覆蓋了全部南半球。于是誕生了生命的起源地海洋。
1．生命的誕生
大約30億年前，大雨停止后，地球進入了另一個發(fā)展階段。地球的原始大氣中含有氨（NH3）、甲烷（CH4）、氰化氫（HCN）、硫化氫（H2S）、二氧化碳（CO2）、氫氣（H2）、水（H2O）等成分，但沒有游離的氧氣，大氣中的一些氣體和地殼表面的一些可溶性物質溶于水中，在宇宙射線、太陽紫外線、閃電、高溫等的作用下而自然合成了一系列的小分子有機化合物，例如氨基酸、核苷酸、單糖、脂肪酸等，匯集在原始海洋中，形成霍爾丹所謂的“原始湯”，從而為生命的誕生準備了必要的條件。其中具有四價鍵的碳，特別能同其他元素結合而形成多種物質?，F(xiàn)在約有2000種以上的有機化合物中都含有碳（現(xiàn)在已知各種有機化合物約200萬種）。如果沒有碳的存在，也就沒有生命的誕生了。近幾十年來，科學家曾用射線輻射具有與海洋的原始撎酪簲成分相似的混合物，由此產(chǎn)生了少量的在生命的基礎物質中也具有的有機分子。
當氨基酸、核苷酸、單糖、脂肪酸等有機小分子物質形成之后，在適當?shù)臈l件下，它們可以進一步形成復雜的有機物質。例如蛋白質、核酸、多糖、類脂等大分子物質。其中蛋白質和核酸的形成對于生命現(xiàn)象具有非常重要的作用，對于它們的形成主要有兩種觀點。（1）陸相起源。他們認為聚合反應是發(fā)生在火山的局部高溫地區(qū)，聚合生成的生物大分子經(jīng)雨水沖刷匯集到海洋，并在一定的條件作用下，繼續(xù)發(fā)展成為復雜的有機物質。（2）海相起源。認為在原始的海洋中的氨基酸和核苷酸等小分子有機物可以被吸附于粘土一類的物質的活性表面，而在適當縮合劑（如羥胺類化合物）存在時，可以發(fā)生聚合反應。
生物大分子并不能獨立表現(xiàn)生命現(xiàn)象，只有形成了眾多的、乃至成百萬的已蛋白質、核酸為基礎的多分子體系時，才能表現(xiàn)生命萌芽。而生物大分子在溶液中自動聚集，從而形成各種獨立的多分子體系，出現(xiàn)團聚體或微球體。由于多分子體系可以起到有機表面的催化作用，而反過來作用于各類單體的聚合，促使產(chǎn)生更高級的蛋白質和核酸，然后通過有序性逐漸提高的長期過程，其結構、機能便愈益復雜和完善，由此產(chǎn)生出原始生命。
2．生命的進化
正如生命的起源至今還是個謎一樣，生命如何向前發(fā)展的問題也還是個謎。不過有一點卻可以肯定，如果地球上空最初沒有出現(xiàn)一種屏蔽物的話，那么生命或許仍然停留在非常原始的階段。最初是從地球上放出含有氧和臭氧的保護性的大氣層，介入水和太陽的致命輻射之間。在這層屏蔽物下面，一種新的生命演進過程，光合作用發(fā)生了。光合作用使有生命的細菌和藻類，利用太陽輻射能，創(chuàng)造出許多有機物質并釋放出更多的氧氣。
光合作用使光能微妙地轉變?yōu)樘妓衔?。它是所有生物必需的食品。在細菌的光合過程中，葉綠素受到太陽光的照射時吸收能量，再運用這種能量，分解水分子，此時產(chǎn)生的氫再與碳及其他化合物化合而成糖。同時又把氧釋放到大氣中。這個過程比現(xiàn)代石油化學合成物的生產(chǎn)過程要精巧得多。這種合成過程是在大小還不到十億分之一寸的細胞內進行的。
同時，通過微小的海生植物的呼吸作用，開始吸進氧氣，排出二氧化碳，產(chǎn)生了可供生命利用的能量。因此，在光合作用開始時吸進的水和碳，最后又被放了出來；而光合作用放出來的氧，又通過呼吸作用重新吸收回去。地球上全部動植物生命的源泉，就是這兩大物質循環(huán)：碳的循環(huán)和氧的循環(huán)，再加上少量的氮、硫及磷的循環(huán)。
生物細胞具有驚人的化學轉變能力，并不斷演變進化，南非發(fā)現(xiàn)的約30億年前的原始細菌化石已經(jīng)具有了簡單分裂作用。更進一步的進化又演變出了十億年的原始細菌化石，在美國加利福尼亞州東部也曾被發(fā)現(xiàn)過。其中類似海藻的生物，已被證明內部含有細胞核。又經(jīng)過十億年演化之后，在溫暖的有蔭蔽的海岸和河流出口處的水中，這些類似海藻的生物，大量繁殖了起來，通過它們的光合作用放出大量的氧氣。今天，我們呼吸的氧氣總量的四分之一，就是由海洋中的最微小的浮游生物所產(chǎn)生的，而水和空氣相接觸的海面正好是這些浮游生物的棲居地。
生命的三界劃分：真核生物、細菌、古細菌
生物細胞在新的條件下繼續(xù)進一步演化。在澳大利亞的愛迪阿加拉群山附近新發(fā)現(xiàn)的撊浣誄鏀化石，證明7億年前已有多細胞的生物存在。這是多細胞生物的首次發(fā)現(xiàn)。所有復雜的生物都是多細胞生物。我們還不很清楚，更為復雜的生物器官是如何演化而成的。
當時火山和地震還震撼著地球，海嘯還沖擊著陸地。這種自然界的變動過程，正好為生命躍進到第二個階段做了準備。有些海生植物被沖到巖石上，并在那里生存了下來。迄今發(fā)現(xiàn)的最原始的陸上植物是頂囊蕨的化石，約生存在4.5億年以前。越來越多的植物在高低不平的地面上生長，隨后也跟著出現(xiàn)了動物，魚類逐漸演變成了兩棲動物，鰭像腿一樣幫助它們爬過被海水沖刷的湖泊沼澤地。魚鰓后來也發(fā)展成為肺，能呼吸氧氣。約在3.5億年以前，生物大規(guī)模地向陸地移居。大量植物覆蓋了地球的多石的表面，在整個地球表面上遍布了生有綠葉的新型植物，進行光合作用和呼吸作用。大氣中不可缺少的氧氣，有四分之三就是經(jīng)過植物的光合作用產(chǎn)生的，從而供給地球上所有生物呼吸所需的氧氣。從此陸地成為生命進化的主戰(zhàn)場，多彩的生命世界從此開始。
自然科學對宇宙、生命起源和進化的探索和認識
一、自然科學對宇宙、生命起源和進化的探索和認識
（一）宇宙、太陽和地球、地球和大氣:
1、宇宙：
2.太陽和地球：
3.地球和大氣：
（二）生命的起源和進化:
1.生命的起源：
2.生物的進化：
3.人類的出現(xiàn)是生物進化的（現(xiàn)時）結果：
二、“道”、“道生萬物”、“道法自然”和“萬物負陰而抱陽”的進化論意義
寫在前面：
科學是老老實實的學問?？茖W不是妄說，科學家不是江湖騙子。科學是以事實為根據(jù)的，這也正是它的力量所在。否則那就是偽科學、騙子。重溫現(xiàn)代自然科學在宇宙和生命的起源和進化上的探索和認識，對進一步理解和驗證老子關于“道”“其上不皦，其下不昧，繩繩兮，不可名，復歸于無物”，“有生于無”，“道生一，一生二，二生三，三生萬物”以及“道法自然”和“萬物負陰而抱陽”等學說的真理性，是非常重要的和有意義的?！ ?span lang="EN-US">
一、自然科學對宇宙、生命起源和進化的探索和認識
（一）宇宙、太陽和地球、地球和大氣:
1、宇宙：
１９１２年，美國天文學家斯萊弗在觀測星系的視向速度時發(fā)現(xiàn)，其中的大多數(shù)星系都飛離地球而去。到１９１４年，他得到了１５個星系的有關數(shù)字，其中有１３個是退行，其速度約每秒數(shù)百公里。
當天文學家們沿著這條線索繼續(xù)研究時，情況就變得越來越明朗了：除極個別距地球最近星系外，所有星系都在背離地球飛馳而去?！ ?span lang="EN-US">
１９２９年，威爾遜山的哈勃進一步研究指出：一個星系退離地球的速度同它離地球的距離成正比。這個規(guī)律被稱之為“哈勃定理”?！ ?span lang="EN-US">
此后，哈勃定理不斷地得到進一步觀察證實?，F(xiàn)天文學家借助于大尺寸的望遠鏡，已經(jīng)探測到一些離我們地球非常遙遠的天體，其退行速度高達２４０，０００公里／秒以上。
根據(jù)在宇宙中發(fā)現(xiàn)的這個普遍現(xiàn)象，天文學家創(chuàng)立了關于宇宙是膨脹著的學說?，F(xiàn)在天文學家已普遍認為宇宙是在膨脹著的。并且還可以利用宇宙的這種膨脹現(xiàn)象來解釋愛因斯坦廣義相對論中的“場方程”。至于宇宙的膨脹，有一種解釋是：膨脹是最初的一次爆炸的結果。１９２７年，比利時數(shù)學家勒默策提出：可能現(xiàn)在宇宙的一切物質最初都是來自于一個超密物質的“宇宙蛋”的爆炸結果。由于這個宇宙蛋的爆炸，才產(chǎn)生了我們這個宇宙。它爆炸后的那些團團物質塵云就形成了宇宙間的各個星系，并且直到現(xiàn)在它們仍然還在向四面八方飛散著?！ ?span lang="EN-US">
進一步研究還指出：基本粒子可能就是起源于宇宙蛋的大爆炸的過程中，而化學元素不是在星系世界的進化過程中生成的，它是在恒星進化過程中才生成的。
至于宇宙蛋的來源，有一種假說，認為宇宙蛋是宇宙開始時的極其稀薄的氣體物質，在萬有引力的作用下逐漸收縮而成。即宇宙在其更早的無限久遠之前的某個時期，開始于差不多幾乎是絕對虛空的狀態(tài)。以后經(jīng)過收縮階段而形成宇宙蛋，然后爆炸，再經(jīng)過膨脹階段，再回到差不多是絕對虛空的某種新狀態(tài)，而我們現(xiàn)在就剛好生活在宇宙的這兩者之間比較豐富多彩的短暫時期內。有些天文學家，如英國的邦諾據(jù)此還作了一些估算和推論，認為宇宙已經(jīng)歷了無數(shù)次上述“循環(huán)”，每次“循環(huán)”要經(jīng)歷約數(shù)百億年，即我們的宇宙是一個“振蕩的宇宙”。１９６５年，美國天文學家桑德奇估計，宇宙的每一次振蕩周期約８２０億年。所有這些學說，都說明我們的宇宙是一個“演化的宇宙”。1980年，美國的古斯在熱大爆炸宇宙模型的基礎上又進一步提出了暴漲宇宙模型。這一模型可以解釋目前已知的大多數(shù)重要觀測事實?！ ?span lang="EN-US">
2.太陽和地球：
在遠古時代，就有“宇宙出自混沌”的猜想。十八世紀中期，德國古典哲學的創(chuàng)始人康德采用了這個猜想。并且在哥白尼、牛頓等科學家的有關太陽系結構學說的基礎上和當時已有的科學發(fā)現(xiàn),提出了關于太陽系從云團狀態(tài)向現(xiàn)時天體結構演化機制的設想，從而用歷史解釋了現(xiàn)存。他認為一切物質間不僅存在著引力，也存在著斥力。引力使云團狀態(tài)的分散物質不斷凝聚，而在小質量物體向大質量物體趨近的過程中，斥力使其產(chǎn)生了旋轉運動。他用這一基本原理來闡述太陽系的形成過程，解釋太陽系的行星和衛(wèi)星為何處于同一軌道平面上，以及軌道取向、軌道根數(shù)等產(chǎn)生的原因。稍后，法國天文學家、數(shù)學家拉普拉斯在１７９６年也獨立地提出了他的假說。按照拉普拉斯的描寫，那形成太陽系的巨大的、收縮著的云團物質，從一開始就旋轉著。隨著云團的收縮，根據(jù)角動量守恒原理，轉速將越來越高，云團開始從它快速轉動著的赤道附近拋出一些物質環(huán)來。這樣，在形成中的太陽周圍就遺留下一系列的輪胎狀物質云。而這些物質環(huán)慢慢地就凝聚成了太陽系中的各個行星；這些行星本身也可能按上述同樣方式拋出了一些小環(huán)，就形成了它們各自的衛(wèi)星。這些假設似乎同太陽系的一些主要特征一致，卻有一些與事實不符的致命弱點。例如，１８５９年，英國數(shù)學物理學家麥克斯韋從數(shù)學上對土星環(huán)進行了分析，他證明，不管什么天體拋出的氣體物質環(huán)，都只能夠凝縮成土星環(huán)那樣的小粒子集合體，而不會使它形成一個大固體，因為萬有引力將把它拆散。另外，據(jù)計算，全部行星質量僅有太陽系質量的０．１％，卻擁有太陽系總角動量的９８％！但在木星和土星各自的系統(tǒng)中，它們卻存有其系統(tǒng)的大部分角動量！
１９０５年，美國科學家錢伯林和莫爾頓又提出一種假說，他們把行星解釋為另外一顆恒星和我們的太陽很近地相擦而過時從太陽和那顆恒星中拉出來的一些氣體物質，而那些留在我們太陽近旁的物質云團后來就凝縮成一些小的“星子”，然后這些“星子”又發(fā)展成行星。這就是所謂的“星子假說”。然而實踐證明，這個假說也是漏洞百出，而很快被人們放棄?！ ?span lang="EN-US">
隨著天文學家對宇宙眼界的開闊，使人們不得不去重新認識星系的形成問題。這時星系這一名稱所指的氣體塵埃云，要比拉普拉斯設想形成太陽系之母的云團要大得多。顯然，在這樣一些巨大的物質云團中會發(fā)生洶涌激蕩的湍流，而且在這些湍流中還會出現(xiàn)旋渦，而每一個旋渦就有可能凝縮成一個獨立的系統(tǒng)。１９４４年，德國天文學家韋扎克對這種設想進行了詳盡地分析，經(jīng)過計算后指出：那些最大的旋渦包含有足夠形成星系的物質。當這樣一個巨大旋渦作湍動收縮時，就會產(chǎn)生出一些子旋渦。每一個子旋渦也很大，足以誕生出一個或多個太陽系來。在太陽旋渦的外緣，又會出現(xiàn)一些亞子旋渦，它們就可能形成行星。當兩個亞子旋渦相碰撞，而象兩個嚙合的齒輪朝相反方向轉動時，在它們的接合處，就會形成行星。因為在這些地方，塵埃粒子會因碰撞而結合。這樣碰撞的結果，就可能先形成星子，然后再形成行星。此后，瑞典天體物理學家阿爾芬又考慮到太陽的磁場在其生成中對旋轉的制動和傳遞作用，而對韋扎克學說加以改進。結果，使這個學說成為一個看來是迄今說明太陽系起源的較好的理論?！ ?span lang="EN-US">
就這樣，在浩瀚的宇宙中，出現(xiàn)了我們賴以生存的家：地球;賴以生存的環(huán)境：月亮、星空和光輝燦爛的太陽?！ ?span lang="EN-US">
由巖石和紅移測得的結果，認為現(xiàn)太陽和地球的年齡都是５０－６０億年?！ ?span lang="EN-US">
3.地球和大氣：
天文學家經(jīng)過長期的研究后知道，在太陽系中的其它行星上沒有一個有與我們地球上相似的大氣，而使人們推論，地球上的大氣是一系列獨特過程作用的結果，它是得天獨厚的。
因為在宇宙中，氫、氦、碳、氮和氧占了大部分，而其中氫的普遍性又遠遠地超過其它元素。所以美國化學家尤里認為在氫的數(shù)量占絕對優(yōu)勢的原始大氣Ｉ的情況下，碳很可能會與氫化合成甲烷（ＣＨ４），氮與氫化合成氨（ＮＨ３），而氧與氫化合成水（Ｈ２Ｏ）。氦和多余的氫可能克服地球的引力而逃逸出去；水形成海洋；甲烷和氨這類較重的氣體會被地球的引力緊緊地保持住，從而成為地球大氣的主要成分而形成大氣Ⅱ。
而來自太陽的紫外線輻射又會使大氣Ⅱ繼續(xù)發(fā)生變化。在外行星上這種變化是極微小的，這是因為：其一，它們所接受的來自遙遠太陽的輻射較弱；其二，它們有巨大的大氣Ⅱ層能夠吸收掉來自太陽的輻射，從而使太陽的紫外線輻射對其大氣的作用極微弱，而不致于使其產(chǎn)生顯殊的變化。所以外行星大氣中至今仍然是氫、氦、氨、甲烷。但這對五個近太陽的星球:火星、地球、月球、金星和水星的情況就不同了。而其中因月球和水星太小、太熱或既小又熱，不能保持住其周圍的大氣。只有火星、地球和金星的周圍，在開始時具有主要是由氨、甲烷和水組成的薄薄的大氣層。當太陽的紫外線輻射照射在地球的大氣Ⅱ之上層水分子上，就把它“光致離解”，而使其分解成氫和氧。氫可能逃逸出去，而留下氧。由于氧的化學性質活潑，就會同它附近的甲烷作用而形成二氧化碳（ＣＯ２）和水；與氨作用形成氮（Ｎ２）和水。從而使大氣從甲烷和氨很緩慢，但卻是穩(wěn)定地轉化成氮和二氧化碳，而氮與地殼中的礦物質發(fā)生緩慢的作用而形成硝酸鹽，剩下的二氧化碳則成為大氣的主要成分?！ ?span lang="EN-US">
同時，一旦二氧化碳成為大氣中的主要成分后，太陽的紫外線輻射就不會再通過水分子離解而使大氣進一步變化了。因為當氧開始以自由態(tài)形式積累起來的時候，在高層大氣中就會形成一層薄薄的臭氧層，阻礙紫外線輻射進入低層大氣，從而阻止發(fā)生進一步光致離解作用。所以，以二氧化碳為主的大氣是穩(wěn)定的。
進而，二氧化碳會產(chǎn)生“溫室效應”。如這個以二氧化碳為主的大氣層很稀薄，又遠離太陽，那么這種效應將很微弱，例如，象火星上的情況，火星上的大氣密度只有地球的１％。但如大氣密度很大，又靠近太陽，那么它的“溫室效應”又將很大，最后使這個行星變的極熱，其全部水都將以水蒸汽的形式留在大氣中，而把它的表面永遠隱藏在不消散的濃云之下。例如，像在金星上的情況那樣?！ ?span lang="EN-US">
而在地球上的情況既不象火星，也不象金星。在地球的大氣中，氮沒有被全部吸入地殼中，而留下的二氧化碳又是稀薄微量的，其溫室效應既不大又不小，既有保溫作用，又沒有形成能窒息萬物的高溫“外殼”。這樣，就不僅使地球成為一個“開放系統(tǒng)”，而且是一個具有負熵的耗散結構的自組織系統(tǒng)。這個由太陽、大氣、海洋和地球所構成的非線性系統(tǒng)，在遠離平衡的條件下，而必定使它其中的物質從無序、熱混沌到有序的不斷轉變和進化，其結果就產(chǎn)生了生命，生命的多樣性，以及生命由低級到高級的多層次進化。
進而，在地球的海洋里，生命所產(chǎn)生的化學反應又破壞了氮的化合物，把氮釋放出來。這樣，在大氣中開始產(chǎn)生大量的氮氣。此外，細胞發(fā)展了借助于不受臭氧層阻擋的可見光把水分子分解為氫和氧的能力。氫與二氧化碳化合，就構成了組成細胞的復雜分子，而氧在釋放出來后，則進入大氣。這樣，地球上的大氣Ⅱ，由于有了生命，其組成又從氮和二氧化碳轉變成由氮和氧組成的現(xiàn)在大氣Ⅲ。隨即，溫室效應變得更微弱，地球依然是冷的，并能保持它的獨一無二的液態(tài)水的海洋和其中含有大量自由態(tài)氧的大氣層。
實際上，含氧大氣可能只是地球已存在約５０億年歷史的最近幾億年的特征。科學證明，甚至在６億年以前，其大氣中的氧也只有約現(xiàn)在的１０％?！ ?span lang="EN-US">
我們現(xiàn)在有這樣一個含氧豐富的大氣層，首是要慶幸于地球在太陽系中的優(yōu)越位置和它自身的優(yōu)越條件，從而使它產(chǎn)生了生命；而正是由于生命的產(chǎn)生又使得它的大氣中有存在自由態(tài)氧的可能性，而自由態(tài)氧的存在又反過來使得生命能夠得以繼續(xù)存在和發(fā)展下去,而這一切對地球來說又都是必然的。
（二）生命的起源和進化:
1.生命的起源：
人類真正地能克服宗教的桎梏，而以科學的態(tài)度和手段來探索和研究生命的起源和進化的問題，是由二十世紀初才開始的。因為只能瓜熟才能蒂落，水到才能渠成，只有伴隨著十九世紀、二十世紀科學技術和經(jīng)濟文化進步之果熟，之水到，關于正確認識生命起源和進化的這個蒂才能落，渠才能成?！ ?span lang="EN-US">
大多數(shù)人類早期的文化中都有一些關于上帝創(chuàng)造第一個人的神話，有的還涉及到其它生命的創(chuàng)造問題?？墒侨藗儏s很少把生命的形成完全歸功于上帝的萬能之手，特別是對于低級生命的產(chǎn)生。上帝是至高無上的，圣潔的，是不肖于對那些低下的、骯臟的東西之一顧的。例如人類很早就認為象昆蟲和蛆這樣一些低級生物是從腐肉中自生出來，青蛙是從泥里直接產(chǎn)生出來，老鼠可以從霉爛的麥子里產(chǎn)生出來。這種觀點似乎人們是依據(jù)自己實際觀察得到的“想當然”的論斷。無論是古希臘的“思想帝王”亞里士多德，還是中世紀的科學巨匠牛頓都對此深信不疑?！ ?span lang="EN-US">
人們第一次對生命起源課題的研究和探索，也是首先避開宗教、神靈，而從這個千百年來習以為常的見解開始的?！ ?span lang="EN-US">
第一個用實驗來檢驗這個信念的是意大利醫(yī)生雷地。１６６８年，他決意要看看蛆到底是不是真的可以從爛肉里生出來。他把一塊塊肉放在一個個瓶子里，有的瓶口蓋上紗布，有的則不蓋。蒼蠅能自由地飛到那些瓶口不蓋紗布的瓶子里，而不能進入那些瓶口蓋有紗布的瓶子。結果表明：只有那些瓶口不蓋紗布，蒼蠅可以自由出入的瓶子里的肉上才生蛆。因此他斷定：蛆是由蒼蠅產(chǎn)在肉上的極為微小的卵孵化出來的。沒有蒼蠅的卵，不論肉腐爛多久，也不能生蛆。
可是，在雷地那個時期以后不久，當人們發(fā)現(xiàn)微生物的時候，很多科學家又開始相信雖然從死物里不能產(chǎn)生看得見的生命，但微生物卻可以從死的東西里變出來。因為既使把放肉的瓶子的瓶口用紗布蓋嚴、封好，其中也會長滿了細菌。關于微生物可以產(chǎn)生于死物的觀點又盛行了一個世紀，直到１７６５年，意大利的博物學家斯帕蘭扎尼才開始對這個信念產(chǎn)生懷疑?！ ?span lang="EN-US">
１７６５年，斯帕蘭扎尼準備了兩組瓶子，都裝入肉湯。讓其中第一組開口，使空氣可以自由進出；而把第二組瓶子里的肉湯首先加熱煮沸，殺死其中已有的各種微生物，然后封好，不讓空氣里可能有的微生物進入。結果：第一組瓶子里的肉湯里很快長滿了微生物；而第二組瓶子里的肉湯里卻沒有產(chǎn)生出微生物。這就證明了，就連微生物也不能由無生命的物質里產(chǎn)生出來。他甚至還分離出一個單個的細菌，并且看到它分裂成兩個細菌。但這仍然沒有讓人們心服。還有人堅持煮沸能把空氣中的各種“生命力”煮死的說法。為此，在１８６２年，法國化學家、生物工程的開山鼻祖巴斯德設計并制造了一種瓶子，它有一個既象鵝的脖子又象個橫放的Ｓ形的長頸。他不把瓶口密封，空氣能夠進入瓶內，可是空氣中的塵埃顆粒和微生物卻進不去，因為彎彎的瓶頸象個陷坑，起著類似于在下水道中防止臭氣回流的Ｓ形管的作用。他在瓶子里放上一些肉湯，安裝上Ｓ形的瓶頸，把其中的肉湯煮沸，然后等著看發(fā)展。結果，肉湯內保持無菌?？諝庵酗@然沒有什么“生命力”。這樣，巴斯德的實驗才把“生命力”之說永遠地埋葬了?！ ?span lang="EN-US">
在上面，科學家首先證明了：無生命的物質不能產(chǎn)生生命；而后，科學家要證明的卻是：生命又確實是無生命物質進化來的。而使得這兩個相反的命題統(tǒng)一起來是其條件的不同?！ ?/span>
但如果生命既不是神創(chuàng)造的，又不是“生命力”創(chuàng)造的，那么是怎么來的呢？ 十九世紀末，有些理論家又走到了另一個極端，認為生命歷來就有的。其中最流行的觀點是瑞典化學家阿倫尼亞斯提出來的。１９０７年，他出版了一本書，名字叫《宇宙的形成》，其中說宇宙一直就有生命，生命穿過宇宙空間游動，不斷地在新的行星上定居下來。他說：生命是以孢子的形式游動的，孢子可因無規(guī)則運動而逸出行星的大氣，然后靠太陽光的壓力被推向宇宙空間各個角落。他認為：孢子在星際空間里被光輻射推動著一直向前運動，直到它死掉或落到某個行星上安家落戶，發(fā)展成活躍的生命?！ ?span lang="EN-US">
但是在１９１０年，科學家們證明：紫外線能很快殺死細菌的孢子。在星際空間里，即使不算其它破壞性輻射，如宇宙射線、太陽Ｘ射線，以及圍繞著地球的范艾倫帶的那些帶電粒子等，只就太陽的紫外線輻射也已經(jīng)足夠強了。而就人類至今所知道的由蛋白質和核酸（ＤＮＡ）構成的孢子都害怕輻射的照射?！ ?span lang="EN-US">
尤里認為，生命是在大氣Ⅰ中開始的。１９５２年，在尤里的實驗室工作的研究生米勒（丹麥顯微鏡學家）讓加上氨、甲烷和氫的水循環(huán)流經(jīng)一個模擬太陽紫外線輻射的電弧。一個星期后，他用紙上色層法分析他的溶液，發(fā)現(xiàn)除了那些不含氮原子的簡單物質以外，還有甘氨酸和丙氨酸，兩種最簡單的氨基酸，并且似乎還有其它兩種比較復雜的氨基酸?！ ?span lang="EN-US">
米勒的實驗結果非常重要：
第一，這些化合物形成得很快，數(shù)量也很多。實驗只進行了一個星期，在他所使用的甲烷中，就有１／６與其它物質形成了比較復雜的有機化合物。
第二，他的實驗中所形成的有機物恰好都是活的組織所具有的。那些簡單分子變成比較復雜的分子的途徑,似乎正好直接朝著生命的方向前進。在后來更為精微的實驗里,這個朝向生命發(fā)展的過程在不斷繼續(xù)著。在任何時候，實驗中所大量形成的分子,似乎都是朝向我們所熟悉的生命前進的。這就是自然,自而然之，本質上的意義?！ ?span lang="EN-US">
艾貝爾森繼續(xù)了米勒的工作，他進行了一系列類似的實驗，用的是由不同氣體以不同組合方式構成的原始材料。他發(fā)現(xiàn)，只要開始時所用的分子中有碳、氫、氧、氮等原子，使用的能源不一定利用放電，就都能形成那些在蛋白質中通常所見到的氨基酸。
１９５９年，兩個德國科學家格羅特和維森霍夫設計了一個用紫外線代替放電的實驗，他們也得到了氨基酸。紫外線不僅可以殺死生命，也可以制造構成生命的物質?！ ?span lang="EN-US">
在二十世紀六十年代后期，科學家們在地球外圍空間的氣云里也發(fā)現(xiàn)了一些代表朝向這個生命方向發(fā)展的最初階段的更為復雜的分子。這一些都有力地說明，簡單物質朝向生命發(fā)展的路線是在當時地球環(huán)境中的必然，是受阻力最小，而概率最大的“自然”之路?！ ?/span>
１９６８年１１月，天文學家在星際間發(fā)現(xiàn)了水分子和氨分子的射電波“指紋”；
１９６９年，又探測到甲醛（Ｈ２ＣＯ）；
１９７０年，又探測到丙炔腈（ＮＣＣＣＮ）和甲醇（ＣＨ３ＯＨ）?！ ?span lang="EN-US">
現(xiàn)在人們知道：可能在塵埃云團發(fā)育成地球的那個時候，形成復雜分子的最初發(fā)展階段就已經(jīng)開始了。
地球在最初形成的時候，可能就已經(jīng)有了氨基酸。１９７０年，對此出現(xiàn)了有利的證據(jù)。錫蘭出生的生物化學家波南佩魯馬研究了１９６９年９月２８日在澳大利亞的一塊隕石。仔細分析發(fā)現(xiàn)，其中有微量的五種氨基酸：甘氨酸、丙氨酸、谷氨酸、纈氨酸和脯氨酸。這些氨基酸都沒有光學活性，所以隕石里的這些氨基酸并不是出于球球污染，即不是由生命過程形成的，而是由在米勒的燒瓶里所發(fā)生的那種非生命的化學過程形成的?！ ?span lang="EN-US">
１９６１年西班牙血統(tǒng)的美國生物化學家奧羅利用在米勒實驗中的一種產(chǎn)品氰化氫作原料加到實驗開始時使用的混合物中。結果他得到了很多種氨基酸，甚至還得到了一些短的肽，一些嘌呤和核酸的重要成分腺嘌呤?！ ?span lang="EN-US">
１９６２年，他又用甲醛作為原料之一，制成了核酸的其他成分：核糖和脫氧核糖?！ ?span lang="EN-US">
１９６３年，波南佩魯馬也做了一些同米勒相似的實驗。他利用電子束做能源，制成了腺嘌呤。此后他同馬里納和薩根一起，進一步把腺嘌呤加到核糖溶液里，在紫外線的作用下制成了腺嘌呤和核糖分子結合而成的腺嘌呤核苷。假如，這時還有磷酸存在，磷酸根就會掛在上面而形成腺嘌呤核苷酸。事實上，可以加上三個磷酸根而形成三磷酸腺苷（ＡＴＰ）。而ＡＴＰ是活組織能量處理機制所必需的成分。1９６５年，他又把兩個核苷酸結合在一起，制成了二核苷酸。假如在研究這個問題的其他實驗里所使用的混合物中加上氨基氰（ＣＮＮＨ２）和乙烷（ＣＨ３ＣＨ３），就能產(chǎn)生其它一些化合物。在地球的原始時期就可能已存在著氨基氰和乙烷。因此，在地球的原始海洋和大氣里，正常的化學和物理變化毫無疑問地也會發(fā)生這樣的作用，從而形成蛋白質和核酸。
在地球還沒有生命的時候,所形成的各種化合物都會在海洋里保留下來并且積累起來。因為那時候既沒有大大小小的生物消耗它們，也沒有游離的氧去使它們氧化或分解。唯一能破壞它們的重要因素是形成它們的紫外線等輻射?？墒?，海流可以把它們大量地帶到海洋中層的安全避難所中，在這里既遠離遭受紫外線輻射的海面，也遠離放射性活躍的海底。據(jù)波南佩魯及其合作者們估計，原始海洋約有１％完全是由這些新形成的有機化合物構成的,其數(shù)量超過一千萬億噸。這樣大量的蛋白質和核酸已經(jīng)足夠供應各種自然力去發(fā)揮它們的創(chuàng)造作用了。有這樣巨大的數(shù)量的蛋白質和核酸，即使是最為復雜的物質也必然會在不太長的時間內形成出來，更何況還有數(shù)十億年的時間可供它們來精雕細琢呢！
因此，從邏輯上完全可以假定，地球的原始海洋和大氣中的簡單化合物，隨著時間的推移，會越來越多地形成較為復雜的氨基酸和簡單的糖類；氨基酸又結合成肽；嘌呤、嘧啶、糖和磷酸則結合成核苷酸；經(jīng)過若干年代，又逐漸形成蛋白質和核酸。最后，關鍵的一步必定終會到來:這些物質通過隨機結合，由誘發(fā)而形成了一個能自我復制的核酸分子。這個時刻就是通常意義上的“生命”的開始?！ ?/span>
我們根據(jù)自組織理論知道，那時的地球實際上已形成了一個具有負熵的耗散結構系統(tǒng)，它吸收太陽的能量而使自己的簡單物質形態(tài)逐漸向復雜、更復雜的物質形態(tài)發(fā)展、進化，不平衡是它的有序之源，“漲落”是激活它的“種子”，而“漲落”又是不可避免的、必然的，對它的偶爾一次騷動、干擾，都可能是投向它的、誘發(fā)它產(chǎn)生能自我復制的核酸分子的“種子”。
可見，在生命本身進化之前，有一個“化學演化”的時期。然后，只要有一個“活”的分子，就足以使生命開始發(fā)展，而這一切對那時的地球來說都是必然會發(fā)生的,從而使地球變成一個朝氣蓬勃,充滿生命的世界。這正象一個受精的細胞能發(fā)展成為一個極其復雜的有機體一樣。在那時的由有機“湯”所構成的海洋里，頭一個活的分子能在很短的時間內成億成億地復制出和它自己一樣的分子。而每一偶然的突變又會產(chǎn)生與它稍微不同的分子來，而那些在某些方面效率更高的分子，會犧牲它的鄰居而進行繁殖，并且取代舊有的那些分子。如果有一組分子在暖水中效率比較高，另一組在冷水中效率比較高，就會產(chǎn)生兩種，其中每一種都局限在它最適應的那個環(huán)境里。這樣，“有機進化”過程就開始運轉了。
即使在最初就獨立地出現(xiàn)了好幾種活的分子，但是效率最高的那一個也可能會比其它分子繁殖得更快。所以，今天所有的生物很可能都是同一個活的原始分子的后代。實事也證明了這一點:盡管現(xiàn)在的各種生物有那么大的差別，但它們全都有相同的基本性質。它們的細胞都以非常類同的方式進行著代謝。不僅如此，特別有意義的是：所有生物的蛋白質都是由Ｌ型氨基酸，而不是由Ｄ型氨基酸構成的。也許，后來發(fā)展出各種生命的那個原始的核蛋白湊巧是Ｌ型氨基酸構成的；由于Ｄ型不能和Ｌ型形成穩(wěn)定的鏈，所以，原來湊巧是Ｌ型氨基酸的那一個活的分子就通過自我復制而成為極其普遍的了。這并不是說，在自然界中完全沒有Ｄ型氨基酸。在某些細菌的細胞壁里和某些抗生化合物里有Ｄ型氨基酸，但這是非常罕見的例外?！ ?span lang="EN-US">
當然，從活的分子到現(xiàn)在我們所知道的生命還需要跨越非常巨大的一步。除了病毒以外，所有的生物都具有細胞的組織。用人作標準，細胞是太小了，可是從化學結構和相互關系上來看，細胞是極其復雜的。那么，這一切又是怎樣開始的呢？
美國生物化學家?？怂沟难芯空f明了細胞的起源問題。他認為，早期的地球是非常熱的，單靠熱能就足以使簡單的化合物形成復雜的化合物。為了證明這一點，他把各種氨基酸的混合物加熱，發(fā)現(xiàn)它們形成了長鏈，同蛋白質分子的鏈很相似。能消化一般蛋白質的酶，也能消化這些“類蛋白”，這種類蛋白可以作為細菌的食物?！ ?span lang="EN-US">
最驚人的是，當他把溶解在熱水里的類蛋白冷卻時，發(fā)現(xiàn)類蛋白縮到一起，形成一些“微小的球”，這些微小的球和小的細菌那么大。按一般標準看，這些小球是沒有生命的，可是它們至少在某些方面卻表現(xiàn)得和細胞那樣。例如，它們外面也包著一種膜。他在這種溶液里加上某些化學藥品以后，這些小球能象一般細胞那樣膨脹起來或萎縮下去。它們能發(fā)芽，甚至這些芽有時似乎還能長大，然后脫落下來。小球能分裂，一個分成兩個，或彼此連成一串。
大概在生命出現(xiàn)之前，這類不完全有生命物質的聚集物已形成有好多種。有的特別富有ＤＮＡ，很能自我復制，可是在貯備能量上卻不行。但有的卻能夠很好地處理能量，可是自我復制則不行。后來，這兩類不同的聚集物可能在一起進行協(xié)作，每一種都補償了另一種的缺陷，而形成了一個近代的細胞。這個細胞的效率比其形成它的任何一個部件的效率都高得多。近代細胞仍然具有一個富于ＤＮＡ可自己卻不能利用氧的細胞核，和大量能夠高效率地利用氧但沒有細胞核就不能自我復制的線粒體。線粒體中還有少量ＤＮＡ，這就表明，它可能一度曾經(jīng)是獨立存在的東西?！ ?span lang="EN-US">
在存有大氣Ⅰ和大氣Ⅱ的時期，原始的生命形態(tài)只能靠把復雜的化學物質分解成更簡單的物質并貯存起來和以此時釋放出的能量來維持其生存。然而這時，太陽的紫外線輻射又會把簡單物質再次變成復雜的物質。但是，一旦大氣Ⅱ完全形成，臭氧層也已經(jīng)出現(xiàn)之后，這些生命形態(tài)就有了饑餓的危險，因為這時紫外線的供應已被切斷了?！ ?span lang="EN-US">
可是在這個時候之前，已經(jīng)形成了一些類似線粒體的聚集物，其中含有葉綠素，也就是現(xiàn)在的葉綠體的始祖。１９６６年加拿大生物學家霍德森和貝克用吡咯和仲甲醛作為初始物質，這兩種東西可以在米勒那類實驗里用較簡單的物質制造出來,只是微微加熱3個小時，就得到了葉綠素的基本結構——卟啉環(huán)?！ ?span lang="EN-US">
在臭氧層正在形成的過程中，雖然含葉綠素的原始聚集物利用可見光的效率不高，可是比沒有葉綠素的聚集物卻好得多?？梢姽夂苋菀状┻^臭氧層，它的能量雖然比紫外線小，可是足以使葉綠素系統(tǒng)進行工作?！ ?span lang="EN-US">
最早期的葉綠素的生物可能并不比現(xiàn)在的單個葉綠體更復雜。實際上，現(xiàn)在有約兩千種能起光合作用的“藍綠藻”。藍綠藻是非常簡單的單細胞生物，在結構上更象細菌，只是它們含有葉綠素，而細菌沒有葉綠素。藍綠藻可能是原始葉綠體的后裔中最簡單的一種,而細菌可能是葉綠體的后裔，它們已經(jīng)喪失了葉綠素，而且得靠食死的組織和死組織的成分過寄生生活?！ ?span lang="EN-US">
當葉綠體在原始的海洋里繁殖時，二氧化碳逐漸消耗著，分子氧就出現(xiàn)了。結果，就形成了現(xiàn)在的地球大氣Ⅲ。植物細胞的效率不斷提高，每個細胞都含有大量的葉綠體。這個時候，沒有葉綠素的精細的細胞就不能再靠原來的基礎過活了，因為植物細胞已經(jīng)把海洋里的食物供應一掃而光，除了在植物細胞里面，再也形不成食物了?？墒?，沒有葉綠素但配備著精細的線粒體的細胞，卻能依靠吞食植物細胞和剝奪植物細胞制造出來的分子來生存。因為線粒體能很有效地處理復雜分子，并且把這些分子分解時所釋放出來的能量貯存起來。這樣，就開始有了現(xiàn)代的動物細胞。后來，生物變得相當復雜，開始留下我們現(xiàn)在看到的動物和植物的化石記錄了?！ ?span lang="EN-US">
由此可知,生命只不過是在我們地球上這個得天獨厚的特殊環(huán)境中，簡單物質在一系列物理的和化學規(guī)律的作用下而生產(chǎn)的必然結果。
2.生物的進化：
十八世紀下半葉和十九世紀早期的博物學家，因受惠于那個時代的生產(chǎn)實踐，搜集了他們先輩所未曾有過的大量的、新奇的和詳盡的地質和化石資料。人類在挖掘埋藏在地殼深處的鐵和煤的活動時，地球昔日的歷史也就展示其眼前。被挖掘出來的一件件化石，使人們看到早已在地球上滅絕的生物的概貌。人類發(fā)現(xiàn)海底的淤積層原來是古代的內陸，它的堅硬的巖層表面又可能說明它原先是些熔融狀態(tài)的巖漿。
這些材料說明，地球表面和其上的生物曾經(jīng)發(fā)生過一些巨大的變化，其變化的原因是什么，兩者有無關系？
１６９５年，英國倫敦雷山姆學院醫(yī)學教授約翰·伍德沃德發(fā)表《地球自然歷史試探》一文。他認為地球上曾發(fā)生規(guī)模巨大的洪水，而把大地沖得土崩瓦解，在洪水過后才又形成新的地層。這種早期的災變論被稱之為“水成論”?！ ?span lang="EN-US">
１74０年，意大利威尼斯的一個修道院院長安登·莫羅提出了一個相反的假說，他認為地質學上的大災變是一系列的火山爆發(fā)造成的，是火山灰和熔巖埋葬了那些地球上原有的生物而形成新的地層。這種災變論被稱之為“火成說”。
進而,從火成說中逐漸地產(chǎn)生出一種“均變論”的學說，它認為地球表面的變化是由于那些現(xiàn)在仍然對其起作用的原因，如：侵蝕作用、泥沙沉積、火山地震等等長期逐漸導致的結果。１７９５年，被稱為“近代地質學之父”的赫頓之名著《地球的理論》問世。他認為地表內部是熔融的巖漿，外部堅固的地殼把它封閉于其中，而火山可以作為地球內部能量的噴瀉出口，起著某種保險閥的作用。當熔融巖漿從地下裂逢中迸發(fā)出來時，就使壓在它上面的巖層發(fā)生傾斜，并產(chǎn)生出新的巖層。他的這種“均變論”觀點蘊含著這樣一種意義：
即現(xiàn)在生物的各種形式是在地質均變作用下古代生物逐漸進化、演變的結果，并非每一種生命形成都是來自于某一獨特的生命創(chuàng)造行為。地球的歷史，可以在地球的地質史中讀到；生物的進化史，也可以在地球的地質史中讀到?！ ?/span>
此后，又有賴爾繼承了他的學說，賴爾在１８３０年至１８３３年，相繼出版了他詳細論述“均變論”的巨著《地質學原理》的一、二、三卷，而這些書的副標題：“以現(xiàn)在還在起作用的原因試釋地球表面歷史上的變化”,明確地概括了他的這一思想主旨。賴爾的地質學理論不僅正確地解釋了地球的地質史，而且還隱含著另一個更重要的發(fā)現(xiàn)：既然地球從過去到現(xiàn)在永不停息地變化著，那么，在地球上生存著的生物物種也一定會在逐漸地、不停地變化著，而它們的歷史形態(tài)可以由大量生物化石告訴我們。因此，地質均變論隱含著生物進化論。
在此我們可以看到一個問題，即災禍的兩重性，它不僅可以給生命造成巨大的苦難，也可能給生命帶來向更高層次進化的機會。自然災禍是必然的，不可避免的，人類所能，并應該做的事情就是怎樣控制它的危害，而充分利用它可能給人類帶來的利益。
在生物學上，英國博物學家達爾文在廣泛地考察后，證明了野生生物確實有歷史的進化。遠物種之間在結構上的相似性，有力地說明它們有共同的祖先；而兩個界線分明的物種之間，時?？梢圆迦胍幌盗形锓N，而使物種的分類變得十分困難模糊。物種間不存在明確的界限。這又顯然說明：現(xiàn)地球上的各物種有一個共同的祖先，而現(xiàn)在的各物種，是同一祖先的生物沿無數(shù)不同方向各自不斷地進化形成的?！ ?/strong>
達爾文又證明了物種的變異必須和選擇相結合才能產(chǎn)生顯著的物種進化。而地球上的現(xiàn)生物就是古生物通過遺傳基因變異和自然選擇而長期不斷進行的改進和遺傳的結果?！ ?span lang="EN-US">
而關于生物進化的變異和遺傳的具體機制問題是由與達爾文同時代的奧地利僧人，后來成了修道院院長的孟德爾解決的。他進行了一系列的豌豆雜交實驗，并且提出了一種有深遠影響的理論,正確地解釋了這些實驗結果的意義?！ ?span lang="EN-US">
孟德爾把生物遺傳的性狀首先分解成一個個不可再分解的基本單元，然后再對某一個或幾個遺傳單元進行研究，這使他獲得了很大的成功。他稱這種單元為“遺傳因子”。他先采用了具有相反遺傳因子的兩株豌豆作父本和母本，一株高，一株矮。如果讓它們各自自花傳粉，各自只會產(chǎn)生高的或矮的后代。這說明它們是純種。孟德爾禁止它們自傳花粉，而是使其雜交。他發(fā)現(xiàn)，這樣產(chǎn)生的第一代全是高的，說明高因子Ｔ是顯性的，而矮因子ｔ是隱性的，它含有兩個因子Ｔｔ。孟德爾又令第一代的Ｔｔ自花傳粉或互傳花粉，在產(chǎn)生的第二代中，高矮植株之比為３∶１。孟德爾認為這是第一代的因子Ｔｔ相互分離后又重新排列ＴＴ、Ｔｔ、ｔＴ和ｔｔ的結果。其中ＴＴ、Ｔｔ、ｔＴ是高莖，而ｔｔ是矮莖。孟德爾又用第二代繼續(xù)繁殖，發(fā)現(xiàn)其后代的高矮比例與上述對基因的排列分析完全一致。當然，孟德爾發(fā)現(xiàn)了物種的遺傳因子，以及通過改變這些遺傳因子的可能組合，而實現(xiàn)物種的某些性狀方面的改變，但只這些還不能達到物種的進化。孟德爾只是發(fā)現(xiàn)了基因不變的遺傳，而沒有發(fā)現(xiàn)基因在遺傳過程中還會發(fā)生變異。人們現(xiàn)在知道，基因是染色體中遺傳物質脫氧核糖核酸（ＤＮＡ）沿著雙螺旋排列而成的。在遺傳過程中，當其排列順序發(fā)生錯位，基因也就改變了。正是因為這種基因的變異，而不是生物表現(xiàn)性狀的變異，才給生物進化提供了可能?！ ?/strong>
3.人類的出現(xiàn)是生物進化的（現(xiàn)時）結果：
十九世紀胚胎發(fā)育學的發(fā)展，給人們提供了一個驚異的線索，使人們能親自親睹目地球上生物億萬年來進化歷史的大致路線。
１７５９年１１月，德國青年醫(yī)生卡斯帕爾·弗里德里希·沃爾弗在他的博士論文《發(fā)育論》中說：他經(jīng)過一系列詳細觀察后，發(fā)現(xiàn)雞蛋卵黃上面白色胚盤是由相疊的四層組成的。在胚胎發(fā)育過程中，這四層不斷地產(chǎn)生出新的構造，而逐漸形成了四大生理系統(tǒng)：最上層是神經(jīng)系統(tǒng)，其次是肌肉系統(tǒng)，再其次是心血管系統(tǒng)，底層是腸道系統(tǒng)。他斷言：胚胎發(fā)育并非是已經(jīng)形成的器官的展開和長大，而是一系列新構造的產(chǎn)生過程。這種胚胎學理論稱為“漸成論”。
１８１１年，德國自然哲學家、進化論者邁克爾提出“生源說”，認為高等動物的胚胎發(fā)育過程在解剖結構上和生理上正好重復物種進化過程，而把胚胎發(fā)育學和物種進化這兩個過程直接聯(lián)系起來?！ ?span lang="EN-US">
１８３８年，德國近代生物學之父約翰內斯·彌勒的學生德國人羅伯特·雷馬克和瑞士人阿爾貝特·寇力克發(fā)現(xiàn)：卵子和精子原來只是簡單的細胞，而胚胎發(fā)育過程原來正是由細胞不斷分裂而構成的，是新的細胞、組織、器官不斷形成的過程?！ ?span lang="EN-US">
１８７５年，奧斯卡·赫特維希發(fā)現(xiàn)了卵和精子相互結合的過程。他看到幾百萬個帶鞭毛的海膽精子包圍一個卵細胞，而其中只有一個進入到卵的原生質體中去。這時兩個細胞核相互吸引而融合為一個細胞核，形成“種細胞”。正是由這個種細胞的不斷分裂而發(fā)育成其胎兒?！ ?span lang="EN-US">
德國進化論者、生物學家?？藸杽t廣泛地對雞、海膽、海綿、水母、猿猴和人的胚胎發(fā)育過程進行了詳盡的研究后，指出：整個動物界分成單細胞原生動物和多細胞的后生動物兩大類，兩者的繁殖方式完全不同。原生動物的繁殖即簡單的細胞分裂，是無性繁殖，而后生動物進行的是有性繁殖。種細胞要經(jīng)過一系列階段才能發(fā)展成動物的幼兒。一切后生動物首先都要生成兩個原始的胚層，其狀如腸。這是一切后生動物的共同祖先所具有的構造，他把自己的理論稱作“原腸祖論”。在胚胎進一步發(fā)育過程中，每個個體都重演其種系的進化歷史過程。他將不同物種的個體胚胎發(fā)育史加以比較，指出它們既有開始，初期的某些共同階段，這顯示它們有共同的祖先；同時它們此后又開始彼此分化開來，逐漸形成它們彼此相異的特征，這顯示它們從共同祖先中分化成不同種類。個體發(fā)生就是種系發(fā)生的短暫而迅速的重演。這就是?？藸柕纳锇l(fā)生律，簡稱“重演律”。當今世界各個物種的胚胎發(fā)育過程相互比較而形成的整體圖景，正好重演、展示了整個生物世界的樹狀進化歷史?！ ?/strong>
他的“重演律”向人們生動地展現(xiàn)了到現(xiàn)在之前我們地球上生物進化的整個歷史過程?！ ?/span>
此外，他在進行大量研究后，指出人類和類人猿，如黑腥腥，在胚胎發(fā)育過程中也有開始的、初期的共同階段和以后的分化點，論證了人猿同祖。他說：“每一個科學家，只要他睜大眼睛深入到幽暗而極有趣的人類胚胎史的迷宮，并把人類胚胎史和其它哺乳動物的胚胎史進行批判地比較，那么他就可以在這迷宮中發(fā)現(xiàn)意義重大的、能照亮我們人類種系發(fā)生的燈塔。”這種比較“完全肯定地證明了人類和靈長類有著相近的種系血緣關系。”（《宇宙之迷》）
人類的出現(xiàn)是生物進化的現(xiàn)在結果?！ ?/span>
從十九世紀末葉，?？藸柕闹匮萋珊臀锓N進化系譜樹已被大多數(shù)科學家作為人類的光輝科學發(fā)現(xiàn)而接受下來?！ ?span lang="EN-US">
地球已存在45億年。這個說法是相當可靠的。在格陵蘭島就有已存在了38億年的古老巖石。目前已有充分的證據(jù)證明，至少在28億年以前地球上就已有微生物存在。這是一個比較保守的估計。多數(shù)專家說，目前已有相當多的證據(jù)表明，在35億年以前，地球上已有生命存在；少數(shù)專家則認為，地球上生命出現(xiàn)的時間要比這還要早，可追溯至38億年以前，甚至40億年以前。據(jù)報道，現(xiàn)在科學家已發(fā)現(xiàn)，甚至在深海海底熱流出口處，水溫高于沸點、有毒化學物濃度極高、含氧量極低的環(huán)境，仍然是生命蓬勃滋生的世界。
生命是環(huán)境的產(chǎn)物。
隨著人類的探索，一定會有新的發(fā)現(xiàn)和相應的新學說出現(xiàn)，從而補充、修正，甚至改寫上面的論述。但在上面的論述中，最重要的一點是確定無疑的：我們這個宇宙是過去宇宙進化的結果，未來的宇宙是今天宇宙進化的結果。生命是自然進化的產(chǎn)物。“進化”是生物學中的一個基本概念。無論報界等媒體對有關“進化”概念引起的爭論如何報導，其實，生物學家對進化概念本身并沒有疑意，只是對進化如何發(fā)生以及其進程時間等問題還有爭論。目前地球上形形色色的生物都是從一個共同的祖先進化而來。這種觀點的可靠性，并不是由單一論證所確定的，而是由生物學家的日常經(jīng)驗所證明。生物學家做了無數(shù)次細致的和一般的觀察，所得結果皆與其相符。生命是物質進化的產(chǎn)物，其特點和形態(tài)與所處環(huán)境有關。
如果生命確實是上面所分析的那些物質的物理和化學過程的結果,那么,在任何類似地球的行星上都可能會發(fā)展出生命來。據(jù)美國宇宙空間科學家多爾在1964年出版的《人能居住的行星》一書中的推導,僅在銀河系中,就約有１７０億個類似太陽系的恒星系,其中有６億個可供人居住的行星,它們現(xiàn)在都可能已經(jīng)有了某種形態(tài)的生命?！ ?span lang="EN-US">
二、“道”、“道生萬物”、“道法自然”和“萬物負陰而抱陽”的進化論意義
由上述關于科學對宇宙、地球和生命的進化史的發(fā)現(xiàn)可知：
１．首先是近乎呈絕對虛無狀態(tài)的宇宙之物，在引力的作用下凝聚成一個超密物質的“宇宙蛋”；然后是這個宇宙蛋，爆炸形成一些巨大的氣體塵埃云團。在這些巨大的氣體塵埃云團中，不僅有洶涌激蕩的湍流，還有一個個巨大的旋渦，這些巨大的旋渦物質以后就發(fā)育成個個星系。而這些巨大的旋渦物質在湍動收縮發(fā)育成星系的過程中，又會在其中產(chǎn)生一些子旋渦，每個子旋渦也很大，足以發(fā)育成一個或數(shù)個太陽。而在這些子旋渦湍動收縮發(fā)育成太陽過程中，又會在其外緣產(chǎn)生一些亞子旋渦。而這些亞子旋渦最后就發(fā)育成了行星和衛(wèi)星。其中有一團巨大的氣體塵埃云就發(fā)育成了我們的銀星河系和其中的太陽系、地球和月球。
在地球形成后，其地殼仍然通過地震和火山等運動不斷地在變化和發(fā)育著，又由于它的得天獨厚的條件，如有足夠大的質量和離太陽適宜的距離等，而使它上面的大氣層由原始的以甲烷和氨為主逐漸發(fā)育成由氮和二氧化碳為主，而其中的二氧化碳含量很低恰到好處，既不產(chǎn)生嚴重的溫室效應，又能使地球有一個巨大的液態(tài)水的海洋和讓自由態(tài)氧逐漸開始在大氣中積累起來。而當氧開始以自由態(tài)的形式在大氣中積累起來的時候，在高層大氣中就形成了一層薄薄的臭氧層。臭氧層的存在就防止了太陽的紫外線輻射進入低層大氣而破壞和殺傷可能已在地球上形成的生命。
這樣就在地球上形成了一個能使物質繼續(xù)從低序向高序，由簡單形式向復雜結構、組織不斷發(fā)展進化的環(huán)境。
２．相應于宇宙、太陽、地球、大氣的產(chǎn)生和發(fā)育的同時，構成生命的物質也在逐漸地形成和發(fā)育著。在宇宙蛋爆炸過程中，形成了基本粒子。在恒星的發(fā)育中，這些基本粒子又構成了簡單的元素，宇宙中到處都有氫、氦、碳、氮和氧的蹤跡。在地球的發(fā)育中，這些元素又經(jīng)化合而構成了氨、甲烷的大氣和水的海洋。此后，地球原始大氣和海洋中的簡單元素和它們的簡單化合物，利用太陽的輻射能越來越多地結合成較復雜的氨基酸和簡單的糖類；氨基酸又結合成肽；嘌呤、嘧啶、糖和磷酸則結合成核苷酸；它們的結合進而形成蛋白質和核酸，再進一步由誘發(fā)而從其中產(chǎn)生出第一個能自我復制的核酸分子。這就是生命的開始。只要有了這第一個“活”的核酸分子，地球上的“有機進化”的過程就開始了，從而使地球成為一個生命的海洋。
這些最低級的生命利用周圍的能量，一方面不斷地從簡單到復雜和由低級到高級進化；另一方面又通過遺傳基因不斷地傳宗接代和通過遺傳基因變異和自然選擇不斷地向各個方向演變。人類的出現(xiàn)是生物長期進化和演變的結果。地球經(jīng)過數(shù)十億年的發(fā)育，就形成了我們這個由單細胞到多細胞，由植物到動物，由草履蟲到人類的朝氣蓬勃，繁榮昌盛的生命世界！
老子說:“道生一，一生二，二生三，三生萬物。”而“道”是：“大道汜兮，其可左右。”“其上不皦，其下不昧，繩繩兮，不可名，復歸于無物，是謂無狀之狀，無物之象，是謂惚恍。迎之不見其首，隨之不見其后”和“歸根曰靜，是曰復命。”
據(jù)此看來，對老子的“道”和“道生一，一生二，二生三，三生萬物。”我們可作這樣一種對應的解釋：
“有（宇宙蛋）生于無（道）”—— “道生一（宇宙蛋）”；“一生二”——宇宙蛋生天地；“二生三”——“天地”生第一個可以自我復制的“活分子”；“ 三生萬物”—— “活分子”進化成“萬物”。“一”，就是“宇宙蛋”；而“道”，就是生成它的那個虛無狀態(tài)的宇宙之物。“道生一”，就是那個“其上不皦，其下不昧，繩繩兮，不可名，復歸于無物”的虛無狀態(tài)的宇宙之物凝聚成一個超密物質的宇宙蛋。“二”，就是“天”和“地”，“天”意指地球之外的星空,其中主要是指我們天空上的太陽，此外還包括月亮和星辰，而“地”，就是我們的地球。“一生二”，就是“宇宙蛋”的爆炸，生成了由太陽，月亮和星辰組成的“天”和地球的“地”。“三”，是天、地和由它們孕育出來的第一個能自我復制的核酸分子。“二生三”，就是天地孕育出了第一個生命分子。“萬物”，就是地球上的所有生命形式，但其中不包括人類。“三生萬物”，就是第一個生命分子在天地這個環(huán)境中通過遺傳、進化和演變而形成現(xiàn)在地球上的所有生命形態(tài)，今天的萬物都是那第一個活分子數(shù)十億年衍生的后裔。而人類是萬物經(jīng)過億萬年進化和演變的現(xiàn)在結果，因此人是萬物之靈?！ ?span lang="EN-US">
由此可見：在天地的形成，生命的誕生，萬物的生成，人類的出現(xiàn)的過程中，物質形態(tài)的每一層次的產(chǎn)生和由每一低層次向高一層次的發(fā)展，都純屬在其各個特定環(huán)境中，相應物質的一些物理、化學等規(guī)律的作用結果。它是必然的，這其中絕對沒有誰的執(zhí)著或有意而為等等的存在。而且每向高一層次的進化總是以低一層次的進化結果為基礎。這就是老子所說的“自然”和“人法地，地法天，天法道，道法自然”的深刻的科學意義?！ ?span lang="EN-US">
在這樣一種認識層次上，那么“道”應是生成“宇宙蛋”之前的那個虛無狀態(tài)的宇宙之物，而不是發(fā)育成天地的氣體塵埃云狀的物質團。老子所說的“道”的“大曰逝，逝曰遠，遠曰反”的科學含意，則應該是：隨著宇宙的膨脹，增大，星系的逝離，“道”將再次在某種新層次上返回到它那虛無之狀態(tài)。然后，再由它的虛無狀態(tài)又逐漸“收縮”而重新“凝聚”。進而，再……。
在這其中，最最關鍵、最最重大的一步是“二生三”。“道生一，一生二”，都是由物理的到化學的，由無機物到有機物的過程；“三生萬物”，是生命隨著環(huán)境的變化的進化過程；而“二生三”卻是由有機物向生命體、無生命體向有生命體的飛躍過程！如果把“道生一，一生二”、“三生萬物”，看成是量的積累，那么“二生三”就可以看作是質的飛躍！而“人”的出現(xiàn)，可以看作是“三生萬物”生命進化中的一次飛躍！而“人”將來也會有超越其自身的飛躍！
