生命起源的周期性摭議

【摘 要】筆者從生物發(fā)展的物質(zhì)基礎(chǔ)、進(jìn)化的自然條件和新生命體的重大發(fā)現(xiàn)等方面深入研究，發(fā)現(xiàn)生命體沿著最初起源的演化規(guī)律，能夠繼續(xù)適應(yīng)地球環(huán)境的演變進(jìn)程，生命新物種在地球上有望再度起源的可能性，并從生命起源的化學(xué)演化過程、生物合成轉(zhuǎn)換過程，以及地球的環(huán)境塑造等角度來闡述生命再度起源的周期規(guī)律。

【關(guān)鍵詞】生命起源；新生物種；物質(zhì)基礎(chǔ)；自然環(huán)境；周期性

在地球上，生命的最初起源是通過化學(xué)演化過程實(shí)現(xiàn)的，是目前生物學(xué)界普遍接受的觀點(diǎn)之一。但從整個(gè)生物發(fā)展史和現(xiàn)代生物進(jìn)化研究理論來分析，隨著最初起源生物的不斷演化，以及地球環(huán)境的不斷變化，生命新物種在地球上有望再度起源的可能性。主要根據(jù)如下：①存在物質(zhì)基礎(chǔ)。生命最初起源之后，有機(jī)生命物質(zhì)的生物合成和轉(zhuǎn)換過程，將逐漸取代化學(xué)演化過程，成為自然環(huán)境產(chǎn)生的一種新的方式；②存在自然環(huán)境。陸地在海洋生物開發(fā)的早期階段，是生命起源的第二搖籃；③出現(xiàn)新生命體。自然選擇決定生命的存在方式，細(xì)胞生物是生命最初的起源和發(fā)展的生物進(jìn)化的產(chǎn)品；非細(xì)胞生物（病毒）是生命的起源和演化發(fā)展再一次的產(chǎn)品。筆者試從生命起源的化學(xué)演化過程、生物合成轉(zhuǎn)換過程，以及地球的環(huán)境塑造等角度來闡述生命再度起源的周期規(guī)律。

一、存在生命再度起源的物質(zhì)基礎(chǔ)

科學(xué)研究表明，地球的年齡約為四十六億年，有機(jī)生命物質(zhì)產(chǎn)生的化學(xué)演化過程，大約發(fā)生在地球形成的最初十幾億年里。目前，對有機(jī)生命物質(zhì)的非生物合成的研究，已經(jīng)取得了較大的進(jìn)展，并積累了許多資料。氨基酸的非生物合成：1953年美國學(xué)者米勒模擬原始大氣成分CH4、NH3、H2、H2O↑等，在放電作用下合成了一些氨基酸。在此后，其他學(xué)者先后在類似的條件下，幾乎合成了天然蛋白質(zhì)中的全部氨基酸。核甘酸的非生物合成：1963年，在加速的電子作用下CH4、NH3、H2O↑轉(zhuǎn)化為腺嘌呤。1965年在加熱 160℃的條件下， 核甘、磷酸鹽轉(zhuǎn)化為核苷酸。核苷酸的產(chǎn)生還有其它途徑。蛋白質(zhì)和核酸的非生物合成：目前也取得了重大的突破。1991年中國科學(xué)家趙玉芬通過實(shí)驗(yàn)證明：在磷?；被岬幕A(chǔ)上，可以同時(shí)合成蛋白質(zhì)和核酸。雖然現(xiàn)在關(guān)于化學(xué)演化過程的許多具體環(huán)節(jié)還沒有完全搞清楚。但是，有機(jī)生命物質(zhì)通過化學(xué)演化過程，并在原始海洋中不斷積累，為新生命的最初起源奠定了物質(zhì)基礎(chǔ)，已成為目前相當(dāng)多的科學(xué)家的一種共識。

生命最初起源之后，由于諸多自然因素的改變，但是，由于諸多自然因素的改變，導(dǎo)致有機(jī)生命物質(zhì)產(chǎn)生的化學(xué)演化過程的喪失，并不能成為制約生命再度起源的一種因素。因?yàn)?，在生命最初起源之后，隨著已起源生物的不斷進(jìn)化和發(fā)展，有機(jī)生命物質(zhì)的生物合成與轉(zhuǎn)化過程，將會(huì)逐漸取代有機(jī)生命物質(zhì)產(chǎn)生的化學(xué)演化過程。成為自然環(huán)境中，有機(jī)生命物質(zhì)產(chǎn)生的一種新途徑。

有機(jī)生命物質(zhì)產(chǎn)生的生物合成與轉(zhuǎn)化過程，同化學(xué)演化過程，雖然在合成原料、合成條件、合成過程等諸多方面存在著差異。但是，二種途徑所形成的有機(jī)生命物質(zhì)蛋白質(zhì)、核酸等產(chǎn)物，無論是在化學(xué)結(jié)構(gòu)上，還是在生物學(xué)特性等諸多方面都是基本相同的。

從整個(gè)生物發(fā)展史來看，生命通過化學(xué)演化過程，實(shí)現(xiàn)最初起源之后，生物的生存與進(jìn)化發(fā)展在相當(dāng)長的時(shí)期，始終是局限在海洋環(huán)境之中的。在海洋環(huán)境中，通過生物合成與轉(zhuǎn)化過程產(chǎn)生的有機(jī)生命物質(zhì)，將會(huì)被海洋環(huán)境中生存的異養(yǎng)生物：這里主要是指低等、異養(yǎng)腐生生物，作為其生存的營養(yǎng)物質(zhì)而被完全占有。從而制約海洋環(huán)境中，通過生物合成與轉(zhuǎn)化過程產(chǎn)生的有機(jī)生命物質(zhì)，再度向生命的演化過程。作為制約生命再度起源的一種因素：低等、異養(yǎng)腐生生物，在海洋生物登陸發(fā)展之前，其生存與發(fā)展始終是局限在海洋環(huán)境之中的，并沒有擴(kuò)展到陸地環(huán)境中去。在這期間，陸地環(huán)境始終保持著“凈土一片”而沒有任何生機(jī)。就是由于某種自然因素的影響，使海洋生物轉(zhuǎn)移到陸地上來，“登陸”的海洋生物也無法在陸地環(huán)境中長時(shí)間生存。因?yàn)楹Ｑ笊镉伤疥懮鷮?huì)經(jīng)歷一個(gè)漫長的進(jìn)化過程。登陸生物本身在形態(tài)結(jié)構(gòu)和生理功能上，也將會(huì)發(fā)生很大的變化，以適應(yīng)復(fù)雜多變的陸生環(huán)境。

從生物進(jìn)化角度來看，大量的化石研究充分證明，大規(guī)模的海洋生物登陸發(fā)展在時(shí)間上，大約發(fā)生在寒武紀(jì)初期（距今約六億年）到泥盆紀(jì)早期（距今約四億年）之間。從海洋生物登陸的先后來看，海洋中的自養(yǎng)生物的登陸發(fā)展，在時(shí)間上應(yīng)早于異養(yǎng)生物。這里主要是因?yàn)?，只有自養(yǎng)生物登陸發(fā)展之后，一方面為異養(yǎng)生物提供了足夠的食物。再者大氣中氧的含量不斷增加，臭氧層的逐漸形成，為異養(yǎng)生物登陸后的生存和發(fā)展提供了一個(gè)保護(hù)傘。

在海洋生物登陸發(fā)展的初期，海洋中的低等、異養(yǎng)生物，在其還沒有登陸發(fā)展之前，在陸生環(huán)境中，通過生物合成產(chǎn)生的有機(jī)生命物質(zhì)，將會(huì)不斷積累。生物合成的有機(jī)物質(zhì)的積累，同時(shí)會(huì)隨著自養(yǎng)生物在陸生環(huán)境中，由沿海向內(nèi)陸，由低海拔向高海拔生存空間的不斷擴(kuò)展而大規(guī)模的增加。

在海洋生物登陸發(fā)展初期的陸生環(huán)境中，通過生物合成的有機(jī)物質(zhì)的大規(guī)模積累，將會(huì)通過三種主要途徑被轉(zhuǎn)化。第一種途徑是作為陸生環(huán)境中，生命再度起源的物質(zhì)基礎(chǔ)；第二種途徑是作為地球上，能源礦產(chǎn)（煤、石油、天然氣）形成的物質(zhì)基礎(chǔ)的一部分；第三種途徑是作為海洋中的異養(yǎng)生物登陸之后，生存與進(jìn)化發(fā)展的物質(zhì)基礎(chǔ)。另外，海洋生物登陸發(fā)展的初期，由于物質(zhì)循環(huán)在陸生環(huán)境中還沒有完全建立，因而，當(dāng)有機(jī)物質(zhì)再陸生環(huán)境中不斷積累時(shí)，大氣中氧氣的含量將會(huì)相對增加，二氧化碳的含量將會(huì)相對下降。在陸生環(huán)境中有機(jī)物質(zhì)的積累與分解不穩(wěn)定、也不平衡。大氣中二氧化碳的增加與減少是不斷波動(dòng)的，其總趨勢是減少的。大氣中二氧化碳的波動(dòng)，將會(huì)導(dǎo)致大氣溫度的波動(dòng)。大氣溫度的波動(dòng)可能是地質(zhì)學(xué)上，冰川的形成與消退的主要原因之一。

二、存在生命再度起源的自然環(huán)境

地球表面是由海洋和陸地二部分組成。原始海洋是生命化學(xué)演化的中心?，F(xiàn)在已經(jīng)清楚：“具有高度反應(yīng)的活性分子，雖然是在氣相中生成，但是它們都是在水溶液中發(fā)生化學(xué)反應(yīng)。因?yàn)?，所有的生命物質(zhì)都涉及液相?！绷硗?，海洋在生命發(fā)生的過程中還具有庇護(hù)作用，它能夠阻止來自宇宙中的各種有害射線進(jìn)入到海洋深處。從而有利于海洋環(huán)境中有機(jī)生命物質(zhì)向生命的演化。

原始海洋是生命最初起源的搖籃。但是，生命最初起源之后，海洋環(huán)境中的異養(yǎng)生物：低等、異養(yǎng)腐生生物，作為制約生命再度起源的一種因素的存在，從而阻止了海洋環(huán)境中，通過生物合成與轉(zhuǎn)化而來的有機(jī)生命物質(zhì)向生命的進(jìn)一步演化。使海洋環(huán)境中不再具有生命再度起源的可能。然而，陸地作為整個(gè)地球環(huán)境的一部分，雖然在生命最初起源時(shí)，不適于生命的起源。但是，隨著整個(gè)地球環(huán)境的不斷變化，在海洋生物登陸發(fā)展的初期，陸地將成為生命再度起源的第二個(gè)搖籃。首先，在陸地環(huán)境中，由于地殼變動(dòng)趨于相對穩(wěn)定，火山、地震的發(fā)生，在數(shù)量上大量減少、在強(qiáng)度上逐漸減弱。以及水在“海洋——陸地——空中”形成了穩(wěn)定的循環(huán)運(yùn)動(dòng)，使得陸地環(huán)境不再像早期那樣干熱缺水。雖然水在陸地環(huán)境中不像海洋那樣富有，但是，陸地上具有相對穩(wěn)定的水環(huán)境；其次，大氣中臭氧層的逐漸形成，從而更好的阻止了來自宇宙空間中的，各種有害射線對地球表面的輻射。臭氧層的形成，一方面為海洋生物的登陸發(fā)展提供了庇護(hù)作用，另一方面為陸生環(huán)境中，有機(jī)生命物質(zhì)向生命的演化創(chuàng)造了條件。自然環(huán)境中氧分子的存在，是影響有機(jī)生命物質(zhì)存在的原因之一。從有關(guān)科研資料來看，海洋生物登陸的初期，大氣中氧氣的含量比現(xiàn)在低得多，大約占現(xiàn)在大氣中氧氣含量的1%，即：巴斯德點(diǎn)左右。海洋生物登陸發(fā)展的初期，大氣中氧氣濃度較低，不僅有利于有機(jī)生命物質(zhì)的存在，而且有利于生命的再度起源。第四，細(xì)胞生物是生命最初起源與進(jìn)化發(fā)展的產(chǎn)物。對于生命再度起源而言，結(jié)構(gòu)較復(fù)雜的細(xì)胞生物本身，可以被視為一種特殊的生存環(huán)境。不過，這種特殊環(huán)境在生命最初起源時(shí)并不存在

三、存在生命再度起源的生命體

當(dāng)生命起源的基本條件都已具備之后，在自然環(huán)境中，生命是如何由有機(jī)生命物質(zhì)演變成，具有生命活性的生命體的，這是一個(gè)有待于進(jìn)一步通過實(shí)驗(yàn)，進(jìn)行科學(xué)探究的問題。

筆者認(rèn)為，生命的物質(zhì)基礎(chǔ)是蛋白質(zhì)和核酸，生命的發(fā)生是多源的。不管是生命的最初起源，還是生命的再度起源，有機(jī)生命物質(zhì)向生命的演化都是多源發(fā)生的。主要有三種基本類型：第一種是建立蛋白質(zhì)和核酸共同存在的基礎(chǔ)之上，具有膜質(zhì)結(jié)構(gòu)的、能夠獨(dú)自存在并表現(xiàn)出簡單生命活性的、多分子體系的生命體；第二種是建立在蛋白質(zhì)和核酸共同存在的基礎(chǔ)之上，無膜質(zhì)結(jié)構(gòu)、獨(dú)自存在時(shí)不具有生命活性的、多分子體系的生命體；第三種是單獨(dú)建立在蛋白質(zhì)或核酸存在的基礎(chǔ)之上，無膜質(zhì)結(jié)構(gòu)的、獨(dú)自存在時(shí)不具有生命活性的，單一生命分子。如果我們把具有膜質(zhì)結(jié)構(gòu)、能夠獨(dú)自存在并表現(xiàn)出生命活性的，多分子體系的生命體，稱之為一種結(jié)構(gòu)完整的生命體的話。那么，無膜質(zhì)結(jié)構(gòu)的、獨(dú)自存在時(shí)并不具有生命活性的生命體和生命分子，則只能被稱之為生命的“半成品”。筆者將生命體分成兩類：無膜生物和有膜生物。無膜生物即非細(xì)胞生物，有膜生物即細(xì)胞生物。

自然選擇決定生命存在的方式。生命的多源發(fā)生并不意味著都能存在與進(jìn)化發(fā)展，這是因?yàn)檫m者生存、不適者淘汰的自然選擇法則決定的。

就生命的最初起源而言，在原始海洋里多源發(fā)生的，原始生命體的存在與進(jìn)化發(fā)展，只有建立在蛋白質(zhì)和核酸共同存在的基礎(chǔ)上，具有膜質(zhì)結(jié)構(gòu)，能夠獨(dú)立存在并表現(xiàn)出簡單生命活性的，多分子體系的生命體，才能在自然選擇的作用下得以生存和進(jìn)化發(fā)展。而任何一種無膜質(zhì)結(jié)構(gòu)的，獨(dú)自存在不具有生命活性的生命體，都將會(huì)在自然選擇的作用下最終被淘汰掉。其主要原因是無膜質(zhì)結(jié)構(gòu)的生命體：“半成品”，在生命最初起源的原始環(huán)境中，并不具有某種特殊的環(huán)境庇護(hù)。

就生命體的再度起源而言，通過生命再度起源所多源發(fā)生的生命體，不管是有膜質(zhì)結(jié)構(gòu)還是無膜質(zhì)結(jié)構(gòu)的生命體；是能夠獨(dú)立生存的還是不能夠獨(dú)立生存的；是建立在蛋白質(zhì)、核酸共同存在的基礎(chǔ)之上，還是建立在蛋白質(zhì)、核酸單獨(dú)存在的基礎(chǔ)之上，都有存在和發(fā)展的可能。這是因?yàn)椋匀画h(huán)境的改變?yōu)樯w的生存，提供了一個(gè)適宜的環(huán)境。另外，不斷登陸發(fā)展的生物體，同樣可以作為一種特殊的生存環(huán)境，為多源發(fā)生的生命體提供庇護(hù)。在自然選擇的作用下，無膜生物，由于有特殊環(huán)境的庇護(hù)，要比早期有膜生物的生存能力強(qiáng)?，F(xiàn)在的自然環(huán)境中，并不存在通過再度起源產(chǎn)生的有膜生物。有兩種可能性：一是起源后，在同最初起源的細(xì)胞生物之間進(jìn)行的生存斗爭中被淘汰了。二是有機(jī)生命物質(zhì)向生命的演化需要較長的時(shí)間，因而有膜生物在大規(guī)模的海洋生物登陸后還沒有形成。建立在蛋白質(zhì)、核酸共同存在或單獨(dú)存在基礎(chǔ)之上的，無膜質(zhì)結(jié)構(gòu)的，獨(dú)自存在時(shí)不具有生命活性的生命體。其存在與進(jìn)化發(fā)展對生命最初起源的生命體寄生，是生物進(jìn)化發(fā)展史上，物種大規(guī)模滅絕的原因之一。

就自然環(huán)境中的生命體而言，非細(xì)胞生物與細(xì)胞生物之間存在著諸多差異。生命體的物質(zhì)基礎(chǔ)：細(xì)胞生物是建立在蛋白質(zhì)、核酸共同存在的基礎(chǔ)之上；非細(xì)胞生物有的是建立在蛋白質(zhì)、核酸共同存在的基礎(chǔ)之上，有的是建立在蛋白質(zhì)、核酸單獨(dú)存在的基礎(chǔ)之上，而不同其它有機(jī)生命物質(zhì)結(jié)合。生命體的結(jié)構(gòu)：細(xì)胞生物是一類具有膜質(zhì)結(jié)構(gòu)的多分子體系的生命體；而非細(xì)胞生物是一類不具有膜質(zhì)結(jié)構(gòu)的生命體。生命體的活性表現(xiàn)：細(xì)胞生物能夠獨(dú)自存在、并表現(xiàn)出生命的活性；而非細(xì)胞生物則獨(dú)自存在時(shí)、并不能表現(xiàn)出生命的活性。生命活性就是指生命體的基本特征：復(fù)制、分裂、生長、新陳代謝等。生物的進(jìn)化：細(xì)胞生物之間的存在著或遠(yuǎn)或近親遠(yuǎn)關(guān)系，具有共同的起源。這一點(diǎn)可以從不同領(lǐng)域、不同水平，生物進(jìn)化研究的結(jié)果得以說明。而非細(xì)胞生物，不管是在生物進(jìn)化研究的哪個(gè)領(lǐng)域、何種水平，都無法將其納入到細(xì)胞生物的范疇。因而，細(xì)胞生物是生命最初起源的生命體進(jìn)化和發(fā)展的產(chǎn)物；非細(xì)胞生物是生命再度起源的生命體進(jìn)化和發(fā)展的產(chǎn)物。

綜上所述，最初起源生物的不斷進(jìn)化和發(fā)展，是建立在生物合成與轉(zhuǎn)化基礎(chǔ)之上的，是有機(jī)生命物質(zhì)向生命體的演化；而具有同樣物質(zhì)自然環(huán)境下的新生命體，在陸生環(huán)境中存在再度起源的必然。恩格斯說：“否定之否定是一個(gè)極其普遍的，因而極其廣泛地起作用的，重要的自然、歷史和思維的發(fā)展規(guī)律”。生命科學(xué)是自然科學(xué)的一個(gè)領(lǐng)域，同樣遵循這一規(guī)律。同其它事物的產(chǎn)生、存在和發(fā)展一樣具有周期性。

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（作者單位：江蘇省徐州市賈汪區(qū)青山泉中學(xué)）