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  • 原始汤

    20世纪20年代,科学家提出一种理论,认为在45亿年前,在地球的海洋中就产生了存在有机分子的“原始汤”,这些有机分子是闪电等能源对原始大气中的甲烷、氨和氢等的化学作用而形成的。50年代初,有人做了一个令人兴奋的放电实验。他用电火花(闪电)穿过类似原始大气的一种混合气体。结果,奇迹出现了,甲烷中的碳有15%发生转移,形成了水溶性有机小分子,其中包括四种氨基酸和氰化氢、甲醛等。

    编辑摘要

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    理论简介 /原始汤 编辑

    科学家认为,地球上的所有生物——从人类到细菌,从蓝铃花到蓝鲸——都源自同一种实体,一种30亿年或40亿年前漂浮在“原始汤”周围的原胞。这种实体是什么样子呢?它又是如何生活,以及生活在哪里呢?科学家正一步步为我们解开这些谜团。1871年,达尔文在一封信里这样写道:“生命最早很可能在一个热的小的池子里面。近30年来,科学家在世界各地的大洋海底相继发现海底热液和“黑烟囱”,包括台湾东北角的龟山岛。后来,这个“热的小池子”被称做“原始汤”。但是由于当时条件限制,对于“原始汤”的研究一直没有进展。直到100多年之后的1977年,美国科学家在加拉巴戈斯群岛海底找到了它。2009年11月24日,为纪念“物种起源”发表150周年,由江苏省科协、南京地质古生物所主办的“达尔文与进化论”科学论坛上,同济大学汪品先院士介绍,30多年来,随着深海生物科研的不断深入,科学界认为:生命可能起源于深海海底热液形成的“黑烟囱”。

    意义 /原始汤 编辑

    氨基酸是组成蛋白质的成分,而蛋白质是生命体不可缺少的有机物;甲醛分子则可以结合生成组成RNA的一种核糖,而RNA是生命体中决定蛋白质性质的物质;氰化氢也可以进一步结合成腺嘌呤(这已为60年代初奥罗的实验所证明),而腺嘌呤是生命体中遗传物质DNA的组成成分。由此可见,这个实验说明,生命确实可以在原始汤中通过简单的化学反应产生。

    论述 /原始汤 编辑

    有机小分子在地球上原始海洋的原始汤中产生后,经过长期积累和互相作用,在条件适合的情况下形成有机高分子物质——原始蛋白质分子和核酸分子。它们是构成生物体的最重要的物质。

    有机高分子在海洋中越积越多,它们相互作用,凝聚成小滴,构成一个独立的多分子体系,漂浮在水面上,进而演变成具有原始新陈代谢作用和能够进行繁殖的原始生命。

    分子生物学家凯奇和奥特曼认为,地球海洋原始汤中最早出现的能自我复制的分子,可能是RNA,它能把自己一分为二,并再次结合起来。这样不断自我复制,不断进化,进而能合成蛋白质和脂类。蛋白质反过来又可帮助RNA分子自我复制,脂类则可以形成细胞膜。最后,在这种RNA生物体中产生DNA。DNA是生命发育过程中的指示和命令,在生物的传种接代过程中传递遗传信息,使后代表现出与亲代相似的性状。

    原始生命产生以后,地球进入了生物进化阶段。大约在7亿年前,在海洋中出现无脊椎动物,5亿年前有了鱼类等海洋脊椎动物,3亿年前陆地上有了植物,2亿年前和1亿年前陆地上分别有了爬行动物和哺乳动物,5000万年前有了灵长类动物,并逐渐进化为人类。人类的历史只有15~18万年。不过,与生物学家的看法不同,古人类学家认为,人类有着数百万年的进化过程。

    相关理论 /原始汤 编辑

    生命可能起源于“黑烟囱”

    海底“黑烟囱”的发现及其研究是全球海洋地质调查近几十年取得的最重要的科学成就。1977年,美国“阿尔文号”深潜器潜到了加拉巴戈斯群岛深海,在那里测得深层海水高达8摄氏度,同时海底出现白色的巨型蛤类。这种反常的现象引起专家们的关注,到了1979年,“阿尔文号”又重新来到这里,并且还带了很多生物学家一同前往。正是这次的研究,揭开了“深海热液生物群”的神秘面纱。

    科学家们发现,海底热液带出大量硫化物,遇水冷却后形成巨大的“黑烟囱”,约350℃的含矿热液从直径约15厘米的烟囱中喷出,与周围海水混合后,很快产生沉淀变为“黑烟”,沉淀物主要由磁黄铁矿、黄铁矿、闪锌矿和铜-铁硫化物组成。这些海底硫化物堆积形成直立的柱状圆丘,称为“黑烟囱”。

    近30年来,科学家在世界各地的大洋海底相继发现海底热液和“黑烟囱”,包括台湾东北角的龟山岛。并在“黑烟囱”旁发现很多生物,形成与人们常识迥异的生物群和食物链。最具有代表性的生物是3米长的管状蠕虫,这类蠕虫没有口腔和肛门,靠体内的硫细菌供给营养。个体大有利于一次性大量取食,也有利于迅速运动到达食物源,能够忍耐长期饥饿。

    原始汤 原始汤

    “黑烟囱”附近生物链的生存环境,与太古代生命起源时期类似。太古代时期没有绿色植物,没有光合作用产生的大量氧气。此外,光合作用也可能起源于热液的“黑烟囱”。科研人员在大西洋深海的“黑烟囱”,发现有一种虾的背上有感光区,能够感知蓝绿光线。另外,美国科学家在5000米深的海底曾关闭深潜器灯光5分钟,在热液口发现光线。这种光显然被最早的某一种生物利用了,这个时候光合作用效率高的优越性就显示出来了,把生物的演化往前推进。由此,我们说生命的起源很可能就是从海底的“黑烟囱”开始的。

    海洋病毒堪比60个银河系

    “其实,深海里不光有特大号生物,更重要的是,深海里还有无数的细菌,细菌通过化学作用吸取地热带出来的能量,形成各级生物链的营养源。”汪品先说,据统计,海底有90%的生物是微生物。而且最多的是病毒,如果病毒拉手起来游行,可以排60个银河系。这些微生物能够自己制造营养,过着自己的生活,有自己的生态。几十亿年来,正是它们,勤勤恳恳地耕耘了这个地球。

    “土卫二”上或有地外生命

    科学家此前,曾在“土卫二”上的冰下,找到了5万米深的海水。而让大家都很惊讶的是,在这些海水里,竟然也发现了细菌。这是否意味着有地外生命存在?汪品先院士解释说,现在看来,应该有地外生命存在,但是人类还没有这个本事找到地外生命。

    原始汤 原始汤

    “按照现在的能力,我们推测地外生物可能并不是以前想象的大生物。”汪品先说,现在看来只能从水和大气的成分来推测有没有生命活动。而且估计存在的生命很可能就是种微生物。

    深海生物如何进化仍是谜

    达尔文在1871年的信里,说到生命起源可能是在“一个小的暖水池里,有着各种氨与磷的盐类,光,热,电等等,化学上形成了蛋白质的成分,能够进行更为复杂的变化;而今天有了生物,这种物质就会马上被吃掉或吸附掉,当生命出现前就不会有这种事”。这也就是后人讲的“原始汤”。达尔文时代对深海基本还是一无所知,这个想法经过很多年都没有证实。近30年来深海生物科研的重大突破则是对这种设想的佐证。

    原始汤 原始汤

    深海生物的发现对于进化论提出了一些列问题,比如海底的生物是怎么进化的?很多生物起码几百万岁了,在极端条件下怎么新陈代谢,怎么遗传?这种黑暗食物链和我们的阳光食物链能不能交融,怎么交融热液。生物地理分区不一样,又是怎么传播呢?是不是火星过来,然后在地球上存活?这些问题都留给未来的研究者去回答。

    相关文献

    附图

     

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