第八章 化学进化说

时间: 2025-04-30 18:34:05
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生命何时、何处,怎样起源的问题,是现代自然科学尚未完全解决的重大问题,也是地球人关注和争论的焦点之一。

古人大部分相信特创论,认为生命是由神或上帝所创造;一小部分人相信无生源论,认为生命是自然而然发生的;直到巴斯德(Louis Pastur)告诉世界,生命只能来自生命。

可惜巴斯德的“生源论”对最初生命是怎样形成的,也是语焉不详。

随着无神论的流行,在生命起源问题上,19世纪的学术界开始风行“宇宙胚种论”,认为地球生命来源于别的星球或宇宙的“胚种”。

20世纪和21世纪的今天,则化学进化论占据着绝对统治地位。

“化学进化论”认为地球上的生命是在地球温度逐步下降以后,在极其漫长的时间内,由非生命物质经过极其复杂的化学过程,一步一步地演变而成。也就是说,无机物可以转变为有机物,有机物可以发展为生物大分子和多分子体系,多分子体系可以造就原始的生命体乃至细胞。

1924年苏联学者A.N·奥帕林(Alexander Ivanovich Oparin)首先提出了这种看法,认为原始地球上无游离氧的还原性大气在短波紫外线等能源作用下能生成简单有机物(生物小分子),简单有机物可生成复杂有机物(生物大分子)并在原始海洋中形成多分子体系的团聚体,后者经过长期的演变和“自然选择”,终于出现了原始生命即原生体。

1929年英国学者J.B.S·霍尔丹(John B.S. Haldane)也发表了类似观点。他们都认为地球上的生命是由非生命物质经过长期演化而来。

——时至今日,“化学进化论”已经被地球上大多数科学家和一个广大人群(主要是无神论者,有神论者则疑虑重重,迷惑不解)普遍接受。

陈阅增先生主编的大学课本《普通生物学》就明确断言:

“神创论”是不科学的。

“无论生命是来自天外,还是来自地球本身,生命总是从无生命的物质经过化学进化的阶段而来的。”(这是科学还是逻辑推理?)

化学起源说将生命的起源分为几个阶段:

一、从地球上已经存在的无机小分子生成有机小分子(核苷酸,氨基酸,嘌呤,嘧啶等等);

二、从有机小分子生成生物大分子(蛋白质,核酸,类脂,多糖等);

三、生物大分子组织成多分子体系(假想中的东西。团聚体,微球体等等);

四、有机多分子体系演变为原始生命(进化论者所设想的非细胞生命,谁也说不清楚,因为我们看到的最早的微化石已经具有细胞形态);

五、原始生命“进化”成原始单细胞生命(细菌,蓝细菌,古菌)。

据说,具体步骤如下:

化学进化1

孕育生命的原始地球,地壳薄弱,内部温度很高,火山活动频繁,从火山喷出的许多气体构成了原始大气。

一般认为原始大气包括甲烷、氨气、氢气、氰化氢、硫化氢、二氧化碳、一氧化碳和水蒸汽等,是无游离氧的还原性大气。

其主要根据是:

①光谱分析发现,离太阳较远、变化较小的行星如木星、土星等的大气,都是还原性大气;

②远古沉积岩所含的铁是氧化程度较低的磁铁矿,而以后生成的“红层”所含的铁则是氧化程度较高的赤铁矿,这反映了原始大气从还原性向氧化性的过渡。则现在地球的氧化性大气是蓝藻和植物出现后,通过长期的光合作用逐步形成的。

化学进化2

由于原始大气中无游离氧亦未形成臭氧层以阻挡、吸收太阳辐射,紫外线能全部射到地球表面,成了合成有机物的能源。

此外,天空放电、火山爆发所放出的能、地球深处的放射线和宇宙空间的宇宙线以及陨星穿过大气层时所引起的冲击波等,也都有助于有机物的合成。尤其是雷鸣闪电,提供的能量较大,又靠近海洋表面,使在那里合成的产物很容易溶于水中。

化学进化3

是生物小分子的合成,如氨基酸、核苷酸以及脂肪酸等的合成。

1952年米勒和尤里(Miller–Urey experiment)模拟原始大气中雷鸣闪电的实验,共得到了20种有机化合物,其中11种氨基酸中有4种(甘氨酸、丙氨酸、天门冬氨酸和谷氨酸)是生物的蛋白质所含有的。

以后其他学者又进行了大量的模拟实验,或改用紫外线、β射线、高温、强光等作能源,或改换了还原性混合气体的个别成分(如以H2S代替H2O、以HCN代替CH4和H2、或增加CO2、CO等),结果都能产生氨基酸;而用氧化性混合气体代替还原性混合气体进行实验,则不能生成氨基酸。

现在组成天然蛋白质的20种氨基酸,除了精氨酸,赖氨酸和组氨酸以外,其余的都可用模拟实验的方法产生。组成核酸的生物小分子多数亦能通过模拟实验形成;如获得了核糖和脱氧核糖;腺嘌呤、鸟嘌呤;胞嘧啶、尿嘧啶;腺苷(腺嘌呤核苷),脂肪酸等等(但米勒不能证明他所假设的大气层就是原始的大气层,米勒本人也承认他的实验与自然界生命起源相距仍很遥远)。

化学进化4

化学进化不限于原始地球,在宇宙和其他天体上也会发生。星际分子和陨石中有机物的发现证实了这一点。

据报道,截止2001年,科学家们已经找到了120多种星际分子,其中约2/3是由碳、氢、氧等元素组成的有机分子。有的还相当复杂,比如丙醛和丙烯醛,分别由8个和10个原子组成。还有9个原子构成的丙睛(CH3CH2CH)和11个原子构成的氰基辛四炔(HC9N)。

星际分子中有大量的甲醛和氰化氢,与米勒放电实验中最初的中间产物相同,当它们与氨反应再经水解就能生成氨基酸。

1969年9月坠落在澳大利亚东南部默奇森镇的陨石,经分析发现含有多种氨基酸,其种类与含量同米勒放电实验生成的相当一致。

这就表明,原始大气由无机物生成生物小分子不但是可能的,而且这种过程在宇宙间仍在发生。

化学进化5

生物大分子的合成。

据推想,被雨水冲淋到原始海洋中的生物小分子(单体),经过彼此的相互作用,可以形成蛋白质、核酸等生物大分子(聚合体)。但单体变成聚合体必须经过脱水缩合,而在原始海洋中进行脱水缩合显然是个很大的难题。

目前关于氨基酸缩合成多肽,较可信的看法有以下3种:

①德国学者SW·福克斯等认为原始海洋中的氨基酸可能被冲到火山附近的热地区,通过蒸发、干燥和缩合等过程而生成类蛋白,类蛋白若被冲回到海洋,就可能进一步发生其他反应。他们的根据是:将20种天然氨基酸按酸、碱、中性分别混合,在170℃下加热数小时,可以得到具有天然蛋白质某些特性的氨基酸聚合体(类蛋白这种氨基酸聚合物分子量3000 - 10000,含有18种氨基酸,易为蛋白酶消化,只是略具催化活性。没有旋光性,有序程度差,不能引起免疫反应)。

②另一些科学家认为,原始海洋中的氨基酸是在某些特殊的粘土上缩合成多肽的。他们在实验室内先使氨基酸与腺苷酸起作用,生成氨基酰腺苷酸,后者含有自由能,当被吸附在蒙脱土等特殊粘土的表面时,就能缩合生成多肽。

英国学者早在二十世纪60年代就提出了生命起源于粘土的主张。

80年代美国航天局的科学家们发现,某些粘土有贮存和运送能量的功能,似乎进一步支持了这种观点。

③日本学者赤崛四郎提出一个能回避“脱水缩合”难关的“聚甘氨酸理论”以说明多肽的形成。他认为在原始大气中产生的甲醛能与氨和氰化氢形成氨基乙酰腈,后者先聚合再水解,生成聚甘氨酸,最后经过与醛类、烃类等起作用生成不同的侧基而形成由各种氨基酸组成的蛋白质。

化学进化6

模拟原始地球条件合成核酸的实验也有成功的报道。

例如,有人将核苷与聚磷酸盐加热至50 - 60℃获得了多核苷酸;有人将尿苷酸与聚磷酸盐加热得到了多尿苷酸,但并非以3'、5'磷酸二酯键相连;后来有人用胞苷酸与聚磷酸在65℃下合成了由5个左右核苷酸构成的短链核酸,含有3'、5'磷酸二酯键,与生物的核酸连接方式相同。

但在无酶促情况下,合成更长的以3'、5'磷酸二酯键相联的多核苷酸或由几种单核苷酸组成的多聚体,却非常困难。

化学进化7

多分子体系的出现:生物大分子必须组成体系,形成界膜才能与周围环境明确分开,才可能进一步演变。因此人们认为多分子体系的形成可能是生命出现之前、化学进化过程中的一个必不可少的阶段。目前研究多分子体系的实验模型主要有团聚体和微球体两种。

①团聚体模型。

奥帕林将白明胶水溶液和阿拉伯胶水溶液混在一起,在显微镜下看到了无数的小滴即团聚体。后来发现蛋白质与糖类、蛋白质与蛋白质、蛋白质与核酸相混,均可能形成团聚体。

奥帕林把磷酸化酶加到含组蛋白和阿拉伯胶的溶液中,酶就浓缩在团聚体小滴内;再把葡萄糖-1-磷酸加到溶液中,后者就会扩散进入小滴并被磷酸化酶聚合成淀粉。聚合作用所需的能量由葡萄糖-1-磷酸的磷酸键提供,而所释出的磷酸根则作为“废物”从小滴中扩散出来。由于阿拉伯胶是一种糖类,故合成的淀粉可使团聚体的体积增大。当团聚体变得过大时,它们就会自发地分裂成几个小滴。若把磷酸化酶和淀粉酶一同加到团聚体的配制物中,则这两种酶都会浓缩在小滴里,随后就发生两步反应:

葡萄糖-1-磷酸进入小滴并被磷酸化酶聚合成淀粉;淀粉酶则把淀粉分解成麦芽糖,后者与磷酸根一道扩散回周围溶液中。

这样的小滴可作为一个开放系统而长期保存。可以设想,如果团聚体能自行制造磷酸化酶和淀粉酶(含有能“指导”合成这两种酶的基因核酸系统),在它们周围环境中又有足够的葡萄糖 - 1 - 磷酸作“食物”,则它们就既能合成,又能分解;如合成速度大于分解速度,团聚体就能“生长”,并通过分裂而“繁殖”。

由于团聚体模型能表现出这些最简单的生物学特性,所以引起人们的注意。

②微球体模型。

福克斯等将酸性蛋白放到稀薄的盐溶液中溶解,冷却后在显微镜下观察到无数的微球体。微球体有双层膜,较稳定,在高渗溶液中收缩、在低渗溶液中膨胀,能通过“出芽”和分裂方式进行“繁殖”,并表现出水解、脱羧、胺化、脱氨和氧化还原等类酶活性。

但类蛋白还不是蛋白质,因它除有一定量肽键外,还有大量其他化学键,故不能被蛋白酶完全水解。它的类酶活性很低,并且几乎全是分解性的,而在进化上更有意义的是合成酶的活性。但类蛋白是以20种天然氨基酸为原料、模拟原始地球的干热条件产生出来的,较之团聚体来自生物体产生的现成物质(如白明胶,阿拉伯胶等)有更大的说服力,所以受到广泛的重视。

化学进化8

由多分子体系进化为原始生命是生命起源最关键的一步。

有一系列重要问题需要解决,如生物膜如何产生、DNA、RNA怎样起源。

——只有界膜变成了精巧复杂的生物膜,多分子体系才有可能演变为原始细胞。

至于DNA、RNA的起源更是疑云重重,令科学界头痛不已。

化学进化9

从最原始的无细胞结构生物,进化为最早的单细胞原核生物,还要经过一些步骤。

但这已经属于化学进化之后的生物进化。

“化学进化”和“生物进化”,都是达尔文主义者的说法。

事实上,既不存在化学进化,也不存在生物进化。

生命的“化学起源”之说,并不是达尔文本人的正式表述(虽然暗中他一定曾那样猜想),在正式场合,他承认最初的生命出自创造。

“生命及其若干能力,原来是由‘造物主’注入到少数类型或一个类型中去的。”所以有人说达尔文发表了关于《物种起源》的书,书中却遗留下了“物种起源”的问题。是后来的达尔文信徒们,依循教主的思路,合乎逻辑地推衍出了这种理论。

“化学起源说”遭到了许多科学家的激烈驳斥。

弗朗西斯·克里克(Francis Harry Compton Crick)认为:

有关生命起源的种种理论“涉及太多臆测,只基于少量事实”, 生命是如此复杂,在远古的地球上,即使是最简单的生命结构也不可能自然地出现。

超循环论专家、诺奖得主艾根(Manfred Eigen)强烈批评了达尔文主义进化论。他认为:

在达尔文主义进化论中,反应系统的等级极低(偶然碰撞、试错机制),能够积累起来的最大信息量不足100个核甘酸,这种核甘酸链是无酶RNA复制序列。

其进化极其缓慢,随机性极大,信息量极小,不能自催化且淘汰率极高,由之进步到复杂结构以至人类几乎是不可能的。

《2012年中国人渣排行榜》上的二号人渣方舟子是一个坚定的“进化论”捍卫者,但他在《科学大争论——生命能否自发产生?》中也说:

“今天的生物学家已无人相信自发发生说,是因为从来没有实验能够真正证明它的确存在,而且微生物培养实验已无数次地证明,只有把微生物接种到灭菌的培养基上才能长出微生物。况且,微生物其实有着非常复杂的结构,难以想像它们能够从非生命物质自发产生”。

(当然,最后他又开始自相矛盾,使用另一种逻辑标准来维护他的无神论信仰。)

米勒的实验(Miller experiment)有很多问题,几十年来,对米勒的实验提出了越来越多的质疑。

不断增加的证据表明,他关于早期地球大气的推测未必靠得住。现在的地质学家大抵认为,地球早期大气圈并不含有大量的还原性气体,而是含有大量的二氧化碳和氮气,比米勒的那个气体多一些惰性。在闪电的情况下,并不能形成大量的氨基酸。

除了配比正确与否不得而知。米勒实验中所加反应物的浓度,也远远高于原始气层中这些气体的实际浓度。反应物浓度低,则由无机物生成有机物的合成反应难于进行,一旦合成后也会立即分解。原始的地球没有臭氧层,在高温环境和强烈的紫外线照射下,裸露的DNA,RNA及蛋白质分子显然难以存留。如果在组合氨基酸的时候大气里有少量自由氧,氧也会迅速跟有机分子结合,把它们分解掉。

两年后米勒承认:“当然,这些见解只是推测,因为我们根本不知道地球当初形成时,大气是否处于还原状态。……目前还没有直接的证据证实这一点。”

1991年,约翰·霍根(John Horgen)在《科学美国人》发表的文章指出:“过去十多年来,有越来越多人质疑尤里和米勒就大气所作的假设。根据科学实验及用电脑重现的大气……显示,当时来自太阳的紫外线辐射可以破坏大气里含氢的分子。……这样的大气(二氧化碳和氮)对于形成氨基酸和别的生命要素十分不利。”

米勒的试验更提供了持续的电能,这也未必是40亿年前的情景再现。

进化论者和生化学家莎比罗(Robert Shapiro)博士在《火花和液》中写道:

“在原始地球的大气和不同的水域中,许多破坏性反应会广泛地破坏合成生命所必须的化合物,以至于化合物进化的速度几乎可以忽略。对于直接聚合反应所发生的液体就太稀了……

更进一步说,没有任何地质证据证明一种有机液,哪怕是一个小有机池塘,曾经在这个地球上存在过。形势正趋于明朗,尽管生命在地球上产生,但是那通过所认为的生命从有机物的海洋中产生的想法,是最不可思议的假设”(米勒仪器底部的小溶液瓶模拟原始海洋)。

无生命的化合物(大分子)为什么不会变成带有DNA的有生命的细胞?

两位进化论学家,赫尔博士和威克拉马幸博士解释道:

“生命不可能无规则地开始……

麻烦在于大约有两千个酶,在一次无规则的实验中,得到所有酶的几率是十的四万次方分之一,这是十分令人恼怒的无法面对的微小机会,即使整个宇宙充满了有机液。

如果人们不由社会信仰或科学训练导致对生命在地球起源的判决上产生偏见,那么仅仅这一简单的计算就会将这种想法从法庭上完全抹除……

从我们的观点来看,即使是最简单的生命系统,以其所具有的巨大信息量,也不可能由通常所说的自然过程产生。生命要在地球上产生,必须有非常明确的指令来提供生命体的组合。……

我们无法回避对于这一信息的需求,我们亦无法靠更大更好的生物液来轻松地绕过它,如同我们一两年前所期望的那样。”

另一位进化论者,分子生物学、信息科学和数学专家约克博士也说:

“至少蛋白质不是凭机会自发产生的,从几率上来说在原始液中靠机会产生生命是不可能的。

……一个讲究实际的人,必将得出生命不是从几率中开始的结论。”

贝希教授进一步批判了米勒一类实验的合法性,认为要做这种实验非常简单:

只要先分析氨基酸的结构,将其构成物质买回实验室,依原有比例数目混合,放入适量溶剂,将之放在不受外在影响的容器中加热,随时会合成一些结构。但这只是设计好的条件,亿万年前的地球没有这些科学家及仪器,也没有卖各类物质的商店。

如今这些科学家却是先设计了最有利的条件才去实验,这是一种花招,而不是模仿自然的状态。

正如一个厨师宣称“自然的偶然状况,可产生一块蛋糕”,他证明给人看时,在商店里买来了糖和面粉等,将之合成,然后假设有一自然状态像一烤箱,遂将合成物放入烤箱中,结果真的烤出了一个蛋糕来。但这是自然的偶然状况吗?

事实上,他应该去找甘蔗和大麦,将之放在温泉附近,看看能否合成一块蛋糕,这才是正确做法。

但他却推说如此则时间太长,故须用以上方法去节省时间。

那么,这个蛋糕是人工制作还是偶然形成的?

这种实验实在是令人啼笑皆非。

贝希认为:

生物只能是设计的结果,必须多种零件配合而构成一个共同的功能,就是设计的证据。

这种功能越独特,我们确信那是设计的把握也就越大,这完全是基于逻辑推理,与宗教信仰无关。

至于设计者到底是上帝还是外星人,则可存而不论。

米勒教授在作了他的著名实验四十多年后告诉《科学美国人》:

“生命起源的奥秘,原来比我和其他大部分人所估计的更难解开。”

实际上,氨基酸等等相对来说非常简单,宇宙间到处都是,米勒等人搞出一堆有机小分子实在不能说明什么。

科学家们仿制生命,验证化学进化,只有第一步从无机分子到有机小分子算得上是成功,取巧也罢、作弊也罢,我们也懒得计较。

真正致命的是,迄今为止,在后面的四大层次:

生物大分子→多分子体系→原始生命→单细胞生物上面,科学家们一直没有突破。

打个比方就是,一个智力上大有缺陷的人走出了不需要毕业考试的幼稚园,托义务教育法的福刚刚非常勉强地升入了小学一年级,既没有上中学,也没有上大学,更没有上研究生院。有些人却认为,他能成为未来的牛顿和爱因斯坦,甚至已经成了今天的牛顿和爱因斯坦。

“实际上,一切研究生命起源的专家已经完全弃绝‘生命能碰巧产生’的观点。”(迈尔博士)

然而,为了维持无神信仰,为了某种政治目的,“米勒—尤里的实验”仍然在某些国家的学生课本、书籍、杂志和电视纪录片中占有显著的地位,成为进化论的圣像。

“一项理论(米勒的理论)竟然被一些人认定为事实,而且可能作为反对的证据,却被置之不理”(化学家夏皮罗)。

这是科学还是迷信?

没有几个人知道,米勒在实验中设置了保险机制。

一旦有生命分子出现,热与电均会自动停止供应。因为产生它们的紫外光及闪电,很可能在0.3秒内就会把它们全部杀死。假若再多停留一段时间,它们必定会一命呜呼!

在“原始汤时代”,在洪荒时代的原始地球,有谁会担负加热与减热,加电与减电这份“差使”?

同样很少有人注意,米勒实验室所产生出来的,都是不能变成生命的“有机分子”。因为人体蛋白质只由“左旋”的L型氨基酸组成,而米勒与其后继人福克斯、萨兰姆等人生产出来的氨基酸却是左右兼备的(L及D型两者都有),并不能组建任何生命体。

有人推算,米勒实验中所用的电火花在两天内向烧瓶内提供的能量,相当于同样大小的原始地球表面4千万年所接受的能量的总和,换句话说,米勒在烧瓶中观察到的化学反应,在实际原始气层中是难于发生的。

美国近代进化论生化学者约基博士坦言:“有逻辑的人不应接纳机率太低的事,地球原始汤是事后发明的理论,不足置信。”

不足置信也要虔信,乃是一般进化论者的真实写照,因为这件事关乎无神信仰。

托马斯·赫胥黎(Thomas Huxley)的孙子尤里安·赫胥黎(Julian Sorell Huxley)在《进化在进行中》说道:

“生命从无机至有机,从有机至自然选择,从自然选择至人,其过程的机率是一个数字中的一个,这数字若要写出来,需要1,500页书页才能写成……

生命不可从无机发生,这机率太微小,无人愿意投注一件不可能发生的事上,但毕竟它发生了。”

这个世界上知名度很高的进化论代言人,开始是宣称“无机”变“生命”是不可能在“自然选择”的盲打乱撞下发生的,然后又大言不惭地说它已发生了,进而把它归功于进化。

这是何等的不合逻辑、不符合科学原则啊?

他已经把自己降格到了方舟子这种下三滥瘪三的水准,如何能让一个受过科学精神洗礼的现代人心服口服?

真正的科学家是弗朗西斯·克里克(Francis Harry Compton Crick)这种人,他说:

“生命之复杂,不可思议,绝对不可能凭空发生,……

若单以100个氨基酸组成生命的机率,那数字比整个宇宙的原子数目还大数倍。”

“一个诚实的人,不管知道多少,也只能说生命的起源几乎是一个奇迹,因为有多少条件需要具备啊!”

他因此把自己称为“强烈倾向于无神论的怀疑论者”。

“知之为知之,不知为不知”,剔除偏见,直面现实,这才是科学家的光辉典范。