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生命起源的周期性摭议

时间:2022-11-05 14:00:05 来源:网友投稿

【摘 要】笔者从生物发展的物质基础、进化的自然条件和新生命体的重大发现等方面深入研究,发现生命体沿着最初起源的演化规律,能够继续适应地球环境的演变进程,生命新物种在地球上有望再度起源的可能性,并从生命起源的化学演化过程、生物合成转换过程,以及地球的环境塑造等角度来阐述生命再度起源的周期规律。

【关键词】生命起源;新生物种;物质基础;自然环境;周期性

在地球上,生命的最初起源是通过化学演化过程实现的,是目前生物学界普遍接受的观点之一。但从整个生物发展史和现代生物进化研究理论来分析,随着最初起源生物的不断演化,以及地球环境的不断变化,生命新物种在地球上有望再度起源的可能性。主要根据如下:①存在物质基础。生命最初起源之后,有机生命物质的生物合成和转换过程,将逐渐取代化学演化过程,成为自然环境产生的一种新的方式;②存在自然环境。陆地在海洋生物开发的早期阶段,是生命起源的第二摇篮;③出现新生命体。自然选择决定生命的存在方式,细胞生物是生命最初的起源和发展的生物进化的产品;非细胞生物(病毒)是生命的起源和演化发展再一次的产品。笔者试从生命起源的化学演化过程、生物合成转换过程,以及地球的环境塑造等角度来阐述生命再度起源的周期规律。

一、存在生命再度起源的物质基础

科学研究表明,地球的年龄约为四十六亿年,有机生命物质产生的化学演化过程,大约发生在地球形成的最初十几亿年里。目前,对有机生命物质的非生物合成的研究,已经取得了较大的进展,并积累了许多资料。氨基酸的非生物合成:1953年美国学者米勒模拟原始大气成分CH4、NH3、H2、H2O↑等,在放电作用下合成了一些氨基酸。在此后,其他学者先后在类似的条件下,几乎合成了天然蛋白质中的全部氨基酸。核甘酸的非生物合成:1963年,在加速的电子作用下CH4、NH3、H2O↑转化为腺嘌呤。1965年在加热 160℃的条件下, 核甘、磷酸盐转化为核苷酸。核苷酸的产生还有其它途径。蛋白质和核酸的非生物合成:目前也取得了重大的突破。1991年中国科学家赵玉芬通过实验证明:在磷酰化氨基酸的基础上,可以同时合成蛋白质和核酸。虽然现在关于化学演化过程的许多具体环节还没有完全搞清楚。但是,有机生命物质通过化学演化过程,并在原始海洋中不断积累,为新生命的最初起源奠定了物质基础,已成为目前相当多的科学家的一种共识。

生命最初起源之后,由于诸多自然因素的改变,但是,由于诸多自然因素的改变,导致有机生命物质产生的化学演化过程的丧失,并不能成为制约生命再度起源的一种因素。因为,在生命最初起源之后,随着已起源生物的不断进化和发展,有机生命物质的生物合成与转化过程,将会逐渐取代有机生命物质产生的化学演化过程。成为自然环境中,有机生命物质产生的一种新途径。

有机生命物质产生的生物合成与转化过程,同化学演化过程,虽然在合成原料、合成条件、合成过程等诸多方面存在着差异。但是,二种途径所形成的有机生命物质蛋白质、核酸等产物,无论是在化学结构上,还是在生物学特性等诸多方面都是基本相同的。

从整个生物发展史来看,生命通过化学演化过程,实现最初起源之后,生物的生存与进化发展在相当长的时期,始终是局限在海洋环境之中的。在海洋环境中,通过生物合成与转化过程产生的有机生命物质,将会被海洋环境中生存的异养生物:这里主要是指低等、异养腐生生物,作为其生存的营养物质而被完全占有。从而制约海洋环境中,通过生物合成与转化过程产生的有机生命物质,再度向生命的演化过程。作为制约生命再度起源的一种因素:低等、异养腐生生物,在海洋生物登陆发展之前,其生存与发展始终是局限在海洋环境之中的,并没有扩展到陆地环境中去。在这期间,陆地环境始终保持着“净土一片”而没有任何生机。就是由于某种自然因素的影响,使海洋生物转移到陆地上来,“登陆”的海洋生物也无法在陆地环境中长时间生存。因为海洋生物由水生到陆生将会经历一个漫长的进化过程。登陆生物本身在形态结构和生理功能上,也将会发生很大的变化,以适应复杂多变的陆生环境。

从生物进化角度来看,大量的化石研究充分证明,大规模的海洋生物登陆发展在时间上,大约发生在寒武纪初期(距今约六亿年)到泥盆纪早期(距今约四亿年)之间。从海洋生物登陆的先后来看,海洋中的自养生物的登陆发展,在时间上应早于异养生物。这里主要是因为,只有自养生物登陆发展之后,一方面为异养生物提供了足够的食物。再者大气中氧的含量不断增加,臭氧层的逐渐形成,为异养生物登陆后的生存和发展提供了一个保护伞。

在海洋生物登陆发展的初期,海洋中的低等、异养生物,在其还没有登陆发展之前,在陆生环境中,通过生物合成产生的有机生命物质,将会不断积累。生物合成的有机物质的积累,同时会随着自养生物在陆生环境中,由沿海向内陆,由低海拔向高海拔生存空间的不断扩展而大规模的增加。

在海洋生物登陆发展初期的陆生环境中,通过生物合成的有机物质的大规模积累,将会通过三种主要途径被转化。第一种途径是作为陆生环境中,生命再度起源的物质基础;第二种途径是作为地球上,能源矿产(煤、石油、天然气)形成的物质基础的一部分;第三种途径是作为海洋中的异养生物登陆之后,生存与进化发展的物质基础。另外,海洋生物登陆发展的初期,由于物质循环在陆生环境中还没有完全建立,因而,当有机物质再陆生环境中不断积累时,大气中氧气的含量将会相对增加,二氧化碳的含量将会相对下降。在陆生环境中有机物质的积累与分解不稳定、也不平衡。大气中二氧化碳的增加与减少是不断波动的,其总趋势是减少的。大气中二氧化碳的波动,将会导致大气温度的波动。大气温度的波动可能是地质学上,冰川的形成与消退的主要原因之一。

二、存在生命再度起源的自然环境

地球表面是由海洋和陆地二部分组成。原始海洋是生命化学演化的中心。现在已经清楚:“具有高度反应的活性分子,虽然是在气相中生成,但是它们都是在水溶液中发生化学反应。因为,所有的生命物质都涉及液相。”另外,海洋在生命发生的过程中还具有庇护作用,它能够阻止来自宇宙中的各种有害射线进入到海洋深处。从而有利于海洋环境中有机生命物质向生命的演化。

原始海洋是生命最初起源的摇篮。但是,生命最初起源之后,海洋环境中的异养生物:低等、异养腐生生物,作为制约生命再度起源的一种因素的存在,从而阻止了海洋环境中,通过生物合成与转化而来的有机生命物质向生命的进一步演化。使海洋环境中不再具有生命再度起源的可能。然而,陆地作为整个地球环境的一部分,虽然在生命最初起源时,不适于生命的起源。但是,随着整个地球环境的不断变化,在海洋生物登陆发展的初期,陆地将成为生命再度起源的第二个摇篮。首先,在陆地环境中,由于地壳变动趋于相对稳定,火山、地震的发生,在数量上大量减少、在强度上逐渐减弱。以及水在“海洋——陆地——空中”形成了稳定的循环运动,使得陆地环境不再像早期那样干热缺水。虽然水在陆地环境中不像海洋那样富有,但是,陆地上具有相对稳定的水环境;其次,大气中臭氧层的逐渐形成,从而更好的阻止了来自宇宙空间中的,各种有害射线对地球表面的辐射。臭氧层的形成,一方面为海洋生物的登陆发展提供了庇护作用,另一方面为陆生环境中,有机生命物质向生命的演化创造了条件。自然环境中氧分子的存在,是影响有机生命物质存在的原因之一。从有关科研资料来看,海洋生物登陆的初期,大气中氧气的含量比现在低得多,大约占现在大气中氧气含量的1%,即:巴斯德点左右。海洋生物登陆发展的初期,大气中氧气浓度较低,不仅有利于有机生命物质的存在,而且有利于生命的再度起源。第四,细胞生物是生命最初起源与进化发展的产物。对于生命再度起源而言,结构较复杂的细胞生物本身,可以被视为一种特殊的生存环境。不过,这种特殊环境在生命最初起源时并不存在

三、存在生命再度起源的生命体

当生命起源的基本条件都已具备之后,在自然环境中,生命是如何由有机生命物质演变成,具有生命活性的生命体的,这是一个有待于进一步通过实验,进行科学探究的问题。

笔者认为,生命的物质基础是蛋白质和核酸,生命的发生是多源的。不管是生命的最初起源,还是生命的再度起源,有机生命物质向生命的演化都是多源发生的。主要有三种基本类型:第一种是建立蛋白质和核酸共同存在的基础之上,具有膜质结构的、能够独自存在并表现出简单生命活性的、多分子体系的生命体;第二种是建立在蛋白质和核酸共同存在的基础之上,无膜质结构、独自存在时不具有生命活性的、多分子体系的生命体;第三种是单独建立在蛋白质或核酸存在的基础之上,无膜质结构的、独自存在时不具有生命活性的,单一生命分子。如果我们把具有膜质结构、能够独自存在并表现出生命活性的,多分子体系的生命体,称之为一种结构完整的生命体的话。那么,无膜质结构的、独自存在时并不具有生命活性的生命体和生命分子,则只能被称之为生命的“半成品”。笔者将生命体分成两类:无膜生物和有膜生物。无膜生物即非细胞生物,有膜生物即细胞生物。

自然选择决定生命存在的方式。生命的多源发生并不意味着都能存在与进化发展,这是因为适者生存、不适者淘汰的自然选择法则决定的。

就生命的最初起源而言,在原始海洋里多源发生的,原始生命体的存在与进化发展,只有建立在蛋白质和核酸共同存在的基础上,具有膜质结构,能够独立存在并表现出简单生命活性的,多分子体系的生命体,才能在自然选择的作用下得以生存和进化发展。而任何一种无膜质结构的,独自存在不具有生命活性的生命体,都将会在自然选择的作用下最终被淘汰掉。其主要原因是无膜质结构的生命体:“半成品”,在生命最初起源的原始环境中,并不具有某种特殊的环境庇护。

就生命体的再度起源而言,通过生命再度起源所多源发生的生命体,不管是有膜质结构还是无膜质结构的生命体;是能够独立生存的还是不能够独立生存的;是建立在蛋白质、核酸共同存在的基础之上,还是建立在蛋白质、核酸单独存在的基础之上,都有存在和发展的可能。这是因为,自然环境的改变为生命体的生存,提供了一个适宜的环境。另外,不断登陆发展的生物体,同样可以作为一种特殊的生存环境,为多源发生的生命体提供庇护。在自然选择的作用下,无膜生物,由于有特殊环境的庇护,要比早期有膜生物的生存能力强。现在的自然环境中,并不存在通过再度起源产生的有膜生物。有两种可能性:一是起源后,在同最初起源的细胞生物之间进行的生存斗争中被淘汰了。二是有机生命物质向生命的演化需要较长的时间,因而有膜生物在大规模的海洋生物登陆后还没有形成。建立在蛋白质、核酸共同存在或单独存在基础之上的,无膜质结构的,独自存在时不具有生命活性的生命体。其存在与进化发展对生命最初起源的生命体寄生,是生物进化发展史上,物种大规模灭绝的原因之一。

就自然环境中的生命体而言,非细胞生物与细胞生物之间存在着诸多差异。生命体的物质基础:细胞生物是建立在蛋白质、核酸共同存在的基础之上;非细胞生物有的是建立在蛋白质、核酸共同存在的基础之上,有的是建立在蛋白质、核酸单独存在的基础之上,而不同其它有机生命物质结合。生命体的结构:细胞生物是一类具有膜质结构的多分子体系的生命体;而非细胞生物是一类不具有膜质结构的生命体。生命体的活性表现:细胞生物能够独自存在、并表现出生命的活性;而非细胞生物则独自存在时、并不能表现出生命的活性。生命活性就是指生命体的基本特征:复制、分裂、生长、新陈代谢等。生物的进化:细胞生物之间的存在着或远或近亲远关系,具有共同的起源。这一点可以从不同领域、不同水平,生物进化研究的结果得以说明。而非细胞生物,不管是在生物进化研究的哪个领域、何种水平,都无法将其纳入到细胞生物的范畴。因而,细胞生物是生命最初起源的生命体进化和发展的产物;非细胞生物是生命再度起源的生命体进化和发展的产物。

综上所述,最初起源生物的不断进化和发展,是建立在生物合成与转化基础之上的,是有机生命物质向生命体的演化;而具有同样物质自然环境下的新生命体,在陆生环境中存在再度起源的必然。恩格斯说:“否定之否定是一个极其普遍的,因而极其广泛地起作用的,重要的自然、历史和思维的发展规律”。生命科学是自然科学的一个领域,同样遵循这一规律。同其它事物的产生、存在和发展一样具有周期性。

【参考文献】

[1]J.阿亚摩夫著(美),周惠民译:《生命的起源》,科学出版社,1977;

[2]中国科学院图书馆编译:《生命的起源》,科学出版社,1973;

[3]李难主编:《生物进化论》,高等教育出版社,1982;

[4]刘后一等著,《生物是怎样进化的》,中国青年出版社,1982;

[5]方宗熙等:《生命发展的辩证法》,人民出版社1976;

[6]北师大等、哲学教材编写组,《马克思主义哲学基本原理》,1980。

(作者单位:江苏省徐州市贾汪区青山泉中学)

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