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第六节 从地球到月球 3/8

除了地球内部的原因之外,地球的未来还跟太阳有着密切关联。由于氦的灰烬在太阳核心逐年累积,太阳光度将缓慢增加,在未来的11亿年中,太阳的光度将增加10%,之后的35亿年又将增加40%。这每一点增加都会使抵达地球的辐射大量增加,带来可怕的后果。

等到太阳在大约50亿年后成为红巨星时,它的直径将膨胀至现在的250倍。但是,那个时候的地球和人类命运还不是很清楚,有可能被太阳熔融、吞没,也有很大可能和太阳拉开距离增加到目前距离的1.7倍,地球表面的水会完全消失,温度将可能达到70度,绝大部分的生物将会灭绝掉,只有地下或许还有一些幸存的生物。然而,最近有理论指出,届时的地球将很大可能会因为潮汐作用的拖曳,而被推出太阳系,成为宇宙中的一颗流浪星球。

2、生命本身就是一个奇迹

生命由何时、何处、怎样起源,这个问题是现代自然科学尚未完全解决的重大问题,许多年以来一直存在许多理论和假说,但是每种说法都有争议,众说纷纭。

十九世纪,随着达尔文《物种起源》一书的问世,生命科学发生了前所未有的大变革,同时也为人类揭示生命起源这一千古之谜带来了一丝曙光,这就是现代的化学起源论。

就目前来看,最多人相信的也是这个化学起源假说。这一假说认为,地球上的生命是在极其漫长的时间内,由非生命无机物经过极其复杂的化学过程,最终一步一步地演变而成的。

按照化学起源论,无论我们怎么去解释生命的起源,都有三个基本步骤是绕不过去的必需经历:第一个是从无机物演变到有机小分子,这种质的变化是从无机到有机,也是生命从物质中的诞生过程,所以不管在什么地方,哪怕是火星上或者木卫二里,甚至我们地球上的生命都必需经过这个步骤,这是最基本的一步,也是研究生命起源的第一个出发点。

第二个步骤是从有机小分子演变到有机大分子,因为象氨基酸这样的有机小分子它必需组成蛋白质、糖类、核酸等大分子,才有可能产生细胞和遗传物质。

第三个步骤是从这些有机大分子中演化出原始的单细胞生命。只有出现原始单细胞,才能拥有遗传物质,可以进行新陈代谢,这也是区分一个生命体是否存在的特征。

所以,生命起源的过程其实也就是简化的上述三个步骤。对这三个步骤,我们现在还有什么没解决的困难呢?

第一个步骤是最基本的出发点,这个问题我们已经解决了,无论是在深海的火山口还是热泉生态系统中,我们都有了无机物到有机小分子的实例,最著名的证据是1953年的米勒实验,他在实验室中模仿了地球的早期状况,包括当时的水质、大气成分和温度等,经过一周持续不断的物质循环和闪电冲击,这些构成早期地球环境的化学元素中,产生了5种氨基酸和不同有机酸在内的各种有机化合物,同时还产生了氰氢酸(氰氢酸可以合成出组成核苷酸的基本单位腺嘌呤)。这个经典的实验有力证明了生命是起源于无机物中。

第二个步骤是有机小分子到大分子的过程,这个过程同样不难解决,在自然界和实验室中都已经做到了,最终的结果是有机小分子进行了热聚合脱水反应,成功形成蛋白质,并且可以重复进行。

第三个步骤则是最难的——生物大分子到原始单细胞这个过程,是一个迄今为止的科学界仍无法解答的难题,它似乎是无机物变成生命所不可跨越的一个鸿沟。

要想解决这个问题,要从三方面入手,这三个方面相辅相成,暂时都没有找到合适答案:首先是细胞的自我遗传系统,这些生物大分子到底是怎么建立DNA、RNA的遗传系统的?第二个是能量和物质在细胞内如何交换?这种新陈代谢系统又如何把太阳光的化学能转化成驱动细胞的能量?第三个更不好解决,就是细胞膜系统是怎么形成的?千万不要小看这个细胞膜(凡是和膜有关的东西都很神奇,以后我们还会讲到关于膜的秘密),它是一种很难理解的东西,我们知道无机物质之间是没有隔膜的,只有生命体才能制造一个跟外界隔离的膜,同时还不是绝对隔离,它有一些小的空隙和外界物质做着交换,是一个很精巧、细致的细胞机构。总之,这三个问题不解决,我们就搞不明白生命大分子是怎么演变出细胞的。

迄今为止,理论上的生命起源可以描述成如下过程:

在40亿年前的地球上,广泛分布的热泉口或者火山口的附近热水中,有无数无机分子合成出了有机小分子,然后通过聚合反应,形成生物的大分子,这些大分子再进行自我复制、自我选择、自我组织、自我复制和变异,从而形成核酸和活性蛋白质,同时产生了膜结构,这些细胞膜结构在基因控制下,利用新陈代谢反应为细胞整体提供能量,到了这一步,基本上就是一个生命在地球上从此诞生了。

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