生命起源四大悖论

小牛探花

华石诚 来源：《大科技》杂志 2010年第3期

生命起源问题越研究，就越是矛盾重重，扑朔迷离。到底是科学家们研究的不够深入，还是他们一开始就搞错了？
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, a5 y9 N% C, @, {2 I/ q地球生命是如何诞生的？这恐怕是地球上诸多谜团中最迷人、最重要的一个。近些年来，虽然人们对生命起源问题不断研究，但是这个问题的答案不仅没有日渐清晰，反而暴露出许多令人困惑的矛盾之处，每一个矛盾都让生命的诞生进退维谷，生命在地球上诞生，似乎是不可能完成的任务。

地球环境的悖论
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根据生物学家目前的主流观点，生命在将近40亿年前从地球上诞生，其过程是无机物合成了有机物，有机物合成了生命小分子，生命小分子又合成了生命大分子，生命大分子最终组合成了最原始的生命。可见，生命的诞生是一系列的化学反应的结果。于是科学家在实验室中模拟了各种可能的早期地球化学环境，并向这些模拟环境中添加各种化合物的组合，希望能制造出一个真正的活细胞。然而，他们的努力全都失败了。是他们对地球环境模拟的不够好吗？

并非如此。早期地球环境确实比较特殊，但是科学家通过研究岩石学和天文学知识，如今已经对早期地球环境的方方面面有了比较准确的了解。而且他们在实验室中建立起来的各种模拟环境，完全包括了早期地球可能出现的各种环境。但是任凭科学家如何修正实验条件，就是不见有活生生的细胞冒出来，甚至生命大分子如蛋白质也无法从模拟环境中产生。
生命确实在早期地球上出现了，但是实验室模拟环境却无法再现这个过程，这个悖论让雄心勃勃的科学家们屡受打击。
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+ S2 d4 W: ~. T7 i海水和淡水的悖论

1 W/ h5 q! S+ J" |- d' V( f3 x9 X生命是从海洋中诞生的，还是从淡水中诞生的？
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早期地球的海洋通过溶解岩石成分和接收大气降水中的成分，拥有丰富的化合物，可以为生命的诞生提供充足的“粮食”，但是，海洋环境是动荡的，尤其是早期地球上火山、岩浆活动剧烈，海洋有时如开锅的水一般。此外，海洋中会产生洋流和潜流，即使在某处相对稳定的水域产生了一些生命分子，也很快会被冲散，无法合成生命。相反，淡水环境倒是比较稳定，可是淡水中的化合物种类很少，而且浓度也非常低，并不适合生命的合成。
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9 Z9 M% }2 b2 ^  U海水和淡水似乎都有致命的缺陷，无法让生命顺利诞生，于是一些科学家提出，也许生命产生于淡水环境的边缘区，那里会周期性地湿润和干涸，于是在液态环境中积累了一定浓度的化合物，最早的生命也许就是从淡水的边缘兴起的。

这个解释看似合理，其实对原始生命的要求实在太高了，它们必须既能适应淡水环境，又能适应咸水环境；既能在干旱的环境中生存，又能在湿润的环境中繁衍。具备这种超级才能的生命，就是在现在物种丰富的地球上，也是凤毛麟角。早期地球上那些简单、原始的单细胞生物根本不可能有这样的本事。
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' J7 E% U8 ~. h* s8 i生命的诞生离不开水，可是早期地球上各种水环境却无法满足生命起源的需要，偏偏生命还就在那时出现了，这又是一个悖论！

左旋和右旋悖论
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看看我们的双手，左手和右手形状很相似，就好像一只手是另一只手在镜子里的像一样，或者说，两只手是镜像对称的。在化合物中，也有类似的对称情况，两个化合物成分都相同，只是由于原子排列的关系，形成了镜像对称，人们把化合物的这种性质称为手性。比如，实验室中制造出来的蛋白质，糖类分子，由于分子结构的差异，当用偏振光照射不同分子时，有的光线向左旋转，有的光线向右旋转。正是手性的不同，使成分相同的分子分成了左旋分子和右旋分子。
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现在看看活细胞中的情况，组成蛋白质的所有氨基酸毫无例外，全部是左旋的，而细胞内的糖类和核苷酸，又全部是右旋的，这是一个非常奇怪的现象，因为早期地球上应该同时充斥着大量的左旋化合物和右旋化合物，就像科学家在实验室通过化学方法合成化合物时，会同时出现左旋和右旋化合物一样。但是最原始的生命似乎只从化合物中选取了左旋的氨基酸和右旋的糖类、核苷酸来组建自己，而对右旋氨基酸和左旋糖类、核苷酸视而不见。早期生命怎么会有如此高超的鉴别能力呢？

" h5 `- V0 E. R% H对于今天的活细胞来说，左旋的核苷酸如同毒药一样，这种手性的核苷酸一旦和细胞内的物质相遇，就会破坏细胞的自身结构，使细胞解体。那么，面对早期地球上可能存在的左旋核苷酸，原始生命是如何保住自己的性命，并不断繁衍，发展出全部是右旋核苷酸的各种生物呢？
化学家和生物学家面对这样的问题，只能摇摇头，无法解释。”
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进化时间悖论
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, {% G5 ^+ B, o+ d( M目前已知的最早生命形式，出现在38亿多年前的岩石中，科学家推测，地球上最早生命的诞生时间，可能比这个时间还要早一些，由于地球诞生于距今46亿年前，因此早在地球诞生后几亿年的时候，生命就出现在了地球上。
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! @% r" O8 k- }5 y- ~生命在地球上的诞生，似乎太快了一点儿。刚诞生的原始地球还是一团炽热的岩浆，不断有陨石从太空中坠落，袭击地球的表面，等到地球表面冷却下来，形成了原始的海洋和陆地，太空袭击也逐渐平息后，生命就迫不及待地出现了。最早出现的生命形式，是一些细菌和蓝藻这样的单细胞生物，而它们竟然统治了地球生物界30亿年。从距今38亿年左右到距今6亿年左右，地球上的生命形式除了细菌，就是蓝藻，总之都是单细胞。直到6亿年前，生命才突然像开了窍一样，出现了大量的多细胞生物，生物界才变得丰富多彩起来。

从科学上讲，生命的诞生是从无机物到能够自我繁殖的细胞的过程，这个过程要比几个单细胞生物组合成多细胞生物困难得多，况且早期地球环境还那么不适宜生命的存活。然而奇怪的是，生命诞生过程最多只有几亿年，而从单细胞生物到多细胞生物却经历了30亿年！

是我们把生命诞生想的太困难了，还是把多细胞生物出现想的太容易了？从化学和生物学的角度看，生命诞生的确更为困难，因为那是生命从无到有的事情，而多细胞生物不过是生命的形式发生了变化而已。那为什么生命诞生会如此之快呢？
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如果生命不是在地球上诞生的
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0 I3 T+ v# |5 j1 o这么多的悖论纠缠在生命起源问题上，真让人对解决问题感到绝望。大多数科学家还是埋头在实验室中，模拟早期地球环境，用各种化合物做着实验，希望能突破这些悖论，为生命起源问题指出一条明路，但前景不容乐观。而有少数科学家则另辟蹊径，把这个问题的一个重要前提——生命诞生于地球给推翻了，他们提出，如果生命不是在地球上诞生的，这些悖论就不存在了。
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假如生命最初诞生于地球之外，那么我们模拟早期地球环境来制造生命，根本就是缘木求鱼，失败是必然的。我们也不必考虑生命是诞生在海水还是淡水中了，生命的诞生也许需要液体环境，但不一定非要是地球上的液体环境。如果生命在宇宙其它地方经过了一段演化后，才来到了地球上，这个“地球生命始祖”也许一开始就是左旋氨基酸，右旋糖类、右旋核苷酸所组成的，它落到了没有任何生命迹象的地球上后继续演化，当然就不会有手性的烦恼了。生命在地球上出现的如此迅速，并不是生命诞生很容易，而是地球最早的生命在来到地球前，已经演化了许多亿年的时间，如果我们把这段漫长的时间算上，那个时间悖论也不存在了。

过去，一些科学家们也提出过地球生命可能来自其他星球的观点，但都因为没有证据而不被人重视。如今，以生命起源于地球为前提的研究越来越走入了困境，出现了诸多矛盾之处，于是人们又看到了生命来自外星球观点的价值。虽然现在还是没有直接的证据表明，地球生命起源于其他星球，但是如果我们假设这个观点成立，那些悖论就都可以轻松化解。
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( U$ B5 G2 ~6 D, Z: {地球并不能完成生命起源的任务，虽然它已经有46亿岁了。我们的生物祖先来自地球之外，这个简单明了的解释虽然并没有回答生命是如何起源的，但至少可以让我们正确地来思考生命起源问题了。