我為兒孫講科學 生命科學（二）

文/繡夫 編輯/丙舍

我為兒孫講科學 生命科學（二）

文/繡夫 編輯/丙舍

生命的起源

我們所居住的地球已經存在了大約46億年。在地球形成的早期，它非常熱，也非常危險，常常受到流星撞擊和火山爆發的侵襲，不可能誕生生命。然而，隨著地球逐漸變冷，它的表面也變得比較平靜了。從地下持續噴發的水蒸氣形成了云朵，云又變成雨滴落下來。在地球上的水中，生命跡象從大約35億年前開始顯現。有些人相信生命是被專門創造出來的，但大多數科學家認為，生命來自于隨機發生的一系列化學反應。經過幾百萬年的進程，這些化學反應逐漸把簡單的化學物質塑造成為生命體。

讓我們想象一下：當時年青的地球被湖海所覆蓋，湖海中含有一些簡單的化學物質；由于太陽照射和閃電撞擊所產生的能量會使這些化學物質互相反應；逐漸地，某些這樣的化學反應會創造出一些能夠復制它們自己的化學物質和一些能覆蓋它們的膜狀物，把它們與外界隔開。

1953年，兩位美國化學家哈羅德?尤里和斯坦利?米勒試著證實這樣的猜測。結果他們發現，確實能夠從簡單的物質中制造出復雜的物質。在他們的著名實驗中，他們把早期地球的湖海和大氣層中存在的簡單化學物質，如水、甲烷、氨和氫氣的混合物放置在一個密閉容器中。他們希望看到，當這些化學物質互相反應后會發生什么現象。這一實驗持續進行了一周以后，他們發現，確實有一些新的復雜物質形成了，其中就有氨基酸。我們知道，氨基酸是與構成生命體組塊的蛋白質緊密相連的。

人們一度認為，生命體可能從無生命的物質中突變形成。他們想，蛆蟲不是從逐漸腐敗的肉中滋生出來的嗎？然而意大利科學家拉扎洛?斯巴蘭扎尼（1729—1799年）和法國科學家路易斯?巴斯德（1822—1895年）所進行的實驗表明，這種想法是錯誤的。生命體總是經由繁殖產生的。

最古老的生命形式：這些藍藻是生命體的簡單形式，類似于植物。它們通常生活在淺水中，依靠光合作用來為自己制作養料。地理學家已經在澳大利亞發現了藍藻化石，它們的形成年代為35億年前。它們一定是地球上最早的一批生命體。

如果生命在地球上由化學反應而產生，那么這一過程在地球之外也會發生。1996年，美國科學家宣布，他們在來自火星的隕石中發現了微生物化石。但不是所有科學家都確信這些東西是化石，而且他們也不能肯定，它們一定是在這些隕石到達地球前形成的。也有許多人認為，這些化石是由于化學過程蝕刻形成的，而不是什么生命的遺存。

生命的進化

那么，生命究竟是怎樣產生的呢？也許你會想，我們如果能退回到幾百萬年前，看看當時的生命體，那該多好啊！那僅僅是一種幻想，無法實現。于是，科學家們到化石中去尋找這一答案，因為化石就是當生命體被泥漿或砂石突然埋葬后形成的。在這種情況下，動植物的柔軟部分會腐爛掉，無跡可尋；但它們軀干的堅硬部分，比如，莖稈，骨頭，牙齒和殼等會非常緩慢地轉化為石頭。遍布全世界的化石顯現了生命體在幾百萬年中逐漸變化的情況。有些物種滅絕了；有些老的物種發展成為新的物種，這種變化過程就叫做進化。

由于一個很偶然的機會，人們從一塊化石發現：今天非常大的一個種群—鳥類—是從另一個種群進化而來，這就是始祖鳥化石。它顯示這種動物既有像爬行動物身上那樣的鱗片和牙齒，也有鳥類的羽毛。藉由這個證據，生物學家幾乎可以肯定，鳥類是從爬行動物進化而來。

化學繁殖：生命可以以一種簡單的方式開始形成：一種化學物質隨機地參與一系列化學反應中，這些化學反應導致其復制品的產生。這一復制品又可以經由同樣的反應制造出它自身。于是，化學物質就能夠繁殖了。

化石記錄：始祖鳥化石是1861年在德國被發現的。人們據此認為，始祖鳥是從一種用雙腿爬行的小恐龍進化而來。

生物的進化過程

為什么植物和動物會一代又一代地緩慢變化呢？兩位英國生物學家達爾文（1809—1882年）和華萊士（1823—1913年）于1858年分別獨立地得出了答案。他們知道，某個物種的成員們彼此之間會有輕微的區別，這種區別能夠傳遞到下一代。他們還知道，所有生命體都必須為爭奪食物等資源而展開競爭。達爾文和華萊士認識到，帶著最有用的特點的新生一代會逐漸產生大多數后代。其結果是，物種將進化，或者變得更能適應其生存方式。這一過程就叫做自然選擇，適者生存。1859年，達爾文把這一理論的概要寫成一本暢銷書：《物種起源》。

這只母蜘蛛背上馱著幾百個它的卵。不是所有孵化的小蜘蛛都能存活，它們之中大多數在能繁殖后代之前就死掉了。事實上，如果這些蜘蛛不為食物和住所而競爭，并大量死去的話，整個地球就會被蜘蛛們占領。

達爾文是怎樣總結出進化論的理論呢？

經過一次幾乎環繞地球的航行，1832年，達爾文乘船到達離開南美洲西海岸很遙遠的加拉帕戈斯群島。達爾文在加拉帕戈斯群島上發現了一些體型很小、羽色暗淡的雀鳥。開始時它們并沒有引起達爾文的關注，后來他把采集的標本交給了著名的鳥類分類學家約翰?古德，請他分類。約翰?古德的結論是，這些小鳥是一些與現有的雀鳥不同的新物種，但它們在羽色、鳴叫、造巢等方面的行為極為相似，它們最大的不同之處是在喙形上。他按照喙形竟把這些小雀分成了13種。古德的研究結果讓達爾文頓悟，認識到了這些小鳥之間的差異具有的重要意義。他把他的頓悟寫成了一段話，發表在了《物種起源》的第二版里：“看了這些體型小而密切相關的鳥類在構造上的演進和多樣性之后，人們確實會推想，后來由外邊引進了一個物種，然后這個物種為了各種不同的目的，發生了變異。”

達爾文有豐富的博物學知識，并曾在南美大陸考察，他知道南美大陸只有一種小鳥屬于這種雀形目。但是，他在加拉帕戈斯群島的幾個島上卻捉到了十幾種這種雀形目的小鳥，而且每種之間都有差異。最初的雀鳥覓食種子，生活在南美大陸上，而它們的后代逐漸進化成具有不同的喙和不同的生活方式的物種。覓食種子的雀鳥通常有大的強大的喙，而以覓食昆蟲的雀鳥卻有細而尖的喙。他非常敏銳地意識到，南美大陸的雀形目小鳥在這里已經進化成十幾種鳴雀，進而他推斷出世界上所有的鳴雀都來自一個共同的祖先，因為它們非常相似。

達爾文按照這種推理方式，最終推論，地球上所有的生物都有一個共同的祖先。