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论生命的起源

更新:2007年10月27日 阅读次数: 【字体:
     摘要
   本文认为:地球物质发展变化史可以分为三个大的发展变化阶段:第一个阶段以无机物为主要矛盾的主要方面的发展变化阶段;第二个阶段以有机物为主要矛盾的主要方面的发展变化阶段;第三个阶段以生物为主要矛盾的主要方面的发展变化阶段,现在仍然是这个阶段。在地球上出现甲烷以前的阶段是以无机物为主要矛盾的主要方面的发展变化阶段;从地球上出现甲烷开始直到地球上出现第一个原始细胞前为止是以有机物为主要矛盾的主要方面的发展变化阶段;从地球上出现第一个原始细胞起始直至今天为止是以生物为主要矛盾的主要方面的发展变化阶段。从组成石油的主要成分——烃类化合物分析,应该属于生命体产生以前的产物,而今天开采的石油却是由生命体解体以后的产物,即生命体以后的产物,为什么今天却找不到生命体产生以前所形成的石油呢?主要原因是因为被后来产生的生命体消耗掉了的缘故造成的。所以,这并不能够否定在生命出现以前,在地球上曾有过产生类似于石油那样的物质的过程。由于细胞是维持生命活动的基本单位,因此,生命的起源应当归纳为细胞的起源来研究才是正确的。只有用不是通过生物的途径合成了一个细胞,才算是真正解决了生命起源的问题。目前,没有一个人能够用不是通过生物的途径得到真正的生命体。主要原因在于没有找到合成蛋白质、核糖核酸和脱氧核糖核酸的自然形成的化学反应釜。而油田乳状液的油包水再包油的乳胶结构体系是有可能成为既有天然原料和动力,又有催化剂的合成蛋白质、核糖核酸和脱氧核糖核酸的天然化学反应釜的。并且,依靠这个天然化学反应釜,可以同时合成蛋白质、核糖核酸和脱氧核糖核酸。通过这样的途径,是有可能以无生命物质为原料合成有生命的原始细胞的。因此,油田乳状液是生命起源的基础物质,光能是生命起源的动能,大气及其它有关的无机物和有机物是生命起源的原料。
关键词 地球发展变化史 生命的起源
通常认为地球自诞生以来已有46亿年的历史了,而生命仅在35亿年前才在地球上出现。因此,生命的历史仅是地球物质发展变化史的一个组成部分。可以说,生命的出现是地球物质发展变化到某个阶段的必然产物。所以,研究生命的起源必须从研究地球物质发展变化史入手。
一、关于地球成形前物质演化过程的假设
假设地球是由一团呈游离原子状态的气体云形成的,所以,原子应该最早出现在地球上。那么,最早的地球是一个充满了游离原子状态的气态球体。并且,能量不断地逐渐散失,温度不断地逐渐下降。一方面,重元素的原子要沉向地心,轻元素的原子要浮向地表,使得地表存在着较轻元素的原子,地心存在着较重元素的原子;另一方面,地表冷的元素的原子也会沉向地心,地心热的元素的原子也会浮向地表,使得地表掺杂进了较重元素的原子,地心掺杂进了较轻元素的原子。当能量散失到了一定的程度后,地球外层的物质就无法维持激活的游离原子状态存在。向着原子较为稳定的存在状态,即最外层为二电子(第一周期元素)和八电子(其它周期的元素)的存在状态发展。这时候,H和金属元素失去了最外层的电子变成阳离子状态存在;除H和稀有气体以外的非金属元素的原子获取了电子变成为阴离子状态存在。由于稀有气体元素的原子的最外层已经为二电子(He)和八电子的稳定存在状态,所以它们仍然以原子状态存在。另外,由于C原子最外层为四个电子,它既不易失去四个电子变成阳离子状态存在,也不易获取四个电子变成阴离子状态存在。这时候。C原子的原子轨道会发生
sp3 杂化过程。是由一个能量较低的2s轨道和三个能量较高的2p轨道综合后平均分配为使总能量降低的成为正四面体的四个等价的 sp3
杂化轨道的状态存在。
这时候的地球仍然是一个气态的球体。是一个由游离原子状态和离子状态混合气体组成的气态球体。这时候,一方面仍然是较重的原子气和较重的离子气要沉向地心,较轻的原子气和较轻的离子气要浮向地表,使得在地表存在着较轻的原子气和较轻的离子气,在地心存在着较重的原子气和较重的离子气;另一方面,仍然是地表冷的原子气和离子气会沉向地心,地心的热的原子气和热的离子气会浮向地表,使得地表掺杂进了较重的原子气和较重的离子气,使得地心掺杂进了较轻的原子气和较轻的离子气。
随着能量继续不断地逐渐散失,到了一定的程度后,就会出现地球体系的能量维持不了原子气态和离子气态存在状态的现象。在地球的表层,一方面,阴阳离子之间依靠静电引力结合成气态分子的存在状态;另一方面,阴离子之间采用共用电子对的形式结合成气态分子的存在状态。也是说,这时候地球上开始出现了化合物的存在状态。
这时候的地球还仍然是一个气态的球体。不过在原有的游离原子状态和离子状态混合气体的基础上增加了一种分子气体的存在状态,即化合物的存在状态。并且,所有的气态物质仍然不停地进行着轻重对流和冷热对流,使得地球表层成为混合气体状态。
当地球冷却到高沸点物质的沸点以下,低沸点物质的沸点以上温度时,使得高沸点化合物成为液体(即熔融状态)存在状态,而低沸点物质仍为气体存在状态。这时候,一方面,液体沉向地心,使得地心成为一个液体球,形成了原始的地核;气体浮向地表,在液体球的外围形成一层气圈,形成了原始的大气圈;另一方面,冷的气体也要沉向地心,使得液体中会溶解进一些气体;热的液体也要浮向地表,使得气体中会掺杂进一些液体。这时候的地球形成为气液两相的球体。
当液体球表层冷却到高沸点物质的熔点以下,中沸点物质的熔点以上,低沸点物质的沸点以上时,处在液体球表层的大量的高沸点化合物凝固为固体分子存在状态,中沸点化合物仍为液体分子存在状态,低沸点物质形成为分子气体存在状态。这时候,一方面,固体沉向地心,液体浮向地表,形成固液对流状态。当固体还未沉到地心,被上浮的液体熔化为液体了,并且,重新返回地表,冷却后,又重新凝固为固体,再次沉向地心,又会重新被熔化,……,使得地心无法形成为固体的地核。当上浮的液体无法熔化沉向地心的固体时,在液体球的外围形成了一层固体的壳,变成为原始的地壳,标志着真正的地球诞生了。这层地壳将地心的熔融液体与地表的气体圈隔开,成为冷热对流的中介媒体。这时候,在地核的熔融液体中,一方面,较重物质沉向地心,较轻物质浮向地壳,使得重物质聚集于地心,地核中较轻物质沿地壳里层聚集;另一方面,冷的较轻物质也会沉向地心,热的重物质也会浮向地壳,使得地心可能会掺杂进较轻的物质,沿地壳里层也会掺杂进较重的物质。当地壳外的某些气体冷却到沸点以下的温度时,便转化为液体状态存在于地表面的低洼处,形成了原始的海洋。在地壳外的气层圈里,一方面,较重的气体物质沉向海洋,使得气圈里层成为较重的气体物质层,同时,使得海洋的表层会掺杂进一些气体分子;另一方面,较轻的气体物质浮向气圈外层,使得气圈外层成为较轻的气体物质层;另一方面,冷的气体物质会沉向海洋,使得气圈里层会掺杂进较轻的气体物质,同时也会使海洋表层掺杂进一些较轻的气体物质;热的气体物质会浮向气圈的外层,使得气圈外层也会掺杂进较重的气体物质。这时候的地球已经成为气、液、固三相存在状态了。
二、 关于地球物质发展变化史的假设。
假设地球物质发展变化史分为三个大的发展变化阶段:第一个阶段以无机物为主要矛盾的主要方面的发展变化阶段;第二个阶段以有机物为主要矛盾的主要方面的发展变化阶段;第三个阶段以生物为主要矛盾的主要方面的发展变化阶段,现在仍然是这个阶段。
在以无机物为主要矛盾的主要方面的发展变化阶段,没有有机物、生物的存在,无机物则成为主要矛盾的主要方面。在这个阶段里,较复杂一级的无机物代替比其前一级较简单的无机物成为地球上主要矛盾的主要方面,而又让位给比其更复杂一级的无机物,最后让位给了最简单的有机物,进入以有机物为主要矛盾的主要方面的发展变化阶段;在以有机物为主要矛盾的主要方面的发展变化阶段,没有生物的存在,无机物仍在不断发展变化,但不占主要矛盾的主要方面,有机物则成为主要矛盾的主要方面,同样,较复杂一级的有机物代替比其前一级较简单的有机物成为地球上主要矛盾的主要方面,而又让位给比其更复杂一级的有机物,最后让位给了最简单的生物,进入以生物为主要矛盾的主要方面的发展变化阶段;在以生物为主要矛盾的主要方面的发展变化阶段,无机物和有机物仍在不断发展变化,但不占主要地位,而生物则成为地球上主要矛盾的主要方面,同样,较复杂一级的生物代替比其前一个较简单一级的生物成为地球上主要矛盾的主要方面,而又让位给了比其更复杂一级的生物,最后,将让位给比生物更高级的……。
从石油(原油)各元素的组成(按重量百分比)为:含碳:83 %——87 % ;含氢:11 %——15 % ;含氧:痕量——4 %
;含氮;痕量——4 % ;含硫:痕量——4 %
来看,主要是碳氢化合物,属于有机化合物的范畴。应该是在地球上以有机化合物为主要矛盾的主要方面的发展阶段的产物,即在生命产生以前的产物。但是,现在开采的石油却大都是由大量的动植物遗体经厌氧分解的产物,即生命产生以后的产物。从而动摇了人们认为地球上曾有过以有机物为主要矛盾的主要方面的发展变化阶段的看法。如果我们假设地球上曾有过以有机物为主要矛盾的主要方面的发展变化阶段,那么,地球上应该有过像石油类似的有机化合物的大量存在。为什么现在却找不到它们的残留痕迹呢?这主要是因为被生命体消耗掉了。例如,革兰氏阴性菌能从甲烷生产蛋白质。这是我们今天从地球上能够看到的例证。并且,微生物作用于石油将其转化为蛋白质的时候,消耗石油的数量是非常巨大的。从石油中的一吨正石蜡可以得到约一吨的菌体,蛋白质约占其半,即可得到蛋白质0.5吨。
1895年,日本三好博士观察到叫做葡萄孢霉的微生物分解利用石油的事实。其后又有很多的石油分解菌被陆续发现,至1950年知道利用石油的微生物已达100种以上。这说明,生物是能够分解利用石油而转化为自身的。.生命的特征是代谢和繁殖。随着生命体的产生,大量的代谢和大量的繁殖,逐渐地把地球上以有机物为主要矛盾的主要方面的发展阶段所产生的大量的有机物变成为大量的生命体了,导致了今天我们很难找到地球上曾以有机物为主要矛盾的主要方面的发展阶段所产生的大量的有机物的残留痕迹。所以这并不能够否定地球上曾有过以有机物为主要矛盾的主要方面的发展阶段。说明在生命出现以前地球上就已经有过石油的存在。而这并不否认今天所开采的绝大多数石油是由生命体解体后形成的观点。本人认为,石油的成因应该以无机成因及有机成因并存较为科学,强调一方面而否认另一方面的做法都是片面的观点。
那么,怎样来划定这三个地球物质发展变化阶段的分界线呢?
本人认为:在地球上出现甲烷以前的阶段是以无机物为主要矛盾的主要方面的发展变化阶段;从地球上出现甲烷开始直到地球上出现第一个原始细胞前为止是以有机物为主要矛盾的主要方面的发展变化阶段;从地球上出现第一个原始细胞起始直至今天为止是以生物为主要矛盾的主要方面的发展变化阶段。
因为,甲烷是最简单的有机化合物,也是地球上最早出现的有机化合物,所以,它在地球上的出现就开始了地球上以有机物为主要矛盾的主要方面的发展变化阶段;又因为,细胞是维持生命活动的基本单位,它具备生命体所具备的一切生命活动能力。比细胞小的物质单位不存在生命所具备的增殖、突变以及对刺激反应的能力。像物理学家破碎原子那样,我们可以将细胞打碎,用离心方法分离其中某些成分进行研究。我们发现这些细胞碎片可以暂时继续进行它们的许多活动,诸如消耗氧气,酵解糖分,甚至形成新的分子。但是,打碎的细胞再也不能无限地延续生命活动。因而我们可以得出结论,细胞是维持生命活动的基本单位。另一方面,病毒虽然比细胞小,也不那么复杂,但病毒不能独立生存,它需寄生在细胞中,才能进行生命活动。所以,它不是维持生命活动的基本单位。所以,地球上第一个原始细胞的出现才能真正标志着地球进入了以生物为主要矛盾的主要方面的发展变化阶段。
根据以上的假设,生命的起源应当归纳为细胞的起源来研究才是正确的。也就是说,只有用不是通过生物的途径合成了一个细胞,才算是真正解决了生命起源的问题。
三、 关于生命起源的假设。
假设油田乳状液是生命起源的基础物质,光能是生命起源的动能,大气及其它有关的
无机物和有机物是生命起源的原料。
因为,油田乳状液是地球上遗留下来的与生命体物质有着最最亲缘关系的自然状态的物质。无论是无机成因的石油,或者还是生命体解体后所形成的石油也好,都可与生命体直接联系起来,有着直接的亲缘关系。因此,探索生命的起源,应该从与生命体有着直接亲缘关系的自然状态物质——油田乳状液入手也许能提高探索的效率。
因为,在可逆的化学反应中,终点产物是原料产物的起点原料。又因为,油田乳状液是在一定的自然状态下,由生命体解体后自然形成的终点产物。所以,这个终点产物有可能成为原料产物生命体的起点的基本原料。所以假设油田乳状液为生命起源的基础物质。
现存的油田乳状液都属于胶体结构。一般为油包水(W / O型)和水包油(O / W 型)结构。同时还存在着以 W / O 型为主,以O /
W / O 型为副的油田乳状液结构体系。 这种乳胶结构体系是最接近于细胞结构体系的自然结构状态。在结构层次上两者是具有直接的亲缘关系的。
如果我们把细胞当作粒子看待,与分子比较,则是比分子复杂得多的粒子。因为细胞具有细胞膜、细胞质及细胞核。而细胞膜是由分子聚合而成,细胞质也由分子聚合而成,细胞核也是由分子聚合而成。因此,一个细胞是由不同分子分三个层次的分子复合聚合体。要是用这种方法来比较,那么我们就会发现乳胶胶粒,特别是油田乳状液的胶粒结构与细胞是更为接近的。因为油田乳状液的胶粒结构是由油包水及水包油结构组成。油包水结构,中间为水分子聚合体,四周为重油烃分子聚合体,合起来即为水及烃类化合物分层次的复合聚合体。水包油结构,实际来说中间为轻油烃类化合物分子聚合体,周围环包水分子聚合体,水层外围再环包重油烃类化合物分子聚合体。这是三种不同类型的分子分三个层次的分子复合聚合体。这种结构在层次上来说基本上与细胞结构的层次相似了。这种胶粒与细胞在结构层次上具有亲缘关系。这种结构的形成是粒子结构层次的飞跃。对于细胞的起源将产生重大作用,甚至于为决定性的作用。因为它决定了细胞的层次结构的形成。因此,这种油包水再包油结构的分层次的分子复合聚合体的形成是从无生命体结构飞跃到生命体细胞结构的中间关节点。也就是说,从结构层次的角度加以分析比较,可以认为:乳胶胶粒结构可能是细胞结构的前身。这是我假设油田乳状液为生命起源的基础物质的第二个原因。
20世纪50年代初,美国的一位研究生米勒,模拟原始地球上的大气成分,把甲烷、氨气、氢气和水蒸气放到抽成真空的玻璃仪器内,然后使用一个人造太阳——高电弧,进行放电,如同大自然的电闪雷鸣,不断辐射出能量。此时,仪器内的各种气体混杂在一起,不断碰撞、对流,进行激烈地运动。一个星期以后,米勒把其中的循环水拿出来分析,结果找到了组成生命不可缺少的蛋白质原料——氨基酸(甘氨酸和丙氨酸)。这个实验震惊了世界。
1959年,中国的科学工作者发展了米勒的实验,采用火花放电的办法,并将硫化氢加入到甲烷、氨气、氢气和水蒸气中,结果获得了比米勒实验所获得的更为复杂的氨基酸,如胱氨酸、半胱氨酸、蛋氨酸等。同年,德国的科学家格罗特和维森霍夫,用紫外线代替放电又得到了更多的氨基酸。
在这些实验的启示下,西班牙生物学家奥罗又于1961年做了一个实验,他把氰化氢加到模拟大气中,结果除了得到多种氨基酸外,还得到了生命体的必需物——核酸中的腺嘌呤。后来,奥罗又把甲醛加到模拟大气中,还得到了核糖和脱氧核糖等组成核酸的物质。
从米勒的模拟实验开始,到现在许多科学家的各种实验为止,几乎得到了组成生命的一切原料。但遗憾的是,没有一个人能够得到真正的生命体。主要原因在于没有找到能够将这些原料合成为蛋白质、核糖核酸和脱氧核糖核酸的自然形成的化学反应釜。因为,在化工生产的过程中,如果只有原料而没有反应釜,仍然是不能进行化工生产的。同样道理,在合成生命的探索中,必须重视研究开发出能够将组成生命的原料合成为蛋白质、核糖核酸和脱氧核糖核酸的自然形成的化学反应釜,才能使我们的研究继续向前推进。那么,如何来研究开发这样的反应釜呢?本人认为,从现成的能够将这些原料合成为蛋白质、核糖核酸和脱氧核糖核酸的细胞入手,也许能够使我们有所启示。
因为,合成蛋白质、核糖核酸(RNA)和脱氧核糖核酸(DNA)等生命物质的一系列的化学反应都是在细胞质基质中进行和完成的。所以,细胞实际上是一个天然的完全自动化的化学反应釜。如果从化学反应釜的角度来分析比较,那么,这种油田乳状液的油包水再包油的乳胶胶粒结构是有可能成为合成蛋白质、核糖核酸(RNA)和脱氧核糖核酸(DNA)的天然反应釜的。假设油田乳状液的油层是一个天然的有机溶剂,组成生命体的有机原料能够溶解于油田乳状液的油层中,然后通过界面膜渗透原理渗透到油包水结构的水珠中。这样就完成了化工生产的投料过程。通过这样的方式,也许就能够将组成生命的一切原料集中到了同一个反应釜中。那么,就为进一步合成蛋白质、核糖核酸和脱氧核糖核酸创造了条件;另外,由于油包水结构的水层外围被油包裹着,将水相体系与外界环境相隔开,确保了水相体系环境处于稳定状态,有利于蛋白质、核糖核酸和脱氧核糖核酸合成的进行;再者,由于厚厚的油层是黑体,具有极强的吸收光子的能力,能把强烈的紫外线吸收掉,起到保护生命体物质不被紫外线破坏的作用。所以,油包水再包油的结构体系是合成蛋白质、核糖核酸和脱氧核糖核酸的天然的理想埸所。这是我假设油田乳状液为生命起源的基础物质的第三个原因。
由于厚厚的黑色油层能将强烈的光能不断地转化为热能,这就为蛋白质、核糖核酸和脱氧核糖核酸的合成提供了取之不尽用之不竭的能量来源。
再者,由于光子能转变为电子——正电子偶,这个过程把光子转化成了电子和正电子,必将促进化合物的电子得失转移。假设这个转化过程能够催化蛋白质、核糖核酸和脱氧核糖核酸的合成。这样也许能解决油田乳状液油包水再包油结构体系合成蛋白质、核糖核酸和脱氧核糖核酸的动力问题。这一系列的假设主要是说明油田乳状液油包水再包油结构体系是有可能成为既有天然原料和动力,又有催化剂的合成蛋白质、核糖核酸和脱氧核糖核酸的天然化学反应釜。因此,油田乳状液是生命起源的基础物质,光能是生命起源的动能,大气及其它有关的无机物和有机物是生命起源的原料。
关键词:生命的起源
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