第四章 群体
一、生命的起源
1、生命产生的条件。运用放射性同位素的方法,现测定,地球的年龄约为46亿年。而目前已知最早的生命痕迹,大约生存在距今38亿年之前。由此可见,原始生命的诞生应在地球形成后的8亿年之中。在地球初期缓慢的演化过程中,存在着某些机能,它既能保护自己不受太阳辐射的破坏,又能利用太阳能维持生物的生命。在过去地球初期的数亿年中,普照在地球上的全部太阳辐射能,其威力足以毁灭一切的生命。但是,随着时间的推移,这个无生命的地球逐渐地产生了防护和调节的作用,创造了有助于有生命物质诞生的周围环境。苏联物理学家弗拉基米尔·伊凡诺维奇·维尔纳德斯基对此称之为生态圈。这里的生态圈所指的,是包括人类在内的一切生物所赖以生存的地球表层,包括大气圈、水圈和岩石圈在内的生物学环境。这里所讲的生态圈,实际上是一种物理环境,或者说是一种自然环境,也就是说,这是一种非生物的环境。
对生命最初的保护作用是依靠水的作用。其时,熔融地球的热量使水化为蒸汽,蒸汽变成了包围地球的、辐射线不易穿透的云层。在云层之下,地球的温度开始急速地下降。虽然地球中心仍是熔融的状态,但地壳表面却逐渐冷却、凝固、挤压、褶皱和断裂,从而形成为深谷和高峰。随着地球的继续冷却,云中的蒸汽逐步变成为水,并开始降雨。大雨连续下了几千年,雨水填满了所有的裂缝和鸿沟,淹没了洼地,而且也漫到了山区,几乎覆盖了的南半球。于是,诞生了生命的起源地——海洋。
2、生命的诞生。
大约在30亿年前,在大雨停止以后,地球进入了另一个发展阶段。在地球的原始大气中,已含有氢气 、氨 、甲烷 、氰化氢 、水 、二氧化碳 、硫化氢 等成分,但还没有游离的氧气。这时,大气中的一些气体和地壳表面的一些可溶性物质溶于水中后,在宇宙射线、太阳紫外线、闪电、高温等的作用下,自然合成了一系列的小分子有机化合物,例如氨基酸、核苷酸、单糖、脂肪酸等。它们汇集在原始的海洋中,形成了霍尔丹所谓的原始汤,从而为生命的诞生准备了必要的条件。其中具有四价键的碳特别能同其他的元素结合,形成多种的物质。在前期约有2000种以上的有机化合物中,都含有碳;在现在已知约200万种的有机化合物中,也都含有碳。如果没有碳的存在,也就没有生命的诞生了。近几十年来,科学家曾用射线辐射具有和海洋的原始撎酪簲成分相似的混合物,由此也产生了少量在生命的基础物质中所具有的有机分子。
当氨基酸、核苷酸、单糖、脂肪酸等小分子有机物质形成之后,在适当的条件下,它们就可以进一步形成复杂的有机物质,例如核酸、多糖、类脂、蛋白质等大分子物质。其中核酸和蛋白质的形成对于生命现象具有非常重要的作用。对于它们的形成,主要有两种观点。一是海相起源说。持这种观点的科学家认为,原始的海洋中的氨基酸和核苷酸等小分子有机物可以被吸附于粘土一类物质的活性表面,在羟胺类化合物等适当的缩合剂存在时,可以发生聚合的反应。二是陆相起源说。持这种观点的科学家认为,聚合反应是发生在火山的局部高温地区。他们认为,在火山的局部高温地区聚合生成的生物大分子经雨水冲刷,汇集到了海洋之中,并在一定条件的作用下,继续发展成为复杂的有机物质。
生物大分子并不能独立表现生命现象,只有形成了众多的、乃至成百万的以蛋白质、核酸为基础的多分子体系时,才能表现生命的萌芽。然而,生物大分子在溶液中能自动聚集,从而形成各种独立的多分子体系,出现团聚体或微球体。由于多分子体系可以起到对有机表面催化的作用,反过来,它们又作用于各类的单体,促进各类单体的聚合,促使产生更高级的核酸和蛋白质。其后,通过长期、有序逐渐提高的过程,促使核酸、蛋白质等多分子体系的结构、机能愈益的复杂和完善,由此便产生出了原始的生命。