第一节 关于生命起源的问题
地球上存在着形形色色的生物，据目前估计，植物约有30多万种，动物约有150万种，微生物约有10余万种，随着时间的推移，生物新种逐年有所发现，如此众多的形形色色生物种究竟是怎样产生的呢？地球上最初的生命又是从何而来的呢？这涉及到生命起源的问题，历史上曾有不少人提出过各种设想和理论。例如：
特创论——这是宗教创造论者最初提出来的一种认识论。他们认为宇宙万物，包括各种生物均为“无所不能”的神所创造。基督教圣经中的“创世纪”可以作为特创论的代表，据圣经的“创世纪”所述，神在6天中依次创造了“天地”、“昼夜”、“穹苍”、“洲、洋、青草、菜蔬、果树”、“日、月、星辰”、“水生生物和飞鸟”、“牲畜、爬虫和野兽”，最后，“神就照着自己的形象创造人，造男造女。”所有这一切均为一个万能的神在6天中所创造。这种认识至今仍为广大基督徒所信奉。
自生论（或自然发生论）——认为地球上的一切生物，包括结构复杂的高等生物在内，最早都是直接从非生命物质中突然产生出来的。中国古代有“腐草化萤”、“朽木化蝉”、“白石化羊”等说法，希腊有“泥土变鱼”的传说，类似的还有“昆虫从露水产生”、“青蛙从湿土产生”等等都是自生论的例子。随着科学知识的发展和普及，高等生物能直接从非生物变出来的说法已无人相信，但细小的生物如细菌、酵母等，仍有人认为是可以自然发生的。
生源论——法国微生物学家巴斯德（Pasteur）用一系列实验证明：渺小的微生物也不可能自然发生，它们只能由散在空气、土壤、水流和各种物件上的微生物孢子（胚种）发育长成。这种“生物只能由同类生物产生”的说法叫做“生源论”。如果说自生论否认了转化的条件，从而否认生物与非生物之间的界限，那么，生源论则否认转化的可能性，从而否认了生物与非生物之间的关联。
特创论、自生论和生源论均未能从科学的角度回答地球上最初的生命究竟从何而来的问题。
宇宙生命论——即生命永恒论。倡言“一切生命来自生命”。认为地球上的生命来自茫茫宇宙中的其他天体。即“地上生命，天外飞来”。这种观点否认地球的生命是地球上物质发展的必然结果，把生命起源的问题推到无边无际的不可认识的境界中去了。对这种飘荡在宇宙太空中的生命胚种或随陨石或别的途径跌落到地球表面，而成为芸芸众生的起点的说法，恩格斯曾指出，生命胚种自外界输入地球的说法是以蛋白质的永恒性和原始生命形态的永恒性为前提，但这“两者都是不能允许的”。恩格斯根据当时科学发展的成就指出：“生命的起源必然是通过化学的途径实现的。”但是我们“如果还相信能够用少许臭水强迫自然界在24小时内做它费了多少万年才做出的事情，那真是愚蠢”。一百多年来的自然科学的发展和成就越来越证明生命的起源“是通过化学途径实现的”论断是有道理的。
20世纪20年代俄国化学家奥巴林（A.I.Oparin）和英国生物学家霍尔丹（J.B.S.Haldane）各自独立地提出：经历一段“无生命分子进化”的漫长岁月后，地球上终于产生了生命。他们认为最早的生命是经过无机分子逐渐聚集而成为更复杂的有机分子，而后才逐渐产生了最简单的生命，形成了活的微生物。他们认为早期地球的原始大气缺乏氧气，主要是由水（H2O）、二氧化碳（CO2）、甲烷（CH4）、氨（NH3）、氢（H2）和其他还原性化合物组成，这类还原性大气是由地球内部排除的气体所产生。他们主张来自原始大气的一些分子自然地集合成更复杂的生物分子，假设集合这些分子所需的能量是来自闪电和太阳的紫外辐射或火山爆发所释放的能，在这种还原性大气里自然形成了生命所需的有机化合物。霍尔丹还相信早期的有机分子会沉积在原始海洋里形成“热稀溶液”，在这种初始的溶液里，糖类、脂肪、蛋白质和核酸可能装配形成最早的微生物。
在奥巴林-霍尔丹上述假说的影响下，极大地促进了生命起源的理论性探索。到1953年，美国的米勒（S.L.Miller）和尤里（H.C.Urey）首次在实验室条件下模拟那种被认为是早期地球的条件测试了这一假说。他们将水、甲烷、氨和氢气置于一封闭的烧瓶装置中，这种混合气体类似早期地球的还原性大气，采用电火花以模拟闪电使之穿过此“大气”，所产生的一些水蒸汽被浓缩收集在此装置的底部，被认为类似于早期地球的海洋或池塘的水（图22-1）。大约一星期之后，收集在底部的水变得有颜色了，经化验分析，在其中发现一些种类的小分子并包含有11种氨基酸，其中的甘氨酸、丙氨酸、天冬氨酸和谷氨酸是生物蛋白质的构成成分（表22-1）。自此之后，有了许多相类似的实验，只不过有的使用紫外线，有的以加热作为能源。这些实验证实了在相似于早期地球特征的条件下一些形成生命的化学成分是能够产生的，如在这些实验中已获得腺嘌呤、鸟嘌呤、胞嘧啶、胸腺嘧啶、尿嘧啶，一些氨基酸和某些核苷酸等。
从模拟初始地球大气的实验，人们获得了一些小分子有机物，但构成生命的基础却是大分子的多聚物，如蛋白质、脂肪、糖类和核酸等。在现有的生命物质中，已知大分子的形成需有其他大分子存在，还需蛋白酶，形成蛋白质还应有核酸。那么在生命存在之前如何能形成大分子物质呢？设想前生命合成可能发生在小分子浓度较高的一定的有限区域内，如在原始海洋中，随着水分的不断蒸发，小分子不断地浓缩，尤其在死水水域和海洋的泡沫中，也可能在干泥土表面或粘土表面或在一些水域结冰时等等情况下，小分子有机物有可能不断地变得更加浓缩从而集聚大量有机分子。这些条件就可能促进大分子形成的合成反应。这里应当指出，在无催化剂存在时，形成早期大分子的化学反应必然是随机的和缓慢的。
在米勒实验的基础上，福克思（S.Fox）和其他美国生物学家发现，如果在无氧条件下，将所有20种氨基酸粉末混合后加热至180℃，则可形成大量多肽（长链氨基酸）。相似的事情可能已经在早期地球的干泥土表面或在火山条件下发生。福克思混合多肽和水并加热，产生出一些叫做类蛋白微球的小球，这些微球（图22-2）直径不超过2μm，形状大小如同球菌，其外壁似乎是2层，具有渗透与选择扩散的能力，它们以增加体积的方式长大，以出芽的方式增殖，可以从溶液中累积糖和氨基酸，并具自然的酶活性。由此可知这类微球似已具有某些活系统的特征。
虽然无人知道第一个活细胞是如何演化而来，但福克思的微球给我们提供了一个重要的线索，即此种微球架起了从原始海洋的化学混合物与第一个细胞之间的桥梁。在漫长的地质年代中，一些微球或相类似的化学集合体可能已发展出能产生能量具有新陈代谢能力，并在一些微球中核苷酸反应形成核酸，核酸是自我复制的，同时也获得少量具有原始催化作用的蛋白质分子，并可能含有一种遗传机制。这样，一种具有能量代谢和一定结构的并发展成一种遗传系统的细胞样实体，已具有了生命的基本特征。
大多数科学家相信生命有一共同来源，因为上自人类下至最小的微生物，包括植物界与动物界，它们均具有完全相似的遗传与新陈代谢系统，并具相同的一些生物分子，如都具核酸与蛋白质（包括5种碱基，2种糖和磷酸，20种氨基酸等）。现已证明，一切生物（包括原核生物）的遗传密码大体相同，这对地球上一切现存生命有同一起源的论断提供了重要证据。
最早的细胞或许有些像现在的原核细胞，如蓝绿藻和细菌，它们缺乏细胞核，也缺乏其他细胞器，如线粒体、质粒、染色体、中心体和液泡等，它们的遗传系统较简单，DNA分子裸露并存在于胞质中，且不与RNA或蛋白质相结合，通过裂殖或出芽方式生殖。原核生物大约出现于距今30亿年前。距今大约10亿年前出现了真核生物。真核生物的细胞具有以膜包围的核，细胞核内有染色体，染色体中的DNA与RNA、蛋白质结合在一起，还具有各种细胞器。真核细胞以有丝分裂方式进行生殖，真核细胞的核膜与一些细胞器如线粒体和叶绿体的膜被认为来自原始的原核细胞的质粒体和叶绿体的膜被认为来自原始的原核细胞的质膜，故真核细胞被认为起源于原核细胞。其过程可能是这些原核细胞侵入或被吞噬，并寄生在其他细胞中，逐渐在“寄生者”与“宿主”之间出现了一种相互依赖的代谢作用，使二者之间都不能独立生存，从而形成了真核生物（细胞）。之后，经若干亿年的发展，真核细胞逐渐由单细胞生物发展出各级多细胞生物。
在距今6亿年的寒武纪之前及寒武纪之初的短短几百万年内，大多数主要的无脊椎动物门就已出现了，这个时期被称做“寒武纪爆发”时期。至距今5亿年的奥陶纪出现了最早的脊椎动物。
综上所述，地球上由没有生命的无机物逐步发展至今天的生命世界，大体上经历了以下5个阶段：
1.由原始大气和原始海洋中的甲烷、氰化氢、一氧化碳、二氧化碳以及水、氮、氢、硫化氢、氯化氢等无机物，在一定条件下（紫外光、电离辐射、闪电、高温、局部高压等），形成了氨基酸、核苷酸、单糖等有机物。
2.简单的有机物（氨基酸、核苷酸等）聚成生物大分子（蛋白质、核酸等）。
3.众多的生物大分子聚集而成多分子体系，呈现出初步的生命现象，构成前细胞型生命体。
4.前细胞型生命体进一步复杂化和完善化，演变成为具有完备生命特征的原核细胞，由原核细胞发展出真核细胞。
5.由单细胞生物发展成为各级多细胞生物。