上揭示生命起源奥秘，这一系列图片带你一起探索生命起源 _生命

“生命是如何起源的？”在人类历史的长河中，不管是什么民族，几乎所有的人都一直坚信“神创造了生命”这一说法。但是现在人们的看法完全改变了。一些科学家深知开始在实验室从头开始重新制造生命。

1、生命很古老

文章插图
文章插图

生命很古老，恐龙这个我们认为很古老的生物相对于生命的历史长河来说，属于非常近代的了。恐龙生活在距离现在大约2.5亿年前，但是生命更古老。已知的最古老的生命化石大约为35亿年。

例如下面的化石有可能是37亿年前的。

文章插图
文章插图

而地球更古老，大约形成于45亿年前。

2、细菌是所有生命的祖先

文章插图
文章插图

所有的生命都是由细菌进化而来的。因此如果我们需要揭示生命的起源，我们只需要弄清楚在35亿年前的地球条件下，细胞是如何产生的即可。

文章插图
文章插图

2016年4月份重新绘制的生命树中，所有树枝的根源都是细菌。

3、生机论的破灭

文章插图
文章插图

生机论认为生命中包含着一些特殊的，神奇的物质从而才使其与非生命体不同。1800年代人们还真发现了一些对生命来说似乎是独特的物质，其中就包括尿素。但是1828年德国化学家维勒发现了一种从普通的氰酸铵合成尿素的方法。随后各种追随者进行了各种发现，是人们意识到简单地通过独特的化学物质来区分生命和非生命体是完全不可能的。

4、进化论

文章插图
文章插图

19世纪开始达尔文的进化论解释了大量的生命是如何从一个共同的祖先发展而来的。这让神创造了各种不同的生命这一说法彻底破灭。然而进化论依然没有说明第一个生命体到底是如何形成的。

文章插图
文章插图

达尔文认为也许生命是从一个“温暖的小池塘里”开始的。1924年俄罗斯科学家Oparin发表了他的《生命的起源》一书。在其中它指出了跟达尔文的小池塘相似的生命起源过程。

文章插图
文章插图

Oparin想象地球开始形成的时候充满了了火红的岩浆，到处都是融化的岩石包含着大量的化学物质，其中最基本的就是碳。最终地球冷却下来，水开时形成液体，第一次雨开始降落，不久之后地球上开始又了海洋，其中水温很高并充满了大量含碳的化学物质。现在有两种事情可能发生，其一：不同的化学物质之间形成复杂的化合物；其二：这些化合物之间开始形成宏观的复杂结构。生命由此开始。

5、Miller-Urey实验

文章插图
文章插图

Urey参加过原子弹研制的曼哈顿工程，在1934年获得诺贝尔化学奖之后他开始对生命的起源感兴趣。他在一次报告中指出地球形成的早期，并没有氧气的存在，因此这个Oparin的猜想提供了理想的化学条件，因为那些脆弱的化学键不会被氧气打断。当时的听众中就是当时还是博士生的Miller，随后Miller就开始了他著名的生命起源实验。

文章插图
文章插图

他的实验很简单，他使用4中化学物质来模拟地球早期的化学环境：水、氢气、氨气和甲烷。他让这些气体持续通过一个闪电的环境，以此来模拟地球早期的闪电。第一天他就注意到水变成粉红色，几周之后变成了浑浊的深红色，这说明一些化合物形成了。他分析了这些化学物质发现其中存在着两种氨基酸：甘氨酸和丙氨酸。这些都是合成蛋白质的重要原料。Miller从头合成了两种生命中最重要的化合物。

文章插图
文章插图

随后很多人都开始希望从头开始合成一些生化化学物质，但是随后人们意识到，生命是一个非常复杂的机器，而不是简单的一些化学物质的累加。

6、DNA的结构

1952年Alfred Hershey和Martha Chase发现病毒只由DNA和蛋白质组成。这些简单的构造已经可以完成复制。同时他们也发现，当细菌感染病毒时，只有病毒的DNA进入了细菌中，显然DNA时遗传物质。

随后人们开始尝试求解DNA的结构以及工作原理。一年之后的1953年剑桥大学的Francis Crick和James Watson发现了DNA的双螺旋结构，这是20世界最重要的科学发现之一。

文章插图
文章插图

对细胞来说DNA非常珍贵，因此细胞倾向于把它们保存在细胞核内以保证其安全。正是因为这个原因，它们会利用一些更小片段的RNA来从DNA上复制信息。跟DNA不同RNA是单链的。最后RNA中包含的信息会在核糖体中翻译成蛋白质，从而完成生命材料的构建。

文章插图
文章插图

7、生命起源的RNA学说

文章插图
文章插图

“DNA到RNA到蛋白质”，这个过程看起来似乎太复杂了，那些有机物们是如何找到这么神奇而复杂的合成过程的呢？英国化学家Lesile Orgel首先开始考虑这个问题，他认为最开始的生命体中是没有DNA和蛋白质的，最开始的生命完全由RNA构成。据此他首次提出了生命的关键性定义“能够自我复制” 。

文章插图
文章插图

然而除了复制之外，生命体还有另外一个重要的特征，那就是代谢——从周围获取能量以保证自己的生存。有人甚至把自我复制的特性摆在了第二位。从此生命起源的研究开始形成了两极分化：代谢导向和基因导向。同时还有第三种阵营他们认为“细胞的形成才是关键”，细胞能安全地完整地与外界隔离才是生命形成的基础。

8、RNA合成酶

在生命的RNA起源学说中最开始的RNA从化学物质中自我组装出来，随后这些RNA把不同的短片段剪切粘贴在一起形成很多不同的RNA，这些RNA又能构成更多的功能性片段，最终导致蛋白质和蛋白质合成酶的形成。而这些都是构成现在生命形式的基础。

文章插图
文章插图

RNA起源学说是一个完美的理论。但是问题还依然存在那就是RNA无法自我复制，如果最开始的生命是由RNA组成的，那么它们是如何完成自我复制的？从此生命起源科学家进入了寻找RNA复制酶的过程中。2001年科学家发现了R18RNA聚合酶，这种酶可以在RNA片段后加入新的RNA片段；2009年人们发现了间接复制自己的RNA聚合酶；2011年改进版R18的新的聚合酶tC19Z被发现，它能拷贝更长的片段（95个碱基），但是仅仅只能达到自身长度的48%，还没有到100%的复制；这样的研究还在持续进行中……

9、PNA起源学说

文章插图
文章插图

DNA是由糖骨架和ATCG四种碱基构成，而其中的糖骨架可能由聚酰胺骨架代替从而形成PNA 。PNA在自然界中并不存在。但是它的很多行为跟DNA非常相似。DNA的一条链甚至可以用PNA来代替。同样PNA也可以像DNA一样形成双螺旋结构。

文章插图
文章插图

Miller对PNA非常痴迷，70岁高龄的他重复了他之前的实验（见第5部分内容），不同的是他把材料换成了甲烷、氮气、氨气和水，这次他或得了PNA的聚酰胺骨架结构。这表明PNA很可能在地球早期更容易合成。

10、能量起源学说

文章插图
文章插图

最有影响力的能量起源学说是由Günter W?chtersh?user提出的，他不是一个全职的科学家而是一个有化学背景的专利律师。他认为第一个生命体不是由我们现在已经知道的结构组成的，不是由细胞、酶、DNA或者RNA组成。相反W?chtersh?user设想了下面的场景：火山喷发附近的海水中充满了各种火山气体例如氨气等等，当水流冲过岩石的时候，化学反应就开始了。一些金属物质会帮助一些有机物质形成大的集团。

关键的转变点在于第一个代谢循环的形成——在这个过程中一种化学物质被转变成一系列的其他化学物质，直到最初的化学物质被重新创建出来。在这个过程中，整个系统会消耗能量，这些能量会被用来重新运转整个循环，也可以用来做其他事情。我们现在生命体的一些有机物质像DNA、细胞、大脑等等都是这些化学循环后来的产物。

【上揭示生命起源奥秘，这一系列图片带你一起探索生命起源】这种代谢循环听起来不像是生命的过程，但是却是生命的基础。