笔趣屋

第五篇 地外生命 ★宇宙生命的起源（第1页）

第五篇地外生命★宇宙生命的起源

构成生命的元素

地球上有很多种元素，但用于构成生命的元素并不多，主要有4种，此外还有S、P及其他一些微量元素。我们知道组成生命的主要物质是蛋白质、水分和无机盐3大类。元素分析表明，蛋白质一般含碳50％一55％、氧20％～23％、氮15％～18％、氢6％~8％、硫0％～4％，有些蛋白质还含有微量的P、Fe、Zn、Cu、Mo等。

宇宙中的生命分子

过去曾认为，星际空间不存在任何物质，是绝对的真空。1930年特蓝普勒在测定疏散星团直径时，发现星光在宇宙空间产生消光现象，由此发现了星际尘埃。20世纪50年代以来，由于红外和射电观测技术及实验波谱研究手段的进步，越来越多的星际物质被探测出来。特别是1969年斯奈德（LE．Snyder）观测到有机分子甲醛（H谱线，轰动了世界，被誉为20世纪60年代天体物理的重大发现，他的发现还激发了天文学家去探索星际分子的热情。

到1991年，已发现92种星际分子，2000多条分子谱线。最新的消息是美国伊利诺斯州立大学的射电天文学家路易斯-辛德通过频谱在靠近银河系中心的星云中发现了生命分子——氨基酸，这一发现有可能解释生命的起源问题。

星际有机分子的普遍存在启示我们，在宇宙的恒星体系中，具备产生生命条件的行星（类地球）为数不少，在那些行星上必然会出现生命，乃至进化为智慧生物。因此，探索宇宙生命将是人类在搞清自己之后的下一个探求目标。

彗星和生命

彗星是一种很特殊的星体，与生命的起源可能有着重要的联系。彗星中含有很多气体和挥发成分。根据光谱分析，主要是、C－3、另外还有OH、NH、NH，、a、C、O等原子和原子团。这说明彗星中富含有机分子。许多科学家注意到了这个现象：也许，生命起源于彗星!

1990年，NASA的Kevin．J．Zahule和DaidGrinspoon对白垩纪——第三纪界线附近地层的有机尘埃作了这样的解释：一颗或几颗彗星掠过地球，留下的氨基酸形成了这种有机尘埃。并由此指出，在地球形成早期，彗星也能以这种方式将有机物质像下小雨一样洒落在地球上——这就是地球上的生命之源。

陨石和生命

&e）是落到地面的流星体，是太阳系内小天体的珍贵标本。因此，研究陨石对研究太阳系的起源和演化、生命起源提供了宝贵的线索。陨石分为两类：球粒陨石和非球粒陨石。球粒陨石对生命起源有较重要的意义。它们只可能来自宇宙，不仅含有氨基酸，还有烃类、乙醇和其他可能形成保护原始细胞膜的脂肪族化合物。生物化学家David．w．Dreamer用默奇森陨石中得到的化合物制成了球形膜即小泡，这些小泡提供了氨基酸、核苷酸和其他有机化合物，及其进行生命开始所必需的转变环境，也就是说，当陨石撞击地球时，产生形成生命所需的有机物及必须的环境——小泡。和生命起源于彗星的理论一样，这是一种新的天外起源说。另外，康奈尔大学的C．Hyba指出，撞击也可以以其他方式提供生命所需的原材料：来自一次陨石撞击的热能和冲击波可以在原始大气中激发起合成有机化合物的化学反应。

粘土矿物与生命

粘土矿物这种地球上最常见的物质是最初的生命物质，这一说法已不再是西方的圣经故事和中国的神话传说，而是新的科学研究成果。粘土矿物是一种微小的晶体，科学家们发现，粘土矿物晶体中存在一种有趣的缺陷结构，这种结构可能保存相当多的信息，从而决定晶体生长的趋向和构型。因此，对于诸如属于“低技术”的催化剂和膜等原始控制结构来说，这些无机晶体作为一种构造物质要比大的有机分子更为合适得多。

火山与生命

这一学说认为：原始地球火山活动频繁，形成局部高温缺氧地区，使得附近水池里的有机物形成大量的氨基酸和核酸。当水池由于高温蒸发干枯时，氨基酸弱聚合脱水反应形成多肽等高聚物，后由雨水搬运到海洋，氨基酸自我装配形成蛋白质。这样，就为生命起源提供了所需的有机分子。

原始生命的有机汤

简单的有机合成在地球形成之初就开始了，主要发生在大气圈中，所形成的简单低相对分子量有机物与地壳表面的水体作用，形成含有机化合物的水溶液，在某些火山活动区域有可能形成浓的溶液。这些稀的和浓的溶液最后汇集到大的水体或原始海洋中。这就是现今流行的观点：生命起源于早期地球“温暖小水池”的“有机汤”中。

生物单分子

生物单分子是指一些与生命有着密切关系的有机低相对分子量化合物，包括氨基酸、脂肪酸、糖、嘌呤、嘧啶、单核苷酸、卟啉、ATP等高能化合物。它们是构成生物高分子的基本成分。

氨基酸是构成蛋白质的基本单位。水解蛋白可获得35种氨基酸，其中20种是常见的。按侧链R-基团的化学性质，氨基酸可分为3大类：芳香族氨基酸、脂肪族氨基酸、杂环氨基酸。

杂环亚氨基酸生命元素的广泛存在和原始大气的条件使氨基酸成为地球早期阶段大气和海洋中普遍存在的有机化合物之一。20世纪50年代，米勒第一个在实验室制得了氨基酸；现在，科学家们又在宇宙空间发现了氨基酸，这些发现给了人们新的重要的线索去探索生命起源的奥秘。

蛋白质（protein）一词由19世纪中期荷兰化学家穆尔德（GerardusMulder）命名。当时，穆尔德从动物组织中和植物体液中提取出一种共同的物质，他认为这种物质存在于有机界的一切物质中。根据瑞典著名化学家贝采里乌斯（Berzelius）的提议，将这种物质命名为蛋白质。蛋白质是一类含氮的生物高分子，分子量大，结构复杂。例如，血红蛋白的分子式是C－3O－H－O－N－S－8Fe－4。蛋白质的基本组成单位是氨基酸。蛋白质基本上由20种常见氨基酸按不同序列组成，氨基酸则由遗传密码决定。蛋白质分子的物理、化学特性由氨基酸的三维结构决定。

一种很特殊的蛋白质称为酶。

酶（Enzyme）是一类特殊的蛋白质。细胞的生长与繁殖、代谢物的合成和分解、能量的产生和利用都与酶有关。酶分为简单蛋白酶和结合蛋白酶2大类。简单蛋白酶仅由氨基酸组成；而结合蛋白酶除了蛋白质组分外，还含有一种称为辅酶的物质。

酶是怎样加速反应的呢?当产物的自由能比反应物低时，这个反应较易发生，但也可能存在自由能较高的中问状态，酶能够减低反应过程中的自由能高峰。而另外一些酶能给反应物加上或去掉一个质子，或者拉紧底物分子的键，甚至在底物与酶分子之间暂时形成一些共价键。结合蛋白酶需要辅酶的帮助，辅酶与蛋白质结合，从而获得酶分子本身不具备的化学功能。酶的特点有3：其催化作用只表现在速度上，并不能决定生化反应的方向；酶对环境条件极为敏感，并且具有高度专一性；每一种酶只能作用于一些结构相近的化合物。可以设想，生命起源之初就应当有酶存在，只不过种类和结构比较简单原始而已。随着生物的进化，细胞分工复杂化，酶的种类也越来越多——目前，已发现了2000多种酶。

生物大分子

高相对分子量的生物有机化合物主要是指蛋白质、核酸以及高相对分子量的碳氢化合物。与低相对分子量的生物有机化合物相比，高相对分子量的有机化合物具有更高级的物质群。它们是由低相对分子量的有机化合物经过聚合而成的多分子体系。从化学结构而言，蛋白质是由α-L-氨基酸脱水缩合而成的，核酸是由嘌呤和嘧啶碱基，与糖D-核糖（2-脱氧-D-核糖）、磷酸脱水缩合而成，多糖是由单糖脱水缩合而成。由此可知，由低相对分子量的生物有机化合物变为高相对分子量的生物有机化合物的化学反应都是脱水缩合反应。

在原始地球条件下，有两条路径可以达到脱水缩合以形成高分子：其一是通过加热，将低相对分子量的构成物质加热使之脱水而聚合；其二是利用存在于原始地球上的脱水剂来缩合。前者常常是在近于无水的火山环境中进行，后者则可以在水的环境中进行。

核酸

核酸（nuclearacids）是1868年由米歇尔（J．F．Miescher）第一次从脓细胞中分解出来的。因为具有酸性且存在于细胞核中而得名。核糖的构成单位是核苷酸。核酸分为脱氧核糖核酸（DNA）和核糖核酸（RNA）两类。

DNA即脱氧核糖核酸，存在于染色体上，分子通常相当长，而且能将遗传特征从一个细胞传到另一个细胞。DNA含有整个生物体的遗传蓝图，这个蓝图的密码现在已能解读。DNA除了携带遗传信息外，也能复制这些信息，并将它们传给新的细胞。解开DNA功能之谜，不但是20世纪最令人兴奋且最重要的发现之一，同时也揭开了生命本身的化学基础。