03.28 生命起源之爭

上一期,我們聊到了地心說vs日心說,大神牛頓終結這一場跨越千年的戰役,可還沒高興多久,就陷入到了微積分發明權之戰,最後導致英國和歐洲學術圈斷絕來往,英國學術一落千丈。世界學術中心從英國轉向了歐洲。

今天,我們來繼續說一場科學史上的耗時超長而且反轉很多的科學理論大戰。交戰的人不是兩派,而是類似於華山論劍一樣的混戰。這場戰役發生在生物領域,但是後續加入混戰有很多來自於各個領域的頂尖高手。這個戰役的名稱叫做:生命的起源

不過,我們只從科學的角度去聊這場戰役,所以就不提各種神創論了。

生命起源之爭


自然發生論與巴斯德的論戰

這場大戰的起點其實特別久遠,交戰雙方,一方被叫做自然發生論學派,另一方是大名鼎鼎的巴斯德領銜的 “反自然發生論學派”。

生命起源之爭

他們論戰的焦點在於:微生物的起源。自然方法論是從亞里士多德時代就有的,直到1688年,才被佛羅倫薩的一位宮廷醫生提出來,這一學派認為:

微生物是從無生命的有機會中自發產生的,不需要父母也不需要已經存在的生命就能產生。

這一學派出戰的代表是法國生物學家費利克·普切。他設計了一套實驗裝置,把乾草放在一個玻璃瓶裡。乾草、玻璃瓶都是事先被他處理過,他認為已經殺滅了所有有機物的。結果沒多久,乾草就產生了大量的黴菌。

針對於費利克·普切的挑戰,老道的巴斯德反手就是一記左勾拳,直接打趴對手。他提出費利克·普切的實驗沒有很好地做好除塵,他用來給玻璃瓶除塵的水銀表面本身就有灰塵(當時的人認為水銀可以殺死一切生物)。而且把乾草放進玻璃瓶時,也容易帶入灰塵。

但是不能光說別人不對,自己啥理論也沒有,這樣論戰是進行不下去的。接著,巴斯德也祭出了一個大招:

鵝頸瓶實驗

我們可以這麼理解他的實驗,巴斯德製造了一種燒瓶,瓶頸是彎曲的像鵝頸一樣。鵝頸瓶可以讓空氣流通,以提供氧氣,同時因為重力存在,微生物進入瓶頸之後就會卡在彎曲的瓶頸底部。然後,他把兩個瓶子裝上了肉湯,煮沸。之後把其中一個瓶頸砍斷成普通直頸瓶。這時,把兩個瓶子放置一段時間後,直頸瓶就出現了微生物,而鵝頸瓶清澈無比。

生命起源之爭


這就很好地反駁了自然發生論的,證明了即使營養物質和氧氣同時存在也無法產生生命(微生物)

多說一句,巴斯德實際上的操作不像我說的這樣,但非常類似,我只是方便大家理解做了簡單化地處理,除了鵝頸瓶實驗,他還做了一系列其他的實驗來證明。

其次,這個有肉湯的鵝頸瓶如今還健在,目前還是清澈無比,用來警示後人不要相信"自然發生論”。

米勒實驗:燒瓶裡的原始地球

看上去巴斯德好像贏了?但問題來了,巴斯德證明了微生物來源於另一個已經存在的微生物。但無法解決“第一個微生物從哪裡來”,總不能是石頭裡蹦出來的吧?

生命起源之爭

發現沒有?這不就是回到了生命起源的探討之中?甚至,後來有學者挖出,

巴斯德為了證明對手錯了,在他的實驗記錄中把所有能證明他的理論的結果都記為“成功,把其他的都記為”失敗。

所以,其實關於“生命起源”的大作戰才剛剛開始。而大論戰的重點轉向了:第一個生物體的含碳化合物到底是從哪裡來的?

這一次加入混戰的人叫做米勒,他提出了米勒實驗。1953年,他和他的同事尤里往一個玻璃容器內注入了水蒸氣、甲烷、氨氣、氫氣和一氧化碳。這些是他從當時的天體物理學家打聽來的原始大氣中的氣體。然後接上電弧裝置,模擬原始地球的極端條件。

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萬萬沒想到的是,氣體反應了之後出現了黃色液體。分析黃色液體後,他們發現了氨基酸,這是組成蛋白質的基本單元,還有糖類、核酸和脂質等原料。這個實驗就證明了:在早期地球環境下能生成組成生命的基本物質。

生命起源之爭

爭論正在繼續中

你以為這就完了麼?你錯了,這個實驗剛發表就遭到瘋狂的炮轟。簡單來說,我們可以這麼理解,這個實驗只是讓我們知道地球早期環境可以產生有機物,但不代表有了有機物就會有生命。這就好比,

造一輛車子,光有鋼鐵還是不夠的,還得能造的出來機器和技術。有機物拼接起來變成生命其實還有很多路要走。

更要命的是,後來一些天體物理學家陸續發現,早期的大氣並不是像米勒實驗模擬的那樣,還有很多變數。為了反駁這些理論,米勒的學生也加入了論戰,並重新做實驗進行反駁。關於米勒實驗後來一直都在不同的實驗室裡被重複著。

但關於生命的“假說”,開始陸續出現各種版本,首先是有科學家從隕石中發現了氨基酸,核苷酸。於是提出了“宇宙生命起源假說”。結果也遭到了一頓攻擊和刁難。

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接著,還有人提出了“火山孕育生命假說”,因為原始地球火山活動頻繁,科學家對洋中脊火山噴口研究發現,深海火山口附近能形成氨基酸等複雜的分子。甚至還發現黃石公園熱泉附近有細菌存在,這也為這個假說提供了證據。但也有許多科學家表示不服,提出了許多反對意見。我們按下不表,因為“宇宙生命起源假說”和火山孕育生命假說”等假說都只是這場論戰裡的小角色。

生命起源之爭

關於生命的假說越來越多,戰況也越來越激烈,而目前主流的對戰集中在了“RNA世界假說”和“海底熱泉口假說

RNA世界假說”vs“海底熱泉口假說

關於“RNA世界假說”來自於我們對於遺傳學的理解,不知道大家發現沒有,DNA指導合成蛋白質總是需要通過RNA,感覺很麻煩有木有?所以,有人就提出,會不會RNA和生命的起源有關?

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後來,科學家也在實驗室裡合成了可以部分自我複製功能的核酶分子,間接證明了RNA自己也能當遺傳物質。也就是說,RNA很有可能就是鋼鐵形成車子的原因,它可能是原始地球中被不斷生成的無數RNA中一個最特別的RNA分子,具備了自我複製的能力,能夠讓自己存活下來。從這角度上看,最早的生命似乎就是RNA了。這也是目前最主流的生命起源假說之一。

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而能和

“RNA世界假說”對抗的生命起源假說叫做“海底熱泉口假說”,這個假說實力也十分過硬,來自於科學家的一次海底探索,他們偶然發現了一片海底熱泉口,溫度可達到300、400度,而且條件極其惡劣。後來,科學家又陸續發現了很多熱泉口,有白色的煙囪,也有黑色,黃色。這些地方PH值都很低。

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更讓人想不到的是,在這些熱泉口附近,竟然有特別多的生物存在,超出了科學家們的預料。

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於是,科學家開啟了腦洞,和上一個想到RNA不一樣,這次科學家角度更加刁鑽,他們想到的是線粒體。線粒體產生能量的方式其實就是看氫離子的定向移動完成的。

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而在熱泉口附近,正好有這樣的氫離子濃度差,可以給早期生物提供足夠多能量。也就是說,那個時候的生物利用這樣的能源組裝了蛋白質和DNA分子。這其實也提供了鋼鐵構到車子的原因。

現在來說,兩個理論不相上下,誰也沒把誰打趴,而且也有很多科學家也沒客氣,也在炮轟這兩個理論。也就是說,生命起源並不一定會產生在這兩個假說之間,或許之後還會有新的進展。

關於“生命起源”的論戰,我們就說到這裡。

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