40个不可错过的科学谜题/科学新悦读文丛

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谜题一 生命是如何起源的 领域：生物化学、微生物学、基因学、细胞生物学 地点：地球上的某处 生物学中，也是整个科学中的一大未解之谜，就是地 球上生命的起源。据目前所知，地球是整个宇宙中唯一存 在生命的星球。 为了考证地球上的生命是如何产生的，我们需要解释 自然发生的整个过程。无生命的惰性原子和分子聚集在一 起，产生复杂的有机分子，而这种有机分子具有增殖和维 持自身稳定的功能——这也是生命的两大基本特征。 直到19世纪中期，自然发生说一直是生命起源的主流 理论，这一理论认为活着的有机体是从无生命的物质（比 如泥土或灰尘）中诞生的，不受任何外界环境的影响。这 一理论可追溯至公元前4世纪的古希腊哲学家亚里士多德， 直到17世纪晚期，显微镜的发明使得人们发现了细菌和其 他微生物，科学家才开始对该理论进行严格的检验和证明 。 从亚里士多德到“原生汤” 1858年，查尔斯·达尔文和阿尔弗雷德·拉塞尔·华 莱士同时发表了以自然选择为机制的进化理论，为自然界 中多种多样的物种的存在提供了解释机制。1859年，路易 斯·巴斯德通过在密封的曲颈瓶中进行实验证明了微生物 不能自发形成，彻底推翻了自然发生说。以自然选择为机 制的进化理论和巴斯德的实验一起证实了自然发生说的错 误。不过，达尔文在他标志性的工作——1859年出版的《 物种起源》中承认，虽然生命不是自然发生的，但是还没 有一个合理的解释能取代自然发生说的位置，这也是他的 理论的一个严重问题。 1924年，当苏联生物化学家亚历山大·奥裴林提出“ 原生汤”理论时，人们对生命起源的研究向前迈了一大步 。奥裴林认为，地球的原始大气组成和现在完全不同，尤 其是氧气十分匮乏。如今我们知道，这种由甲烷、氨气、 二氧化碳和氮气组成的还原性原始大气，恰恰为地球上的 简单无机分子提供了合成复杂有机分子的适宜条件，而来 自于闪电的能量则加速了这一过程。1953年，芝加哥大学 一名22岁的研究生斯坦利·米勒，试图在实验室中模拟地 球原始大气层的环境，这竞成为当时最著名的实验。他首 先将组成原始大气的气体成分（如甲烷和氨气）引入一个 封闭的长颈瓶中，然后释放电火花模拟闪电。这个实验合 成了一些氨基酸，也就是能够组成蛋白质的有机化合物， 因此被认为是生命的基本组成部分。这个实验证明了复杂 的有机化合物可以由简单的无机化合物合成，虽然还不能 做到合成特定的蛋白质甚至是活细胞，但是也为奥裴林的 “原生汤”理论提供了强有力的支持。 时间和地点 后来的更多关于生命起源的理论基本上都是将奥裴林 的工作作为起始点，即使“原生汤”的观点不再被世人接 受，米勒的实验细节也受到了很多质疑（尤其是长颈瓶中 气体的组成并没有准确地反映地球原始大气的成分）。如 今的主流观点认为，如果地球的原始大气不包含氧气的话