奇妙的动物/全新知识大搜索

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地球之初 研究生命科学，离不开生命赖以生存的地球，道理简单得很：“皮之 不存，毛将焉附宁” 地球之初究竟是个什么样子？生命是怎么在地球上诞生的？……这一 个又一个鲜活的话题，几乎是在人类有了语言、学会思考之后，很容易就 想到的问题。可是，人类社会发展了5000多年，这个问题始终困扰了人类 几乎5000多年，一直到了19世纪以后，由于科学技术的发展，才算逐渐解 开了这个谜，才算有了一个比较科学、比较准确的答案。 科学家们认为，地球之初，完全不是现在的样子，宇宙也绝不等同于 现在能够观察到的宇宙。当地球自宇宙大爆炸从太阳系中脱颖而出的时候 ，它还是个表面具有几千度高温的炽热的火球。那时的地球表面到处翻滚 着火红的熔岩，整个地球如同一个沸腾的钢炉，红流滚滚、火花飞溅；地 球几乎每时每刻都在发出山崩地裂一样的抖动，冲天的熔岩腾起道道火柱 ，天空充满浓烈的烟尘，时而电闪雷鸣，暗淡无光的太阳躲在远远的高空 ，天昏地暗，暴风狂吹……这就是开天辟地地球刚刚诞生时的情景。 地球就这样激烈地折腾了大约10亿年，由于不停地喷发、震动和宣泄 ，大约到了距今34亿年的时候，地球内部积蓄的能量渐渐地得到释放，地 球的活动也慢慢减少了，变轻了，地球也由此温顺得多了。减少活动造成 的直接结果是地球表面温度不断下降；地球温度下降导致夹在高空寒流与 地球之间的大气层的温度随之不断下降。结果，地球表面的熔岩逐渐地凝 固了，原来沸腾的“火炉”不见了，取而代之的是愈来愈坚硬的地壳。当 然，不甘寂寞的地球如果从此不再活动，不再运动，地球表面恐怕会平坦 得多，光滑得多；然而，间歇的地球活动以及地壳运动，又造就了许多山 川和沟谷，出现了峡谷和深渊。由于地壳本身阻断了地球内部温度继续向 外传递，大气层中的温度下降得十分显著，被喷发到空中的各种化学物质 在气温达到它们的冰点之后，纷纷变成固态尘埃，有的在温度下降过程中 从气态变成液态，如水。氢和氧化合成水，成为水蒸气弥漫在大气层中。 有了水蒸气也就有了雨，当天空中终于大雨滂沱，下个淋漓尽致的时候， 天空中夹杂在尘埃中的各种化合物也就随降雨来到地面。经过雨水的冲刷 ，地壳变得更加坚硬，尘埃淤积到平地，雨水汇集到川壑沟谷，久而久之 ，地球之上就有了江、河、湖、海，就有了高山、盆地、丘陵和平原。 至此，地球本身变得稳定了，虽然时而还有高山隆起、地面震陷，但 那都是局部的，后来这30多亿年间，除了生命的产生和演变，地球整体上 安静得多了，基本上没有太大的破坏，基本保留着当初那些原始的、古老 的面貌。 生命的起源 研究生命的起源是个十分棘手的问题，因为科学家判断在地层中发掘 出来的古生物距今年代依据有两条：一是根据埋葬古生物那个地层的地质 年代；二是根据化石。不同的生物有不同的化石，从简单到复杂，从低级 到高级，只要细心比较，就不难发现它的宗族脉络。比如用恐龙化石来描 述恐龙，使几百万年前的恐龙活灵活现地显现在人们面前。问题在于这两 条依据对生命刚刚演化而成的原生生物来讲，几乎都难成立。那么，这又 是为什么呢？ 因为刚刚演化而成的原生生物，就是后来进化发展得比较复杂的原生 生物，它们只是单细胞生物，或者是多细胞群体。对于它们来说根本没有 骨骼化石之类的构造，到哪里去发掘呢？ 所以，有的科学家寄希望于外星开发，认为46亿年前的地球尘埃一定 会飘到地球以外，太阳系中某个星球上，如果设法通过宇宙航行飞向某个 星球，或许会从那里搜集到地球尘埃，进而从尘埃中查出原生生物的踪迹 。也有人认为冰冷的南北两极会找到这种尘埃存在的根据，这就是后来人 类登上月球或涉足南极之后首先要做的科学考察内容之一。 科学家们在没有确凿的证据之前，根据科学推断，认为生命首先孕育 在天空。具体情况应该是这样的。 当地球初始阶段，空中充满地球喷到空中以气态存在的各种元素时， 这些元素一定包括碳、氢、氧、氮、磷、硫等。这些元素在天空中在宇宙 射线的作用下，在劈雷闪电时电火花的刺激下，不断地进行着化合，组成 新的物质。比如氢和氧结合成小水汽，飘散在空中；氮和氢结合成氨(NH2) 、甲烷(CH4)，硫和氢化合成硫化氢(H2S)以及碳、氢、氮化合成氰化氢 (HCN)等。 我们知道生命由蛋白质组成，如果这些物质能进一步合成蛋白质或核 酸，那么，生命的诞生也就在咫尺之遥了。 科学家认为，在宇宙射线和雷电的作用下，氨基酸的合成是可能的。 这已被科学家所证明。1953年，美国科学家米勒根据这一推断设计了一套 密封装置，他将装置中的空气抽出，分别装入氢、氨、甲烷和水蒸气，并 连续制造闪电放出电火花，结果装置中真的检验出氨基酸。 当这些化合物和单质元素随降雨来到地面集聚到海洋时，它们在水中 聚集或缩合，形成氮碱、戊糖和磷酸，最后氮碱、戊糖和磷酸又组成核苷 酸，而众多核苷酸通过磷酸酯链连接就成了核酸。有了蛋白质和核酸，就 有了细胞形成的基本条件，许多简单的单细胞生物，就是细胞膜包裹着蛋 白质和核酸，形成最原始的细胞质和细胞核。恩格斯所说“生命是蛋白质 存在方式”，道理也即在于此。 细胞 大约34亿年前，细胞就出现了，只有一个细胞的生物体，我们叫它单 细胞生物。 开始出现的细胞很小，后来生物进化了，细胞也向不同方向演化，所 以，现代人眼中的细胞大小、形状、功能就千变万化、千差万别了。但是 ，有一点是相同的，无论生物体大小，也无论简单复杂、低等高等，组成 它们机体的最基本单位，都是细胞。 小的细胞肉眼看不到，只有几微米，而大的细胞比如卵细胞就很大， 鸡蛋、鸭蛋、鸵鸟蛋就是卵细胞。最早出现的细胞就简单得多了，它们只 不过是被一层有机膜包着的蛋白质与核酸基因。进化完整的细胞，最外层 是细胞膜(植物细胞为细胞壁)，内有细胞核，细胞核包在核膜里。细胞膜 与细胞核之间是细胞质，细胞质是蛋白质；细胞核的主要成分是染色体， 组成染色体的是核糖与核酸。 细胞虽小，组成细胞的蛋白质却十分复杂，生物体越高级，蛋白质种 类也越多。比如最简单的细菌，它的细胞内蛋白质的种类，也至少有500～ 1000种。人体细胞内的蛋白质要超过1万种。 人类对细胞的研究是在显微镜出现以后。有了显微镜，细胞不再是摸 不着看不见的东西，有了显微镜下对细胞的系统研究，细胞学便慢慢地发 展成一门独立的科学。但是，一般的显微镜还看不到细胞核内部的构造和 变化，到了20世纪60年代电子显微镜出现了，这才使细胞学研究有了长足 的发展。到了20世纪末，细胞学随着克隆技术的发展变得炙手可热，就连 细胞核内染色体的组成，特别是基因也发展成各种各样的开发工程。现在 ，一提起基因工程几乎家喻户晓、妇孺皆知，其实，基因工程就是细胞工 程。 研究细胞都包括些什么？简单地说主要是研究细胞的结构和功能，细 胞的分裂和分化，细胞的遗传与变异，也包括研究细胞的衰老与病变等。 细胞学的发展最近又形成了几大分支，这些分支学科主要包括细胞形 态学、细胞遗传学、细胞化学、细胞生理学和分子细胞学。 运用近代物理、化学技术和分子生物学理论研究细胞生命活动，是细 胞生物学的范畴，它是20世纪60年代实验细胞学发展的新阶段。细胞化学 和分子细胞学，除研究细胞结构的化学成分的定位、分布和生理功能外(即 目前兴起的基因分布、碱基分布研究)，从分子水平分析细胞结构及功能以 及这些结构间的作用、遗传性状及机制，也是研究的重要内容。 随着克隆技术的发展和基因技术的进步，细胞学必将成为学科发展的 排头兵，而细胞学研究必将给人类带来巨大的福祉。 P2-7