行星和生命

宇宙中有无穷的奥秘，其中最大的奥秘是生命现象。组成生命的元素虽然是恒星的核灰烬，但生命的形成和发展却是在行星上，所以我们把行星和生命放在一起来介绍。

行星的形成

恒星死亡时抛洒在太空的氢、氦和重元素，形成星际气体和尘埃云团，它们在收缩形成恒星时旋转速度加快，离心力增大。离心力最大的是云团赤道区，它对云团向内收缩起阻碍作用，就是说使引力变弱，收缩率比其它区域小，结果使收缩的云团逐渐变成一个旋转的扁平圆盘。由于云团中各种元素的质量不同，惯性大小不同，质量大、惯性大的重元素一般集中在圆盘的边缘。圆盘中心的氢、氦等元素最后收缩成恒星，以重元素为主的圆盘边缘物质，则分裂、凝聚和收缩成一批行星，它们在原先扁平圆盘所在的平面内绕恒星公转。恒星虽然集中了云团的绝大部分物质，但却没有角动量，云团旋转的角动量都分配到占总质量极小部分的行星上。

虽然至今对行星形成的细节没有完全弄清楚，但从太阳系行星的情况看，上述假设是可信的。太阳系的行星确实沿同一方向绕太阳公转，而且它们的运行轨道几乎是在同一平面上。太阳占太阳系总质量的98.7%，没有角动量，角动量集中在各行星上。计算机模拟行星形成的情况也与此相符合。

1969年，加拿大天体物理学家理・拉森用计算机模拟了太阳的诞生过程，此后被科学家作为单星形成的标准过程。一般认为，太阳大约在50亿年前形成，太阳形成4亿年后地球诞生了。

理论研究和计算机模拟表明，云团形成双星和聚星时，不大可能再有行星形成。因为在圆盘边缘的大部分尘埃云团已参与恒星的形成，所剩不多的尘埃很难再形成行星。

生命起源之谜

生活在地球上的人类，才刚刚冲出地球，在太阳系有限的范围内活动，所以谈生命的起源，还只能以地球上生命的起源为主。

地球上生命的起源还是一个谜，迄今科学家们还没有得出公认的统一结论。就是生命的种子来自何方，也有不同的见解。有说地球上生命的种子来自太空，它们是由流星、彗星和小行星带到地球上来的，有人甚至认为，生命诞生和发展不可缺少的液态水，也是由彗星带给地球的。这里，我们暂且不考虑这些问题，而只立足于地球上的生命产生于地球自身。

关于生命诞生后的进化，科学家们基本上有一个共同的认识，那就是19世纪伟大的生物学家达尔文的进化论。达尔文经过多年辛苦的实物研究后认为，地球上的所有物种，都是由几十亿年前同一个祖先进化而来的。这个老祖宗是一个由单细胞或为数不多的几个细胞组成的有机体，然后在漫长的时间中，经过遗传、变异和适者生存的竞争，发展成后来的多样性物种。这个理论经过许多生物学家的不断搜集的资料充实和补充，已日益完善和巩固了。

但是，那个最简单的细胞是如何产生的呢?也就是如何从无机体中产生出那个最简单的有机细胞来?在无机体和有机细胞之间有一条界线，叫临界线。生命是如何突破这条临界线而产生的呢?这里的意思是说，只有当有机分子变得高度复杂，能以一种稳定的形式将大量的信息变为密码，不仅有能力贮存复制自己的蓝图，而且拥有实施复制的手段，我们才能认为它们具有了生命，是“活的”。

45亿年前刚刚形成的地球，温度还很高，并且没有大气。随着温度的降低，由岩石中溢出的气体形成地球大气，不过大气的成份是氢、氮、二氧化碳、甲烷、氨、硫化氢和水蒸汽，而没有氧气。硫化氢是臭鸡蛋散发难闻气味的那种气体，它和另外一些气体是有毒的。

1871年，达尔文在一封信中提出生命诞生的假说，就是在一个具有各式各样的氨盐、磷酸盐和日光、热、电等等的温暖的小池塘里，化学反应形成了一个蛋白化合物，接着又起更复杂的变化，从而形成了活的生命。

后来，生物学家又提出许多假说，其中比较公认的是“自组织”理论(生活中也能看到“自组织”现象，如云朵中的动物形象，名山中的“猪八戒背媳妇”之类的景观。你还能举出一些吗？)。这个理论认为，在原始大气的化学演化中，作为原子的偶然结合形式，可以偶然整理成较复杂的分子，最后形成叫做宏观分子的大结构。它们在池塘和海洋的“原始汤”中发展，最后越过临界线，从复杂的有机分子随机的自我组织中产生生命，即它们将原始汤中其它原子聚集成类似的结构，从此进入相互连锁的自组织、自放大的反馈循环。这就是自我复制，也就是繁殖。

1953年，美国芝加哥大学学生斯・米勒和他的老师哈・尤里，做了个“生命前合成”的有名实验。他们模拟原始大气的成分，将甲烷、氨、氢等放在盛有水的缸里，然后用放电来模拟闪电，当然还有阳光。结果，几天之后，缸中的水变红了。原来，水中形成了某些氨基酸和氰化氢、甲醛等。这些都是形成生命不可缺少的蛋白质和组成成分。

后来，其他一些科学家用类似的方法，生成了酵素、核酸、腺苷三磷酸等许多生物学上的重要分子，包括基本遗传单元和贮能生物分子。遗传物质脱氧核糖核酸(DNA)和决定生命体中蛋白质性质的物质核糖核酸(RNA)就是由这些分子组成的。

但是，生命的起源仍然是个谜。因为在上述重要分子和能进行自我复制的分子之间，还有许多中间环节，科学家还在争论中。这里不可能将他们的观点一一进行介绍。

生命起源和发展的故事

这个故事是从百家之言中取舍而来的。

在太阳系诞生的阵痛消退之后，刚刚冷却下来的地球，表面低洼处是一汪汪水塘，空中飘浮着氢、氮、二氧化碳、甲烷、氨、硫化氢和水的气体分子，阳光普照着大地，不时地有雨雪风暴，并伴随着闪电雷鸣，亿兆原子之间频繁地相互碰撞着。在这样平淡地过去几亿年之后，不知是因为阳光照射还是因为雷鸣闪电轰击，或是二者兼而有之，一些原子增强了活力，它们在碰撞中溅出一星火花。其后的情形就像在平静的水面上投下无数小石块，平静被打破了，水面上泛起一圈圈微微波澜，波纹在向外扩展中相互联接、重合，组成一个个美丽的图案。原始大气中原子之间的碰撞也是这样。一些原子在相碰的火花之中，生成较重的分子，其中几个有幸掉在水塘中，那里是养料丰富的“原始汤”。那个较重的分子把“原始汤”中的其它原子聚集到自己身上，在几百万年的漫长岁月中，形成一些更大的分子，它们叫氨基酸、甲醛、氰化氢等。叫甲醛的大分子又结合成核糖；氰化氢则结合成腺嘌呤，如此等等。

这些更大的分子在同样漫长的岁月中又相互结合，组成原始蛋白质分子和核酸分子。这些有机高分子在池塘或海洋中越积越多，它们相互作用，凝聚成小滴，构成一个独立的多分子体系，漂浮在水面上。

大概又过了几百万年，有些多分子体系造就了高强本领，具有分身法，它的名字叫RNA，它能把自己一分为二，并再次结合起来。在这种不断的分裂、结合，即自我复制中，进而能合成蛋白质和脂类。蛋白质虽不能自我复制，但可以帮助RNA复制，最后演变成单细胞；脂类则为细胞穿上一层外衣，使它能与外界分开。

又是几百万年的漫长岁月过去了，在RNA生物体中形成赫赫有名的DNA，它是一个神奇的小灵精，贮存着全部遗传密码，成为生命发育的总指挥，使后代保持着与亲代相似的性状。这样，具有原始新陈代谢作用，能够进行繁殖的原始生命诞生了。

智者千虑，必有一失。原始生命在自我复制中也偶然会发生误差，绝大多数因复制误差产生的新的原始生命，不再具有自我复制的能力，因而没有逃脱叛逆者的下场――消亡。但极少数精明的“叛逆者”却奇迹般地开辟了新天地，它们不仅继续具有自我复制的能力，而且性能更优越。

在往后的各个发展阶段中还会发生遗传误差，误差造成突变，生命形成百花齐放的局面。同时，在不同物种之间和物种内部，也形成了激烈的竞争，弱者被淘汰，强者生存下去，并继续发展，不断进化。这样，大约在700万年前，在海洋中出现无脊椎动物，500多万年前有了鱼类等海洋脊椎动物，300多万年前陆地上有了植物，200多万年前有了爬行动物，100多万年前有了哺乳动物，50万年前有了灵长类动物，并逐渐进化为人类。生物学家认为，人类的历史只有15～18万年。

当然，古人类学家有不同意见，他们认为人类有着几百万年的进化过程。在几百万年前，一些用四肢在地上行走的灵长类动物群，逐渐地用后肢立起来行走，而前肢用来采野果等活动。起初他们与其它灵长类一样，每天只是吃、喝、玩、睡和繁殖后代，有时也望着日月星辰发呆。渐渐地领悟了日出日落和风霜雨雪的一些规律，懂得躲避洪水、风、雪和寒暑。然后懂得制造工具，用工具打猎和采集食物。几万年前，这些族群凭借他们较发达的大脑，度过了地球的冰河期，没有像其它族群那样被灭绝。在一万多年前地球转暖时，他们也随着发达昌盛起来，数量不断增多，目前已超过60亿。

关于人类的起源和进化，在许多科学细节上还存在争论，这里无法深入介绍。在科学家面前，包括人类在内的生命现象仍然还有许多秘密。据估计，地球上有200万种生物，其中已知的约120万种。有许多生命形式，在与传统的生命前提条件完全不同的环境中也能生存。如生物一般需要阳光，但在海底漆黑的环境中也发现有生命形式存在。生物一般需要氧气，但却有厌氧细菌存在。在有巨大压力的深几千米的地壳土层中、在温度达沸点的热水泉中，在两极冰冻荒原上也有生命。有生活在深海火山口中的细菌和吃石头的细菌。还有抗辐射的细菌，它们在核反应堆周围的水中也能存活。布里斯坦大学昆虫学家欣顿和布重姆，把一种蠓放在100℃下烤几个小时，马上放入-27℃的液氦中，再经过强辐射，然后放回正常环境中，它们不仅恢复了活力，而且繁殖了健康的后代。科学家西盖尔将在模拟的木星大气(主要成份是氢、甲烷和氨)中也培养出细菌和螨。

看来只有在深入的宇宙探测中，以宇宙中的生命研究与球上的生命研究相印证，才能最后揭示宇宙中的最大奥秘――生命现象。

下期我们介绍时间。（巨尤）