地球的生命如何誕生的?從單細胞生物尋找生命起源之謎

我的第七世界 2024-04-22 14:52:47

地球上的生命,無論是單細胞生物還是多細胞生物,都構成了一個多彩多姿的世界。單細胞生物,如大常感君,擁有一種被稱爲鞭毛馬達的奇特結構,這種結構使得它們能夠以每分鍾十萬轉的速度旋轉,並且具有接近100%的能效轉換。鞭毛馬達就像一個高效的機器,通過轉化化學能爲動能,使得大常感君能夠自由行動。此外,鞭毛馬達還具有反向旋轉和感知環境的功能,是一種非常神奇的生物馬達結構。這再次刷新了人類對單細胞生物的認知。

除了單細胞生物,地球上還有豐富多彩的多細胞生物,如魚類、鳥類和人類,它們構成了一個多字多彩、生生不息的美麗世界。地球生命的出現是一個偉大的奇迹,科學家將其比喻爲將一塊手表拆成幾百個零件,然後扔進海洋中,讓這些零件在潮汐流的作用下重新組成一塊手表。地球上的物種如此複雜而多樣化,它們是如何形成的?地球生命是從地球自身産生的,還是起源于外星球?這些問題注定沒有一個簡單的答案。

在深入討論生命的起源和演化之前,一個無法回避的重要問題是生命的定義究竟是什麽。生命是一些生物化學反應的組合,從物理學的角度看,生命是一個熵比周圍環境低的系統。從信息學的角度看,生命通過消耗能量的方式來維持信息的傳遞。從生物學的角度看,生命是一套自我複制的系統,由細胞組成,能夠自我繁殖的能量帶現象。

理解生命的存在形式、組成和特征,有利于我們更好地理解生命的形成過程。生命的最基本元素可以追溯到宇宙大爆炸之初,而水、氨基酸、核酸和細胞膜中的磷脂等元素也有數十億年的曆史。2020年底,日本宇宙航空研究開發機構的小行星探測器“隼鳥2號”結束爲期6年的太空探測,從位于地球和火星之間的小行星“龍宮”帶回約5.4克樣本。日本科學家已從這些樣品中檢測發現了20多種氨基酸,這表明小行星上可能存在生命之源。然而,到目前爲止,人類在其他星球上還沒有找到生命體,地球仍然是已知宇宙中唯一擁有生命的星球。

地球上的生命屬于探針生命,所有已知的探針生命都依賴于碳、氫、氧、氮、磷和硫等元素,以及水。這並不能排除由生命能以其他形式存在于其他星球的可能性,因此我們需要對生命進行一個更寬泛的定義。生命的組成是一個相對主觀的問題,一直以來人們爲此爭論不休。但以地球上的生命作爲參照,人們對于生命的定義包括以下幾點:首先具備新陳代謝機制,也就是能夠攝取能量並利用;其次能對環境變化做出反應,也就是能調整自己的行爲;第三可以進化,也就是生物體能生長並適應環境;最後能繁殖後代。

有些類似的生命形式幾乎滿足以上所有條件,卻並不被一些科學家認爲是普遍意義上的生命,比如病毒。病毒必須侵入活體細胞才能完成自身的複制,本身並不具備新陳代謝和繁殖後代的能力。病毒從被發現至今也不過短短100多年,最早在19世紀末由研究者發現。當時的科學家認爲病毒也是一種生命,但後來的研究表明,病毒更像是一種介于生命和非生命的形式。

根據美國生物學家和生物物理學家卡爾烏斯等人在1977年提出的細胞生命形式的分類,生物體分爲三大類:細菌、古菌和真核生物。前兩類爲單細胞生物,後一類則包含單細胞生物和多細胞生物。就細胞的結構來說,這三大類各有不同。細菌沒有細胞核和其他膜狀細胞器,其主要遺傳物質爲一條環狀、雙鏈DNA;古菌也屬于缺乏細胞核的單細胞生物,但它們在某種程度上與真核生物更加接近,因爲古菌與真核生物具有相似的基因轉錄機制和新陳代謝途徑;真核生物的細胞結構最爲複雜,它們不僅具有細胞核,還包括了其他被統稱爲細胞器的膜狀結構。

地球生命的誕生主要有地球生化起源說和外星生命說兩種。地球生化起源說認爲,地球上的生命是從地球自身産生的。根據科學家的估算,地球的天文年齡約爲45.41億年。地球上的生命至少出現在35億年前,這是科學界公認的一個數字。米勒-尤裏實驗證明,由無機物合成小分子有機物是完全可能的,這說明早期的地球海洋中可以産生巨量的有機物,爲早期生命的誕生提供了原始湯。

外星生命說提出,星級空間中的化學反應和能量爆發是地球上完全不能比的,因此星級空間産生生命物質更容易一些,也可以說是概率大一些。外星生命說認爲,經過一場超新星爆炸的沖擊波,原始生物被送入太陽系,正好落到了早期地球的溫床之中,原始生命得以存活,從此在地球上生根發芽。

在長達三十多億年的單細胞生物演化中,它們的構造和設計更爲簡單而高效。多細胞生物的出現,才是讓地球上煥發另一春的開始,生物構造的多樣性、生物本能的豐富性,預示著另一場生物大競賽即將開始。

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