生命的奇跡/現(xiàn)代農(nóng)民科學(xué)素質(zhì)教育叢書(shū)

前言

　　作為四川省科普作家協(xié)會(huì)中的一員，我就像一個(gè)原始細(xì)胞，長(zhǎng)期游離在這個(gè)溫暖的大家庭之外。我在北京待了8年之后，窩到牡丹花之都——洛陽(yáng)搞創(chuàng)作。我與叢書(shū)主編董仁威老師保持著很好的聯(lián)系，這樣我就有了給大家講述《生命的奇跡》的機(jī)會(huì)?！　∥业拇髮W(xué)是在西南大學(xué)生命科學(xué)學(xué)院就讀的。長(zhǎng)期以來(lái)對(duì)于探索生命的起源、進(jìn)化和發(fā)展，我一直保持著非常濃厚的興趣。所以，當(dāng)我面對(duì)“生命的奇跡”這個(gè)題目的時(shí)候，我的腦海里立刻浮現(xiàn)出一個(gè)個(gè)壯觀的畫(huà)面：生命的前天、昨天、今天、明天和后天。　　宇宙在大爆炸當(dāng)中從一個(gè)“點(diǎn)”誕生迄今，已有大約140億年。而生命最早在地球上出現(xiàn)，迄今也不過(guò)40億年之久。也就是說(shuō)，從宇宙誕生到地球生命的出現(xiàn)，這期間競(jìng)長(zhǎng)達(dá)100億年。以一個(gè)人的壽命為80歲來(lái)做參照，這是一個(gè)什么樣的時(shí)間概念？當(dāng)然，那時(shí)還沒(méi)有人來(lái)確立時(shí)間的標(biāo)準(zhǔn)，因此，時(shí)間的“快”與“慢”在當(dāng)時(shí)來(lái)說(shuō)是完全沒(méi)有量義的。我們知道，時(shí)間只是一種相對(duì)的概念，一個(gè)過(guò)程快慢，或一段時(shí)期的長(zhǎng)短不過(guò)是觀察者的“一家之言”。句話(huà)說(shuō)，在漫長(zhǎng)的宇宙發(fā)展過(guò)程中，100億年和1天之間沒(méi)有太大的區(qū)別。時(shí)間長(zhǎng)短的計(jì)量其實(shí)并不依賴(lài)于時(shí)間位，而是取決于事件的豐富程度。不是嗎？當(dāng)你寂寞、聊的時(shí)候，你會(huì)感到一天就像一年那樣極其漫長(zhǎng)，度日年：而當(dāng)你與最親密的愛(ài)人在一起時(shí)，又感到一天就像一秒鐘那樣稍縱即逝，歲月如梭。　　所以，我們可不可以這樣來(lái)看待這個(gè)問(wèn)題：宇宙的誕生和地球生命的出現(xiàn)，或許只是一瞬間，仿佛就是在前天發(fā)生的事？而昨天，地球物種在不斷進(jìn)化，演變成了我們今天的這個(gè)樣子。今天，我們剛剛解開(kāi)DNA的秘密；明天，或許我們就可以改造生命了。那么后天，我們是否可以乘坐宇宙飛船飛往外太空，去跟其他星球的生命交朋友、喝茶擺龍門(mén)陣了呢？　　哈，真的好神奇！而這一切，似乎才從前天剛剛開(kāi)始的?！　∏疤欤疤彀l(fā)生了什么？　　宇宙大爆炸！　　地球生命開(kāi)始出現(xiàn)！　　好，那就讓我們從前天的宇宙大爆炸說(shuō)起，一起來(lái)領(lǐng)悟生命的奇跡吧！

內(nèi)容概要

　　地球生命是何時(shí)開(kāi)始出現(xiàn)的？地球生命來(lái)自外星球嗎？早期生命是如何繁殖后代的？為何大多數(shù)生物都選擇兩性繁殖方式？何謂“試管嬰兒”技術(shù)？“克隆人”會(huì)出現(xiàn)嗎？明天，我們可以改造生命嗎？……像這一類(lèi)最基本的，同時(shí)又非常有趣的知識(shí)，正是這《生命的奇跡》所要講述的。

書(shū)籍目錄

第一章 生命的前天：生命起源前天，宇宙大爆炸地球生命是何時(shí)開(kāi)始出現(xiàn)的35億年前的一個(gè)原始細(xì)胞里有些啥玩意兒早期生命是如何繁殖后代的地球生命來(lái)自外星球嗎出乎意料的一次生命大跳躍：寒武紀(jì)生命大爆發(fā)埃迪卡拉紀(jì)生物：一次失敗的另類(lèi)生命嘗試歡迎來(lái)到石炭紀(jì)“巨蟲(chóng)時(shí)代”生命浩劫：是什么造成史上多次物種大滅絕第二章 生命的昨天：物種進(jìn)化昨天，一次意義重大的遠(yuǎn)航打開(kāi)“生命進(jìn)化圖譜”奇妙的多性別生物為何大多數(shù)生物都選擇兩性繁殖方式他們打開(kāi)了恐龍世界的大門(mén)我要飛得更高看不見(jiàn)的生命人類(lèi)的祖先在人與猿分開(kāi)之前史上真有半獸人嗎游弋在非生命與生命之間的“殺手”病毒幫助人類(lèi)進(jìn)化第三章 生命的今天：解密DNA今天，帶你走進(jìn)神奇的細(xì)胞世界神奇的染色體開(kāi)啟生命的密碼箱生命的遺傳物質(zhì)人與猿分開(kāi)真相基因?yàn)槭裁磿?huì)發(fā)生突變DNA重組技術(shù)：“生命魔術(shù)”即將開(kāi)始逆向基因工程何謂“試管嬰兒”技術(shù)DNA鑒定：讓真相大白于天下基因療法：打開(kāi)疾病防治“魔盒”的金鑰匙第四章 生命的明天：生命改造明天，我們可以改造生命嗎“克隆人”會(huì)出現(xiàn)嗎未來(lái)，每人一本“基因說(shuō)明書(shū)”超級(jí)智能人會(huì)出現(xiàn)嗎基因動(dòng)植物：生命重返“巨蟲(chóng)時(shí)代”“太空移民”年代的生命雛形第五章 生命的后天：未知生命后天，我們能否與外星生命接觸外星人基因結(jié)構(gòu)可能與人類(lèi)相同飛往太空的地球生命“使者”火星上有生命嗎什么樣的外星上可能存在生命外星生命如果存在，會(huì)是什么樣外星生命或許就在我們身邊

章節(jié)摘錄

　　1965年，美國(guó)的彭齊亞斯和威爾遜兩位工程師共同發(fā)現(xiàn)r3K宇宙背景輻射。這兩個(gè)工程師是在研究如何改進(jìn)人造衛(wèi)星通訊時(shí)，為了避免干擾衛(wèi)星通訊的一切因素，尤其是無(wú)線(xiàn)電噪聲源，他們架起了一個(gè)喇叭狀的高靈敏度的定向接收天線(xiàn)系統(tǒng)。他們?cè)谝灰还烙?jì)了所有噪聲源之后，意外地發(fā)現(xiàn)了一個(gè)相當(dāng)于3.5K的噪聲溫度。這奇怪的噪聲引起了他們的興趣，他們反復(fù)研究。最后確定這個(gè)微波背景輻射就是傳說(shuō)中的宇宙大爆炸的“余燼”，實(shí)際輻射溫度是2.73K?！　√煳膶W(xué)界將這一偉大發(fā)現(xiàn)命名為“3K宇宙微波背景輻射”，并被列為20世紀(jì)60年代天文學(xué)四大發(fā)現(xiàn)之一?！　∨睚R亞斯和威爾遜，也因此而獲得了1978年的諾貝爾物理學(xué)獎(jiǎng)。　　地球上的生命，究竟是從什么時(shí)候開(kāi)始出現(xiàn)的呢？　　是否像《圣經(jīng)·創(chuàng)世紀(jì)》里說(shuō)的，是上帝創(chuàng)造了這個(gè)世界：匕帝在第一天的時(shí)候說(shuō)要有光，于是就有了光；上帝在第二天說(shuō)要有空氣、白天和黑夜，于是這天就出現(xiàn)了空氣、白天和黑夜；上帝在第三天說(shuō)水要聚在一起，露出旱地，旱地要長(zhǎng)出青草、菜蔬和樹(shù)木，于是這些就都出現(xiàn)了。上帝在第五天說(shuō)，水要滋生出有生命的物，天上要有飛鳥(niǎo)，于是這些也都出現(xiàn)了。上帝在第六天說(shuō)，地要生出活物來(lái)，于是就出現(xiàn)了牲畜、昆蟲(chóng)和野獸。此時(shí)的上帝還興致很高，于是他按照自己的形象，造出了人。這樣，天地萬(wàn)物就都造齊了?！　∩钠鹪?。是這樣的嗎？或者是像公元前4世紀(jì)的亞里士多德所說(shuō)的那樣，生命可以從非生命的物質(zhì)中自然發(fā)生？按照他的說(shuō)法，螢火蟲(chóng)、蜜蜂或蠕蟲(chóng)等生物可以從早晨的露水和黏液或和糞土結(jié)合在一起生成。亞里士多德的這種觀點(diǎn)，一直持續(xù)到13世紀(jì)。當(dāng)時(shí)，人們相信，從樹(shù)上可以長(zhǎng)出小?；蛐⊙騺?lái)?！　∩钠鹪矗媸沁@樣的嗎？　　科學(xué)告訴我們說(shuō)：不！　　1864年，法國(guó)科學(xué)家巴斯德進(jìn)行了一個(gè)著名的“曲頸瓶”實(shí)驗(yàn)：他先把肉煮好，然后把肉湯放到S形的燒瓶里觀察。S形的長(zhǎng)頸瓶可以讓新鮮空氣進(jìn)入，卻能阻止細(xì)菌或微生物隨空氣飄入到瓶子里。實(shí)驗(yàn)結(jié)果證明，即使在這樣的S形的長(zhǎng)頸瓶里，微生物這樣簡(jiǎn)單而微小的生命都不會(huì)自然發(fā)生。顯然，自然發(fā)生論是站不住腳的?！　∵€是讓我們乘坐著科學(xué)之船，穿越時(shí)光隧道，回到遠(yuǎn)古的地球看看生命是如何起源的吧！　　最古老的生物化石表明。最早的生命大約出現(xiàn)在40億年前。這時(shí)的地球，海洋包裹著整個(gè)世界，海水平均深度達(dá)到10千米。地球仿佛一個(gè)大蒸籠，不斷有小行星呼嘯而來(lái)，撞擊到海洋當(dāng)中，熔巖等熱流令海水沸騰不止。待到熔巖冷卻后，形成多孔的枕狀結(jié)構(gòu)。水滲入地底后又邂逅了滾燙的巖漿，被煮沸后再次噴發(fā)，并把地底下所有的氣體和礦物質(zhì)都帶了出來(lái)，如氫、硫化氫、氨等。在自由的水流中，這些物質(zhì)和熔化的金屬——鐵、銅、鋅、鎳——發(fā)生了化學(xué)反應(yīng)，形成了硫化金屬鏈?！　〉聡?guó)科普作家弗蘭克·施茨廷在《?！硪粋€(gè)未知的宇宙》一書(shū)中，為我們描繪了這一精彩的過(guò)程。他說(shuō)，這一過(guò)程導(dǎo)致了兩個(gè)結(jié)果：一方面，噴發(fā)出來(lái)的水被染成了黑色。另一方面，噴涌到一定高度后，這些黑色的混合物又落回到了海底，沉淀在一起，圍繞噴口形成了一個(gè)個(gè)“煙囪”。隨著時(shí)間的流逝，這些煙囪的高度達(dá)到了50多米，被稱(chēng)為“培養(yǎng)基煙囪”或“黑煙囪”。在它們的外側(cè)邊緣，沉積著很多硫化鐵的細(xì)微氣泡。　　而生命。就在這些氣泡當(dāng)中！　　當(dāng)時(shí)，周?chē)暮Ｋ疁囟燃s在20℃到30℃之間。氣泡中狹窄空間的溫度，則高達(dá)100℃，充滿(mǎn)著各種化學(xué)物質(zhì)，全是滾燙海水噴發(fā)時(shí)帶出來(lái)的。氣泡中充滿(mǎn)了能量，這樣的環(huán)境促成了很多碳水化合物和碳氮化合物。各種各樣的新物質(zhì)開(kāi)始爭(zhēng)相涌現(xiàn)，四種碳氮化合物組成了環(huán)狀，產(chǎn)生了對(duì)我們影響深遠(yuǎn)的核酸堿基——它們又被稱(chēng)作腺嘌呤、鳥(niǎo)嘌呤、胞嘧啶或尿嘧啶。核糖、磷酸也出現(xiàn)了，它們和核酸一起組成了一個(gè)長(zhǎng)長(zhǎng)的著名分子“核糖核酸”——簡(jiǎn)稱(chēng)RNA。這種新型的酸，已經(jīng)可以開(kāi)始進(jìn)行自我復(fù)制了，并能夠自己制造蛋白質(zhì)。有一天，一種與尿嘧啶結(jié)構(gòu)相似的堿基——胸腺嘧啶占據(jù)了尿嘧啶的位置，同一時(shí)間，核酸意外地丟失了一個(gè)氧原子，這些看起來(lái)仿佛是微不足道的小事，卻產(chǎn)生了一個(gè)嚴(yán)重的后果：一個(gè)無(wú)比穩(wěn)定的新分子誕生了，它就是DNA——脫氧核糖核酸！　　DNA就是我們后來(lái)無(wú)比熟悉的帶有生命遺傳秘密指令的物質(zhì)。DNA的出現(xiàn)可以說(shuō)是一場(chǎng)革命，但是，它也有一個(gè)弱點(diǎn)，就是不能自行將編碼轉(zhuǎn)化成蛋白質(zhì)，而需要RNA的翻譯，一起共鋪生命的繁榮之路?！　《鄻游镔|(zhì)聚合在一起，形成原始細(xì)胞，生命就這樣誕生了。當(dāng)然，這個(gè)細(xì)胞還沒(méi)有獲得細(xì)胞膜，但是它已五臟俱全，并開(kāi)始了第一輪的新陳代謝。此時(shí)，滾燙的化學(xué)混合物依然噴涌不止，為氣泡里的物質(zhì)提供能量。有營(yíng)養(yǎng)的物質(zhì)經(jīng)由細(xì)孔穿越硫化鐵外殼，轉(zhuǎn)變成蛋白質(zhì)與糖，而無(wú)法再利用的物質(zhì)則被排擠出來(lái)——這就是地球生命的首次排泄?！　≡丛床粩嗟拇蠓肿游镔|(zhì)產(chǎn)生，使得一些新產(chǎn)生的大分子勇敢地離開(kāi)了氣泡，踏上了漫游世界的征途。這些地球的早期生命，我們可以稱(chēng)之為“原始細(xì)胞”。它們慢慢適應(yīng)了各種各樣的環(huán)境，并開(kāi)始繁衍后代。原始生命的各種變種也迅速增多。有的進(jìn)化出了細(xì)胞膜——這種雙層膜就像一件有彈力的外衣一樣將細(xì)胞包裹起來(lái)，允許某些分子通過(guò)，同時(shí)又能將水隔離在細(xì)胞外面。　　至此，一切復(fù)雜生物的基本條件已經(jīng)準(zhǔn)備完畢?！　〖?xì)胞的完成，使得生命從此可以自由擴(kuò)散，而不必?fù)?dān)心大自然的可怕威力了。這些原始細(xì)胞，就是地球上最早出現(xiàn)的生命。此后它們不斷進(jìn)化，一路高歌猛進(jìn)，一直進(jìn)化到細(xì)胞生命開(kāi)始說(shuō)話(huà)、寫(xiě)字，然后閱讀到這些文字為止。　　1953年，美國(guó)一位年輕的化學(xué)家斯坦利·米勒進(jìn)行了一個(gè)有趣的模擬地球生命出現(xiàn)的實(shí)驗(yàn)。他先把甲烷、氨氣、氫氣和水蒸氣等氣體，按照地球原始狀態(tài)時(shí)的組成比例，混合在一個(gè)玻璃瓶中。然后，他用電流模仿閃電，轟擊這些氣體，結(jié)果發(fā)現(xiàn)在玻璃瓶中出現(xiàn)了一種從未見(jiàn)過(guò)的橘黃色氣體。’米勒對(duì)這種氣體進(jìn)行了測(cè)定，證明該氣體中含有大量的氨基酸等有機(jī)物質(zhì)?！　∶桌盏膶?shí)驗(yàn)證實(shí)了地球上化學(xué)進(jìn)化的可能性。但是，要在實(shí)驗(yàn)室模擬原始地球條件獲得構(gòu)成RNA或DNA的基本成分——核苷酸非常困難，因?yàn)檫@類(lèi)化合物的產(chǎn)生需要很低的溫度，合成氨基酸等有機(jī)物需要的是原始“熱湯”，而合成核苷酸需要的是原始“冷湯”。　　可以肯定一點(diǎn)的是，為了培養(yǎng)一個(gè)原始細(xì)胞，40億年前的地球必須提供某種良好的環(huán)境條件。而當(dāng)時(shí)的地球，正處于地球生命出現(xiàn)前的陣痛之中！這是一個(gè)漫長(zhǎng)的過(guò)程，也許地球已經(jīng)苦苦折騰了幾億年之久。我們現(xiàn)在想想真是后怕：生命出現(xiàn)的概率非常之小，而偶然性非常之大，正如英國(guó)動(dòng)物學(xué)家和進(jìn)化研究者W.H.托爾普說(shuō)的那樣，生命產(chǎn)生的概率就相當(dāng)于一只大猩猩在瞎按打字機(jī)時(shí)打出一篇莎士比亞的作品的概率。天文學(xué)家弗雷德·霍耶則說(shuō)：這幾乎相當(dāng)于是龍卷風(fēng)在廢車(chē)場(chǎng)里吹出一輛嶄新的勞斯萊斯來(lái)?！　∥覀儾坏貌惑@嘆，地球生命的出現(xiàn)，充滿(mǎn)了多么大的偶然性！

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