[佛雷德·霍伊尔(Fred Hoyle)是剑桥天文理论研究所的创始人。他反对宇宙产生的“大爆炸”理论,不承认生命是有机粘质体所产生的,也不赞成进化理论。本文阐述了生命不是在地球上偶然形成的,而是来自于宇宙——译者。]
不管怎样,生命偶然起源论一直是生物学整个理论结构的基石。然而,随着生物学家的不断研究,对生命巨大的复杂性的了解越来越深,人们就越来越发现生命偶然起源论是靠不住的,其可能性太小了,甚至可以完全加以排除。生命不可能是偶然出现的。
生命能在地球上自发生成这一普遍观点的出笼,是受益于本世纪初某些人所做的一些实验。这些实验对公众的影响很大。如果我们把一些组成古生代“最原始的粘质体”的非有机简单分子,如水、氨、甲烷、二氢化物置于紫外光线下,一些分子就会重新组合生成氨基酸。斯当莱 · 米勒(Stanley Miller)和阿霍尔德 · 尤里(Harold Urey)在三十多年前就曾进行了该试验,验证了这一结果。组成蛋白质的物质氨基酸能通过自然方式产生。
但是这个试验却远不能证明生命能通过自然方式产生。还没有一个人能证明氨基酸的正确排列组合,如他们在酶中的排列组合,能这样产生。
由各个孤立的氨基酸自发组成整个氨基酸链,这是一个飞跃。在地球上不存在这种飞跃的可能。
我们可以想象,如果一个废铁商的堆放场中堆放着已拆得七零八落,乱七八糟的一架波音747飞机的各个部件。当一阵旋风过后,不管会存在什么偶然的机会,在我们眼前出现的难道是一架完全重新组装好了的,即将起飞的747波音飞机吗?
同样的道理,将生命起源归因于某种简单的偶然性也是可笑的。由几百个氨基酸和生命所必需的2000酶自发排列组合产生生命,这一偶然性存在的可能性非常非常小。
如果物质存在着某种基本要素,它能促进有机系统向生命发展(我们不知道其过程如何),那么,该要素的存在在实验室中就应很易得到证实。例如,您可以在一个游泳池里任意放进各种非生物的化学物质,并将池中的气体排空,以此表示原始粘质体,然后进行各种可能的辐射。
这样持续一年,看一看到底有多少生命中需要的2000酶在游泳池中生成。我将告诉您答案,以免让您浪费时间和实验费用。您除了可能侥幸地得到一种氨基酸和其他简单化学体的合成泥外,肯定别无他获。
没有任何客观证据可以支撑这种生命起源于地球上的有机粘质体的假说。不过,许多生物物理学家还是提出了这一不能使人诚服的假说,曾因为发现了脱氧核糖核酸而获得了诺贝尔奖的弗朗西斯 · 克里克(Francis Crick)就是其中之一。
生命源于宇宙吗?
那么,为什么生物学家都相信了这些没根没据的幻觉,而否认了这一明显的事实,即蛋白质的氨基酸200000链,从而生命并不是偶然生成的呢?
那么,生命到底又是从何而来?长期以来,确切地说,是从1930年开始,我们可能就有了答案。
1864年在法国西南部的奥里格依(Orgueil)附近,落了一次陨石雨。幸运的是,大部分的陨石都被收集起来了。从1930年开始用显微镜对其进行检查,结果发现上面有大量的,呈微小的球状包体外形的碳,其四周是非有机分子。
这些结构的成因解释可能有两种,其一,可能是粘附在陨石矿粒表面的碳所形成;其二,可能是孢子和细菌碳化而成。后者的可能性更大。这种碳化过程在地球岩石中是得到过证明的,大家都很清楚。孢子或细菌的坚硬外壁,在细胞内较弱物质不断被非有机物代替时,就转变成与黑粉菌相似的物质。
对于奥里格依陨石,有更为充足的理由选择第二种解释。非有机粒(在陨石中常见)的形状常不均一,然而碳的包体像生物细胞一样是平滑的。并且,在许多情况下,包体有两层,完全像生物细胞壁一样。
从六十年代开始,美国的乔治 · 克劳斯(Geoge Claus)和巴特 · 拉热(Bart Nagy)就在一块陨石中发现了另外一些奇特的结构,该陨石1938年落于达斯马尼亚(Tasmania)。他们在陨石中发现了纤维质包体,并发现它与微小的真菌相似。放射性年代测定表明,此陨石与整个太阳系年龄相同。于是,似乎就可以得出一个结论,即生命在地球之前就已存在了,因为地球比太阳系要稍微年轻一些。
还有一例。1969年9月28日在澳大利亚的维多利亚省的默奇森(Murchison)附近发现了一块含碳的陨石。十年后,汉斯 · 迪特 · 普佛拉格(Hans Dietes Pflug)对它进行了检查和分析,发现其中有与达斯马里和奥尔格依陨石中相似的结构。他将一块薄陨石片放在一片薄膜上,然后把陨片中的矿物部分用酸溶解。当陨片中的非有机物溶解和收缩时,带碳的余渣就沉淀在薄膜上了。然后他又用一个电子显微镜将它最大量放大以进行分析和确定。
普弗拉格发现了其上面的纤维与在米勒卓塔(Minnesota)找到的一块“黑硅石”上的化石极为相似,一般古生物学家都把该种化石视为生物之源。那么……生命是天外来客,您承认吗?
“空空”的空间,硕大无比,里面分布着无数的星系。实际上,它一点也不空,到处都有物质存在。空间物质一般都呈单个原子形式存在。在大部分空间,都大量分布着由极小的粒子组成的星际尘。每个粒子都非常小,要在显微镜下才能看得见,在一根2.5厘米长的线上,可能容纳25,000个。
1925年,我们就发现了星际雾非常稠密,它可能将我们星系的十分之九都遮藏起来了,只留下了十分之—供天文学像进行观察、有人已经发现在许多其他星系,也有许多相似的尘雾,看来,尘现象似乎是普遍存在的。
然而,这些尘分子又是由什么产生的呢?又从何而来?最初,有人认为它们的生成有如地球上空大气层上的雾一样,可能大部分是由冰形成的。这个观点,坚持了三十多年。但由于天文学家不断地观察,50年代末有人对它提出了疑义。
尚塔 · 维卡马曾格(Chandra Wickremasinghe)和我在60年代初提出它们可能产生于石墨状的碳。但之后不久,我们发现这并不是正确答案。但无疑,这是一个良好的开端。我们把冰和石墨混合,然后又混合冰、石墨和岩石分子来进行分析。并且还用非常复杂的混合物包括有机物和冰、石墨以及岩石分子进行试验,但是总是不能精确地得到一个像我们观察见到的物质,一直到1979年,我们才出乎意料之外地形成了一个看法:这些粒子可能就是生命之源,实际上我们在宇宙中就能观察到生命。
生命宇宙起源理论
我们只花了少量的时间就证明了细菌的大小与星际粒子极为相似,并且,当空中的分子完全干枯时,其折射率就异常低,这与细菌的情况也是吻合的。
一般情况下,细菌内绝大部分都是水。在特殊的干涸条件下,如在星际空间,水分蒸发掉后,剩下的就是一个中空了的分子。这些中空的分子的折射率似乎很低,只约为百分之一,这个数字是很精确的。这一特性与天文观测结果一致。
此后不久,又有了一些新的有意义的发现。当彗星靠近太阳,受到了太阳的热后,不仅散发出一股气体,并且还散出一股存在于宇宙空间的小分子。有时,它散出的分子能组成第二条尾巴,与气体组成的尾巴截然不同,如1957年8月和9月壮观出现的Mrkos彗星就是这种情况。
一组日本天文学家此后不久,获得了另一个彗星上的一些分子,对它们进行了研究,于1981年发表了有关研究文章。这些分子是典型的细菌。同年,一些美国天文学家证明彗星分子的辐射与我们在有机物上所期待的完全相同。
在此之前四年,我们对这些情况还一点都不知道,但在一次报告中,我提了一个问题:像彗星之类的天体是不是曾给地球带来了大量的有机物质,特别是那些能产生生命的物质?当时的反应是否定的,学者们都未加以重视。但在1982年,一些天文学家在彗星上找到了此类证据,证明这是完全有可能的!
以后,我们的证据越来越多:在金星,木星和土星的大气层中都发现了细菌般大小的分子。我们观察到的这些情况完全不能认为是巧合。金星大气层中的分子的折射率与生物孢子的折射率相同。木星大气层中的分子的折射率是杆状体细菌折射率的百分之五十,这个数字非常精确,可排除一切偶合的可能性。
上述所有证据无疑都能给生命宇宙起源论增添说服力,但是有一个基本的问题还未解决,别人会以此责难我们。
既然有机物存在于宇宙中,然而,当它们高速落向地球大气层时,为何未被焚毁?人类送上轨道的多少物体都是在下落时烧掉了的。
有一天上午,我解决了这个问题,那天上午,我脑子里突然闪出了两点看法:1. 像细菌般大小的微分子比形成流星的粒子更小,所以可能不会达到流星粒子那样高的温度;2. 分子是歪斜地进入大气层的,就像宇航员返回地球那样,所以,这可能比垂直进入大气层受热要小得多。
能耐306°高温的细菌
如果把地球当作一个靶子,那么,人们经常射中的不会是靶心,而是射在边上。分子斜向地进入大气层可以有十至二十秒钟来减弱摩擦所产生的热量,而垂直进入大气层,只有一两秒钟。并且,有些细菌有长期在高温下生存的能力,一直要到100°(水的沸点)时,才会死亡,然而主要也不是死于热度,而主要是水沸腾的蒸汽泡。
外科用的工具常用蒸汽消毒,温度约为150°。为了保证绝对安全,消毒一般需持续一个小时。这说明在短短几分钟的干燥时情况之下,细菌能耐200°高温。我的计算就是建立在这一极限温度上的。
1982年《自然》科学杂志中说在沿东太平洋海脊的加拉帕戈斯群岛(Galapagos)外海的海底火山管中,生存着一些细菌,能耐306°的高温。这是独一无二的情况。虽然它们生活的滚水之中,非干细菌之属,但这从可看出,我们将极限温度定为200°是够谨慎的。
现在主要的问题是要弄清在不超过极限温度条件下,分子身体多大才能在降入大气层时不致被烧死,我计算了一下在最低的撞击速度下(约32,000公里/小时),一些微生物,包括直径为0.01厘米的微生物在下落时不会烧死。
身体如此大的微生物都能安全地进入大气层,这说明不论是单个细胞,还是整个菌落都能安全进入大气层。可见,该理论具有普遍性。
昆虫的精液非地球自身之物
分子体积安全进入大气层上限就是微生物之类的所有有关的生命安全进入大气层体积的上限。例如鸟蛋不可能安全地进入大气层,因此,鸟就应该是在地球上进化演变的生物。相反,说昆虫的卵和精液是直接来自于宇宙空间,似乎是有可能的。
在宇宙空间,微生物生存所受的主要威胁是星体的X射线的辐射,它可能会瓦解细胞的能量组织,导致细胞死亡,或引起巨大的损伤。然而,细菌和其他微生物却拥有惊人有效的补救能力而避免死亡的威胁,许多种酶菌也具有这种功能。
有一次在实验室进行试验。我们用强烈程度足以杀死人的X射线对一个细菌(喜放射性微球菌)进行辐射,我们发现在其纤细的基因组织上,即脱氧核糖核酸的双螺旋结构上,出现了10000个不同的裂痕,它受到了巨大损伤,但它进行有效的自救后,竟然活下来了。
同样,1960年在美国一个叫“Omega West”的核反应堆中发现了一个细菌(是假细胞菌属),该细菌在那受到的辐射强度比地球上任何时期存在的辐射都要大几百万倍。这种抗辐射能力对于宇宙空间的微生物是必须具备的,但在地球上却无法得到解释。因为地球上从来就没有存在过产生这一能力的必要环境。
此外还有一些有关空间微生物方面的证据,能证明微生物具有强大的生命力。1967年4月20日,不载人火箭“观察者”三号,在月球表面Procellarum洋的东岸着陆,返回地球时,将一个电视录像机掉在上面了。1969年12月2日,阿波罗飞船小组从月球上把该电视录像机取回来了。一到达地球,就对电视录像机进行隔离检查,结果,人们在它上面发现了活的链(状)球菌类细菌。
据此,我们认为这些细菌在1967年飞船发射之时,就应在摄像机上面。它们在月球环境中生存了两年。月球上气压特别低,白天晚上温度起伏变化大,白天像热带气候一样,而晚上气温竟为零下100°。这与地球上的任何气候环境条件都相差甚远。
在地球75公里的上空还有细菌生存
上一试验告诉我们微生物具有使人难以置信的生存能力。不过,在该试验之前,就有人做过了有关试验。60年代初,有人证明细菌能在空间低气压环境下生存一段时间,最长的为5天。这次月球试验,却将该极限时间延长到了两年。实际上,这就等于说细菌能在低气压环境中长期生存。另外,本世纪初,有人做过试验,证明了细菌孢子甚至植物种子都能长期耐受星际空间中同样低的气压。显然,对具备这种能力的生物来说低温和空间低压对它们没有什么危害。现在还剩下一个试验要做,以弄清平流层上是否还有微生物生存。如果有,肯定不会是从地球上上去的,所以它们肯定是从宇宙空间而来。
在美国,60年代曾进行了几次全球探测飞行,高度达40公里,不过,还是没有到平流层顶部,只是靠近而已。学者们感到大为吃惊的是,每一次飞行在上面都找到了活的细菌。不知是什么原因,这种飞行突然中断了,经费也取消了。连试验者本人也不知道这是为什么。多亏苏联,我们才知道了平流层上是有存在着生命。1979年,S. V. 李森科(不要与T. D李森科混淆了,他由于信奉拉马克观点,享有了40年的名望)发表文章,叙述了他们在平流层上两次飞行的试验情况。他们将一个取样器从高于75公里的上空空投,采了一些空气样品,密封在薄膜上,然后,对其进行检查,目的是想在上面找到活细菌。结果他们竟找到了大约30个细菌;这种细菌很不一般,比其他细菌颜色要深一些。因为深颜色能抵抗紫外线,所以该发现能证明在平流层,即在空间细菌是能生存的。该试验的设计和实施看来都非常顺利。据上所述,生命宇宙起源论似乎又一次胜利地通过了重大的考验。
在星际空间有微生物分布这一观点并不是全新的,在19世纪就曾有人提出过,主要代表是英国物学家凯勒文(Kelvin)勋爵。然而学者们将这个完全正确的理论撇在一边,最后,由于达尔文学说得兴起,而被排斥了。
本世纪初,尽管一个瑞典化 · 学家,叫斯旺特 · 阿尔牛斯(Svante Arrhenius)作出巨大努力,用很有说服力的理由来支持这一“泛种子”(即到处都有“种”奋在)理论,但无济于事。据此,地球上的生命来自于宇宙。但是由基本成分,基因组成的各种特殊的生命形式却是由地球上的特殊的环境所决定的。
某颗与地球类似的行星
在某一环境不同的星球上,宇宙基因最有利的组合形式可能会不同于地球上的情况,自然地生命的形式也会有别。然而,在宇宙中,有着无数的星体,在某个地方,在另一个太阳附近,一定会有一颗与地球相似的卫星,地球上存在的生命形式在那可能都存在。因此,现在可以回答这个问题了:“如果地球不只一个,那么像我们一样的人类其他星球上还有吗?”答案很简单:“在另外一个太阳附近的某个行星上。”虽然这个回答很令人满意,但还有几个棘手的问题还有待解决,有几个谜要揭开。这是不能用人工方法能解决的问题。例如碳和氧这两个生命存在不可缺少的化学元素的问题。
有生命物质身上氧和碳原子数量几乎相等,这是宇宙中一般普遍存在的现象。如果在某一星球上的生命中,其氧碳比出现了稍微不平衡,就会出现极大的不平等,可能会毁灭生命。如果碳多了,可能会阻止许多生命所依赖的物质的形成,如石和土;相反,如果氧多了,就会很容易烧毁所有带碳的生物化学成分。
氧和碳之比的必要的平衡取决于星体内部的梭反应。氡和碳就像两个无线电接收器,各由一个特殊的波长进行调谐。但实际情况是调波很准,所以氧碳数量平衡。
现在需要弄清这些表面巧合的调谐是不是偶然的现象,从而生命是否是偶然的产物呢?
这个问题如神学家们所称颂的主或上帝一样,是一个值得深思的问题。有些人说不管世界上有多少惊人的物理和化学的耦合,因为我们的存在与它们是分不开的,所以这是应该能想到的。言下之意是我们在这方面的深入研究是白费工夫。
我认为这是一种消极的观点,它是十九世纪出现过的一种热情迎合达尔文学说的思潮的显而易见的,不折不扣的继续和发展。虚无主义认为世界上任何事物都不能被看成是某种意志的结果。达尔文主义也有这种看法。
后代人无疑会懂得生命的形式比现在存在的要多。现在的生命是建立在碳之基础上,我们对它的复杂多样性惊叹不止。生命从何处来?存在在酶结构中的信息可以从一链特殊的氨基酸这一实物形式了解,也可以从书本上了解。一个非常聪明的观察家只要知道了正确的组合符号和许多个体氨基酸,就能制造出酶。但是这些氨基酸链的信息又是从哪来?用一个地质类比来说,这些信息来自于上一代的宇宙等同物,也可以说一个以前曾经存过的,非以碳为基础的,可能是以硅为基础的生物,由于当时所处的环境不同,这也是可能的。
[Paris Match,1984年3月]