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掃碼直接報名 正文上文書我們講了米勒實驗。說全了應該叫米勒-尤里實驗。這個尤里是老師，米勒是學生。老師很謙虛，他說這個實驗應該大部分歸功于米勒，他只是指點了一下。但是大家還是不會忘了他做的貢獻。 思想來源對于生物的起源，人們很早就在關注。他們大部分相信生物是可以自然發生的。這就是歷史悠久的“自然發生說”。古人觀察到，一譚水沒多久就會出現魚類。這事兒我在高中的時候也遇到過。一個下雨積水的小坑，居然有魚在里面游。這些魚是哪來的？我當時根本搞不懂啊。其實魚卵是耐受性非常強，附著在泥土里面被風刮來的，或者鞋底沾了泥土，里面有魚卵也不一定。我們去水塘邊玩兒魚卵就蹭進去了，途徑很多。 我們當時搞不懂啊，那古人就更搞不懂了，他們認為生物是可以憑空產生的。腐敗的東西上就產生蛆蟲蚊蠅。這是常識好不好啊。 但是到了1688年，一位意大利宮廷醫生，同時也是佛羅倫薩實驗科學院成員F.雷迪用實驗證明了，腐肉生蛆是蠅類產卵的結果，他第一次對自然發生說提出異議。看來這不是自然發生的，是蒼蠅下蛋導致的。后來顯微鏡被發明了，大家看到了微生物。于是大家就認為，蚊蠅跳蚤這東西不太可能是自然發生的。微生物想來是可以自然發生的。 J.T.尼達姆 1745年英國天主教神父、顯微鏡專家J.T.尼達姆想法子用各種液體浸泡經消毒，結果他發現仍然有微生物出現，因此他認為自然發生說是正確的。法國當時著名的博物學家布豐給他點贊啊，還記得布豐吧，我們一開始提到過這個人，那是御花園的大總管啊。有了布豐的支持，尼達姆神父的研究成果就在科學界轟動一時。 斯帕蘭扎尼 1775年，這一晃30年過去了。意大利生理學家L·斯帕蘭扎尼做了一系列實驗，他證明尼達姆神父的實驗結果是由于加熱不夠和封蓋不嚴所造成。但是還有人反駁啊，說斯帕扎尼燒的時間太長了，空氣里的活力都被燒光了。這當然不行，沒了活力，微生物自然出不來。 又過了62年，施萬覺得不對頭，空氣加熱會把活力弄沒了？胡扯吧。他改進了斯帕扎尼的實驗，把空氣加熱到非常高的溫度，然后冷下來，充進瓶子里，在瓶子里養青蛙。人家青蛙啥事兒沒有啊。這說明高溫并不影響活力嘛。 當時這個活力說是很流行的一種說法。那時候的生物學界和化學界普遍認為生命是神奇的，他們相信有一種神奇的活力。我講下一個專題講工業革命，包括一部分化學史，到時候，我們再詳細說。 巴斯德的瓶子 最后把這事兒搞定的人是大名鼎鼎的巴斯德。他做了兩個瓶子，一個是瓶子開著口子，空氣直接能進去。假如空氣里有微生物，那么直接掉進去是一點兒問題都沒有。另外一個瓶子口很長，而且拐了好幾個彎，雖然瓶子的口沒封上，跟外界空氣是連通的，但是空氣里的微生物想進去可就費了勁了。 兩個瓶子里都灌了肉湯。底下加火直接煮沸，想法子殺死肉湯里所有的微生物。那么假如肉湯腐敗了，這些微生物必定是來自于外界空氣。直接敞著口的瓶子沒多久就開始腐敗變質了，這也好理解，空氣里的微生物進去了嘛。那個瓶口彎彎曲曲的瓶子里面的肉湯放了4年都沒發生腐敗現象。我在這兒也順便說一句。現在老是有人說一個東西好多年都不變質一定是防腐劑太多了。其實不一定是這么回事兒。巴斯德一點防腐劑也沒用，也沒用怎么特別的手段，就可以保持肉湯4年不腐敗。關于這事兒，巴斯德和別的科學家還發生了一堆的論戰。將來有機會講醫學史，我放在醫學史里面詳細講。 反正，自打巴斯德的研究結果出來，大家都不相信微生物是可以自然發生的。那么生命究竟從何而來呢？當時的化學家們已經感覺到生命也沒什么特殊的，也不過就是一般性的化學反應罷了。恩格斯也來摻和一腳，他相信生物必定是因為化學反應而產生的。總有個從無機到有機的過程。 1929年，生物學家阿列克桑德·奧帕瑞和約翰·霍爾丹就猜測早期的地球大氣層不是現在這種成分，那時候的大氣是還原性的，現在的大氣是氧化性的。如果單分子受到紫外線或者閃電等強能量刺激，它們將形成復雜的有機物分子，霍爾丹說，那時候的海洋只是這些有機分子的“原生湯”。正是他們的這個設想，導致了后來的米勒實驗。 米勒實驗米勒-尤里實驗實物和NASA給出的原理圖 米勒他們的實驗是這么做的。一個大燒瓶，里面放上一部分水。底下要加熱，要長時間加熱最好用電爐子，酒精燈燒光了換燃料太麻煩。里面通入三種氣體，是甲烷、氨氣和氫氣。模擬的的是火山附近的溫泉。混合著水蒸氣一起進入下一個燒瓶，這個燒瓶里邊有兩個電極，通著電連續不斷的放電，冒著電火花。這就是在模擬電閃雷鳴。這些混合氣體流經一段冷卻管，模擬的是水蒸氣冷凝變成雨，把反應生成的一大堆物質沖進海里。于是留下一堆的混合液體，慢慢流回那個電爐子加熱的燒瓶里。然后循環一直持續下去。一個出水口可以放出一點兒水，然后化驗一下成分。1953年，他們就是這么搞的。 結論1953年，恰好和發現DNA的雙螺旋結構是同一年。所以大家對這個實驗都很關注。折騰了一個禮拜，在生成的物質里邊亂七八糟的什么都有，很像焦油。慢慢分離出了20種有機物，11種氨基酸里邊有4種（甘氨酸、丙氨酸、谷氨酸、天冬氨酸）是蛋白質里包含的東西。這是說明啥呢？這說明，從無機物到簡單的有機物并不難。但是大家拼命去找DNA和RNA，這倆一個都沒找見。這才是構成生命的基本物質啊。沒了這東西，那就很難稱為“生命”。看來有機物從簡單到復雜的過程是個坎兒啊。 質疑米勒實驗也伴隨著質疑。主要是3條：
那么該如何回應質疑呢？咱們一條一條來說。 木星大氣
生命起源米勒實驗后來進行了很多次，1958年米勒搞過一次，那一次留下了一堆的實驗記錄和樣品。但是沒有發表成果。上世紀七十年代。米勒還在搞原始湯的實驗。氣體加入了硫化氫和二氧化碳，氨氣大大減少。這種實驗都是為了驗證原始湯假說。后來分析他留下的那些原始的樣品，發現里面的氨基酸比他當年知道的要多得多。因為現在的檢測水平更高了。里面還發現了好幾種含硫的氨基酸。 卡爾薩根 著名的科普達人同時也是科幻作家的卡爾薩根也曾經折騰過類似米勒實驗這樣的事兒。他對外星生命很有興趣。那當然了，搞科幻的天文學家，不喜歡才怪呢。他用紫外線來照射甲烷，氨，水和硫化氫的混合物，他倒是不用電火花。最后制成了氨基酸，還檢測到三磷酸腺苷（ATP）。看來產生磚頭并不困難，難的是用磚頭蓋房子。 三磷酸腺苷(ATP) 不過根據從巖石中分析出來的信息。遠古地球含氫的氣體并不多。甲烷、氨氣、硫化氫這都是含氫元素的氣體。假如是二氧化碳啦，氮氣啦，再想搞出氨基酸是很難的。盡管如此，米勒實驗還是告訴我們只要條件足夠，產生有機分子不是難事。從外太空的隕石上也發現了氨基酸。那么有一種說法開始流行了，是不是氨基酸這種有機物是來自于外太空的呢？初始的生命是不是也來自與外太空呢？這個說法看似有道理，畢竟火星那一帶比地球先冷下來。先比地球進入宜居狀態。但是這話又像沒說一樣。那么來自太空的生命又是如何產生的？難道是在火星的一個水塘里？在地球和在火星，那不還是一樣嗎。 有人說了，沒必要和水塘死磕吧。這東西是不是可以產生在黏土里面呢？黏土就像海綿，把很多物質吸附在里面，是不是可以促進生命物質的誕生呢？你也不能說沒道理。原始湯學說是海里的，黏土理論是大地上的。 后來就五花八門了，描述生命起源的學說能有十幾種之多。還有脂質世界假說、多磷酸鹽假說、輔酶世界假說、黃鐵礦假說、鋅世界假說、多環芳烴世界假說、代謝在先模型、自催化假說、自組織和自復制假說、深部熱液生物圈模型、深海噴口假說、熱合成世界假說、放射性海灘假說、紫外線和溫度輔助的復制模型、水泡假設、多起源假說。大家聽著一頭霧水，我念著口干舌燥。總之假說很多就是了。但是都不能完美的解釋如何從簡單的有機物發展成復雜的生命，能做實驗的都不多。畢竟原始湯假說是可以做實驗的。
深海熱液生物繁盛 最近大家都比較關注深海熱液，在深海之下，因為火山作用，海底會有高溫的熱液噴出來，那里沒有陽光，也沒有氧氣。但是熱液噴口附近形成了龐大的生物群落，人家在那么惡劣的環境下依然活的好好的。遙想當年，海洋剛形成的時候，海底熱液活動的強度是現今強度的 5 倍。海底熱液把一大堆金屬元素給噴出來了。那個時候的海洋處于強還原環境，富含還原態的鐵、銅、鋅、鉛、錳等金屬離子，以及甲烷、氫氣和硫化氫等氣體，海水的溫度維持在 70～100 ℃。由于光合作用還沒有出現，大氣中幾乎沒有氧氣，二氧化碳的含量很高，因而海洋呈酸性。不難看出，早期海洋所具有的環境與現代海底熱液噴口周圍的環境非常相似。科學家猜想，正是在早期海洋海底熱液噴口周圍，生命開始悄悄地萌芽了。 在深海熱液噴口附近找到的一些超嗜熱古菌。那二話不說，先拿出來測DNA嘛。然后根據分子鐘算算這東西有多么古老。要知道進化樹總有個根的，那就是共同祖先理論。這些古菌位于進化樹的根部。這么古老的物種生活在深海熱液附近，這很難不讓人聯想到什么。難道生命真的誕生在深海熱液附近？到底生命誕生在何處，到現在也是個謎。 米勒在2007年因為心肌梗塞去世了。很難說，那一鍋原始湯真的能告訴我們有關生命起源的奧秘，但是他的這個實驗無疑是探索生命起源道路上重要的一步。 到這里，物種起源系列就迎來大結局了。我也沒想到我足足講了42集，算上請假的那幾個星期，足足11個月了。感謝廣聽眾能有耐心聽我絮叨這么多個禮拜。我只想能夠清晰的告訴大家，現代生物學唯一的大框架進化論是如何煉成的。在達爾文之前，多少人做了探索鋪墊，在達爾文之后多少人做了補充和修正。人類認知一個紛繁復雜的大千世界經歷了多少艱辛與努力。人類對了解自身又走過了多少曲折的道路。 在下個禮拜，我和汪潔將會到廣東珠三角走一趟。下個禮拜六很忙，上午到佛山下午去珠海，晚上趕回廣州。因此呢，沒辦法正常的安排節目播出，我可能會放個小彩蛋。正好也在新舊兩個大系列的交界處。正好放彩蛋緩沖一下。下一個新系列，我將開始講工業革命，也就是技術史。這是一段蕩氣回腸的歷史。我們人類是如何迸發出無比的創造性，在幾百年的時間里，創造出了前面幾千年都難以比擬的巨大財富。一個個不起眼的發明創造又是如何改變了我們的生活。這是個系列我將分成比較多小的段落，不會像《物種起源》這樣一口氣講這么長。講的東西會比較豐富，講蒸汽機順帶講熱力學的發展。也會順帶講一部分化學史，畢竟化學工業推動了社會的進步，諾貝爾和索爾維可都是搞化工的。大家可能知道我是軍迷，講蒸汽船，咱們順便講講大航海時代，講講海軍之類的。歡迎大家繼續支持我的節目。我也在策劃收費節目，具體內容還不能透露，容我賣個關子。 下一個系列，我不會開新專輯，就在原地繼續更新，把標題改一下就行了。以前每次開新專輯總是有人找不到。這次我就不給大家添麻煩了。節目片頭也會有改變，畢竟好幾年沒變過樣子了。大家別一聽不認得，我提前說一聲。 8.20號，在深圳還有一場小型的見面活動。我和汪潔，還有旭崠三個人，沒有其他嘉賓了。這樣呢，我們和大家就有機會深度互動接觸一下，答疑時間也比較長。從5.13開始，我每一次演講都會換一個話題。到廣東到底講什么，我是費了不少心思的。一方面這個話題要能為后面要將的工業革命開個篇，也要和廣東說得上關系。最后，定下來的話題是“航海家的頭等大事”。大家都想知道頭等大事是啥？那么快來現場聽我講。活動地點在深圳清華大學研究院，搞清楚，不是研究生院，是研究院。報名從速，大家可以關注科學史評話的公眾號，在那兒有報名的鏈接。我的那本新書，《柔軟的宇宙》出了精裝版，硬皮的，有想收藏的可以通過科學聲音官方微店直接購買，都在公眾號里。 |
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