八大令人惊叹的天文物理学奇观:月球之谜、宇宙之始、生命的起点……

《奇观》
[英] 约翰·格里宾 著
张玫瑰 译
光尘文化 | 北京联合出版公司2022年出版
继广受欢迎的《寻找薛定谔的猫》《深奥的简洁》后,约翰·格里宾又将读者的注意力吸引到了一些看似不可能,却令人惊叹的天体物理学奇观上。比如:
“只有当天空中的太阳与月亮看上去一样大,地球上的生灵才能看到日全食的奇观,而这美妙的巧合不早不晚,就发生在人类文明出现的那一刻。”
“水在桶中旋转,沿桶壁上升,形成凹状液面,是因为它感受到了遥远星系宇宙万物的引力。”
“地球上所有复杂生命的共同祖先是一种单细胞生物,但是如果没有月球这个‘大功臣’的‘维稳’作用,原始生物就不可能演化出人类这样的生命形式。”
本书聚焦八大令人不可思议的天文物理学奇观,深入探索了此类奇妙科学的奥秘。
复杂生命的共同祖先(节选)
今天,地球上有三种生命形式,它们在生命最基本的层次(细胞)上各有不同。我们周围所看到的生命,比如树木、人类、蘑菇、海蛇,还有其他你叫得出名字的生物,皆由复杂的细胞构成。它们叫真核细胞,每个细胞有一个核(细胞核),核内含有携带生命指令的DNA,核外充填着胶状物(细胞质),是细胞代谢活动的主要场所,被细胞壁包围着。今天,地球上所有丰富多彩的复杂生命体,全都来源于几十亿年前两个单细胞生命的“结合”。
所有植物、真菌、动物、藻类,均来源于同一个单细胞生物。进化生物学家很喜欢指出这一点:人类的细胞与蘑菇的细胞并无明显差异。尽管它们所属的有机体有着迥异的生活方式,但是它们的工作机制都是相同的——翻译DNA指令,合成蛋白质。
有了这个颠覆认知的发现打头阵,后来的相关发现便显得寡淡许多,尽管它们本身也很令人震惊。第一个令人震惊的相关发现是,地球上还存在另外两种细胞,统称为原核细胞,它们与真核细胞不同,没有成形的细胞核。一直到20世纪70年代,生物学家才弄清楚这两种单细胞生物(原核细胞都是单细胞生物)的区别。在那之前,所有原核生物都被归类到细菌,尽管他们发现了某些不寻常的细菌。

随着细胞基因物质研究技术的进步,这些不寻常的“细菌”后来被分了出去,独立成界。生物学家认为它们比细菌还要古老,说不定是细菌的老祖宗,便将它们命名为“archaebacteria”(古细菌)。后来,当他们发现细菌出现的时间可能和古细菌差不多时,他们又摘掉英文名里代表“细菌”的后缀,将它们简称为“archae”(古菌)。尽管如此,这两类原核生物依然很容易让人产生混淆,因为DNA和RNA分析揭示了它们的起源一样古老,这又指向了另一个令人震惊的发现。
在格陵兰岛西南部一些有38亿年历史的岩石上,科学家们发现了与生命代谢活动有关的化学特征,从中找到了地球最初生命的证据,不过它们并不是真正意义上的化石,最早的化石是在今天的澳大利亚发现的,记录着32亿年前的地球生命。总而言之,种种证据表明,地球上的生命大约起源于40亿年前,即地球形成5亿年后便出现了生命形式,并且出现了两次。
生物学家们仔细研究了古菌和细菌的内部结构,并揭晓了它们之间的区别。在最宏观的层面(就单细胞生物而言),它们只有不到三分之一的基因是相同的。在更为微观的层面,古菌的细胞壁不同于细菌。它们之间最显著的差异,在于DNA复制和细胞分裂的方法。它们使用相同的遗传密码,却用不同的方法复制它,产生的结果相去甚远。套用生物化学家尼克·莱恩的原话,这两种细胞竟然有着同一个祖先,怎么想都觉得“不合逻辑”。
不管怎么说,它们虽然走上了独立的演化路径,但是它们一定起源于同一池化学温水,即“原始汤”,才会有许多相似性。莱恩和其他人的猜想是,它们的起源场所可能在地球早期的深海热液喷口周围,那里喷出的矿物成分为化学反应提供能量,催化了蛋白质和RNA等复杂物质的合成。像上一章讲的,这股源源不断的能量流足以让熵“逆向化”,诞生出最原始的细胞。
无论这些猜想是什么,我们可能永远也无法知道复杂生命是如何来到地球上的,它是否真的出现了两次,还是说出现了两次以上,也许当时地球上还涌现了其他原始原核生物,只不过没有留下后嗣罢了。我们知道的是,从大约40亿年前开始,地球上一直生活着两类独立的单细胞生物,这意味着在这个适者生存的星球上,它们两个都是极其成功的生存者。
作者:[英] 约翰·格里宾
编辑:袁琭璐
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