1、书书书揭开生命奥秘本书编写组编世 界 图 书 出 版 公 司广州上海西安北京JIEKAI SHENGMING AOMI1前言人类对生命奥秘的探索自古有之，也为此付出了沉重的代价。但终究由于先前的发现或者科技条件所限，只能凭借于某种假设或者是猜想，慢慢地摸索着前进，进展不是很大。随着科技的发展和人类对生命奥秘发现的增多，生命的奥秘也由此揭开。我们知道，科学是没有止境的。生命奥秘在不断发现，而研究也还要继续和深化。地球曾经历过怎样的变化，地球上的生命有哪些生生灭灭和进化、遗存。除却生命诞生和进化本身外，生命的遗传与复制又经历了哪些过程，取得了哪些成果呢?这是我们迫切需要知道和了解的。科学家们早就开
2、始了这一课题的探索，经过一代又一代地质学家、生物学家、考古学家的不懈努力，许多问题已经有初步认识。但更多的认识、更深入的探索，还有待于人们去追寻、去研究、去努力。揭开生命奥秘立足科学事实，以详尽的文字资料做基石，以丰富的图片做辅助，邀您一起去探索生命的奥秘。相信该书会有助于读者对史前生命形成一个纵横交错、融汇渗透的立体结构的综合认识，从而进一步启迪和加强他们的想象力以及对真知的渴求度。在本书的开篇，将着重讲到生命起源的种种假说。在古代，由于人们对生命现象的认识不彻底，便把某些不可解释的事情归于神的力量，因此早期有生命神创论。而后，随着人们认识的深入，渐渐有了不成熟的自创论，以及以后的化学起源说
3、，等等。前言JIEKAI SHENGMING AOMI2生命起源之后，便有了达尔文所讲到的进化论。在该书中，将讲到生物进化的轨迹。其中包括达尔文在进化之旅中发现了哪些奇妙的生物，又是通过怎样的过程奠定了其进化论的思想基础。除此之外，还讲到生物进化经历了哪几个时期，迄今最古老的海洋生物是什么，鱼类的祖先是谁，两栖类的祖先是谁，等等。在所有生命当中，均存在着遗传和变异现象。在本书里，不但提到DNA 的奥秘，还提到生命的复制 克隆技术、基因工程、揭开微观生命世界的神秘面纱、人类对生命奥秘的探索。揭开生命的奥秘，这个题目太大了，牵涉的学科很广，不是一时一人一个学科所能搞清楚的。人类总是要进步的。长江后
4、浪推前浪，一代新人换旧人。今天的青少年，可能就是明天的学者、专家。有志者事竟成。只要我们不懈努力，什么奇迹都会创造出来。本书不过是把前人的成果汇总起来，尽量把深奥的问题用浅显的语言说出来，以开阔青少年读者的视野，启迪读者的智慧，增长读者的知识，培养读者的兴趣。由于资料及编者水平所限，不尽如人意之处，在所难免，疏漏错误，定当尚有。尚祈读者不吝赐教，以利再版修改。揭开生命奥秘书书书JIEKAI SHENGMING AOMI1ContentsContents目 录生命的起源宇宙大爆炸的假设1追溯地球起源5生命起源的种种假说8海洋 生命的摇篮14生命起源的热泉生态系统20寻求生物进化的轨迹达尔文进化论
5、始末23生物进化的几个地质时期26远古生物历经哪几次生物灭绝31迄今最古老的海洋生物是什么35细说植物的进化过程36漫谈动物的进化过程44早期人类生活在水中53人类的祖先来自非洲56人类起源于动物有哪些依据58揭秘与人类相近的古猿60原始人类发展经历了怎样的历程62自然选择的生物进化规律66人工选择的生物进化规律72进化不会停止80生命的遗传与变异现象孟德尔的实验81揭秘有性生殖82为什么会出现变异现象86神圣的总司令 DNA89“DNA”孪生兄弟 RNA91生命活动的主力军 蛋白质94遗传与疾病96揭开微观生命世界的神秘面纱原核生物与真核生物102最古老的生物 细菌104微生物与“木乃伊咒语
6、”107从酸奶看细菌的进化109细菌同人类的竞赛110生命的复制 克隆技术什么是克隆技术112克隆技术的发现113“克隆羊”多利119克隆与孪生有什么不同125檨檨檨檨檨檨檨檨檨檨檨檨檨檨檨檨檨檨檨檨檨檨檨檨檨檨檨檨檨檨檨檨檨檨檨檨檨檨目录JIEKAI SHENGMING AOMI2试管婴儿是克隆吗129新奇的“克隆人”133克隆完全相同的人永无可能137克隆对生物多样性的影响139克隆技术促进畜牧业发展141人类可改写“命运”基因工程什么是基因143什么是基因工程145基因工程的兴起149基因突变151基因重组153未来的制药厂155转基因植物是怎么回事156由彩色蔬菜引发颜色基因的探索16
7、0转基因存在的潜在风险162对生命奥秘的探索“细胞自杀”与干细胞之谜164鲨鱼的趣事167蛛丝的奇观169啄木鸟的捕虫技巧171揭秘鸟类迁徙173动物多彩的血175雌雄之变的秘诀177为何有的动物可共生178动物界寄生现象简述180走进人类的返祖现象183冷冻与生命185揭开智力之谜187记忆的秘密189探索再生194人的生命有极限吗196科学家预言人类进化的方向199檨檨檨檨檨檨檨檨檨檨檨檨檨檨檨檨檨檨檨檨檨檨檨檨檨檨檨檨檨檨檨檨檨揭开生命奥秘书书书JIEKAI SHENGMING AOMI1生命的起源宇宙大爆炸的假设宇宙是何时出现的，地球又是如何生成的呢?关于这个问题，一直以来都有很多的说
8、法。宇宙大爆炸理论，是现代宇宙学的一个主要流派，它能较满意解释宇宙中的一些根本问题。宇宙示意图随着科学技术的发展，人们在观测天象的时候发现那些遥远的星系都在远离我们而去，离我们越远的星系，飞奔的速度越快，因而形成了膨胀的宇宙。对此，人们开始反思，如果把这些向四面八方远离中的星系运动倒过来看，它们可能当初是从同一源头发射出去的，是不是在宇宙之初发生过一次难以想象的宇宙大爆炸呢?后来又观测到了充满宇宙的微波背景辐射，就是说大约在 137亿年前宇宙大爆炸所产生的余波虽然是微弱的但确实存在。这是对宇宙大爆炸理论的有力支持。20 世纪 20 年代，若干天文学者均观测到，许多河外星系的光谱线与地球上同种元
9、素的谱线相比，生命的起源JIEKAI SHENGMING AOMI2都有波长变化，即红移现象。1929 年，美国天文学家哈勃总结出星系谱线红移星与星系同地球之间的距离成正比的规律。他在理论中指出:如果认为谱线红移是多普勒的结果，则意味着河外星系都在离开我们向远方退行，而且距离越远的星系远离我们的速度越快。这正是一幅宇宙膨胀的图像。河外星系现代宇宙大爆炸理论是在 1932年提出的。这一理论这样描述:整个宇宙最初聚集在一个“原始原子”中，后来发生了大爆炸，碎片向四面八方散开，形成了我们的宇宙。美籍俄国天体物理学家伽莫夫将广义相对论融入到宇宙理论中，提出了热大爆炸宇宙学模型:宇宙在遥远的过去曾处于一
10、种极度高温和极大密度的状态，这种状态被形象地称为“原始火球”。所谓原始火球也就是一个无限小的点，现在的宇宙仍会继续膨胀，也就是无限大，有可能宇宙爆炸的能量散发到极限的时候，宇宙又会变成一个原始火焰即无限小的点以后，火球爆炸，宇宙就开始膨胀，物质密度逐渐变稀，温度也逐渐降低，直到今天的状态。这个理论能自然地说明河外天体的谱线红移现象，也能圆满地解释天体物理学的问题。在刚提出时这一理论并没有受到人们的关注，直到 50 年代，人们才开始广泛注意这个理论。60 年代，人们又发现了宇宙大爆炸理论的新的有力证据，他们发现了宇宙背景辐射，后来他们证实宇宙背景辐射是宇宙大爆炸时留下的遗迹，从而为宇宙大爆炸理论
11、提供了重要的依据。他们在测定银晕气体射电强度时，在 7.35 厘米波长上，意外探测到一种微波噪声，无论天线转向何方，无论白天黑夜，春夏秋冬，这种神秘的噪声都持续和稳定。相当于 3K 的黑体发出的辐射。这一发现使天文学家们异常兴奋，他们早就估计到当年大爆炸后，今天总会留下点什么，每一个阶段的平衡状态，都应该有一个对揭开生命奥秘JIEKAI SHENGMING AOMI3应的等效温度，作为时间前进的嘀嗒声。英国著名物理学家霍金20 世纪，霍金对于宇宙起源后10 43 秒以来的宇宙演化图景作了清晰的阐释。宇宙的起源:最初是比原子还要小的奇点，然后是大爆炸，通过大爆炸的能量形成了一些基本粒子，这些粒子
12、在能量的作用下，逐渐形成了宇宙中的各种物质。至此，大爆炸宇宙模型成为最有说服力的宇宙图景理论。然而，至今宇宙大爆炸理论仍然缺乏大量实验的支持，而且我们尚不知晓宇宙开始爆炸和爆炸前的图景。那么宇宙大爆炸理论的具体观点是什么呢?大爆炸理论的主要观点是认为，我们的宇宙曾有一段从热到冷的演化史。在这个时期里，宇宙体系并不是静止的，而是在不断地膨胀，使物质密度从密到稀地演化。这一从热到冷、从密到稀的过程如同一次规模巨大的爆发。根据大爆炸宇宙学的观点，大爆炸的整个过程是:在宇宙的早期，温度极高，在 100 亿度以上。物质密度也相当大，整个宇宙体系达到平衡。宇宙间只有中子、质子、中子等一些基本粒子形态的物质
13、。但是因为整个体系在不断膨胀，结果温度很快下降。当温度降到 10 亿度左右时，中子开始失去自由存在的条件，它要么发生衰变，要么与质子结合成重氢、氦等元素;化学元素就是从这一时期开始形成的。温度进一步下降到 100 万度后，早期形成化学元素的过程结束。宇宙间的物质主要是质子、电子、光子和一些比较轻的原子核。当温度降到几千度时，辐射减退，宇宙间主要是气态物质，气体逐渐凝聚成气云，再进一步形成各种各样的恒星体系，成为我们今天看到的宇宙。从 1948 年伽莫夫建立热大爆炸的观念以来，通过几十年的努力，宇宙学家们为我们勾画出这样一部宇宙历史:生命的起源JIEKAI SHENGMING AOMI4大爆炸开
14、始时，约 137 亿年前，极小体积，极高密度，极高温度。大爆炸前 10 43 秒，宇宙从量子背景出现。大爆炸前 10 35 秒，同一场分解为强力、电弱力和引力。大爆炸前 10 5 秒，温度达 10 万亿度，质子和中子形成。大爆炸后 0.01 秒，温度达 1000 亿度，光子、电子、中微子为主，质子中子仅占 10 亿分之一，热平衡态，体系急剧膨胀，温度和密度不断下降。大爆炸后 0.1 秒后，温度达 300 亿度，中子质子比从 1.0 下降到 0.61。大爆炸后 1 秒后，温度达 100 亿度，中微子向外逃逸，正负电子湮没反应出现，核力尚不足束缚中子和质子。大爆炸后 13.8 秒后，温度达 30
15、亿度，氘、氦类稳定原子核(化学元素)形成。大爆炸后35 分钟后，温度达3 亿度，核过程停止，尚不能形成中性原子。大爆炸后 30 万年后，温度达 3000 度，化学结合作用使中性原子形成，宇宙主要成分为气态物质，并逐步在自引力作用下凝聚成密度较高的气体云块，直至恒星和恒星系统。宇宙大爆炸理论虽然并不成熟，但仍然是主流的宇宙形成理论。事实上，该理论成立的关键就在于目前有一些证据支持大爆炸理论，比如红位移现象、哈勃定律等等。但是一些反对的声音也不断出现，他们认为暴胀、暗物质和暗能量这些只是令人震惊的例子，没有这些东西，我们就会发现，在实际的天文学观测和大爆炸理论的预言之间存在着直接的矛盾。这种不断求
16、助于新的假设来填补理论与实现之间鸿沟的做法，在物理学的任何其他领域中都是不可能被接受的。这至少反映出这一来历不明的理论在有效性方面是存在着严重问题的。然而，没有这些牵强的因素，大爆炸理论就无法生存。离开了暴胀之类的假设，大爆炸理论就无法解释实际观测中发现的同质的、各向同性的宇宙背景辐射。因为那样的话，它就无法解释宇宙中相距遥远的各部分何以会有着相同的温度并发出同量的微波辐射。离开了那种与我们 20 多年来辛苦努力在地球上观察到所有物质都格格不入的所谓暗物质，大爆炸理论的预言与宇宙中实际的物质密度就完全是矛盾的。暴胀所需的密度是核聚揭开生命奥秘JIEKAI SHENGMING AOMI5变所需的 20 倍，这也许可以作为大爆炸理论中较轻元素来源的一个理论解释吧。而离开了暗能量，根据大爆炸理论计算出来的宇宙年龄就只有 80 亿年，这甚至比我们所在的这个星系中许多恒星的年龄还要小几十亿岁。更重要的是，大爆炸理论从来没有任何量化的预言得到过实际观测的验证。该理论捍卫者们所宣称的成功，统统归功于它擅长在事后迎合实际观测的结果，它不断地在增补可调整的参数，就像托勒密的地心说总是需要借助本轮和均轮来
