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东泰山岱庙的“汉柏”，相传亦为汉武帝时所植，被乾隆皇帝封为“帝王树”， 这些柏树迄今也有2000年以上的历史了。 其它尚有西藏林芝的千年古柏、台湾阿里山的千年红桧、陕西勉县定军 山诸葛亮墓地的桂花树 （1700年树龄），福州西禅寺唐代的古荔枝树等都是 极珍贵的。 从古树的年轮中传递给我们许多古代时间的讯息、气候的讯息、空气净 洁度的讯息等，毕竟也只限于几千年，如果想再往前推移，能知道更古老的 某种讯息，从现生树木的年轮上已找不到其他办法。古生物学家却解决了这 个问题，他们是从现代的生物钟、介于古代与现代之间的树木年轮的研究中 获得启发，在某些化石身上找到了答案～～这就是古生物钟。 揭开古生物钟的奥秘 古生物钟或称化石钟，也就是古代生物化石身上所保留的生物生长的节 律。最先注意到这个问题的学者是原台湾大学地质系教授马廷英，他在 30 年代初期，在日本东北帝国大学受业于著名古生物学家矢部长克教授从事博 士学位研究工作时，发现了古代生物的节律，并发表了一系列有关论文。提 到古生代早期的四射珊瑚化石上有反映气候季节性变化的生长线，就如树木 的年轮一样，纪录了寒季生长缓慢，生长纹密集；暖季生长迅速，生长纹稀 疏的事实。他还发现珊瑚体化石外形的膨大与缩小，并交替向上，这是季节 性或年生长的节律现象。他还提到造礁珊瑚和珊瑚礁生长速度是有规律变化 的。1935年，他在研究了东沙群岛的造礁珊瑚以后认为：无论古代的四射珊 瑚化石或是现代的造礁六射珊瑚，其组织内部和外部都有日生长现象和季候 生长现象。随后发表的专著中还提出：海水温度愈高的区域，古今珊瑚的年 生长值愈大；而且古今珊瑚的年生长值相近，则海水的温度也接近。他又提 出：化石 （古生物）钟与地理位置亦有关系，一般而论，古今珊瑚的年生长 值，离赤道愈近则愈大，离赤道愈远则愈小；相反；古今珊瑚的季候生长现 象，离赤道愈近则愈模糊 （因为地处热带，无四季变化之故），离赤道愈远 的海域则愈清楚。进而他运用古生物钟的资料探讨了古气候、大陆漂移等理 论问题。 在马廷英的研究工作以后约30年，美国古生物学 J·W·威尔斯运用古 生物钟的资料，解决了地球物理学家、天文学家长期以来未能解决（或验证） 的古天文、古时间等问题，引起国际学术界的轰动。 威尔斯在他的著名论文 《珊瑚生长和地质年代测定》中指出：“生长在 海洋里的珊瑚，由于白天阳光充足，取食容易，珊瑚虫生长得快；到夜晚， 情况相反，生长得慢。所以在珊瑚体的外壁上呈现出有规律的周期性变化， 每隔一天便在钙质的外壁上出现一圈环纹，这就是生长线，这些环纹极为微 细，其厚度一般小于50μ。同一年的环纹，前后排列颇为紧密，集合为稍宽 的生长带。根据现代的珊瑚生长情况的观察，其外壁的每一条生长带包含有 360～365条环纹 （生长线），也就是与一年的大数大体吻合。只要计算一下 生长带，任何化石或活标本的年龄也就清楚了。” 于是，J·W·威尔斯寻找来不同地质年代的珊瑚，从其外壁的环纹上获 悉中、晚石炭世的珊瑚外壁上有385、390圈，中泥盆世的有400圈，表明当 时的每年天数为385、390、400天。
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到1970年，威尔斯又补充了若干新的数据，如晚奥陶世为412圈、中志 留世为400圈，中泥盆世平均为398圈，早石炭世为398圈，中、晚石炭世 分别为380和390圈，此后，许多古生物学家搜集到各地质年代的珊瑚化石， 外壁环纹中找到各地质年代的每年天数。 根据珊瑚化石的生长环纹还可以推算出该珊瑚生存时期每天应包含的小 时数，其计算公式如下： 现代每年的天数×每天时数=珊瑚化石生长环的圈数×X。 X代表当时每天的时数。 威尔斯的研究，首先引起天文学家的兴趣，他们根据几个世纪以来所获 得的天文纪录研究后认为，地球绕太阳公转的周期在整个地质历史时期内变 化甚微，是可忽略不计，但由于地球与月球之间发生潮汐摩擦的影响，使地 球的自转速度受到影响，即地球自转周期大体上每十万年减慢两秒钟，由此 推算出各地质时代的每年的天数及每天的小时数。 综合现有的天文学与古生物学的资料，可知地质时期各年代的时间情况 大致如下表所示。 地质时期各年代时间表 地质时 天文学推算的成果 古生物学方面研究的成果 代 天数／年 小时数／天 天数／年 月数／年 天数／月 小时数／天 第四纪 365 24.00 29.13-29. 17 24.00 始新世 23.70 29.92 ±0.10 23.70 白垩纪 23.50 29.96 ±0.17 23.50 侏罗纪 377 三迭纪 22.70 381 29.28 22.70 二迭纪 385 石炭纪 390-393 2 1.80 390 30.20 2 1.80 泥盆纪 399 2 1.60 399 13 30.60 2 1.60 志留纪 402 402-4 12 32.30 奥陶纪 400-402 402-4 12 寒武纪 20.80 4 12-424 31.56 20.80 地球形 推测为4.00 成初期 从上表得知，天文学家提出的数据与古生物学家提出的数据可谓不谋而 合。由此可以进一步看出，整个地质历史时期，每年或朔望月的天数，总的 看来有逐渐减少的趋势，时代愈早，每年的天数愈多；每月的天数出同样， 时代愈早，天数愈多；但每天的小时数却相反，时代愈早，每天的小时数愈 少，时代愈晚，每天的小时数愈多。由这些分析可知，远古时代地球自转的 速度要比现在快得多，昼夜的时间要比现在短得多。 以往，天文学家和地球物理学家只能从理论上做出上述的推算，建立起 上述的概念。而现在，古生物学家为他们的推算提供了实物佐证，自然引起 他们的极度兴奋，有些学者甚至惊呼：古生物钟的发现，拯救了天文学家和
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地球物理学家！ 像珊瑚那样在自然界担负着时间的纪录员工作的并非绝无仅有，生物学 家们发现双壳类 （如河蚌、蚶蛤之类）、腹足类（如蜗牛、海螺之类）、腕 足类 （如海豆芽之类）以及头足类（如鹦鹉螺之类）都具有纪录时间的功能， 在它们的壳体上留下环纹 （生长线）的痕迹。 古生物学家卡恩与庞比亚于 1978年前后注意到现代鹦鹉螺的两片隔膜 之间的生长线的数目似乎是恒定的。即每段隔断的螺腔平均有30条生长线， 这个数目，正好与太阴月 （节律）的时间长短（29.53日）相吻合，于是他 俩提出：该动物外壳上的可见生长线条可能是按每天一条的速度生长的，而 隔膜则是每一太阴月形成一块。他俩据此进一步提出：古太阴月的时间长短 也可根据化石鹦鹉螺的外壳读出来。然后，他俩搜集了全世界奥陶纪以来的 鹦鹉螺化石外壳进行研究，发现在特定的地质时期，虽然生长在各不同地区 的不同属种的鹦鹉螺，但它们的生长线条数目都是相同的。他们还发现，随 着时代的推进，每段螺腔的线条数目呈不稳定地递减，即每月的天数在减少， 而这项发现和月球较邻近因而公转较快的情况相一致。 古生物钟除了研究地质历史时期的时间问题以外，也用于研究古气候和 大陆漂移。这方面的贡献，不得不再提及马廷英教授，他花了三十年的精力， 统计出珊瑚化石的上千个数据，详细地标出各地质历史时期的赤道位置 （珊 瑚总是生长在赤道两侧的海洋中）及两极的位置。他发现：各地质历史时期 的赤道位置与两极位置大不相同，都曾经发生过位移，因而他提出大陆曾发 生过漂移的设想。当时，正值本世纪的四、五十年代，地质界正兴起地台— —地槽学说，解释地球的构造问题，大力贬低魏格纳的大陆漂移说，而马廷 英却在这个时候，力排众议，独树一帜，坚持用古生物钟原理说明大陆确实 曾发生过漂移，而且提出漂移还遵循一定程序。他的学术思想，很具有说服 力，岂不令人肃然起敬！ 研究古生物钟的另一重要意义，还可以证实月球与地球的距离随着时间 的推进也在有规律地发生变化。例如天文学家认为：由于潮汐的摩擦作用， 地球对月球的牵引力也逐渐减少，基于这种原因，目前月球正在按每年 5.8 厘米的速度悄悄地远离地球而去，也就是说，过去的月球逃离地球的速度更 快，例如白垩纪时，可能每年的速度为94.5厘米。这种推想，也被古生物钟 所证实。 古生物钟的奥秘正在被揭开，由古生物钟带来的信息也日趋增多。相信， 通过古生物学家、地理学家、天文学家的通力合作，更多的宇宙之谜、地球 之谜将被逐步揭开！
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地球生物进化 现今地球生物圈中，有 100多万种动物和30多万种植物，微生物有十几 万种，从岩层中发掘出来的生物化石也有20多万种，还有许多未被发现的生 物。在这五光十色的生命世界中，除了人类这种有高度智慧和创造力的生物 外，其它如海洋生物，不论在数量、种类，以及它的怪诞和美丽各方面，都 演化和进展得难以想象。海里的生物，从聚集的蓝绿表层水里数以亿万计的 微小生物，到重达150吨的南鲸 （现代最大的动物是鲸，最小的动物是一种 寄生的单细胞动物，二者在体长上相差约1000万倍），可说是种类繁多、分 布广泛。其中有许多是美丽无比的生物，诸如银白匀称的鱼类、在海底生根 长得娇艳如花的动物、绚丽夺目的珊瑚和那些可以按照它们的情绪和环境而 转换八种颜色与花样的鱼类。有许多生物往往具有特殊本领。例如，撒哈拉 沙漠的沙蚤，它能够跳过它的高度100倍。非洲和南美洲的热带森林，有一 种吃叶甲虫，能够举起500倍于它自己的重量的东西，阿拉斯加的金鹆，这 种雀鸟每年秋季飞到夏威夷岛，而于春季飞返阿拉斯加，它能在海洋上空不 停的飞行，它们几乎一直在飞行时不吃东西，而它们却只有储藏很少的脂肪。 蝎和蜘蛛出生最初几个星期可以不吃东西而能生存。蜘蛛身体长大，但不是 体重增加，却没有吃东西。地球上还有一种高寿生物，叫做热放细菌，它们 既可以生活在热水里，也能在缺氧的沼泽深处生息繁殖，适应环境的本领甚 高，一旦遇到非常恶劣的外界环境，它们还能以孢子的形式保持生命和睡上 1800年才醒过来！在大自然，不但有异草奇花，苍茫林海，还有许多有营养 的食物。在安第斯山脉的湖泊中就新近发现一种含蛋白质百分之40的藻类， 这个百分比在天然食物中属最高的指数之一，这种水藻在秘鲁和河流中几乎 比比皆是，并且估计在整个安第斯地区到处都有。在秘鲁老百姓中，这种丰 富的水藻名称多到23种，其中最普遍的名称叫库苏鲁，其营养价值超过肉类 和牛奶，这种水藻有可能成为人们最大的食品来源之一。 上述这些奇异无比的生命，它们的种类和结构的复杂性，是地球生物进 化的结果。地球生物进化，是一个从简单到复杂，从低级到高级不断发展的 漫长过程，在这个历程中充满生物界内部及生物与其外界环境之间的矛盾冲 突、新种与旧种的兴衰更叠和不停顿的推陈出新。 地球生命起源 生命，是物质运动的最高形式。生命在地球和在人类知识范围内是最富 于魅力的现象。 地球物质通过什么途径转变为具有生命特性的成分呢？对于这个生命从 何而来的问题，存在不同观点。 自生论 这种理论在2300多年前最早由亚里斯多德提出。直到17世纪初期，人 们仍根据简单的表面现象观察，认为地球上的生物 （包括高等生物），是从 无生命物质中一下子直接自然发生的。如认为 “白石化羊”、“沙漠的岩石 产生狮子”、“腐草化萤”、“腐肉生蛆”、“潮湿的土壤产生青蛙”、“人
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体的汗水产生虱子”……，把生命说得似乎可以随时随地自发产生。1860年， 法国微生物学家 L．巴斯德 （1822～1895）在巧妙设计的容器中经过加热灭 菌的肉肠内，发现不天几天后大量细菌和微生物的增殖是由于从空气中落进 了微生物 （或一种孢子）的缘故。巴斯德不但证实了细菌或酵母菌等微生物 不能自然发生，而且表明了空气中也存在数量因地而异的细菌和其它微生物 的孢子。换句话说，有生命的东西只能从另外一些先前已存在的和同种的有 生命的东西产生出来，而不能从无生命的东西产生出来，这就是所谓的 “生 生说”。就这样，巴斯德的实验打破了微生物自然发生的论点。这种 “生生 说”虽然否定了粗糙的“自然发生论”，但它只说明了在地球目前的条件下， 生命不能自然发生，这并不等于说，在任何条件下生命不能由非生命的物质 逐渐发展而来。 泛胚种论 这种理论认为，在地球上虽然不发生生命，但在宇宙某处具备了产生生 命的条件，从那里飞来了生命的胚种。 1908年，瑞典S．A．阿累尼乌斯认为，地球上的生命起源于来自另一星 球的孢子，这些孢子 （生命种子）是由于光压而从另外一个太阳系已经有了 生命的星球上被偶然带到地球上来的。 1971年末，英国F．H．克里克和L．E．奥格尔提出“定向胚种论”。 认为银河系的年龄约为130亿年，而从地球上出现生命发展到当代水平，大 约只经过40亿年左右，因此，看来在地球上出现第一个生命火花之前，存在 着形成和发展出一种高级球外文明的机会。主张这种观点的科学家提出，地 球上的生物，是乘宇宙飞船飞来的。他们认为，我们这个地球，在过去曾经 是一艘带着一种适应力和生命力都很强的、能够生长和进化，从而能产生更 为复杂的生命形态的细菌孢子 （生命种子）的宇宙飞船飞抵的目标。根据他 们的说法，我们这个地球上的第一个生命很可能就是宇宙间某一个星球上有 智慧的 “人”（或生物）经过细致研究之后送来的。英国斯尼司曾计算过微 生物在宇宙飞船条件下的存活时间，他说： “如果有适当的保护，温度保持 在绝对零度左右，生命大概可以维持100万年以上”。定向胚种论者指出， 是否有任何证据足以证明我们就是远古星际来客的后裔呢？有两个生物学的 反常现象可以引以为证，第一是与遗传密码有关的。许多分子生物学家颇为 惊奇地发现所有的生命形式只有一种适用的密码，能不能说遗传密码的共通 性就是几十亿年前送到地球上的 “种子”发展出来的结果呢？促使人们认真 考虑定向胚种论的第二个生物学的反常现象是，金属钼对生物系统所起的独 特的、重要的作用。许多酶系统需要这种金属作为协同因子，其他过渡金属 往往不能取代它。如果地球上的钼是比较富裕的话，那么这种情况就不会显 得这么不平常了，因为事实并非如此，地球上的钼的数量只占0.02％。我们 知道，一个行星的化学组成会反映在它的居民的生物组成成分上。因此，如 果能表明地球上的生命中的元素同某一级别的恒星中的那些元素数量 （例如 钼恒星）是有关的，那末我们将会更同情地看待这种 “传染”理论了。 化学进化论
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俄国生物化学家奥巴林和英国 J．B．S．霍尔登曾不谋而合地提出这个 理论，所以它又叫奥巴林-霍尔登阶段发生论。他们认为，有生命的东西是由 于地球初期的大气和海洋中的化学物自然相互作用与演化而逐渐发展成的。 自然环境中的各种能量，如闪电、阳光和火山活动等，给化学物的相互作用 和组成为更复杂的分子提供了驱动力，使无机小分子物质生成有机小分子， 这些有机小分子又进一步发生相互作用组成更加复杂的生物大分子 （包括核 酸和蛋白质），以后，生物大分子进一步演化组成多分子体系，再由多分子 体系演化成原始生命。 第二次世界大战以后，随着世界上生物化学的发展，奥巴林-霍尔登的学 说受到重视，并作为基本观点广泛为学术界承认。 生命，并不像物质、能量和时间那样是宇宙的基本范畴，而是某些分子 组合的一种表现。这些组合体不可能曾经永久存在，因为即或是组成它们的 元素，也不是永远存在的。我们应当把生命起源看作是行星进化中一种历史 事件。生命到底是什么？可以认为，生命本质可以被最恰当地定义为活细胞 中相互依存的两种分子——核酸和蛋白质——之间的相互作用。其中，作为 遗传信息裁体的核酸、包括脱氧核糖核酸 （DNA）和核糖核酸 （RNA）；蛋白 质，则是一种很大的多肽——由称为氨基酸的基体组成的长链。在蛋白质内， 氨基酸彼此缩合起来，头尾相接，形成肽链。每种蛋白质都有自己特殊的氨 基酸顺序，蛋白质特异的化学和生物学性能来源于它们特异的氨基酸排列顺 序。在活细胞中，核酸和蛋白质的相互作用对于生长和繁殖是十分重要的。 由于地球所有生物物种的核酸和蛋白质均由相同原料构成，因而导致这 样的结论：所有已知有机体基本上是相同的，虽然外形各有不伺，但地球上 只有一种形式的生命，因此，地球生命仅需起源一次。 生命起源的第一次飞跃 原始地球大气中，含有甲烷、氨、氢、氰化氢、水蒸汽、一氧化碳、二 氧化碳、氮、硫化氢、氯化氢等气体，但没有氧气，因而是还原大气。这就 为地球原始生命的化学进化准备了物质条件，当时大气的雷电在原始地球的 大地和上空闪动，同时，因为地球没有臭氧层，日光中强烈的短波紫外线、 电离辐射以及宇宙射线可以直接射到地球表面，原始地壳放射性元素衰变的 自然辐射亦较丰富，还有火山热熔岩喷发和热泉水的源源涌出。这些巨大能 量为原始生命的化学进化提供了丰富能源，这些能量重新排列了当时大气层 中的一些原子和分子，形成原始海洋这个生命摇篮中。 随着时间推移，原始海洋和大气中的简单化合物，在没有生命干预的情 况下，越来越多地形成较为复杂的氨基酸……嘌呤和单糖……等基本的生命 化学组分。而地球早期大气存在有长达十多亿年的还原状态这种条件，为原 始生命化学进化的物质积累和相互作用提供了充裕时间。对于地球史开头十 几亿年这段时间中究竟发生了些什么情况，虽然在某种程度上仍然有很多揣 测，但是，可以进行一些实 验来推断生命各种重要分子系统是如何从各种简单分子 （CH，CO，H， 4 2 NH，HO，N）、各种不同形式的能 （放电、宇宙射线、紫外光……）和催 3 2 2 化表面经化学演化而形成的。 对此，不少学者在实验室内曾作过许多出色研究。
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1953年，美国芝加哥大学S．L．米勒根据奥巴林生命起源学说，试图证 明在原始地球条件下能生成氨基酸。他在一次经典性实验中，模拟原始地球 的条件，把氨、甲烷、氢和水汽混合成一种成分和原始大气基本一致的气体， 放入真空的玻璃仪器中，模拟原始地球的雷电条件，通过一个星期的连续电 弧火花放电，然后把生成物用滤纸色层分离进行分析，结果合成和产生了几 种对构成生物来说是十分重要的氨基酸。从而指出了氨基酸可以由简单的有 机物和氨来产生，说明在原始地球的大气中，当发生放电现象 （如雷电）时， 必然会产生能构成生物体的氨基酸等物质。以后的几个实验也表明，在同样 的混合气体中，给以紫外线、热、电子射线、放射线等能源作用的结果，也 产生了各种氨基酸、核酸、盐基等。1959年，德国W．格罗特和H．V．维森 霍夫设计了一种了用紫外线照射代替电弧火花放电的实验，结果也得到了氨 基酸，到目前为止，科学家已经用各种能源来驱动的模拟实验中，用种种不 同的无氧混合气体，先后合成了各种对地球生命关系巨大的氨基酸 （天然蛋 白质中所含的20种氨基酸，几乎全都可以合成）。此外，人们在模拟的生物 诞生前的条件下合成了核酸的基砖-核糖和脱氧核糖等糖类以及腺嘌呤、胞嘧 啶、鸟嘌呤和尿嘧啶等一类有机碱基。 从大量实验结果来看，向生命起源之路迈出的第一步并不是十分困难 的，也不是十分偶然的。在宇宙间很多天体，事实上都已发现有形成生命所 需的复杂的有机分子。 生命起源的第二次飞跃 即使构成生物体的物质已经齐备了，生命或生物又是怎样发生的呢？这 是在研究生命发生的道路上最捉摸不定的阶段。 现在的生物是由蛋白质、核酸、糖类、脂肪、无机物等生成的。把蛋白 质从生物体中提取出来，还表现出自身的酶作用等生物活性。与此相对应的 核酸则与遗传作用有关，在细胞的增殖中被再生产出来的在维持其构造的同 时，还由它给出决定生物合成的蛋白质构造的信息，通过一定蛋白质的合成 再现生物体的一定功能，从而再生产出特定的生物。生命的发生就被看作是 这种核酸和蛋白质的生物合成机制的成立。 关于原始蛋白质和原始核酸的起源，从本质上讲，也就是模拟原始地球 条件如何使小分子单体多聚的问题，是目前生物化学进化研究的一个关键性 问题，但对此项问题的突破实在是太难了。至今仍然使科学家感到困惑的是， 这些简单的生命 “基砖”（小分子单体）是怎样能够在生物诞生前的海洋和 湖沼中彼此结合在一起而形成命体的长链分子呢？在这样的过程，不仅需要 有能量来驱动这样的反应，而且每发生一次这样的结合，都必须把一个水分 子驱逐出去。例如，当氨基酸彼此结合起来而形成一个多钛时，就会形成一 个水分子。同样，当一个脱氧核糖或核糖和一个有机碱基相结合时，也会形 成一个分子的水。而且当由此而形成的化合物和一个磷酸盐分子相结合而形 成一个核苷酸 （核酸的基本单位）时，又会再形成一个分子的水。上述这类 反应叫做 “脱水反应”。可是，正如将一个苹果或雪梨放在一桶水中很难变 干一样，在一个生物尚未出现之前的海洋是很难自然发生这类脱水反应的。 当大量的生命基砖 （小分子单体）一旦开始在当时的海洋和湖泊中彼此结合 在一起时，水分子就会和这条短链发生反应并把它们彼此分离开来。由此可
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见，水在生命起源过程中既是一个有利因素，又是一个不利的因素。一方面， 对于使那些生命基砖 （小分子单体）能够彼此混合在一起这一点来说，水曾 起过重要作用，但在另一方面，对于使这些基砖能够彼此结合起来以形成生 命体的更复杂分子这一点来说， “水”则成了一个难以逾越的巨大障碍。这 样，这个 “水”的问题便成为进行这次生命起源探讨工作的化学家们的一个 困惑难解的阻碍。 为了突破 “水”这个巨大障碍，科学家提出了这样或那样的假说，基本 上有下列几种： 独特环境说 认为在生物尚未出现之前，地球上曾经出现过有利于脱水 反应的独特环境。 特殊化学反就说 认为可能存在过一些我们现在还不知道的化学作 用，而蛋白南和核酸很可能就是通过这些特殊化学作用而在不发生脱水反应 的情况下在水中形成的。 干热聚合说 佛罗达州迈阿密大学 S·W·福克斯认为把一种干氨基酸 混合物放在170的温度下加热，也许可以解决这个脱水反应问题。这样的条 件在火山熔岩流附近是可能出现的。在这样的地区，很高的温度会把当时水 池里的全部积水蒸发掉，从而迫使氨基酸合成为多肽。 干—温循环说 奥格尔和他的同事们认为一种干—湿循环的方式可能 曾经在形成一些类似于蛋白质和类似于核酸的简单化合物方面起了重要作 用。他们把一些他们认为在生物未出现前的海洋和湖泊中可能含有的化学物 溶解在水中，然后把溶液里的水蒸发掉，最后把蒸发后剩下的固体在约65℃ 的温度徐徐加温。结果，他们用这种方法制出了多肽，也制出了腺甘酸链。 而形成蛋白质和核酸所需要的这种干、热条件和冷、湿条件的周期交替情况 在早期的地球很可能是广泛存在的。 氰化氢、水、阳光直接反应说 在模拟出现生命以前的地球大气的气 体混合物中进行电火花放电，能够产生蛋白质的化学基本结构单元 （氨基 酸），然而，将氨基酸连接成蛋白质键需要大量的能量。生物学家感到很难 想象在原始海洋中游离的氨基酸是以何种方式形成蛋白质的，这个问题随着 马修斯的发现而得以解释。他指出蛋白质链很容易由地球出现生命前的大气 中可能存在的氰化氢和水所组成。他们提出化学途径只需比较小的能量。这 一过程共分五步，第三步生成聚氨基丙二晴 （所有蛋白质的真正“祖先”）， 在最后一步生成杂环多肽。所有这一切反应只需要氰化氢、水和阳光。 粘土催化说 1978年，美国航宇局艾姆斯研究中心实验指出，生命的 最基本构造成分-氨基酸和核甘酸，可能在原始海滨由天然催化剂即含金属的 粘土聚集和组成。他们指出，含金属的粘土在生命产生过程可能起关键作用， 它提供了一种有利于生命的最基本的构造成分氨基酸和核苷酸集中的环境， 含金属的粘土可能起了催化剂的作用，帮助把这些构造成分加到复杂的化学 结构中去，而这些复杂的化学结构使生命有可能产生。美国宇航局艾姆斯研 究中心化学家劳利斯博士说，生命可能开始于地球早期的潮汐池或其他浅海 中，大约在40亿年前的世纪里，这些海水逐渐成为一种最简单的生命化学组 分赋存的汤液，在退潮和阳光作用下，这种原始汤液中的简单组分可在干燥 的沉积粘土上结合起来，并组成复杂的形式，初级的生物体大概就是来自这 些复杂的基团。他认为，金属在生物学中的重要意义，表现于它们在形成生 命过程中原始时期的重要作用。建立上述理论的实验依据有以下几点：
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（1）氨基酸和核苷酸是所有生物的主要化学物质，他们发现，当含微量 镍或锌等金属的粘土在反复经化学物质溶液浸泡然后又干燥的时候，氨基酸 链和核苷酸链才开始形成。 （2）他们发现，所有金属粘土都可将氨基酸从溶液中吸出来，有微量铜 的粘土是最有效的氨基酸集聚剂。而一种带微量镍的粘土能选择性地集聚约 20种在生物体中发现的氨基酸。在劳利斯实验中，只要6个氨基酸就能成键， 蛋白体是生命的主要物质，它就是由这20种的几十万个氨基酸组成的。 （3）对含有金属的各种粘土的试验表明，只有含锌的粘土标本才有助于 核苷酸的结合。这一点是非常重要的。因为把一小块一小块遗传物质联结在 生命物质中的脱氧核糖核酸酶，也含有微量锌。 “团聚体”和“微球体”说 蛋白质和核酸究竟是怎样逐渐演化为原 始生命的呢？这些分子最初是怎样组织起来而成为既能繁殖又能把一种新的 特性传给后代这样一种细胞状生物的呢？有关这个问题，曾有福克斯在氨基 酸热聚合基础上提出的微球体学说的奥巴林的团聚体学说。福克斯认为，在 简单的地质学上许可的条件下，只要有氨基酸存在，就可形成氨基酸聚合物 （类蛋白质）。在实验室内，S．W．福克斯通过加热迫使氨基酸合成了多种 多肽。S．W．福克斯把这种多肽称为类蛋白质，这些类蛋白质在化学性质上， 和现在的生物蛋白质很相似。福克斯等人 （1959年）将这种酸性类蛋白物质 放到稀薄的盐酸溶液中加热溶解，冷却以后，出现白浊，用显微镜观察时， 发现它们形成了无数和细胞相似的球形结构或滴粒S．W．福克斯等称这种球 状液滴为类蛋白微球体。这种微球体是一种直径差不多相等的小球，看起来 很像简单的细菌，而且具有许多似乎和细胞相似的特点。例如，从它们的显 微照片可以看出，它们具有一个双层的外壳 （膜），而且似乎还可以表现出 生长、分裂和出芽、催化活性、渗透现象、无规则运动及信息。近来，S．W．福 克斯又把这种微球体的概念推进一步，称之为原始细胞或最小细胞，甚至断 言细胞由它进化而来。 A．I．奥巴林采用天然高分子 （天然蛋白质和核酸）作原料，亦获得类 似微球体的东西，奥巴林称之为团聚体。奥巴林认为，蛋白质、核酸、多糖 体等复杂的有机物经过长期积累、相互结合、形成了由多分子构成的新的更 高级的分子群或团聚体 （这种液态的胶体或叫原始活质），这种多分子体系， 是进一步进化到生物的基点，它可能象一种胶质小球漂浮在原始水域中，它 不仅在自身内部有了与外界不同的更为复杂的物理化学变化，并且可与外界 环境发生相互作用，以后经过一系列长期内、外矛盾交错斗争反应和自然选 择过程，终于引起质的飞跃，形成蛋白体，并进而出现单细胞菌类。 从上面阐述的情况来看，可以认为，生命是地球演化过程的自然产物。 当地球发展到一定阶段，化学进化到一定水平，生命就随着产生，而生命的 产生，就使地球历史从化学进化阶段推进到生物进化阶段。以后，在漫长的 生物进化过程中，再逐渐分化出细胞膜、细胞核等结构，产生了细胞形态， 然后，这种原始单细胞生物再向不同的方向发展，产生了动物和植物的分化。
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古生物的踪迹 什么是古生物 今天的地球是瑰丽多彩的生物世界。现在已经知道的，就有一百多万种 动物，三十多万种植物和十几万种微生物。从空中到海洋，从高山到平原， 到处都有生命的踪迹。 地球形成至今已有四十多亿年以上的历史了，在它的初期并没有生命， 只是在它形成的十多亿年以后才开始出现最古老的生命。从三十多亿年前至 今这样漫长的历史中，生物界经历了从低级到高级的演变。能征服和改造自 然的生物——人类的出现只有三百万年左右的历史。在人类出现以前，曾经 有许多生物在地球上生活过，它们有的继续发展到今天，但大多数种类绝灭 了，因此，对我们来说它们都是很陌生的，许多古代的生物和现代差别很大， 但大量事实说明现代生物是古代生物演化发展的继续，因此，古代生物与现 代生物有不可分割的亲缘关系。 所谓古生物就是古代的生物，但这个古代，不是哪个朝代，哪个世纪， 而是指地球的历史时期，即从地球上最早出现生命开始到人类有文字记载的 数千年历史时期以前生存过的生物都叫古生物。 一种特殊记载古代生物 历史的 “文字”——化石 生物遗体及遗迹经石化作用形成化石古生物起码都是几千年以前的生 物，大多数连种类已经绝灭了，那么我们如何去研究了解它们呢？原来这些 曾经在地球上生活过的生物死后，它们的骨骼、甲壳等硬体部分以及它们生 活的遗迹常被泥、砂、矿物质等覆盖保存下来，就像现在的海滩、海底、湖 底、河漫滩也有许多贝壳和动植物遗骸被埋在泥砂里一样。在这些泥砂逐渐 形成岩石的过程中，地下水中的矿物质就会充填在被埋藏动物骨骼的孔隙里 （即充填作用）；有的还可似把原来生物的硬体溶解带走，而由一些矿物质 充填代替 （即交替作用）；也有的生物遗体中容易挥发的成分消失了，仅留 下一些炭质残渣，因而只保存了一种炭质薄膜化石 （即炭化作用）。生物遗 体通过这些物理和化学作用，也就失去了原来生物物质成分的特点，而变成 了相应的岩石成分如泥质、砂质、钙质或其它矿物质……。生物有机体这种 变成矿物质成分的过程即所谓石化作用。因此，化石绝大部分都是指经石化 作用的古代生物的遗体和遗迹，实际上保存的多数都只是古代生物的硬体形 态和构造。如陈列在北京地质博物馆内的一种硅化木，可见植物树干的各种 微细构造 （如年轮等），但完全都是硅质的成分了。 化石真的完全石化了吗 很多年以前，人们在磨象牙化石时，发现每 当加水少或干磨时就有类似毛、角、爪烧着的气味，因此，人们开始怀疑化 石未必真的完全石化，有的或多或少还保存着生命的有机体残余。 本世纪50年代末，古生物学家开始用电子显微镜来观察化石，他们看到 了某些骨骼和牙齿化石中有保存完好的有机物——胶原纤维，并可看到胶原 纤维特有的横纹。有时在海生动物和昆虫类可以看到细胞结构，某些侏罗纪
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鱼化石还保存着肌肉纤维结构。 用现代的分析技术，对一系列化石进行研究，发现在化石中存在有组成 生命的基本物质蛋白质的残余，以及游离的氨基酸和多肽、脂肪酸、多糖类 等。 这一切使人认识到至少有些化石不能看作是简单的石头，它应当看作真 正的生物遗体来研究，从而为古生物研究开辟了一个的领域——古生物化 学。 几千万年以前的生物也可以保存得栩栩如生 在一些特殊的情况 下，生物体不经石化也可全部被保存下来。 例如在辽宁抚顺的第三纪煤层中有许多琥珀 （一种很珍贵的装饰品）。 在琥珀中常可以见到一些昆虫如蚊虫、蚂蚁等，它们都是四千万年以前的生 物，但它们仍然翅脚俱全、栩栩如生。为什么这些昆虫能保存得这样好呢？ 这是因为一些树种 （如红杉、松树、杨梅等）常分泌一种透明的粘度很大的 树胶，当昆虫被树胶粘住，树胶就逐渐把整个虫体包成球状的团块，而虫体 受到树胶保护，能防止细菌的分解，不致腐烂，经过漫长的岁月，历经复杂 的变化，树木变成了煤炭，含有昆虫的树胶团块就变成了透明的琥珀。 另外一个奇异的实例就是在西伯利亚北极圈冻土层中，曾经找到过几十 支完整的披毛象 （猛犸象）这种身上披着长毛，性情凶猛的古象披毛挺立， 骨肉相连；肉还保持新鲜，连嘴里衔着的没有下咽的青草，胃中没有消化的 食料也保存下来了。这些猛犸象是十多万年以前的生物，当时它们成群结队 地生活在欧、亚、北美寒冷的冰冻世界，现在已经绝灭。这种猛犸象化石在 我国北方如黑龙江一带也有大量发现。 形形色色的化石 我国是盛产化石的国家，远在唐、宋时代即曾有人从岩石中发现的古生 物遗迹论及该岩石形成时的古地理、古气候变迁， “沧海桑田”早已是通用 的成语了。北宋科学家沈括在 《梦溪笔谈》中写道：“近岁延州永宁关大河 崩，入地数十尺，土下得竹笋一林，凡数百基，根干相连，悉化为石”正确 地提出了化石的概念，对当时发现的各种动植物化石作了比较符合客观实际 的科学结论，比欧洲文艺复兴时代意大利学者达·芬奇 （1452～1519）认识 到化石是生物遗迹，而非 “上帝的创造”，也不是什么“大自然的游戏”要 早400多年。 解放以来，我国古生物工作得到了很大发展，从世界屋脊的珠穆朗玛峰 到东北的松辽大平原；从西北的大戈壁到东海之滨，到处都有大量化石的发 现。
在一些地质队，科学考察队里以及各地的博物馆中，你都会见到形形色 色的动植物化石，这些化石是我们认识自然和改造自然的宝贵科学资料。
