一九八〇年四月二十一日,苏联科学院院士奥巴林(Александор Иванович Опарин)因病逝世,终年八十六岁。奥巴林不仅是生命起源的科学研究的开拓者,而且是苏联最有名望的生物化学家,在世界上也享有崇高的声誉。
研究生活开始
奥巴林于1894年3月2日生于一个商人之家,他的哥哥是一位经济学教授,姐姐毕业于医科大学,所以他的家庭很注重对孩子们的教育,幼小的奥巴林就是在这样一个富有教养的家庭里得到培养。
1912年,奥巴林毕业于莫斯科第二高级中学,同年入莫斯科大学物理数学系攻读自然科学科,W17年毕业。由于第一次世界大战爆发,他曾担任一家制药厂的化学工程师,从事当时德国禁运的阿司匹林等药品的合成研制工作。后来他一方面在大学研究室继续研究植物化学,另一方面积极参加化学工业工会的组织活动。1921年以后,他接受苏联科学院院士A. И. Bacн的指导,1925年开始在莫斯科国立大学担任讲师,讲授“生命过程中的生物化学基础”课程。
奥巴林最早的论文是学生时代的研究成果,在1917年发表的关于应用电泳法对植物单纯蛋白质游离氨基的定量分析。1921年又发表了关于植物种子发芽阶段的蛋白质、酶的变化及氧对酶的影响和关于植物的呼吸色素与呼吸机制等文章。如果把论文摘要和一般文章合计,他在1928年以前有三十篇之多,他与 Bacн教授合作的论文很多,是在卡尔波夫化学研究所写的。
生命起源学说的最初设想
奥巴林在少年时代酷爱生物学,但有志于生物学研究却是受著名生理学家季米利亚捷夫的影响。季米利亚捷夫是大生物学家达尔文的朋友,是俄国进步的进化论者,当奥巴林升入大学学习时季米利亚捷夫已经退休了,但仍向他请教。另一位对奥巴林有很大影响的人是Bacн教授,Bacн是民粹主义者,第一次世界大战前曾流亡于国外,在瑞士研究植物的呼吸作用,他是世界上第一流的生物化学家。当时奥巴林不知道Bacн教授是俄国人,曾一心想去瑞士留学,拜他为师。直到革命胜利之后,Bacн教授回到国内,才真正成为奥巴林的老师。对植物的呼吸作用和酶的研究就是在Bacн教授指导下进行的。
奥巴林在研究低等藻类时,发现是一个十分复杂的气体交换体系,当时,一般认为,最原始的生命形态是进行光合作用的生物,它们可以直接把无机物的CO2合成有机物,并且逐步产生其他类型的生物。奥巴林推翻了这一论断,他认为最原始的生物是有机营养性生物,这一类型生物是由有机物产生的,而这种有机物是在地球形成发展过程中由非生物方式形成的。
奥巴林这一学说发表于1922年5月3日召开的全俄植物学大会上,1924年以《生命的起源》一书正式出版。这本书是仅有七十一页的小册子,后来被翻译成多种文字。它的英文译本是J. Bernal的《The Origin of Life》,并附有译者的解释,本书批判了生命突然发生的学说与胚种传播学说,说明被认作是生物特性的各种性质为组织、代谢、触媒性、刺激反应性等在非生物界也可以有这种形式表现出来,并阐明,除了这些综合特性外,看不出在本质上有什么差别。其次作为生命形成的途径是原始地球上形成有机物,再从胶体形成有物理化学特性的团聚体,最后发展成为原始生命。最古老的原始生命是异养生物,自养生物则是后来形成的新类型。
Bernal评价这本书说:“本书包含着化学与生物学研究的新纲领的萌芽”,是今后研究生命问题的出发点。
对工业生化和食品工业的贡献
从1927 ~ 1934年,奥巴林博士是苏联制糖工业中央研究所的副所长,这期间发表的论文大多数是关于甜菜保存、面包制作等与实践有关的研究。但研究的方法是与基础研究相同的。他研究了食品工业原料处理过程中进行的酶反应过程及其控制。这一工作,是在1931年创立Bacн生物化学研究所以后进行的,尤其在三十年代中期,由于他改进了甜菜
的保存方法,使甜菜保存期延长了一点七倍,同时,由于工厂的设备投资及原料损失大为减少,提高了机器运转率和砂糖生产力:其次研究了谷物的处理条件对谷物中淀粉酶和蛋白分解酶的影响,从而改进了面包的质量。在制茶方面,探索茶叶的呼吸过程,改善制茶技术,提高了茶叶质量。
这一时期,不仅是苏联食品工业从大战前的家庭制作向大规模工业生产过渡时期,而且是必须建立生物化学技术的时期。在这一点上,奥巴林被认为是苏联工业生物化学的创始人。
下面简略地叙述一下奥巴林的经历。1931年在国立莫斯科大学讲授工业生物化学课程,1934年获得博士学位,1935 ~ 1936年任Bacн生化研究所副所长,1946年起任所长。1939年被选为科学院候补院士,1946年成为正式院士,1948 ~ 1955年任苏联生物科学部的书记及干事。1959年组织了苏联生物化学学会,被选为会长。1964年以后任名誉会长 · 1962 ~ 1966年任国际生物化学联合会副会长。他除了进行学术活动以外,还担任苏联科学普及协会会员。由于这方面的卓越成就,他获得了加里宁奖。在社会活动方面,他是苏联俄罗斯共和国最高苏维埃主席团委员,世界科学家联盟执委会副委员长,世界和平委员会委员。曾获得苏联政府的多枚勋章。
“生命起源”学说的创立
奥巴林在1936年撰写了《地球上的生命起源》一书,他吸取了当时各学科的最新成果,来阐明生命起源问题。1938年本书由美国的S. Morqulis教授译成英文,在世界上产生很大影响。
本书的内容受到当时科学水平的限制,书中的主要观点也不是没有问题。但基本内容是没有变化的。
本书一开始介绍了从古希腊时代的生命偶然发生说到巴斯德的著名实验对它的否定,批判了把生命看成永恒不变的东西而否定了生命只能从生命产生的永久连续说,同时批判了把超物质的生命力作为前提的观点 · 其次,批判了认为生命是从其他天体上以胚种形式飞到地球的胚种传播学说,得出了“生命起源必须在地球上探求”的结论。“为了证实这一点,一方面必须证明有机物是在地球上形成的;另一方面必须探索这种有机物进化的途径。”因而,奥巴林总是试图从现代科学出发来回答这个颇有哲理的问题。
首先,就恒星、太阳、行星和陨星来研究宇宙中碳的存在形态,根据Venadskii的说法,原始地球上的大气中没有游离氧,碳元素在高温下形成碳化物,包含在地球内部的熔融物中,当火成岩的地壳破裂时,喷发到原始大气中与水蒸气接触而形成了碳化氢。
其次,根据有机化学探索构成生命体的糖、蛋白质从碳氢化合物形成的可能性,在不饱和的碳氢化合物的水溶液中加入氨而生成乙醇、乙醛和胺等,重组甲醛聚糖,由甲醛和氰化钾生成肽。这一反应结果,形成了与构成现代的生物体的那些物质相同的有机物,在地球表面出现的“原始肉汤”和原始海洋中可以实现的。
再次,主张从多分Z形成胶状体系。这一模式,可以举出1930年Bungenberg De. Jong所发现的胶体凝聚现象。这是亲水性的多分子结合而生成液状分离层,大多可在水相中形成小的液滴,这就是团聚现象。迄今为止,在均一相中作为一个整体的变化是可以发生的,但在一个一个液滴中,为了适应
其内部组织化就发生了各种变化。例如,如果从外部吸收具有触媒作用的物质而促使液滴内部发生反应,就使液滴稳定化,逐渐增大,那么这种液滴就可以形成起来,这样一来,就能很好地适应周围环境条件,生长快的东西都战胜其他东西,在数量上也取得了优势。在这样的“生存竞争”与“自然淘汰”中,产生了更高有序的物质系而成为生物体。
在最后一章中试图从形态、代谢和能量转换方面,证明异养生物是比自营生物更为原始的类型。同样,不用氧的发酵,比使用氧的呼吸更是原始的,主张生物的进化是从厌气性到好气性,从异养到自养方向发展。
本书给人以最强烈的印象,就是对生物中的观念论的批判在逻辑上非常透彻,生命起源是多种科学之间的边缘研究领域,三十多年来,生物化学处在重大转变时期,著作抓住了最先进的成果,在此基础上确定的理论也不能不使人感到敬佩。
生命起源研究的发展
奥巴林的著作不仅对生命观产生很大影响,而且基于这个学说探索生命发生的各个阶段的实验研究也在世界各国进行。其一是研究原始地球上有机物的形成,即用非生物方法形成生命的构成成分的可能性,Miller通过放电反应从甲烷、氨和水合成氨基酸,是其代表性的例子。
奥巴林博士还亲自研究团聚体的性质,尤其是在含有酶的团聚体里进行各种反应的研究。奥巴林通过发生在团聚体液滴中的各种生物化学的模拟反应,把团聚体当成是一个和外界环境发生相互作用的动态稳定的多分子体系来研究,取得了极有价值的成果。为了从各学科的成果出发来探讨生命起源问题,由于奥巴林博士的努力,1957年在莫斯科举行了国际生化学会第一次国际讨论会,讨论“地球上生命起源问题”,后来发展成为生命起源国际学会,奥巴林博士任会长(1970 ~ 1977年)。1977年第五次会在日本举行,他抱病参加会议,在总会中推荐博士担任名誉会长,为了对生命起源研究作出卓越贡献的科学以鼓励,并设立了奥巴林奖。
奥巴林不断地研究和吸取许多学科的新成就,使自己的学说得到进一步发展,同时对其著作进行修改。1957年著《地球上生命起源》,1966年著《生命发生与初期发展》,1977年著《物质→生命→理性》等,科学技术进步的变化是显著的,但他的基本内容没有改变。科学技术的变化表现在:
首先,对星际空间有机分子的发现,以及对宇宙、太阳系、地球上碳形态的研究迅猛发展了。其次,关于寒武纪化石中含有有机物也进行了研究。探索原始地球第二次大气中所含的碳,从CO,CO2,CH4形成有机物的途径,以及代替碳化物 - 水的反应。1936年以来,生物化学和分子生物学的发展日新月异,有力地驳斥了自我复制的核酸分子的形成是生命起源的说法,而是形成相的多分子系核酸和蛋白质两者都参加其作为动态稳定的自我复制体系,而形成目前的生物。并强调指出,在这一过程中许多系之间进行激烈的竞争与淘汰。
三十年代生物化学的发展明确了生物代谢系统,并且支持了奥巴林博士指出的从异养生物到自养生物,从厌气性代谢到好气性代谢的进化途径。奥巴林进而论述了细胞结构的作用,对生命起源研究的重要性。
奥巴林创立的生命起源学说,不仅对现代生物学,而且对生命观产生深刻影响,在这个意义上说,可以同达尔文的进化论学相媲美。生命起源问题,将在科学史上永远占据重要地位。
〔科学(日),1980年6月号〕