1993年,笔者曾在《世界科学》(1993.[2])上发表了“地球原始有机圈与生命起源同源说”一文,其中重点有三:一是将地球上生命的起源与原始有机圈的起源联系起来作为一个主题进行研讨,即‘以“地球原始有机物(圈)及生命的起源”这一命题来代替传统提法“地球生命的起源”’二是提出“地球作为一个行星的诞生不仅仅是原始(太阳系)尘云物质的凝聚、集结,而且是自前地球尘云时期起,到地球形成,直至生命出现,形成生物圈,其中有机物与无机物都是同源共生、同步演化和相关发展的”,即“地球由原始弥漫态星云到凝聚态星球体的形成过程中,有机物和无机物是同源同演和相关发展的”,从而发展了笔者早期提出的“地球上生命的起源与地球形成同源”的观点;三是将以上两点归结起来提出了“广义同源说”。在最后的小结中笔者还总结、归纳提出了“同源说”所描绘的有机物(圈)早期演化的3个重要阶段以及与之密切相关的一些相关演化(如原始海洋、大气圈的起源等)问题。

这是笔者多年来以不断积累的有关“科学事实”为基础,进行天地生综合研究所得出的结论。今天,笔者仍然记得在那篇文章中,笔者第一次论述了“原始地球由弥漫态星云到凝聚态星球体的形成及演化历史,也就是地球有机物由简单到复杂的演化史,亦即有机物与无机物共同起源相关演变和进化史”。不过现在我们可以一句更为简洁的话来概括之,那就是“地球原始有机圈和生命起源与地球形成同源。”

自90年代初开始,笔者即将“地球生命起源”深入到地球原始有机物的起源与演化问题,特别是非生命有机物与生命有机物的相互关系和转化问题。从中认识到:地球生命起源不可能只是孤立的单一过程,而是与地球原始有机物的起源和演化密切联系在一起的,这实际上也是一个与地球形成“同源”的问题(1991)。于是便将“地球生命起源”上升到包括“生命起源”在内的“地球原始有机圈的起源与演化”这样一个更为广泛的科学命题,进而提出了“地球原始有机圈及生命起源与地球形成同源”的“广义同源说”(1993)。今天看来,当时所说的“地球原始有机圈与生命起源同源说”还有些不太全面,其中提出的一系列相关问题及其与“同源说”的相关性的论述和有些提法也还存有许多需要改进和充实的地方,尚待更进一步的深入研究。

但本文限于篇幅,只着重谈谈有关如何认识和研究生命起源及有关问题,如确立“生命起源学说”究竟是应基于化学合成有机物实验或其他方法寻找单一的证据来确定,还是综合所有事实材料或证据来进行多学科综合研究的问题。

为什么要进行多学科综合研究

关于“生命起源”,目前国际上流行的学说(假说)或观点很多,如果归纳起来,基本可以分为两大类:一类是地表起源说,认为生命是在地球形成若干亿年以后的原始地表起源的,其中以“化学起源说”最具有代表性,但内部观点很多,特别是在生命起源的途径或方式上各家有着重大分歧。另一类是地外起源说,认为地球上的生命是由地外宇宙生命胚种降落到地球上发展而来。这一类观点过去和现在都有不少著名代表人物(如李比希、霍伊尔等),目前流行的假说主要有“新宇宙生命论”(霍伊尔,1982年)等。相比之下,“地表起源说”仍是今天“生命起源”研究或探索中的主流。

“地表起源说”实际上代表着一大类学说或观点,其主要依据是各种化学途径合成有机物的模拟实验或就自然现象的观测材料。如:由米勒(1953,1959,1972)等人模拟原始海洋和大气放电合成氨基酸的实验而“确立”了以“原始海洋的化学进化”为模式的“化学起源说”(奥巴林,1924,1957);80年代后期,由美国宇航局阿米斯研究中心的科学家们研究发现,普通粘土中含有的能量能促使氨基酸合成并能使彼此联接形成更大的分子,从而被视为“证实”了由凯恩斯 · 史密斯于60年代提出的“粘土说”或称“遗传结晶说”;紧接着,由前苏联科学院的科学家(1988)发现某些火山喷发物中含有有机物的“事实”而又被视为“证明”了“生命起源于火山喷发”的“火山说”;以及由詹姆斯 · 莱克提出生命可能起源于原始富含硫化物的炽热海洋或其他水体中的“硫化物说”和认为生命起源于深海底热泉喷口的“海底热泉说”等等,都是基于某些自然现象的观测而提出并认为已得到“证实”的假说。事实上不同的研究者根据各自不同的实验结果或观测“事实”就会得出完全不同的结论,从而形成对立的观点或各持己见的解释(假说)。问题是各研究者如果仅仅只是依据各自的实验结果或观测材料就在坚持某一学说或观点,而将那些“反证材料”弃之不顾,甚至有意掩盖起来,其结果就只能造成一种观点林立、互不协调、各自为阵的局面。显然,这类方式并不是最终解决生命起源问题的好方法。

其实,对于生命起源这样的重大科学问题,存在多种学说或观点的争议或论战是很正常的。事实上这种争议或论战,近几个世纪以来此伏彼起,一直都没有停止过。关键是我们要能从这些“争议或论战”中得到启迪并能找出解决问题的有效途径和方法,而不是无休止地争论下去。纵观几个世纪以来 :有关生命起源的各种学说或观点的争论,不难得出这样一个结论,即单凭某一方面或某一模拟实验或少数几项“有利”的事实依据就确认某一学说或观点已被“证实”是不可信的,令人遗憾的是这种现象至今仍未绝迹。显然,关于“生命起源”,目前还没有一个能对所有已知“事实”和观测材料都能作出比较合理而圆满的解释,并能经受全部科学实践检验(而不是有意或无意取舍的附会)的“学说”。所以,现在就宣称哪一学说已被“证实”还为时尚早。作为生命起源的探索研究,至今我们还只是依照“怎样能合成或产生有机物,特别是氨基酸,就认为怎样就能产生生命”的预想来拟定“生命产生的条件”,然后再根据我们自己“拟定的条件”模拟所谓“生命是怎样起源的从我们过去所有模拟生命起源(其实只是合成有机物)的实验中不难看出:合成某一有机物的实验途径或方式并不唯一,何况当时正处于巨变之中的地球表层,在那动荡不定、复杂多变的环境中究竟能产生出什么?这远不是一两个模拟实验所能说明的!那么,谁才能说明“生命是怎样起源的”呢?

地球上生命的起源发生于几十亿年前,今天我们已无法再现或重塑这一过程,只能根据已经掌握或可能得知的材料来进行推测和论证。正因为这完全是一个反推过程,所以我们必须依据尽可能多的材料和科学事实来树立观点或建立学说,要求所建立的学说或观点能经受所有已知事实或研究成果的检验,并能被未来新发现事实所验证,且与所有相关材料都能融合等等。这就要求我们必须以尽可能多的科研成果和事实材料为基础进行跨领域的多学科综合研究。

值得探讨的几个问题

今天,我们可以提出许多有关生命起源的问题,这其中不仅仅有生命的起源问题,还有的只是与此有着密切联系的一些相关性问题。这样的一些新问题可以引导我们对有关更深层次的问题作进一步的追究。当然,我们也可以将“生命起源”分割成若干个子问题进行研究和讨论,以便逐步解答,最终实现部分解决或彻底解答生命起源问题。其实无论它们是有关生命起源的相关问题,抑或其子问题,都是我们研究或认识生命起源进程中必然要遭遇到或者需要首先或相应解决的问题,过去我们真是太专注于“生命起源”了,以至于我们中的大多数人都将这些问题置之不顾。只有那些并不“执着”和“单纯”就“生命起源”而追求解答“生命起源”的不入主流者才肯花时间思考这类问题。不过笔者仍然认为,从这些问题入手,或许比从“生命起源”本身着手更能找到解决或解答“生命起源”这一千古之谜的有效方法或途径,至少可以帮助我们开拓思路或启发新思想。这里先列出几个主要问题,以供参考。我相信如果能解答它们,也许就最终解答了生命起源的问题。

1. 关于现有学说的矛盾冲突问题

为什么现有各学说或观点以及各自引用事实依据总是存在着矛盾冲突,即使依据同样的事实也不能避免对抗?如何才能解决这些矛盾和对抗?如果我们仅仅就在已经做过的模拟实验和研究成果基础上,进行比较分析和综合研究,能找出其关键问题所在,并可能协调统一,得出一个答案吗?

2. 关于影响和控制“生命起源”的因素问题

地球上的“生命起源”究竟是由单一因素(如原始地表的化学进化或天外胚种)控制,还是天(天文或宇宙)、地(地球内部或地表)、生(当时可能仅为能区别于无机物的或简单或复杂的有机物)综合成因?即生命在地球上的起源究竟是纯地表化学因素(或单一的宇宙因素)所致,还是受天地生综合因素作用的结果?

3. 关于生命起源的时间问题

即生命起源与地球形成相比的相对时序问题。地球上的生命究竟是在地球形成并准备好岩石圈、原始地壳、大气圈、水圈和相对适宜的地表条件之后,才在这样的环境中经过化学进化而起源,或者是直接接受了“宇宙生命胚种”的输入;还是在地球形成过程中,随着地球的形成逐步由无机物到有机物、由简单有机物到复杂有机物、由弥漫于地球内部到集中于地球表层演变而来?即有机进化与地球形成是否同步同源?或者说,是当形成地球的尘云物质一开始凝聚,便有了有机演化,一出现固态地表,随之便进入生命过程;还是过了若干亿年之后,当地球准备好了一切,才在地表开始了从无机到有机的化学进化?两者关于生命的起源时间相差近十亿年。这就是生命与地球是否同源的问题。

4. 关于生命和有机物(圈)起源的相对关系问题

争论集中在生命和有机物在起源或发生上谁先谁后、谁依赖于谁的问题上。在地球上,究竟是先有生命的起源,再由生命体创造了有机物,继而形成了有机圈或有机世界;还是先有有机物的起源,才有真正生命的起源,是有机物的起源引导着生命的起源吗?后者认为有机物起源是生命起源的前奏,或者说生命与有机圈同源。这就是有机圈起源与生命起源是否同源的问题。

5. 关于生命起源及生命诞生后生存与发展的环境问题

生命起源的环境是一回事,而生命诞生后所面临什么样的环境又是一回事。这是决定新生的生命是否能在地球上生存与发展的关键。地球在其形成及形成后随之而来的演变中,如何营造其自身的有机环境?又是如何形成原始生态系统的?在刚刚成型的原始地表,“地球”在孕育生命的同时,又是如何为生命的生存和发展准备好了适宜的环境和必要条件?如果没有原始地球营造的相对适宜的地表环境,那么生命在那没有“温室”、没有“摇篮”的无机世界里诞生,其遭遇又会怎么样呢?

6. 关于如何构筑生命起源的历程与时间表的问题

我们能列出地球上“生命起源”或“原始有机圈起源与早期演化”的历程和时间表吗?

7. 关于生命起源与原始地表圈层形成的相关性问题

地球生命起源与地球原始水圈(包括海洋)、大气圈、原始大陆地壳或岩石圈、原始生态圈(或生态系统)的起源以及原始地表温暖的还原性环境和地球大气温室效应的形成有什么关系或内在联系?

8. 关于生命和有机物起源与演化中的相关效应问题

地球生命起源与地球内部非生物来源的油气贮藏和某些火山、地震等地质灾害的成因具有什么直接或间接的联系?

9. 关于“生命起源”与“原始有机圈的起源与早期演化”的关系问题

将“生命起源”上升为“原始有机圈及生命的起源与早期演化”或者说引进“原始有机圈的起源与早期演化”这一概念并将“生命起源”包含于其中有什么意义?它能解决或帮助解答我们所面临的许多问题(比如上述问题)吗?

10. 关于“同源说”问题

“同源说”能合理解释迄今为止所有已知相关“科学事实”吗?它能为“生命起源”作出全面而合理的解答,并为上述有关课题的进一步研究提供新思路和一些可供参考的方向吗?“同源说”所建立的有机圈和生命起源与演化“模式”适应于地球以外的其它行星吗?

进一步研究之设想

鉴于上述问题,尤其是现有学说中互相不可调和的矛盾冲突和地球生命起源受多种因素的制约或影响,及其与地球的形成和早期演化密不可分等问题,笔者提出以“地球原始有机圈和生命的起源与早期演化”为课题进行天地生(多学科)综合研究。

1. 总体设想

以前期和前人工作为基础,广泛、系统地收集天、地、生等各领域有关“生命和有机圈的起源与演化”的国内外研究成果和有关材料,包括有关学说、观点及其理论依据、实验和观测材料,进行对比分析和综合研究,吸收各家之长,分析不足之原因,在融会所有已知科学“事实”的基础上,对“地球原始有机圈和生命起源与早期演化”这一课题进行更广泛、更全面地探索、考证和综合研究,从而验证、修正、充实和发展“同源说”,逐步完善其理论体系和建立其科学“模式”。而不是仅仅根据某一模拟实验或少数几项“事实”依据就作结论或人云亦云地证实某一学说,抛弃其余观点,并在理论研究的基础上,选择一些关键点或参数进行科学计算和计算机模拟,以检验其理论和“模式”以及推论的科学性及其与已知“事实”的符合程度。最终将就“地球原始有机圈和生命的起源与早期演化”及“相关问题”得出一个全面、系统而明确的认识和观点,比如对“有机圈和生命起源与演化”的途径、方向和机制等进行全面而系统的阐述和论证。

“同源说”作为一个“科学学说”,将不仅具有其系统的理论体系和科学“模式”,而且能对所有已知的相关“事实”和材料作出合理的解释或说明,同时还将对相关领域的一系列科学问题(如地球上原始水和大气的起源等)及其与有机圈的起源和早期演化的关系进行阐明和必要的论证,并为有关课题的研究或解决建立一定的基础和提供可行或可参考的研究方向和思路。这样做一方面将可能探索出一条解决或解答生命起源问题的新路线、新途径。另一方面也将有助于我们全面和系统地认识当今国际国内有关生命起源的研究状况和认识水平。

2. 科学计算与计算机模拟

这是在理论综合研究的基础上,选择一些关键点和提炼相关参数,通过科学计算来确定或验证天地生综合研究所建立的理论体系和模式中所提出的某些环节或过程的“真实性”,如根据一般物理、化学的原则计算(或估算)原始有机圈早期演化中所能释放出的水和各种气体的速率及随着时间推移的积累量,由此即可推测原始地球演化到何时(地球形成后多少年)?即可出现何种规模的海洋和大气圈,亦可与今天的海洋和大气圈进行比较分析。

此后便可进一步在更广的范围内选择或提炼相应的参数,进行计算机模拟,来描绘生命起源乃至有机圈的起源与演化模式,从而验证并充实前一阶段天地生综合研究的结果和所建立的“同源说”基本模式,根据实际情况适时调整参数,继而推陈出新。同时还可以运用计算机模拟揭示包括“生命起源”在内的“地球原始有机圈起源与早期演化”中的复杂性问题,即“地球原始有机圈及生命起源与早期演化”中由简单到复杂、由地内到地表的演变问题,以及有机圈与生命起源和演化中的有机物(包括生命)“自出现”、“自组织”问题。从而进一步验证“生命地球同源说”和“地球原始有机圈及生命起源与地球形成同源说”(“广义同源说”)的真实性和科学性,并使之更加丰富和完善,以及尽可能寻找新的突破点。

3. 比较行星学研究

进行比较行星学研究,如比较研究原始地球与今天我们已知的类地行星(如火星)或类木行星(如木星)的演化情况,看看能否得出某种启示或结论。

4. 验证和发展

在天地生综合研究的基础上提炼相关参数,由计算机模拟对根据“同源说”建立的“地球原始有机圈及生命起源和早期演化”模式进行验证,这只是一个方面,更重要的是接受实践的检验。综合各方面的研究成果(包括本课题的研究),对“地球原始有机圈及生命起源和早期演化”的“同源说”模式或其它研究结果,特别是其中的“生命起源”部分作出全面、完整和系统地检验和论证,而不仅仅是阐述(观点和依据)和说明(存在问题),从而进一步验证和发展前期研究成果。如有条件还可邀请有关专家和学者进行恳谈和鉴定,进行国内外学术交流,出版研究报告或专著,总结成果,寻找问题,开拓新领域等。

如果您读过本文后觉得其中提出的“问题及进一步研究之设想”还有些道理,值得讨论或有点参考意义,那也就是说关于“生命起源”的研究可以上升为“地球原始有机圈和生命的起源与早期演化”的“天地生(多学科)综合研究”。同样,“多学科综合研究”也确实是一种就解决或研究一些跨学科、跨领域的重大科学问题的行之有效的好方法,值得考虑和一试。欢迎赐教,欢迎讨论。