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在拉瓦锡之前,并不缺乏用科学方法来研究生命的尝试。
例如,伊斯特拉(Istra)医生桑托里奥·桑托里奥(SantorioSantorio,1561—1636)建造了一个巧妙的装置,人可以坐在桌前,一边吃饭,一边称重。
在大约30年的时间里,桑托里奥准确地测量了食物的摄入量和身体的排泄量。
1614年,他在其著作《医学统计方法》(Destatia)中发表了他的研究结果。
此外,他也是第一个使用温度计来测量体温的人。
化学的跃迁式发展使人们逐渐了解到,生命本身就是基于化学过程的,我们地球上所知的生命基本元素就是碳。
除此之外,在生物中我们还发现了氢、氧和氮。
这4种元素约占生物体质量的96%。
有机分子是生命存在所必需的,而要获得这些分子,至少其中比较简单的分子,是相对容易的。
哈罗德·克莱顿·尤里(HaroldUrey,1893—1981)是一位美国化学家,曾因发现氘(氢的一种同位素)而获得了1934年的诺贝尔化学奖。
20世纪50年代,一名化学系的学生(后来成为教授)斯坦利·劳埃德·米勒(StanleyLloydMiller,1930—2007)在尤里的指导下进行了一项著名的实验(米勒模拟实验)。
为了模拟地球原始大气的组成,米勒将氨气、甲烷、氢气和水一起装进一个无菌容器。
为了重现可能会影响大气的闪电,他利用两个连接到高压发生器的电极来产生强烈的放电,以此来模拟现实中的闪电,同时还加热烧瓶中的水以产生蒸气。
就这样操作了大约一周之后,米勒打开了容器,并分析里面的物质,确认了许多有机化合物的生成,其中就包括许多氨基酸(蛋白质的前体)[86]。
由此,俄罗斯化学家亚历山大·伊万诺维奇·欧帕林(AleksandrIvanovi?Oparin,1894—1980)和英国生物学家约翰·伯顿·桑德森·霍尔丹(JohnBurdonSandersonHaldane,1892—1964)先前在20世纪20年代提出的假设得到了证实。
1961年,西班牙生物化学家琼·奥罗(JoanOró,1923—2004)展示了如何利用水溶液中的氨和氢氰酸来合成核苷酸碱基——腺嘌呤和嘌呤(核酸的成分)以及各种氨基酸[87]。
最近的一项研究还展示了将尿素溶液在有甲烷和氮气的还原气氛中进行冻融循环,并以放电作为能源,导致含氮碱基(腺嘌呤、胞嘧啶、尿嘧啶和s-三嗪)的形成[88]。
几年前,有其他研究人员重做了米勒的研究,用更现代、更灵敏的分析仪器分析了他的一些样品。
这些样品涉及的实验还包括对可能发生的火山爆炸释放的气体(如硫化氢)进行的模拟。
通过现代分析,确定了存在其他氨基酸和其他具有生物学意义的物质[89]。
米勒的实验引发了很多讨论,甚至是一些批评。
有些人认为,实验中并没有完全重现原始大气的条件。
此外,实验获得的氨基酸是L型对映体和D型对映体的混合物(外消旋混合物)。
但在自然界中,L型氨基酸占主导地位(见第一章第3节拓展:立体化学)。
尽管已经提出了多种假设,但对于为什么L型对映体更为普遍尚无确切的解释。
事实是,米勒的实验表明,即使是复杂有机分子也能由简单的分子自然形成,而所有这些都是在一个星期内完成的。
当然有机分子还不意味着生命。
要准确地定义什么是生命并不容易,但研究人员现在似乎达成共识:要想有生命,就必须获得能够自我复制的有机分子。
正如英国生物学家理查德·道金斯(RichardDawkins,生于1941年)所写:
事实上,一个能自我复制的分子并不像第一眼看上去那么难以想象,而且它只形成一次就足够了。
让我们把复制体想象成一个模具或模板;再把它想象成一个由许多不同类型的小分子(这是它的基本构建模块)形成的大分子,它们连接起来形成一个长而复杂的链条。
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