生命

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兩隻喺度食緊隻鹿;對於動物嚟講,食嘢係維持生命必要嘅過程。
美國華盛頓州 Hoh 雨林嘅;植物有生命,佢哋曉郁,但係郁嘅速度慢得好交關,就咁用肉眼未必觀察得到。
黃石國家公園大稜鏡溫泉畀一大片橙色嘅細菌、同古菌圍住,呢柞生物嗜熱,曉吸收温泉嘅熱能嚟維生。

生命粵拼:sang1 ming6英國話life拉丁話vita),或者(粵拼:meng6),係指緊將生物同埋非生物區分開嘅一種特質。有生命嘅嘢會進行各種各樣嘅生物作用,好似係出世生長衰老、同埋死亡呀咁,而冇生命嘅嘢唔會做呢啲嘢。冇生命嘅嘢可以係本嚟有生命但係冇咗,又或者係根本一開始就係冇生命嘅死物。有生命嘅嘢-即係生物(Organism)-又有得分做好多唔同種,包括咗真菌植物、同埋各種嘅動物,而研究呢啲生物嘅科學領域就係生物學[1]

「有生命」同「冇生命」之間嗰條分間線查實唔係非黑即白嘅-宇宙入面有一啲嘢具有某啲生命應有嘅特徵,但係又唔有齊嗮呢啲特徵。例如係病毒咁:佢哋嘅正常個體好似生物咁樣曉繁殖,但係佢哋只有當身處喺生勾勾嘅細胞入面嗰陣先至識咁做,而如果佢哋唔喺生勾勾嘅細胞體內,佢哋會唔識做呢啲生命活動,變到好似冇生命嘅死物咁,所以病毒身處咗喺生物同埋死物之間嘅灰色地帶嗰度[2]

地球上面,生命係由大約 42.8 億前左右開始有嘅,即係地球個喺 44.1 億年前形成咗打後冇幾耐嘅時間(地球估計大約係喺 45.4 億年前形成嘅)[3][4][5][6]。有關第一條生命係點樣誕生同埋係點嘅樣,目前科學界都仲未有啲乜嘢定論,雖然生物學家諗咗好多個假說出嚟。目前地球上已知最早嘅生命證據係嚟自細菌嘅微化石嘅-例如係有喺澳洲掘出嚟嘅 34.5 億年老嘅石頭,佢哋裏面內含一啲微生物[7][8],呢啲微生物幫到手了解早期生物嘅樣,而喺 2016 年,科學揾到有 355 個基因係現存嘅生物冚唪唥都有嘅-而呢 355 個基因應該就係最終共同祖先(Last universal common ancestor,「LUCA」)嘅基因。雖然呢 355 基因顯示,呢個最終共同祖先係一隻複雜嘅生物,所以未必係第一條生命[9]

自從地球喺超遠古嘅時代形成咗之後,地球嘅環境透過各種嘅地質活動等嘅過程係咁變緊,而呢啲環境改變令到生物物種要一代一代咁慢慢變樣,嚟到去適應新嘅環境-即係所謂嘅進化(Evolution)。而當生命散佈到去成個地球嗰度,唔同嘅生物物種就會適應各自嘅環境,變到更加叻喺自己嘅環境度生存(但係唔一定變到更加「高等」)。呢啲進化過程令到地球有好豐富嘅生物多樣性,有住各種唔同嘅生物[10]

早喺古希臘時期,希臘哲學家阿里士多德(Aristotle)經已有喺度嘗試將生物物種分類,但係呢啲早期嘅物種分類法有好多問題,例如係古希臘人根本唔知有細菌呢樣嘢存在,更加唔好話識得將細菌分類。今日廿一世紀通用嘅嗰套生物物種分類法係源自於 18 世紀瑞典自然學林奈(Carl Linnaeus)嗰套分類法嘅(但係林奈嗰套嘢都因為打後嘅新發現而畀人改過好多次)。

到咗廿一世紀為止,以人類所知,成個宇宙係得地球有生命,但係事實係冇證據顯示地球係唯一一個有可能有生命嘅地方,所以有好多科學家就喺度致力咁揾外星生命。除咗咁,由廿世紀開始科學界就有咗人工生命呢個諗頭[11]-用電腦模擬或者人工合成嘅方法嚟憑空咁整啲有生命嘅嘢出嚟。雖然目前為止人類仲未揾到外星生命或者成功咁創造人工生命,但係呢啲研究對於生物學同埋醫學等嘅相關領域嘅發展有咗好大嘅幫助。

定義[編輯]

傳統嚟講,生物學者會用七個特質去斷定一樣嘢係咪生物:組織、穩庇、新陳代謝、生長、反應、繁殖、同埋適應。呢個定義好常用,但有灰色地帶,例如呢個定義難以一口咬定病毒究竟係唔係生物。亦有學者用物理學嘅觀點來定義生命,或者將全地球睇成一個廣義嘅生命系統。

一個令人滿意嘅定義一定要包含到嗮所有已知同未知嘅生命體先至得,而且唔可以包含啲冇生命嘅嘢喺入面。有科學家主張用「有細胞」或者「有遺傳因子」呢啲結構性嘅特徵嚟去定義生命;又有科學家用生物嘅物理性質嚟去界定生命;跟住又有啲科學家認為,一樣嘢只要有某啲系統性嘅特徵就可以當佢係生命(例如係「維持穩態」呢一樣特徵,連地球都有)。對於「生命」呢個詞要點樣定義,生物學界到咗而家都仲係有些少爭詏[12][13][14][15]。為咗方便起見,除非另外講明,呢篇文以下落嚟講嘅「生命」係指傳統定義上嘅生命。

傳統定義[編輯]

「生物嘅七種特徵」另一個版本
內文: 生物

喺生物學入面目前仲未有定義能夠冇灰色地帶咁將生物同非生物分開[16][17][18][19]。一般嚟講,傳統都認為生命係一種特質,會令到有生命嘅嘢喺特定環境之下嘗試維持自己嘅存在,甚至乎嘗試將自己身上嘅基因散播開去,包含咗以下七種特徵[20]

  • 組織(Organization):身體由至少一個細胞(Cell)組成-細胞係生命嘅基本單位。
  • 穩態(Homeostasis):生物識得用某啲方法令到自己身體嘅內部狀態維持穩定,例如係人類同埋好多種嘅哺乳類喺個身體熱得滯嗰陣會用流汗嘅方法嚟降温,而喺身體凍得滯嗰陣會打冷震嚟產生微熱。
  • 新陳代謝(Metabolism):有生命嘅嘢都實要用某啲方式吸收能量,並且用呢啲能量嚟做維持穩態等各種嘅生命活動。佢哋曉將化學物質同能量轉化做自己啲細胞嘅部份,並且將(通常係唔要嘅)細胞分解,好似係大部份植物都會做光合作用,利用陽光嘅能量合成一啲養分;而人類同各種動物食咗嘢之後個身體會將啲嘢食消化,並且用由嘢食嗰度攞到嘅養份嚟到整新細胞。
  • 生長(Growth):生物喺代謝入面嘅合成率會大過分解率,所以整體嚟講,一個生物個體會隨住時間而變得愈嚟愈大隻。生長嘅過程會令到隻生物各個部份都變大,而唔淨止係物質嘅累積。
  • 反應(Response):有生命嘅嘢曉對外界嘅刺激畀反應,而呢啲反應通常牽涉到某啲嘅郁動,例如係就連植物都會擰轉自己啲嚟對準太陽,等自己可以吸收到最多嘅陽光;而動物對外界嘅反應就更加快同明顯,就算用肉眼都觀察得到。
  • 繁殖(Reproduction):一個生物物種嘅正常個體識得製造新嘅個體,將自己身上嘅基因傳畀下一代。繁殖可以係通過無性或者有性嘅過程嚟進行嘅。
  • 適應(Adaptation):一個生物物種嘅基因庫會一代一代咁慢慢變化嚟到適應自己住嘅環境。呢種能力係進化過程不可或缺嘅一個部份,並且係由嗰個生物物種嘅遺傳特徵同埋環境外界因素話事嘅。

呢啲複雜嘅過程-通稱生理功能-喺一隻生物嘅體內係透過各種物理同化學方法嚟進行嘅。

病毒問題[編輯]

電子顯微鏡睇得到嘅腺病毒(Adenovirus)
內文: 病毒

喺生物學界,「病毒算唔算有生命」係一個好有爭議性嘅課題。有好多生物學家都認為病毒只能夠算係「曉自我複製嘅嘢」,而唔係生物[21]。亦都有生物學家將病毒形容做「喺生命邊緣嘅生物」[22]-病毒有基因,所以病毒物種可以透過物競天擇嘅方式嚟進化;佢哋識得自我複製,但係佢哋淨係當身處喺一個生勾勾嘅寄主細胞入面嗰陣先至會識得咁做,而且佢哋又唔會做新陳代謝[23][24]。換句話講,病毒有一啲生命應有嘅特徵,但係又唔係有齊嗮呢啲特徵。

病毒喺寄主細胞體內嘅自我複製對於研究生命起源好緊要。咁係因為呢啲研究得出嘅數據可能會撐「能夠砌自己出嚟嘅有機分子係生命其中一個可能嘅源頭」呢個假說[25][26][27]

物理科學觀點[編輯]

進化定義生命[編輯]

內文: 進化

物理科學嘅觀點睇嘅話,有生命嘅嘢係非一般嘅開放熱力學系統(Thermodynamic system)-同一般嘅開放熱力學系統唔同,生物嘅分子結構好有組織,而且有能力利用自己四圍環境嘅熱力分佈嘅不均-即係話有能力由環境嗰度吸收能量-嚟(唔完美咁)複製自己[28],並且令到自己所屬嘅物種進化[29][30]-一隻生物係一個有能力自足以及參與達爾文式進化嘅化學系統[31][32]

根據呢個定義,生物同非生物之間嗰條分界線係「有冇能力參與進化」,有嘅就係生物,冇嘅就係死物[33]。好似係人造衛星咁,佢哋都係由好多種化學物質組成嘅化學系統,有能力喺一定程度上維持自己嘅存在,甚至乎仲識由環境嗰度吸收能量(好多人造衛星會由太陽嗰度吸收能量嚟維持自己運作[34]),但係人造衛星冇能力繁殖,所以佢哋唔會話有得「啲基因一代一代咁變」(進化嘅定義);相反,人類同都係由好多唔同化學物質組成嘅化學系統,會透過食嘢嚟由環境嗰度吸收能量,而且最緊要嘅係,佢哋啲正常個體曉繁殖,所以「人類」同「貓」呢兩個物種嘅基因庫會一代一代咁變-根據呢個定義,人類同貓係生物,而人造衛星唔係。

負熵[編輯]

內文: 負熵

生物物理學都有透過各種物理學嘅概念嚟去思考「生命應該點樣定義」呢個問題[35]。生物物理學家講到,有生命嘅嘢有種負熵(Negative entropy)嘅特性[36][37]-喺成個宇宙入面,(Entropy)喺任何封閉嘅系統入面都淨係有得維持唔變或者升嘅-咁講即係話宇宙整體嚟講啲能量會變到愈嚟愈分散偏向平均分佈。而生物係一種特殊嘅開放系統:佢哋有能力透過由環境嗰度攞能量,並且跟手將啲質素差咗嘅能量排返出嚟,嚟到去減低佢哋自己內部嘅熵-即係等佢哋自己內部嗰啲能量唔會散開變成平均嘅分佈[38][39]

但係負熵只係生物嘅其中一種特性,齋靠呢點唔可以定義「生命」:曉得減低自己內部嘅熵嘅唔淨只係得應該屬於生物嘅嘢-雪櫃都識做呢樣嘢[40]

生命系統理論[編輯]

有生物學家認為可以將地球睇做一隻巨型嘅生命體。
內文: 生命系統

生命系統(Living system)指嘅係識得自我組織以及同自己環境互動嘅系統,佢哋曉用能量、物質、同訊息嘅流動嚟維持自己嘅存在。喺廿世紀後橛開始,有科學家提倡話要諗一個能夠普遍咁描述生命系統嘅理論出嚟先至可以了解生命嘅本質係啲乜[41]。一個咁嘅理論需要考慮到現有嘅生物學同埋生態學知識,仲要提出到一啲普遍嘅原理嚟解釋生命系統點樣運作。呢柞理論同傳統嘅生物學嘅做法唔同,佢哋定義生命嗰陣時唔會齋講生命嘅靜止特質或者組成部份,而係將一個生命系統當做成個整體咁嚟分析,會睇生命系統運作起上嚟同冇生命嘅系統有乜嘢分別以及組成部份之間嘅互動,並且嘗試透過咁嚟到定義「生命」[42][43]

蓋亞假說[編輯]

內文: 蓋亞假說

蓋亞假說(Gaia hypothesis)簡單啲講就係一種觀點,認為成個地球係一個大嘅生命體。生命系統理論令到好多生物學家唔再執著喺用「有細胞」或者「有遺傳因子」呢啲結構性嘅特徵嚟去定義生命。於是乎有生物學家就留意到,地球啲組成部份之間嘅互動有些少似一隻生物個體嘅細胞同器官之間嘅互動:例如係地球上面嘅植物會做光合作用,呢啲作用會產生氧氣,等地球上面嘅動物有得唞氣,而啲動物唞氣嗰陣又會排返啲二氧化碳出嚟,令到植物可以用二氧化碳嚟做光合作用,所以整體嚟講,雖然地球唔係由細胞組成,亦都冇遺傳因子,但係地球上面嘅各種動植物一齊做好多作用令到地球嘅環境維持一種穩態-就好似一隻動物體內嘅各個器官各司其職幫隻動物生存落去咁樣[44]

呢個諗法畀生物學界嗌做「蓋亞假說」。蓋亞希臘神話入面嘅大地女神個名,而幫呢個諗法改個咁嘅名係表示覺得古希臘人可能真係有少少啱-地球某程度上真係一舊有生命嘅嘢(雖然科學家一般都唔會當地球係神咁拜)[45]

研究史[編輯]

內文: 生物學史

古希臘同古羅馬[編輯]

早喺古希臘嗰陣時經已有哲學家喺度研究傳統定義上嘅生命;當時生物學呢個領域仲未成形。最早期嘅生命理論係由唯物論(Materialism)嗰度走出嚟嘅,呢種思想認為宇宙入面淨係得物質,冇靈魂呢啲非物質嘅嘢,而對於唯物論者嚟講,生命只不過係一種複雜嘅物質,而唔係乜嘢靈魂。但係大部分嘅古希臘學者又會區分希臘話入面講「生命」嘅兩個字:一個係「ζωή」(Zoe),解做「(有靈魂嘅)生命、動物」,派生英文字「Zoology」(動物學);另一個係「βίος」(Bios),解做「生活、生計」,派生英文「Biology」(生物學)。呢個區別好影響後世西方哲學、尤其是基督教倫理對「生命」嘅睇法,將「生命」呢樣嘢分成「超越肉體嘅生命」(Zoe)同埋「肉體嘅生命」(Bio)兩個層次[46]

公元前 430 年嘅哲學家恩培多克勒(Empedocles;希臘話:Ἐμπεδοκλῆς)就提出咗個諗法,認為宇宙入面所有嘢-包括生物-都係由四種元素組成嘅:地、水、火、同埋風。佢相信世上所有嘅變化都係由呢四種元素嘅排列嚟解釋得到,而各種嘅生物就係呢四種元素以啱嘅方法溝埋一齊得出嘅結果[47]。另一方面,公元前 460 年出世嘅哲學家德謨克利特(Democritus;希臘話:Δημόκριτος)就啱啱相反,認為生命嘅本質係有靈魂。佢指出火係同生命最有啦掕嘅元素,因為生命都係會產生熱力嘅,並且認為熱嘅原子會產生靈魂,令到啲嘢有生命[48]

公元前 322 年出世嘅希臘哲學家阿里士多德好睇重生命研究,亦都寫咗佢對生命呢個概念嘅睇法。佢提出物形論(Hylomorphism),話宇宙入面所有嘢都有物質形態(Form),而一件有生命嘅嘢嘅形態就係佢嘅靈魂(希臘話:ψυχή,讀做「Psyche」;拉丁話:Anima)。佢話靈魂有分三種:植物嘅靈魂係最簡單嘅,呢種靈魂淨係識得做生長同埋繁殖呢啲基礎功能;而動物嘅靈魂既有呢啲功能,又曉郁同埋感受;人類獨有嘅理性靈魂(Rational soul)就更上一層樓,仲有思考嘅能力同埋意識[49]。阿里士多德仲提出話物質係形態嘅必要條件:一定要有物質先至可以有形態,所以冇身體嘅嘢係唔會有靈魂嘅(但係有身體唔等如會有靈魂)[50]。佢將靈魂分三種嘅做法,雖然話啱唔嗮(例如係植物其實識郁,只係郁得好慢),但係智能呢家嘢似乎真係依「植物-動物-人類」嘅次序上升。植物冇乜嘢智能可言,動物幾乎係全部都或多或少咁有啲智能[51],而人類就出咗名係動物之中最聰明嘅。物形論雖然喺現代學角度上啱唔晒,但係仍然有佢嘅影響。

古羅馬繼承咗好多古希臘人嘅文化同知識,但係佢哋喺對生命嘅研究上冇明顯嘅進展,冇出到乜嘢零舍有料到嘅理論或者著作。

阿里士多德個諗頭;佢認為靈魂有分三種。

中世紀[編輯]

羅拔虎克用嘅顯微鏡嘅設計圖;幅圖係由虎克佢本人畫喺佢嗰本鉅著《Micrographia》入面嘅。

中世紀(5 至 15 世紀),生物學都仲未有大嘅進展。喺羅馬帝國冧咗之後,佢哋啲知識好多都喺歐洲失傳咗,搞到歐洲進入咗一段黑暗時代。古羅馬同古希臘嘅知識有喺近東中東嗰度留存咗落嚟-拜占庭人同阿拉伯人將古希臘人嗰啲醫學同生命研究著作譯做佢哋啲話,但係佢哋唔多做生物方面嘅研究,只不過係後尾做到將古希臘嘅知識傳返過去歐洲。中世紀啲歐洲人將古希臘發展出嚟嘅嗰套醫術攞咗嚟用,但係好少可會質問嗰套知識或者嘗試將佢發展上去[52]。中世紀歐洲嘅大學哲學物理等領域嘅研究有啲睇頭,但係生物學依然未有進展,事實上喺嗰時生物學連獨立嘅學科都唔係[53]。總體嚟講,中世紀嘅人類喺生命研究方面冇乜特別嘅作為。

科學革命[編輯]

達爾文嘅物競天擇理論改革咗成個生物學界。

生物學真正嘅開端要數 17 至 18 世紀嘅科學革命(Scientific Revolution)時期。喺打前少少嘅文藝復興時代,歐洲人對古希臘古羅馬嘅文明同思想興趣大增,令到科學嘅火花開始喺歐洲重燃,好似係達文西咁,就成日都幫手研究人類同埋動物嘅身體,仲對解剖學做咗些少貢獻[54]。而喺 17 至 18 世紀嗰陣,歐洲仲掀起咗科學革命嘅熱潮:喺嗰個時代,有好多歐洲學者都開始嘗試用科學方法嚟研究各種大自然嘅嘢,包括咗生物。呢樣嘢令到生物學-研究生命嘅科學領域-開始萌芽。另一方面,顯微鏡嘅發明亦都令到對生命嘅理解有咗飛躍性嘅進步:英國科學家羅拔虎克(Robert Hooke)喺 1665 年出版咗《Micrographia》呢本著作,詳細咁記錄咗佢自己用顯微鏡睇到嘅各種微生物。打後少少喺 17 世紀尾,有埋荷蘭科學家列文虎克(Antoni van Leeuwenhoek)等人對顯微鏡做各種改良,歐洲人成功咁發現咗細菌同好多其他微生物。顯微鏡嘅發展,開拓咗以細胞為生物單位嘅科學認識,為現代生物學對生命嘅定義奠基[55]

喺科學革命時期,學者亦都致力將已知嘅生物分類同埋改名。林奈喺 1735 年提出咗佢嗰套生物分類法,跟手喺 1750 年代幫佢所知嘅生物改好嗮啲學名,呢兩樣嘢對於現代生物學嚟講都仲係好緊要[56],而且林奈-同好多佢同期嘅歐洲學者-發表咗好多對生物嘅諗法,當中法國博物學家布豐伯爵(Comte de Buffon)甚至仲有諗過進化呢條橋[57]。雖然林奈同布豐伯爵等學者嘅嗰柞諗法有好多都畀及後嘅科學家證實咗係錯嘅,但係佢哋啲研究依然係為現代生物奠定咗個基礎。

物種起源[編輯]

睇埋:進化同埋唯物論

現代生物學嘅開端喺 19 世紀。嗰個時期最出名嘅要數英格蘭自然學查理斯•達爾文,佢喺 1859 年發表咗佢嗰本好出名嘅名著《物種起源》,提出咗物競天擇(Natural selection)嘅諗法解釋進化嘅現象,認為無論同種定異種嘅生物都會喺個環境嗰度爭生存所需嘅資源(例如係嘢食同埋),爭嬴嘅就有得生存落去,跟手就繁殖並且將自己身上嘅基因傳畀下一代,所以一個物種嘅基因庫會一代一代咁變,經過幾百萬年就會變到完全唔同咗樣。

達爾文個理論喺啱啱提出嚟嗰陣喺學界有唔細嘅爭詏,但係最後各種嘅證據係撐達爾文個諗法嘅[58]。而到咗廿一世紀,達爾文個理論已經畀科學家廣泛咁應用喺醫學同埋人工智能等嘅好多個領域嗰度,而且喺理論上仲有新嘅發展,例如係用物競天擇嘅理論嚟解釋利他嘅行為[59]

地球生命史[編輯]

地球大約有 45.4 億年咁老[60][61][62],而證據顯示喺地球上嘅生命有至少 35 億年歷史[63][64][65][66][67][68][69][70][71]。目前發現咗最古老嘅生命痕跡-一啲似係生命產生出嚟嘅嘢-有成 37 億年咁古老[72][73][74][75],而且某啲理論家仲推算話地球上面嘅生命有得追溯到再早些少嘅 41 至 44 億年前嗰段時期[76]生命所需嘅嗰柞化學作用甚至乎好有可能喺大爆炸(138 億年前)發生咗打後冇幾耐嘅時候-即係宇宙誕生咗幾百萬年之內-就已經有喺度發生緊[77][78]。總括嚟講,傳統定義上嘅生命係一樣好古老嘅嘢。

淨係喺地球上面已經有住數唔嗮咁多嘅生物物種。目前喺地球上生存緊嘅物種已知嘅有成大約 120 萬至到 200 萬種咁多[79]-實際上有幾多種就唔清楚,啲估計由 800 萬種至 1 億種不等[80],而喺 2016 年 5 月做嘅研究就話估有 1 種咁多[81][82]。曾經喺地球呢粒行星上面存在過(但係已經消失咗)嘅物種數量就更加多,不過據估計,喺地球上生存過嘅物種當中有 99% 嘅經已絕咗種[83][84]

地球生命史條時間線;條線上面啲數字係以「十億年」做單位嘅。

第一條生命點嚟[編輯]

講解米勒-尤里實驗嘅短片(英文)
睇埋:無生源論

知道咗進化嘅事實同現代生物點樣由遠古生物進化出嚟之後,好自然嘅一個問題就係:地球上面第一條生命係由邊度嚟同點樣誕生嘅呢?多數相關領域嘅科學家都認為最初嘅有機化合物係由無機化合物喺巧合嘅環境因素下產生嘅。米勒-尤里實驗(Miller–Urey experiment)同美國生物化學家 Sidney W. Fox 嘅研究,嘗試喺實驗室嗰度模擬早期地球嘅環境,從而發現早期地球嘅環境可以出現一啲將無機化學物變成有機化學物(例如係氨基酸)嘅化學反應[85],當中磷脂(Phospholipids)喺嗰種環境下仲曉自發咁樣由磷脂雙分子層(Lipid bilayers)嗰度產生出嚟-前者係細胞膜嘅基本組成部份,對於細胞嘅生存好緊要[86]

至於構成生物最重要嘅三種聚合物:DNARNA、同埋蛋白質,究竟邊個出現先,目前科學界都仲未有一致嘅共識。亦有研究發現,組成 DNA 同 RNA 嘅化合物可以喺外太空產生,所以啲原材料可能係喺第度飛落地球嘅。

邊種聚合物出現先[編輯]

一條 DNA 嘅模型

「有 DNA 先定有蛋白質先」係研究生命起源好緊要嘅一個課題。傳統定義上嘅生物嘅身體全部都識得整蛋白質-蛋白質係一柞由氨基酸組成嘅聚合物(Polymer),對好多生命過程嚟講都不可或缺。而喺生物體內控制啲蛋白質嘅合成嘅就係所謂嘅 DNA:一條 DNA 上面嗰啲基因決定咗隻生物嘅身體會合成邊一啲種類嘅蛋白質,而唔同種嘅蛋白質整出嚟嘅結構會唔同,所以 DNA 間接咁決定咗隻生物嘅身體構造同特徵;另一方面,基因嘅形成又係需要蛋白質先至搞得掂嘅。於是乎,咁就有個「有 DNA 先定有蛋白質先」嘅問題,好似詏緊「有雞先定有蛋先」咁樣[87][88]。目前基本上可以肯定嘅係,基因同蛋白質唔係獨立咁各自出現嘅[89]

為咗解決「有 DNA 先定有蛋白質先」嘅問題,英國生物學家 Francis Crick 提出咗 RNA世界論(RNA world hypothesis)嘅諗頭[90]RNA 都係一種聚合物,喺蛋白質合成嘅過程中途會產生出嚟並且轉化做第啲嘢,最後產生蛋白質。RNA 好似 DNA 咁能夠儲起啲訊息,又好似某啲蛋白質咁能夠催化某啲化學反應(後者呢一點由美國化學家 Thomas Cech 喺 1986 年驗證咗[91])。而根據 RNA 世界論,地球上面嘅第一條生命就係建基於 RNA 嘅,而事實係,細胞最緊要嗰啲部份-即係喺生命史上要最先產生出嚟嘅部份-好多都係主要,甚至完全,由 RNA 組成嘅。

但係呢個學說都唔係話完全冇爭詏。有科學家就指出,RNA 啲前置物(即係會做化學反應嚟產生 RNA 嘅嘢)喺化學上好穩定,所以佢哋做化學反應一般都做得好慢,令到同其他有機分子比起上嚟,RNA 難啲由無機分子度合成出嚟。另一方面,有一啲實驗又做咗出嚟顯示某啲種類嘅 RNA 分子的確有可能喺早期地球嘅環境之下產生[92]-撐咗 RNA 世界論[93]。總括嚟講,對於 RNA 世界論,科學界仲未有啲乜嘢共識。

出自地球定太空跌落嚟[編輯]

小行星 433 Eros;太空嗰度有好多咁嘅小行星飛嚟飛去。
內文: 泛種論

根據泛種論(Panspermia hypothesis),早期地球上產生有機分子嘅化合物有可能係由外星嗰度嚟嘅。喺 2011 年,美國太空總署研究完喺地球表面上揾到嘅隕石之後指出,組成 DNA 同 RNA 必要嘅嗰柞化合物能夠喺外太空嗰度產生[94][95][96]。打後喺 2015 年,美國太空總署嘅科研人員仲首次咁成功喺實驗室嘅模擬外太空環境嗰度用喺隕石入面揾到嘅化合物人工咁樣合成 DNA 同 RNA [97]。呢啲充滿元素嘅化合物可以喺紅巨星或者星際塵埃同氣體雲嗰度產生[98][99]

呢一柞研究顯示,早期地球上面嗰啲 DNA 同 RNA 唔一定要係喺地球上面產生嘅,於是有科學家就諗:有生命嘅嘢(或者生命必要嗰啲化合物)可能係喺太空嗰度產生,然後跟手坐住啲小行星飛去一啲啱生物生存嘅行星嗰度發展[100]

最終共同祖先[編輯]

內文: 最終共同祖先

最終共同祖先(Last Universal Common Ancestor,「LUCA」)係指地球現存所有生物嘅祖先。喺進化嘅過程當中,每當有屬同一個物種嘅生物因為遷徙等嘅原因而分開,變做兩個各自生活嘅族群嗰陣時,兩個族群會開始變樣嚟適應各自嘅新生存環境。一代一代咁變吓變吓,慢慢經過幾百萬年嘅時間,兩個族群就會變到完全唔同嗮樣-唔同到冇能力同對方配種,即係形成咗兩個新嘅物種[101]。跟住呢一條思路嚟諗嘅話,喺今日存在嘅生物當中,如果有兩個物種佢哋有某啲相似性,咁好多時係表示佢哋喺進化史上嘅某一個時間點嗰度有個共同嘅祖先-例如係人類同馬騮嘅共同祖先係古代人猿。事實係,所有已知嘅生命體都有某啲基本嘅分子機制。而喺 2016 年嘅 6 月,科學家發現到有 355 個基因似乎係目前地球上嘅生物冚唪唥都有嘅-咁表示呢柞基因好有可能係最終共同祖先嘅基因[102]

同環境嘅互動[編輯]

Nostoc pruniforme(藍綠藻嘅一種)

地球嘅環境多姿多采,孕育出豐富多樣嘅生命,呢啲生命又會影響返個環境轉頭[103][104][105]。自從地球誕生以嚟,佢大部份時間都係畀微生物霸住嘅。亦因為咁,微生物嘅活動,包括佢哋嘅進化,對地球嘅環境有舉足輕重嘅影響。微生物嘅各種活動會將地球上嘅物質逐少咁轉化做第啲物質,所以長遠來講(以地質時代嚟計),微生物啲活動會令到地球嘅物理同化學環境走樣,而咁又會影響地球上嘅其他生物嘅生存同進化[106]

好似係藍綠藻(Cyanobacteria)咁樣,佢哋識得做光合作用,由二氧化碳產生氧氣。如果地球上冇第啲生物曉將啲氧氣變返做二氧化碳嘅話,大氣層入面嘅氧氣就會愈積愈多。對於多數嘅早期地球生物嚟講,氧氣都係有毒嘅,所以喺早期地球,藍綠藻嘅作用令到地球上其他嘅生物焗住要適應多咗氧氣嘅環境而進化,後尾更進化出需要氧氣嘅嘅動物[107]

六大化學元素[編輯]

內文: CHNOPS

所有已知嘅生命體都要有幾種重點化學元素先至做到生存必需嘅生化過程[108]。呢啲元素包括咗(Carbon)、(Hydrogen)、(Nitrogen)、(Oxygen)、(Phosphorus)、同埋(Sulfur)。科學家好多時會用佢哋英文名嘅開頭字母,合稱做「CHNOPS」。CHNOPS 一齊組成咗蛋白質、核酸、同呢啲生命必要嘅部件,佢哋頭嗰 5 種仲要係 DNA 嘅化學成份,而硫就係半胱氨酸(Cystein)同甲硫氨酸(Methionine)呢兩種重要氨基酸嘅成份之一。CHNOPS 當中最常見嘅就係碳,碳能夠同其化元素形成多個穩定嘅共價鍵,令到用佢可以組成好多唔同嘅有機分子[109]

亦有啲科學家研究緊有冇可能唔靠 CHNOPS 嚟組成生命體[110][111]

巨型管蟲Riftia pachyptila)住喺太平洋離海面超過 1 公里深嘅地方。嗰啲地方不見天日,所以佢哋靠吸收海底火山噴出嚟嘅熱能嚟生存。

地球生物圈[編輯]

內文: 生物圈

生物圈(Biosphere)指地球上所有生態系嘅總和,包括地球上面一切大大細細嘅生物以及佢哋之間嘅相互關係,仲有呢啲生命體同岩石圈水圈、同大氣圈等嘅地球其他部份之間嘅互動。

地球表面好多地方都係生物圈嘅一部份,因為生命呢樣嘢好頑強:生命喺地球嘅泥土温泉都有,甚至乎係喺成地底 19 公里深嘅岩石同埋離地表 64 公里高嘅高空嗰度都可以揾到傳統定義上嘅生物[112][113][114];有研究試過喺美國東北岸 2,590 米深嘅海床下面 580 米深嘅岩石[115]以及係日本附近 2,400 米深嘅海床嗰度揾到生命體[116];就連地球最深嘅海底,離海面超過 10 公里深嘅馬里亞納海溝(Mariana Trench)都有生物[117][118];而喺 2014 年 8 月,科學家又喺南極洲以下 800 米咁深嘅地方發現到生物[119][120]。總括嚟講,生命(尤其係微生物)嘅適應力好犀利,喺地球上周圍都有,就算係最惡劣嘅環境都係,好似係水壓好勁兼冇光嘅深海或者係極之凍嘅冰層入面。而事實係,實驗證明咗某啲生物仲有可能喺太空嘅無重力同埋真空嘅環境之下生存[121][122][123]

容忍間距[編輯]

容忍間距(Range of tolerance)係一個概念,描述緊一種生物適應自己四周圍環境嘅能力有幾勁。如果話一種生物嘅容忍間距高,即係話佢可以喺好多種唔同嘅温度濕度壓力、同埋重力環境之下生存。好多時,一種生物喺佢嘅容忍間距以外嘅環境都仲可以生存到,但係會冇咁舒服。而一旦環境條件進入咗種生物嘅難忍地帶(Zones of intolerance),佢哋就會生存唔到。攞人類做例子,喺温度上嚟講,人類一般都係喺攝氏廿度左右會覺得最舒服嘅;攝氏 5 度嘅環境會令到一個普通人覺得冇咁舒服,不過佢都仲會生存到;如果温度跌到落去攝氏零下 100 度或者升到水溫度(攝氏100度),嗰個人就會死得好快。「攝氏零下 100 度」同埋「攝氏 100 度」就係喺人類嘅難忍地帶入面,但某啲微生物可以喺呢啲環境生存。一般嚟講,容忍間距愈廣嘅生物就會散播得愈廣[124]

嗜極生物[編輯]

黃石國家公園嘅彩色嗜熱古菌;嗜熱古菌可以喺攝氏過百度嘅温泉嗰度生存-呢樣嘢人類冇架生幫手嘅話一定做唔到。
內文: 嗜極生物

嗜極生物(Extremophile)係一啲「能夠喺多數生物嘅容忍間距以外嘅地方生存」嘅生物,例如係地衣(Liche)咁,就有能力喺模擬嘅火星環境嗰度生存成個月[125]。嗜極生物冚唪唥都係微生物[126]

嗜極生物好多時可以忍受凍結、冇水、極少嘢食、同埋高幅射呢啲多數生物都頂唔順嘅嘢,仲有可能喺啲咁樣嘅環境之下生存數以甚至世紀計嘅時間。佢哋之所以咁犀利,好多時都係因為佢哋叻利用一啲唔尋常嘅能量來源。一般嘅地球生物生存所需嘅能量最終都係來自太陽光:植物要做光合作用,而動物就一係食植物、一係食其他動物。但係嗜極生物好多都識得直接咁由火山或者幅射等嘅來源攞佢哋生存要用嘅能量,呢點令到佢哋能夠喺冇嘢食或者不見天日嘅地方生存[127]

研究嗜極生物好有價值,因為呢啲研究可以幫科學家了解地球以外嘅生命嘅可能性,包括「外星生物可能喺啲乜嘢地方揾到」或者係「如果要送啲生物(未必係人類)上太空,可以點樣做」呢啲問題[128]

外星生命[編輯]

內文: 外星生命

根據人類嘅認知,全宇宙得地球係確定咗有傳統定義上嘅生命,但係有好多人都認為外星生命係有可能存在嘅,甚至確信地球以外有生命[129]

太陽系內[編輯]

土衞二嘅相

好多科學家研究緊太陽系入面其他行星同佢哋啲衛星上面有冇生命存在嘅跡象,或者係生命曾經存在過嘅跡象。太陽系除咗地球以外仲有一啲似係可以俾生命存在嘅地方,例如火星個表面底下嘅一啲空洞、金星嘅大氣層上層[130]、同啲巨型氣體行星(例如木星土星)啲衛星嘅海[131][132]。有深測器就顯示,土星嘅衛星土衞二(Enceladus)似乎有地熱,即係話佢雖然離太陽遠但有一定嘅熱能,而且表面底下仲有個海(即係有水),有可能有生命[133]

太陽系外[編輯]

睇埋:德雷克公式

而喺太陽系以外嘅恆星系,廿一世紀頭就仲未有探測器去得到,因為佢哋閒閒地都成幾光年遠。但係靠住天文望遠鏡,科學家都可以知唔少嘢。科學家興靠觀察恆星嘅光度變化嚟到推測有冇行星圍住佢哋轉,同啲行星係點嘅樣嘅。舉例:如果一粒恆星有行星圍住佢轉,咁由地球睇,佢實會週期性咁畀佢啲行星遮住並且變暗。目前,科學家集中去揾一啲處於佢哋粒恆星可住帶(Habitable zone)嘅行星-「處於可住帶」即係話粒行星離佢粒恆星唔係太遠又唔係太近,所以唔會太熱或者太凍,粒行星嘅表面可以有液態嘅水[134]

一粒行星能支唔支持到生命,好大程度上取決於佢嗰粒恆星嘅大細:大粒嘅恆星嘅可住帶會廣啲,但係佢哋一般都會短命啲,搞到佢哋啲行星冇咁多時間可以進化出複雜嘅生命;而細粒嘅恆星會有相反嘅問題,佢哋長命啲,但係可住帶會窄啲。所以有人話,好似太陽咁嘅中等大細嘅恆星先係最有可能支持到生命嘅[135]。行星能唔能夠有生命亦取決於佢粒恆星喺個星系入面嘅位置。如果粒恆星身處喺星系當中重元素多嘅地方,佢可以有行星嘅機會會大啲,而且又會少啲超新星(Supernova)嘅衝擊,所以支持到複雜生命嘅機會率一般都認為會高啲[136]德雷克公式(Drake equation)用數學公式嘅方法概括咗呢柞因素,畀人攞嚟計地球人類會接觸到有智慧外星生命嘅機會率[137]

另一方面,又有啲科學家喺度深測緊地球四周圍嘅電磁波,睇吓當中有冇啲望落似係地球人類以外嘅文明傳嘅訊息[138]

死亡[編輯]

一對獅子喺度食緊一隻非洲水牛條屍;呢隻非洲水牛嘅身體返咗去生物地球化學循環度。
內文: 死亡

死亡係指一條生命永久性咁終結嘅過程[139]。一隻生物可以係因為意外、老化唔夠營養中毒、或者自殺等嘅原因而死。喺隻生物死咗之後,佢嘅遺體會返返去生物地球化學循環(Biogeochemical cycle)嗰度。佢身體淨低嘅有機部份會畀一啲專食廢料嘅生物(例如啲食蝴蝶)食落肚,令到佢哋身上嘅營養可以喺大自然入面循環再用[140]

死亡嘅定義係「生命嘅終結」,但係正如頭先提咗,「生命」呢個詞要點定義已經係一個令人頭痕嘅問題,所以定義一隻生物究竟「死咗未」或者斷定佢嘅「死亡時間」亦唔係容易嘅事。例如一隻動物死嗰陣,好多時佢個身體各個器官死嘅時間都唔同[141]。人類醫學一般用「心跳停咗」或者「個腦死咗」嚟做由生到死嘅界線;但係有陣時,啲腦死嘅病人又可以靠架生幫手做唞氣同心跳呢啲基本功能[139]

生物學以外,好多宗教都有討論死亡嘅本質,尤其是人類死亡嘅超自然性。佢哋一般都相信人死咗之後靈魂會以某啲形式存在落去,例如係上天堂地獄或者係投胎轉世[142]

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  142. Afterlife: A History of Life after Death by Philip C Almond(London and Ithaca NY: I B Tauris and Cornell University Press, 2015).

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