無機(jī)物――――――有機(jī)小分子物質(zhì)（氨基酸）――――――――有機(jī)大分子物質(zhì)（蛋白質(zhì)）――――――生命（擁有基本代謝功能和繁殖功能）

英國科學(xué)家米勒作了一個實驗，它將氨氣，氫氣，水蒸氣等混合氣體加熱，然后通過電火花的洗禮，再接著冷卻，最后在所得液體中發(fā)現(xiàn)了最簡單的如氨基酸類的有機(jī)物。這就是生物進(jìn)化的第一階段。

原始地球中，大氣中充滿了氨氣，氫氣，co2，等等無機(jī)物質(zhì)（大多數(shù)從地

球表層火山噴出來的），當(dāng)時烏煙瘴氣的大氣層中，閃電密布，大概過了多少億年，積累了許久的量變在一次巨大的閃電襲擊下突然間質(zhì)變，成為了一個有機(jī)物。然后，越來越多的有機(jī)物落到了原始海洋中（還是噴出來的……），慢慢的，他們聚集到一起，在強(qiáng)烈的紫外線和閃電攻擊下，成為了基本的大分子有機(jī)物。后來，有很多物質(zhì)不停的變化，成為了一個細(xì)胞中的各種物質(zhì)，比如線粒體等等。后來，他們聚集在一起，生成了隔離水和細(xì)胞液的細(xì)胞膜，就此，第一個“生命”誕生了，雖然他只能有基本的新陳代謝和繁殖能力，但他是個定義上的生命。之后那就是越來越多的細(xì)胞聚集在一起，成為了多細(xì)胞生物。

DNA，原名脫氧核糖核酸，他就是一種大分子有機(jī)物，生物的遺傳物質(zhì)分RNA，DNA，有的蛋白質(zhì)也有遺傳功能。是DNA指導(dǎo)氨基酸合成和本體一樣的蛋白質(zhì)，并且組成到一起。

生命的組合完全是意外的，就像我剛才跟你陳述的過程，只有非常小的幾率，他們合成了，并且，如果第一個生命不幸夭折了，那就還要等很久很久。

（原創(chuàng)）

DNADNA（為英文Deoxyribonucleic acid的縮寫）,又稱脫氧核糖核酸，是染色體的主要化學(xué)成分，同時也是組成基因的材料，有時被稱為“遺傳微?！薄NA是一種分子，可組成遺傳指令，以引導(dǎo)生物發(fā)育與生命機(jī)能運(yùn)作。主要功能是長期性的資訊儲存，可比喻為“藍(lán)圖”或“食譜”。其中包含的指令，是建構(gòu)細(xì)胞內(nèi)其他的化合物，如蛋白質(zhì)與RNA所需。帶有遺傳訊息的DNA片段稱為基因，其他的DNA序列，有些直接以自身構(gòu)造發(fā)揮作用，有些則參與調(diào)控遺傳訊息的表現(xiàn)。

單體脫氧核糖核酸聚合而成的聚合體――脫氧核糖核酸鏈，也被稱為DNA。在繁殖過程中，父代把它們自己DNA的一部分（通常一半，即DNA雙鏈中的一條）復(fù)制傳遞到子代中，從而完成性狀的傳播。因此，化學(xué)物質(zhì)DNA會被稱為“遺傳微?！?。原核細(xì)胞的擬核是一個長DNA分子。真核細(xì)胞核中有不止一個染色體，每條染色體上含有一個或兩個DNA。不過它們一般都比原核細(xì)胞中的DNA分子大而且和蛋白質(zhì)結(jié)合在一起。DNA分子的功能是貯存決定物種性狀的幾乎所有蛋白質(zhì)和RNA分子的全部遺傳信息;編碼和設(shè)計生物有機(jī)體在一定的時空中有序地轉(zhuǎn)錄基因和表達(dá)蛋白完成定向發(fā)育的所有程序;初步確定了生物獨(dú)有的性狀和個性以及和環(huán)境相互作用時所有的應(yīng)激反應(yīng).除染色體DNA外，有極少量結(jié)構(gòu)不同的DNA存在于真核細(xì)胞的線粒體和葉綠體中。DNA病毒的遺傳物質(zhì)也是DNA,極少數(shù)為RNA.

DNA是一種長鏈聚合物，組成單位稱為核苷酸，而糖類與磷酸分子借由酯鍵相連，組成其長鏈骨架。每個糖分子都與四種堿基里的其中一種相接，這些堿基沿著DNA長鏈所排列而成的序列，可組成遺傳密碼，是蛋白質(zhì)氨基酸序列合成的依據(jù)。讀取密碼的過程稱為轉(zhuǎn)錄，是根據(jù)DNA序列復(fù)制出一段稱為RNA的核酸分子。多數(shù)RNA帶有合成蛋白質(zhì)的訊息，另有一些本身就擁有特殊功能，例如rRNA、snRNA與siRNA。

DNA是遺傳信息的載體，故親代DNA必須以自身分子為模板準(zhǔn)確的復(fù)制成兩個拷貝，并分配到兩個子細(xì)胞中去，完成其遺傳信息載體的使命。而DNA的雙鏈結(jié)構(gòu)對于維持這類遺傳物質(zhì)的穩(wěn)定性和復(fù)制的準(zhǔn)確性都是極為重要的。

（一）DNA的半保留復(fù)制

Waston和Click在提出DNA雙螺旋結(jié)構(gòu)模型時曾就DNA復(fù)制過程進(jìn)行過研究，發(fā)現(xiàn)DNA在復(fù)制過程中堿基間的氫鍵首先斷裂（通過解旋酶），雙螺旋結(jié)構(gòu)解旋分開，每條鏈分別作模板合成新鏈。由于每個子代DNA的一條鏈來自親代，另一條則是新合成的，故稱之為半保留式復(fù)制(semiconservative replication)。

（二）DNA復(fù)制過程

1．DNA雙螺旋的解旋

（1）單鏈DNA結(jié)合蛋白（single―stranded DNA binding protein, ssbDNA蛋白）

（2）DNA解鏈酶（DNA helicase）

（3）DNA解鏈

2．岡崎片段與半不連續(xù)復(fù)制

3．復(fù)制的引發(fā)和終止

（三）端粒和端粒酶

1941年美籍印度人麥克林托克（Mc Clintock）就提出了端粒(telomere)的假說，認(rèn)為染色體末端必然存在一種特殊結(jié)構(gòu)――端?！，F(xiàn)在已知染色體端粒的作用至少有二：① 保護(hù)染色體末端免受損傷，使染色體保持穩(wěn)定；② 與核纖層相連，使染色體得以定位。

[編輯本段]【DNA的理化性質(zhì)】

DNA是大分子高分子聚合物，DNA溶液為高分子溶液，具有很高的粘度。DNA對紫外線有吸收作用，當(dāng)核酸變性時，吸光值升高；當(dāng)變性核酸可復(fù)性時，吸光值又會恢復(fù)到原來水平。溫度、有機(jī)溶劑、酸堿度、尿素、酰胺等試劑都可以引起DNA分子變性，即使得DNA雙鍵間的氫鍵斷裂，雙螺旋結(jié)構(gòu)解開。

DNA(deoxyribonucleic acid)指脫氧核糖核酸(染色體和基因的組成部分) 脫氧核苷酸的高聚物，是染色體的主要成分。遺傳信息的絕大部分貯存在DNA分子中。

[編輯本段]【分布和功能】

原核細(xì)胞的染色體是一個長DNA分子。真核細(xì)胞核中有不止一個染色體，每個染色體也只含一個DNA分子。不過它們一般都比原核細(xì)胞中的DNA分子大而且和蛋白質(zhì)結(jié)合在一起。DNA分子的功能是貯存決定物種的所有蛋白質(zhì)和RNA結(jié)構(gòu)的全部遺傳信息；策劃生物有次序地合成細(xì)胞和組織組分的時間和空間；確定生物生命周期自始至終的活性和確定生物的個性。除染色體DNA外，有極少量結(jié)構(gòu)不同的DNA存在于真核細(xì)胞的線粒體和葉綠體中。DNA病毒的遺傳物質(zhì)也是DNA。

[編輯本段]【DNA的發(fā)現(xiàn)】

自從孟德爾的遺傳定律被重新發(fā)現(xiàn)以后，人們又提出了一個問題：遺傳因子是不是一種物質(zhì)實體？為了解決基因是什么的問題，人們開始了對核酸和蛋白質(zhì)的研究。

早在1868年，人們就已經(jīng)發(fā)現(xiàn)了核酸。在德國化學(xué)家霍佩?賽勒的實驗室里，有一個瑞士籍的研究生名叫米歇爾（1844--1895），他對實驗室附近的一家醫(yī)院扔出的帶膿血的繃帶很感興趣，因為他知道膿血是那些為了保衛(wèi)人體健康，與病菌“作戰(zhàn)”而戰(zhàn)死的白細(xì)胞和被殺死的人體細(xì)胞的“遺體”。于是他細(xì)心地把繃帶上的膿血收集起來，并用胃蛋白酶進(jìn)行分解，結(jié)果發(fā)現(xiàn)細(xì)胞遺體的大部分被分解了，但對細(xì)胞核不起作用。他進(jìn)一步對細(xì)胞核內(nèi)物質(zhì)進(jìn)行分析，發(fā)現(xiàn)細(xì)胞核中含有一種富含磷和氮的物質(zhì)。霍佩?賽勒用酵母做實驗，證明米歇爾對細(xì)胞核內(nèi)物質(zhì)的發(fā)現(xiàn)是正確的。于是他便給這種從細(xì)胞核中分離出來的物質(zhì)取名為 “核素”，后來人們發(fā)現(xiàn)它呈酸性，因此改叫“核酸”。從此人們對核酸進(jìn)行了一系列卓有成效的研究。

20世紀(jì)初，德國科賽爾（1853--1927）和他的兩個學(xué)生瓊斯（1865--1935）和列文（1869－－1940）的研究，弄清了核酸的基本化學(xué)結(jié)構(gòu)，認(rèn)為它是由許多核苷酸組成的大分子。核苷酸是由堿基、核糖和磷酸構(gòu)成的。其中堿基有4種（腺瞟吟、鳥嘌吟、胸腺嘧啶和胞嘧啶），核糖有兩種（核糖、脫氧核糖），因此把核酸分為核糖核酸（RNA）和脫氧核糖核酸（DNA）。

列文急于發(fā)表他的研究成果，錯誤地認(rèn)為4種堿基在核酸中的量是相等的，從而推導(dǎo)出核酸的基本結(jié)構(gòu)是由4個含不同堿基的核苷酸連接成的四核苷酸，以此為基礎(chǔ)聚合成核酸，提出了四核苷酸假說。這個錯誤的假說，對認(rèn)識復(fù)雜的核酸結(jié)構(gòu)起了相當(dāng)大的阻礙作用，也在一定程度上影響了人們對核酸功能的認(rèn)識。人們認(rèn)為，雖然核酸存在于重要的結(jié)構(gòu)--細(xì)胞核中，但它的結(jié)構(gòu)太簡單，很難設(shè)想它能在遺傳過程中起什么作用。

蛋白質(zhì)的發(fā)現(xiàn)比核酸早30年，發(fā)展迅速。進(jìn)入20世紀(jì)時，組成蛋白質(zhì)的20種氨基酸中已有12種被發(fā)現(xiàn)，到1940年則全部被發(fā)現(xiàn)。

1902年，德國化學(xué)家費(fèi)歇爾提出氨基酸之間以肽鏈相連接而形成蛋白質(zhì)的理論，1917年他合成了由15個甘氨酸和3個亮氨酸組成的18個肽的長鏈。于是，有的科學(xué)家設(shè)想，很可能是蛋白質(zhì)在遺傳中起主要作用。如果核酸參與遺傳作用，也必然是與蛋白質(zhì)連在一起的核蛋白在起作用。因此，那時生物界普遍傾向于認(rèn)為蛋白質(zhì)是遺傳信息的載體。

1928年，美國科學(xué)家格里菲斯（1877--1941）用一種有莢膜、毒性強(qiáng)的和一種無莢膜、毒性弱的肺炎雙球菌對老鼠做實驗。他把有莢病菌用高溫殺死后與無莢的活病菌一起注人老鼠體內(nèi)，結(jié)果他發(fā)現(xiàn)老鼠很快發(fā)病死亡，同時他從老鼠的血液中分離出了活的有莢病菌。這說明無莢菌竟從死的有莢菌中獲得了什么物質(zhì)，使無莢菌轉(zhuǎn)化為有莢菌。這種假設(shè)是否正確呢？格里菲斯又在試管中做實驗，發(fā)現(xiàn)把死了的有美菌與活的無莢菌同時放在試管中培養(yǎng)，無莢菌全部變成了有莢菌，并發(fā)現(xiàn)使無莢菌長出蛋白質(zhì)莢的就是已死的有莢菌殼中遺留的核酸（因為在加熱中，莢中的核酸并沒有被破壞）。格里菲斯稱該核酸為轉(zhuǎn)化因子。

1944年，美國細(xì)菌學(xué)家艾弗里（1877--1955）從有美菌中分離得到活性的“轉(zhuǎn)化因子”，并對這種物質(zhì)做了檢驗蛋白質(zhì)是否存在的試驗，結(jié)果為陰性，并證明“轉(zhuǎn)化因子”是DNA。但這個發(fā)現(xiàn)沒有得到廣泛的承認(rèn)，人們懷疑當(dāng)時的技術(shù)不能除凈蛋白質(zhì)，殘留的蛋白質(zhì)起到轉(zhuǎn)化的作用。

美籍德國科學(xué)家德爾布呂克（1906--1981）的噬菌體小組對艾弗里的發(fā)現(xiàn)堅信不移。因為他們在電子顯微鏡下觀察到了噬菌體的形態(tài)和進(jìn)入大腸桿菌的生長過程。噬菌體是以細(xì)菌細(xì)胞為寄主的一種病毒，個體微小，只有用電子顯微鏡才能看到它。它像一個小蝌蚪，外部是由蛋白質(zhì)組成的頭膜和尾鞘，頭的內(nèi)部含有DNA，尾鞘上有尾絲、基片和小鉤。當(dāng)噬菌體侵染大腸桿菌時，先把尾部末端扎在細(xì)菌的細(xì)胞膜上，然后將它體內(nèi)的DNA全部注人到細(xì)菌細(xì)胞中去，蛋白質(zhì)空殼仍留在細(xì)菌細(xì)胞外面，再沒有起什么作用了。進(jìn)入細(xì)菌細(xì)胞后的噬菌體DNA，就利用細(xì)菌內(nèi)的物質(zhì)迅速合成噬菌體的DNA和蛋白質(zhì)，從而復(fù)制出許多與原噬菌體大小形狀一模一樣的新噬菌體，直到細(xì)菌被徹底解體，這些噬菌體才離開死了的細(xì)菌，再去侵染其他的細(xì)菌。

1952年，噬菌體小組主要成員赫爾希（1908一）和他的學(xué)生蔡斯用先進(jìn)的同位素標(biāo)記技術(shù)，做噬菌體侵染大腸桿菌的實驗。他把大腸桿菌T2噬菌體的核酸標(biāo)記上32P，蛋白質(zhì)外殼標(biāo)記上35S。先用標(biāo)記了的T2噬菌體感染大腸桿菌，然后加以分離，結(jié)果噬菌體將帶35S標(biāo)記的空殼留在大腸桿菌外面，只有噬菌體內(nèi)部帶有32P標(biāo)記的核酸全部注人大腸桿菌，并在大腸桿菌內(nèi)成功地進(jìn)行噬菌體的繁殖。這個實驗證明DNA有傳遞遺傳信息的功能，而蛋白質(zhì)則是由 DNA的指令合成的。這一結(jié)果立即為學(xué)術(shù)界所接受。

幾乎與此同時，奧地利生物化學(xué)家查加夫（1905--）對核酸中的4種堿基的含量的重新測定取得了成果。在艾弗里工作的影響下，他認(rèn)為如果不同的生物種是由于DNA的不同，則DNA的結(jié)構(gòu)必定十分復(fù)雜，否則難以適應(yīng)生物界的多樣性。因此，他對列文的四核苷酸假說產(chǎn)生了懷疑。在1948－ 1952年4年時間內(nèi)，他利用了比列文時代更精確的紙層析法分離4種堿基，用紫外線吸收光譜做定量分析，經(jīng)過多次反復(fù)實驗，終于得出了不同于列文的結(jié)果。實驗結(jié)果表明，在DNA大分子中嘌吟和嘧啶的總分子數(shù)量相等，其中腺嘌吟A與胸腺嘧啶T數(shù)量相等，鳥嘌吟G與胞嘧啶C數(shù)量相等。說明DNA分子中的堿基A 與T、G與C是配對存在的，從而否定了四核苷酸假說，并為探索DNA分子結(jié)構(gòu)提供了重要的線索和依據(jù)。

1953年4月25日，英國的《自然》雜志刊登了美國的沃森和英國的克里克在英國劍橋大學(xué)合作的研究成果：DNA雙螺旋結(jié)構(gòu)的分子模型，這一成果后來被譽(yù)為20世紀(jì)以來生物學(xué)方面最偉大的發(fā)現(xiàn)，標(biāo)志著分子生物學(xué)的誕生。

沃森（1928一）在中學(xué)時代是一個極其聰明的孩子，15歲時便進(jìn)入芝加哥大學(xué)學(xué)習(xí)。當(dāng)時，由于一個允許較早人學(xué)的實驗性教育計劃，使沃森有機(jī)會從各個方面完整地攻讀生物科學(xué)課程。在大學(xué)期間，沃森在遺傳學(xué)方面雖然很少有正規(guī)的訓(xùn)練，但自從閱讀了薛定愕的《生命是什么？--活細(xì)胞的物理面貌》一書，促使他去發(fā)現(xiàn)基因的秘密。他善于集思廣益，博取眾長，善于用他人的思想來充實自己。只要有便利的條件，不必強(qiáng)迫自己學(xué)習(xí)整個新領(lǐng)域，也能得到所需要的知識。沃森22歲取得博士學(xué)位，然后被送往歐洲攻讀博士后研究員。為了完全搞清楚一個病毒基因的化學(xué)結(jié)構(gòu)，他到丹麥哥本哈根實驗室學(xué)習(xí)化學(xué)。有一次他與導(dǎo)師一起到意大利那不勒斯參加一次生物大分子會議，有機(jī)會聽英國物理生物學(xué)家威爾金斯（1916--）的演講，看到了威爾金斯的DNAX射線衍射照片。從此，尋找解開DNA結(jié)構(gòu)的鑰匙的念頭在沃森的頭腦中索回。什么地方可以學(xué)習(xí)分析X射線衍射圖呢？于是他又到英國劍橋大學(xué)卡文迪什實驗室學(xué)習(xí)，在此期間沃森認(rèn)識了克里克。

克里克（1916一2004）上中學(xué)時對科學(xué)充滿熱情，1937年畢業(yè)于倫敦大學(xué)。1946年，他閱讀了《生命是什么？－活細(xì)胞的物理面貌》一書，決心把物理學(xué)知識用于生物學(xué)的研究，從此對生物學(xué)產(chǎn)生了興趣。1947年他重新開始了研究生的學(xué)習(xí)，1949年他同佩魯茲一起使用X射線技術(shù)研究蛋白質(zhì)分子結(jié)構(gòu)，于是在此與沃森相遇了。當(dāng)時克里克比沃森大12歲，還沒有取得博士學(xué)位。但他們談得很投機(jī)，沃森感到在這里居然能找到一位懂得DNA比蛋白質(zhì)更重要的人，真是三生有幸。同時沃森感到在他所接觸的人當(dāng)中，克里克是最聰明的一個。他們每天交談至少幾個小時，討論學(xué)術(shù)問題。兩個人互相補(bǔ)充，互相批評以及相互激發(fā)出對方的靈感。他們認(rèn)為解決DNA分子結(jié)構(gòu)是打開遺傳之謎的關(guān)鍵。只有借助于精確的X射線衍射資料，才能更快地弄清DNA的結(jié)構(gòu)。為了搞到DNAX射線衍射資料，克里克請威爾金斯到劍橋來度周末。在交談中威爾金斯接受了DNA結(jié)構(gòu)是螺旋型的觀點，還談到他的合作者富蘭克林（1920一1958，女）以及實驗室的科學(xué)家們，也在苦苦思索著DNA結(jié)構(gòu)模型的問題。從1951年11月至1953年4月的18個月中，沃森、克里克同威爾金斯、富蘭克林之間有過幾次重要的學(xué)術(shù)交往。

1951年11月，沃森聽了富蘭克林關(guān)于DNA結(jié)構(gòu)的較詳細(xì)的報告后，深受啟發(fā)，具有一定晶體結(jié)構(gòu)分析知識的沃森和克里克認(rèn)識到，要想很快建立 DNA結(jié)構(gòu)模型，只能利用別人的分析數(shù)據(jù)。他們很快就提出了一個三股螺旋的DNA結(jié)構(gòu)的設(shè)想。1951年底，他們請威爾金斯和富蘭克林來討論這個模型時，富蘭克林指出他們把DNA的含水量少算了一半，于是第一次設(shè)立的模型宣告失敗。

有一天，沃森又到國王學(xué)院威爾金斯實驗室，威爾金斯拿出一張富蘭克林最近拍制的“B型”DNA的X射線衍射的照片。沃森一看照片，立刻興奮起來、心跳也加快了，因為這種圖像比以前得到的“A型”簡單得多，只要稍稍看一下“B型”的X射線衍射照片，再經(jīng)簡單計算，就能確定DNA分子內(nèi)多核苷酸鏈的數(shù)目了。

克里克請數(shù)學(xué)家?guī)椭嬎悖Y(jié)果表明源吟有吸引嘧啶的趨勢。他們根據(jù)這一結(jié)果和從查加夫處得到的核酸的兩個嘌吟和兩個嘧啶兩兩相等的結(jié)果，形成了堿基配對的概念。

他們苦苦地思索4種堿基的排列順序，一次又一次地在紙上畫堿基結(jié)構(gòu)式，擺弄模型，一次次地提出假設(shè)，又一次次地推翻自己的假設(shè)。

沃森(左)和克里克有一次，沃森又在按著自己的設(shè)想擺弄模型，他把堿基移來移去尋找各種配對的可能性。突然，他發(fā)現(xiàn)由兩個氫鍵連接的腺膘吟一胸腺嘧啶對竟然和由3個氫鍵連接的鳥嘌吟一胞嘧啶對有著相同的形狀，于是精神為之大振。因為嘌吟的數(shù)目為什么和嘧啶數(shù)目完全相同這個謎就要被解開了。查加夫規(guī)律也就一下子成了 DNA雙螺旋結(jié)構(gòu)的必然結(jié)果。因此，一條鏈如何作為模板合成另一條互補(bǔ)堿基順序的鏈也就不難想象了。那么，兩條鏈的骨架一定是方向相反的。

經(jīng)過沃森和克里克緊張連續(xù)的工作，很快就完成了DNA金屬模型的組裝。從這模型中看到，DNA由兩條核苷酸鏈組成，它們沿著中心軸以相反方向相互纏繞在一起，很像一座螺旋形的樓梯，兩側(cè)扶手是兩條多核苷酸鏈的糖一磷基因交替結(jié)合的骨架，而踏板就是堿基對。由于缺乏準(zhǔn)確的X射線資料，他們還不敢斷定模型是完全正確的。

威爾金斯富蘭克林下一步的科學(xué)方法就是把根據(jù)這個模型預(yù)測出的衍射圖與X射線的實驗數(shù)據(jù)作一番認(rèn)真的比較。他們又一次打電話請來了威爾金斯。不到兩天工夫，威爾金斯和富蘭克林就用X射線數(shù)據(jù)分析證實了雙螺旋結(jié)構(gòu)模型是正確的，并寫了兩篇實驗報告同時發(fā)表在英國《自然》雜志上。1962年，沃森、克里克和威爾金斯獲得了諾貝爾醫(yī)學(xué)和生理學(xué)獎，而富蘭克林因患癌癥于1958年病逝而未被授予該獎。

20世紀(jì)30年代后期，瑞典的科學(xué)家們就證明DNA是不對稱的。第二次世界大戰(zhàn)后，用電子顯微鏡測定出DNA分子的直徑約為2nm。

DNA雙螺旋結(jié)構(gòu)被發(fā)現(xiàn)后，極大地震動了學(xué)術(shù)界，啟發(fā)了人們的思想。從此，人們立即以遺傳學(xué)為中心開展了大量的分子生物學(xué)的研究。首先是圍繞著4 種堿基怎樣排列組合進(jìn)行編碼才能表達(dá)出20種氨基酸為中心開展實驗研究。1967年，遺傳密碼全部被，基因從而在DNA分子水平上得到新的概念。它表明：基因?qū)嶋H上就是DNA大分子中的一個片段，是控制生物性狀的遺傳物質(zhì)的功能單位和結(jié)構(gòu)單位。在這個單位片段上的許多核苷酸不是任意排列的，而是以有含意的密碼順序排列的。一定結(jié)構(gòu)的DNA，可以控制合成相應(yīng)結(jié)構(gòu)的蛋白質(zhì)。蛋白質(zhì)是組成生物體的重要成分，生物體的性狀主要是通過蛋白質(zhì)來體現(xiàn)的。因此，基因?qū)π誀畹目刂剖峭ㄟ^DNA控制蛋白質(zhì)的合成來實現(xiàn)的。在此基礎(chǔ)上相繼產(chǎn)生了基因工程、酶工程、發(fā)酵工程、蛋白質(zhì)工程等，這些生物技術(shù)的發(fā)展必將使人們利用生物規(guī)律造福于人類?，F(xiàn)代生物學(xué)的發(fā)展，愈來愈顯示出它將要上升為帶頭學(xué)科的趨勢。

[編輯本段]【DNA重組技術(shù)的發(fā)展】

20世紀(jì)50年代，DNA雙螺旋結(jié)構(gòu)被闡明，揭開了生命科學(xué)的新篇章，開創(chuàng)了科學(xué)技術(shù)的新時代。隨后，遺傳的分子機(jī)理DDDNA復(fù)制、遺傳密碼、遺傳信息傳遞的中心法則、作為遺傳的基本單位和細(xì)胞工程藍(lán)圖的基因以及基因表達(dá)的調(diào)控相繼被認(rèn)識。至此，人們已完全認(rèn)識到掌握所有生物命運(yùn)的東西就是DNA和它所包含的基因，生物的進(jìn)化過程和生命過程的不同，就是因為DNA和基因運(yùn)作軌跡不同所致。

知道DNA的重大作用和價值后，生命科學(xué)家首先想到能否在某些與人類利益密切相關(guān)的方面打破自然遺傳的鐵律，讓患病者的基因改邪歸正以達(dá)治病目的，把不同來源的基因片段進(jìn)行“嫁接”以產(chǎn)生新品種和新品質(zhì)……于是，一個充滿了誘惑力的科學(xué)幻想奇跡般地成為現(xiàn)實。這是發(fā)生在20世紀(jì)70年代初的事情。

實現(xiàn)這一科學(xué)奇跡的科技手段就是DNA重組技術(shù)。1972年，美國科學(xué)家保羅?伯格首次成功地重組了世界上第一批DNA分子，標(biāo)志著DNA重組技術(shù)DD基因工程作為現(xiàn)代生物工程的基礎(chǔ)，成為現(xiàn)代生物技術(shù)和生命科學(xué)的基礎(chǔ)與核心。

DNA重組技術(shù)的具體內(nèi)容就是采用人工手段將不同來源的含某種特定基因的DNA片段進(jìn)行重組，以達(dá)到改變生物基因類型和獲得特定基因產(chǎn)物的目的的一種高科學(xué)技術(shù)。

到了20世紀(jì)70年代中后期，由于出現(xiàn)了工程菌以及實現(xiàn)DNA重組和后處理都有工程化的性質(zhì)，基因工程或遺傳工程作為DNA重組技術(shù)的代名詞被廣泛使用?，F(xiàn)在，基因工程還包括基因組的改造、核酸序列分析、分子進(jìn)化分析、分子免疫學(xué)、基因克隆、基因診斷和基因治療等內(nèi)容。可以說，DNA重組技術(shù)創(chuàng)立近 30多年來所獲得的豐碩成果已經(jīng)把人們帶進(jìn)了一個不可思議的夢幻般的科學(xué)世界，使人類獲得了打開生命奧秘和防病治病“魔盒”的金鑰匙。

目前，DNA重組技術(shù)已經(jīng)取得的成果是多方面的。到20世紀(jì)末，DNA重組技術(shù)最大的應(yīng)用領(lǐng)域在醫(yī)藥方面，包括活性多肽、蛋白質(zhì)和疫苗的生產(chǎn)，疾病發(fā)生機(jī)理、診斷和治療，新基因的分離以及環(huán)境監(jiān)測與凈化。

許多活性多肽和蛋白質(zhì)都具有治療和預(yù)防疾病的作用，它們都是從相應(yīng)的基因中產(chǎn)生的。但是由于在組織細(xì)胞內(nèi)產(chǎn)量極微，所以采用常規(guī)方法很難獲得足夠量供臨床應(yīng)用。

基因工程則突破了這一局限性，能夠大量生產(chǎn)這類多肽和蛋白質(zhì)，迄今已成功地生產(chǎn)出治療糖尿病和精神分裂癥的胰島素，對血癌和某些實體腫瘤有療效的抗病毒劑DD干擾素，治療侏儒癥的人體生長激素，治療肢端肥大癥和急性胰腺炎的生長激素釋放抑制因子等100多種產(chǎn)品。

基因工程還可將有關(guān)抗原的DNA導(dǎo)入活的微生物，這種微生物在受免疫應(yīng)激后的宿主體內(nèi)生長可產(chǎn)生弱毒活疫苗，具有抗原刺激劑量大、且持續(xù)時間長等優(yōu)點。目前正在研制的基因工程疫苗就有數(shù)十種之多，在對付細(xì)菌方面有針對麻風(fēng)桿菌、百日咳桿菌、淋球菌、腦膜炎雙球菌等的疫苗；在對付病毒方面有針對甲型肝炎、乙型肝炎、巨細(xì)胞病毒、單純皰疹、流感、人體免疫缺陷病毒等的疫苗……。我國乙肝病毒攜帶者和乙肝患者多達(dá)一二億，這一情況更促使了我國科學(xué)家自行成功研制出乙肝疫苗，取得了巨大的社會效益和經(jīng)濟(jì)效益。

抗體是人體免疫系統(tǒng)防病抗病的主要武器之一，20世紀(jì)70年代創(chuàng)立的單克隆抗體技術(shù)在防病抗病方面雖然發(fā)揮了重要作用，但由于人源性單抗很難獲得，使得單抗在臨床上的應(yīng)用受到限制。為解決此問題，近年來科學(xué)家采用DNA重組技術(shù)已獲得了人源性抗體，這種抗體既可保證它與抗原結(jié)合的專一性和親合力，又能保證正常功能的發(fā)揮。目前，已有多種這樣的抗體進(jìn)行了臨床試驗，如抗HER-2人源化單抗治療乳腺癌已進(jìn)入Ⅲ期試驗，抗IGE人源化單抗治療哮喘病已進(jìn)入Ⅱ期試驗。

抗生素在治療疾病上起到了重要作用，隨著抗生素數(shù)量的增加，用傳統(tǒng)方法發(fā)現(xiàn)新抗生素的幾率越來越低。為了獲取更多的新型抗生素，采用DNA重組技術(shù)已成為重要手段之一。目前人們已獲得數(shù)十種基因工程“雜合”的抗生素，為臨床應(yīng)用開辟了新的治療途徑。

值得指出的是，以上所述基因工程多肽、蛋白質(zhì)、疫苗、抗生素等防治藥物不僅在有效控制疾病，而且在避免毒副作用方面也往往優(yōu)于以傳統(tǒng)方法生產(chǎn)的同類藥品，因而更受人們青睞。

人類疾病都直接或間接與基因相關(guān)，在基因水平上對疾病進(jìn)行診斷和治療，則既可達(dá)到病因診斷的準(zhǔn)確性和原始性，又可使診斷和治療工作達(dá)到特異性強(qiáng)、靈敏度高、簡便快速的目的。于基因水平進(jìn)行診斷和治療在專業(yè)上稱為基因診斷和基因治療。目前基因診斷作為第四代臨床診斷技術(shù)已被廣泛應(yīng)用于對遺傳病、腫瘤、心腦血管疾病、病毒細(xì)菌寄生蟲病和職業(yè)病等的診斷；而基因治療的目標(biāo)則是通過DNA重組技術(shù)創(chuàng)建具有特定功能的基因重組體，以補(bǔ)償失去功能的基因的作用，或是增加某種功能以利對異常細(xì)胞進(jìn)行矯正或消滅。

在理論上，基因治療是治本治愈而無任何毒副作用的療法。不過，盡管至今國際上已有100多個基因治療方案正處于臨床試驗階段，但基因治療在理論和技術(shù)上的一些難題仍使這種治療方法離大規(guī)模應(yīng)用還有一段很長的距離。不論是確定基因病因還是實施基因診斷、基因治療、研究疾病發(fā)生機(jī)理，關(guān)鍵的先決條件是要了解特定疾病的相關(guān)基因。隨著“人類基因組計劃”的臨近完成，科學(xué)家們對人體全部基因?qū)@得全面的了解，這就為運(yùn)用基因重組技術(shù)造逼于人類健康事業(yè)創(chuàng)造了條件。

不過，雖然基因技術(shù)向人類展示了它奇妙的“魔術(shù)師”般的魅力，但也有大量的科學(xué)家對這種技術(shù)的發(fā)展予以人類倫理和生態(tài)演化的自然法則的沖擊表示出極大的擔(dān)憂。從理論上來講，這種技術(shù)發(fā)展的一個極致就是使人類擁有了創(chuàng)造任何生命形態(tài)或從未有過的生物的能力。人們能夠想像這將是怎樣的結(jié)果嗎?

科學(xué)家在DNA中發(fā)現(xiàn)除基因密碼之外的新密碼

據(jù)臺灣媒體報道，美國與以色列科學(xué)家相信，他們已在DNA(去氧核醣核酸)之中找到除了基因密碼之外的第二種密碼。新發(fā)現(xiàn)的密碼負(fù)責(zé)決定核體―亦即DNA所環(huán)繞的微型蛋白質(zhì)線軸―之位置。這些線軸同時保護(hù)與控制通往DNA本身的途徑。

這項發(fā)現(xiàn)若獲得證實，可能開啟有關(guān)控制基因更高位階的機(jī)制新知。譬如，每一種人體細(xì)胞得以激活其所需基因，卻又無法觸及其它種類細(xì)胞所使用的基因等既關(guān)鍵又神秘的過程。

以色列魏茲曼研究院的塞格爾與美國西北大學(xué)的威頓及其同僚，在這一期“自然”科學(xué)期刊中，撰文描述這種DNA新密碼。

每一個人體細(xì)胞里都有約三千萬個核體。之所以需要這么多的核體，是因為DNA線包覆每一個核體僅一.六五次，每個DNA螺旋就包含一百四十七個單位，而且單一染色體里的DNA分子在長度上可能就有高達(dá)二億二千五百萬個單位。

生物學(xué)家多年來一直懷疑，DNA上的某些位置，特別是DNA最容易彎曲的那些位置，可能比其它位置更有利于核體的存在，但整體模式并不顯而易見。如今，塞格爾與威頓博士分析了酵母菌基因內(nèi)約二百個位置的序列，這些都是既知核體糾結(jié)在一起的地方，兩人發(fā)現(xiàn)其中確實隱含一個模式存在。

透過了解此一模式，他們成功預(yù)測其它有機(jī)體大約五成核體的位置。這個模式乃是能讓DNA更容易彎曲，以及緊密包復(fù)核體的兩種序列結(jié)合而成。但在此一模式中，每一個核體糾結(jié)的位置僅需若干序列出現(xiàn)即可，因此并不明顯。正由于其形成條件松散，因此并不與基因密碼沖突。

先有雞還是先有蛋,能夠回答這問題的人就可以告訴你答案!!

說明

1.有機(jī)物是有機(jī)化合物的簡稱。目前人類已知的有機(jī)物達(dá)900多萬種，數(shù)量遠(yuǎn)遠(yuǎn)超過無機(jī)物。

2.早先，人們已知的有機(jī)物都從動植物等有機(jī)體中取得，所以把這類化合物叫做有機(jī)物。到19世紀(jì)20年代，科學(xué)家先后用無機(jī)物人工合成許多有機(jī)物，如尿素、醋酸、脂肪等等，從而打破有機(jī)物只能從有機(jī)體中取得的觀念。但是，由于歷史和習(xí)慣的原因，人們?nèi)匀谎赜糜袡C(jī)物這個名稱。

3.有機(jī)物一般難溶于水，易溶于有機(jī)溶劑，熔點較低。絕大多數(shù)有機(jī)物受熱容易分解、容易燃燒。有機(jī)物的反應(yīng)一般比較緩慢，并常伴有副反應(yīng)發(fā)生。

4.有機(jī)物種類繁多，可分為烴和烴的衍生物兩大類。根據(jù)有機(jī)物分子中所含官能團(tuán)的不同，又分為烷、烯、炔、芳香烴和醇、醛、羧酸、酯等等。根據(jù)有機(jī)物分子的碳架結(jié)構(gòu)，還可分成開鏈化合物、碳環(huán)化合物和雜環(huán)化合物三類。

5.有機(jī)物對人類的生命、生活、生產(chǎn)有極重要的意義。地球上所有的生命體中都含有大量有機(jī)物。

宇宙的起源和科學(xué)家的信仰

筆者過去以為，并相信現(xiàn)在很多學(xué)生、學(xué)者仍然以為，科學(xué)研究的結(jié)果是最客觀、可靠的，因為科學(xué)家是不偏不倚、完全公允地從實驗、觀測數(shù)據(jù)中得出結(jié)論的。可惜，事實并非如此。這里姑且不論那些不時被曝光的偽造實驗數(shù)據(jù)的丑聞。對一般科學(xué)家而言，由于世界觀和信仰不同，在科學(xué)研究中總會有意無意地、或多或少地重視或偏愛自己所預(yù)期的結(jié)果，會接受和堅持那些證據(jù)并不十分充分、但符合自己世界觀和信仰的假說或理論。真正要做到客觀、公正，敢于在真實面前修正自己的觀點是相當(dāng)不容易的。這在宇宙起源的研究中也看

得很清楚。

不少受人文主義影響的科學(xué)家堅持宇宙永恒、自然演化的無神論觀點。在紅移現(xiàn)象被發(fā)現(xiàn)、推測宇宙在不斷膨脹的假說提出后不久，愛因斯坦推出相對論。當(dāng)別人指出相對的公式中含有宇宙膨脹結(jié)論時，愛因斯坦不接受，以為自己的計算有誤，所以特引進(jìn)一個宇宙常數(shù)以消除宇宙膨脹或收縮的可能性。雖然現(xiàn)在有些科學(xué)家認(rèn)為，作為一種反重力的因素，愛因斯坦的這個宇宙常數(shù)是可能存在的（參見《Reason’s to Believe》,Third Quarter/1999,Vol/l No/3, P. 3），但當(dāng)年愛因斯坦加上這一宇宙常數(shù)，并非出于科學(xué)的洞見，而是信仰的支配。因為他不愿意相信宇宙有個開始。所以，在他公開承認(rèn)失誤，接受了宇宙在膨脹、宇宙必有個開始后，心里仍感到別扭。他在和朋友的通信中說：“宇宙膨脹之說，對我有點刺激?！薄俺姓J(rèn)這些證據(jù)的可能性，似乎不合理?！辈贿^，這位科學(xué)巨匠是值得欽佩的，他畢竟有承認(rèn)錯誤的勇氣。

宇宙膨脹獲得充分證據(jù)后，伽莫等科學(xué)家早在本世紀(jì)四十年代就提出大爆炸論的假說，但不受科學(xué)界青睞。一九四八年三位英國天文物理學(xué)家邦迪(Herman Bondi)、高特(Thomas Gold)、和荷爾(Fred Hoyle)提出宇宙衡態(tài)論（Steady State），認(rèn)為宇宙雖在膨脹，但宇宙可以從一個尚不知曉的地方不斷產(chǎn)生新物質(zhì)（可能是氫），以填補(bǔ)宇宙膨脹后留下的空間，使宇宙的平均密度保持不變。此假說并無充分的事實依據(jù)，但因它既能解釋宇宙的膨脹這個事實，又表明宇宙不需要有個開始，因此立即獲得科學(xué)界的廣泛支持。可見，世界觀有時比事實更重要。

現(xiàn)在，大爆炸理論已站住腳跟，衡態(tài)論已失去優(yōu)勢。但仍有科學(xué)家不愿接受宇宙有個開始的結(jié)論。于是又有人提出一種新的假說：循環(huán)論（Oscillating Theory）。這個假說承認(rèn)宇宙是由大爆炸而來，宇宙在膨脹之中；但由于萬有引力，有一天宇宙不再膨脹，進(jìn)而開始收縮，密度和溫度不斷增高后，復(fù)變成原始火球，于是又發(fā)生大爆炸。如此膨脹、收縮，周而復(fù)始，所以宇宙仍然不需要有開始。循環(huán)論也并沒有什么事實根據(jù)。李志航博士在《科學(xué)對基督教的挑戰(zhàn)》一書中指出，循環(huán)論面對兩大難題。第一，除非宇宙的物質(zhì)再增加十倍，

否則沒有足夠的萬有引力可以阻止宇宙的膨脹。第二，根據(jù)物理學(xué)和熱力學(xué)的理論計算，如果宇宙真有不斷膨脹收縮的周期，每一周期中光子對核子的比例會越來越大；如果宇宙無盡地膨脹--收縮循環(huán)，今天光子對核子的比例應(yīng)是無限大，但這顯然與事實不符。

當(dāng)然，也確有不少科學(xué)家在研究宇宙起源中進(jìn)一步認(rèn)識了神。因發(fā)現(xiàn)大爆炸余留的微波幅射而獲得諾貝爾獎的彭茲雅（Penzias）就公開表示，《圣經(jīng)》的記載和當(dāng)前天文學(xué)的最佳科學(xué)佐證不謀而合。當(dāng)美國著名的Lawrence Berkeley實驗室的科學(xué)家于1992年發(fā)現(xiàn)大爆炸遺留的微波幅射是那樣均勻雅致，那樣精美絕倫時，他們說這好象是親眼看到了神一樣！如第五章所述，戴維斯(Paul Davies)、荷爾(Fred Hoyle)等科學(xué)家的無神論世界觀正在改變之中。神一直藉著《圣經(jīng)》和大自然向人們啟示他自己。凡真誠尋求真理的科學(xué)家都能認(rèn)識他。

注釋

1. 李志航著。《科學(xué)對基督教的挑戰(zhàn)》。臺北：雅歌出版社，1993。

2. 梁裴生著?！墩娼鸩慌潞闋t火》。加拿大：福音證主協(xié)會，1997。

3. Hugh Ross著，《混沌初開》，李伯基譯 ( 美國：中信出版社，1998)，頁20-21。

4. 同3，頁124-140。

五、生命的起源

在生命起源問題上，創(chuàng)造論和進(jìn)化論的觀點也截然不同。創(chuàng)造的模式認(rèn)為從原始到高級的各種生物都是由大能的神各從其類造出來的；生命只能源于生命，各種生命皆來自永生的神。但進(jìn)化模式卻認(rèn)為生命是在漫長的進(jìn)化過程中，由無機(jī)物變成有機(jī)物，由有機(jī)物演化出氨基酸、蛋白質(zhì)，最后演化為最簡單的單細(xì)胞生物，產(chǎn)生了生命。和宇宙的起源一樣，地球上生命的起源已經(jīng)完成，無法重復(fù)，故已超出了科學(xué)研究的范疇，無法直接用科學(xué)方法闡明。現(xiàn)在我們從以下幾個方面來比較一下這兩種模式在生命起源方面的合理性。

米勒的實驗

一九五三年，生物界發(fā)生了兩件大事。一是James Watson和Francis Crick發(fā)現(xiàn)了去氧核醣核酸（DNA）的雙螺旋結(jié)構(gòu)，揭開了生物遺傳的秘密。另一件事是米勒（Stanley L. Miller）從無機(jī)物中制造了氨基酸等重要的生命所必須的物質(zhì)，被認(rèn)為是支持生命由無機(jī)物逐漸進(jìn)化而來的“無生源論”的重要科學(xué)證據(jù)。

米勒當(dāng)時是芝加哥大學(xué)的研究生。他模擬人們認(rèn)為的在生命出現(xiàn)以前的原始地面氣層的成分，在一個燒瓶中加入氫氣、甲烷和氨等還原性氣體和水蒸氣。將燒瓶密閉后插入兩支電極，通電后可以產(chǎn)生電火花。七天后，他從燒瓶中收集到一些有機(jī)物，其中竟有幾種氨基酸！他的實驗結(jié)果轟動了科學(xué)界。因為蛋白質(zhì)是由氨基酸組成的；按恩格斯的說法，“蛋白質(zhì)是生命存在的形式”。有了蛋白質(zhì)，生命的產(chǎn)生就指日可待了。因此，人們以為米勒的實驗所揭示的也許就是生命從無機(jī)物起源過程中的重要一步，證明生命是進(jìn)化論而來的。四十多年來，米勒和其他人用類似的實驗方法，利用不同的能源，如紫外光、高溫、震動波等，從還原性氣體中獲得了更多種類的氨基酸、葡萄醣、核醣、以及核酸所含的幾種堿基等生物體內(nèi)的重要有機(jī)物。

然而米勒的實驗并不象當(dāng)時許多人預(yù)想的那樣，拉開了創(chuàng)造生命的序幕。相反，對米勒的實驗的意義，人們提出愈來愈多的質(zhì)疑。比如，關(guān)于反應(yīng)物的濃度問題。米勒實驗中所加入的反應(yīng)物（各種還原性氣體）的濃度遠(yuǎn)遠(yuǎn)高于原始?xì)鈱又羞@些氣體的實際濃度。反應(yīng)物濃度低，則這種由無機(jī)物生成有機(jī)物的合成反應(yīng)就難于進(jìn)行，或者一旦合成后立即又會分解。

有人指出，按米勒和他的同事們所假設(shè)的原始?xì)鈱迎h(huán)境計算，米勒實驗中制成最多的甘氨酸的分解速度比合成速度快，因此在原始大氣層中形成的甘氨酸的97%在抵達(dá)地面之前就分解了，剩下的少量甘氨酸要擴(kuò)散到三十英尺深的深海中才不致被紫外光破壞。

再則，有人推算，米勒實驗中的電火花在兩天內(nèi)提供的能量相當(dāng)于原始地球表面四千萬年所接受的能量的總合。也就是說，米勒在燒瓶中觀察到的化學(xué)反應(yīng)，在實際原始?xì)鈱又惺请y于發(fā)生的。

李志航博士指出，“怪不得連從事此項研究的Brooks與Shaw兩人都得承認(rèn)：‘這些實驗宣稱是無生物的合成結(jié)果，實際上卻是借著有高度智慧與活生生的人精心設(shè)計而成功的。’”堅持進(jìn)化論觀點的美國國家科學(xué)院在一九八四年出版的一本書內(nèi)也坦承地說道：“我們能不能有一天研究出導(dǎo)致生命來源的化學(xué)進(jìn)化過程？這個問題可能沒有答案。就算一個活細(xì)胞在實驗室里制造出來，仍不能證明自然界在數(shù)十億年前采用同樣的步驟”1。

另外，許多生命所需的物質(zhì)都有旋光性(光通過這些物質(zhì)時會被折射)。醣類都是右旋的，生物所必需的二十種氨基酸全是左旋的。但米勒等人得到的氨基酸卻是右旋和左旋各占一半。由對等的左、右旋的氨基酸變成全部左旋的氨基酸，很難用隨機(jī)機(jī)制來解釋。

然而，米勒實驗遇到的最嚴(yán)重挑戰(zhàn)卻是關(guān)于原始大氣層的性質(zhì)問題。長期以來人們認(rèn)為原始大氣是還原性的，沒有氧氣存在。由無機(jī)物合成氨基酸等的實驗也是在無氧狀態(tài)下進(jìn)行的。如果有氧氣存在，這種合成作用或者不能發(fā)生，或者分解作用超過合成作用。

近一、二十年來關(guān)于原始巖石及太空研究的資料指出，地球的大氣層中不一定含有大量的甲烷、氨氣等還原性氣體，而且有含氧的可能性。特別值得指出的是，無人駕駛的海盜號（Viking）太空船在火星登陸后發(fā)現(xiàn)，火星沒有生物存在，但火星卻有氧化性的氣層。因此，地球的原始?xì)鈱又泻醯目赡苄允遣荒芘懦?。雖然對于大氣中含多少氧氣才能完全阻止氨基酸等有機(jī)物的形成尚無定論，若地球的原始大氣層中確實含有氧氣的話，米勒等人的實驗的意義就當(dāng)完全重估了。

DNA的形成

退一步說，即使米勒等人的實驗確實在原始大氣中實際發(fā)生過，也就是說，假定氨基酸等能在原始大氣中由無機(jī)物產(chǎn)生，這離生命的起源仍然還有遙遠(yuǎn)的距離。生命有許多特點，最主要的是要有新陳代謝（metabolism）和繁衍后代（reproduction）的能力。這兩種能力都來自于DNA的功能。生物的新陳代謝是由基因調(diào)控的。基因是DNA的片斷。除少數(shù)原核生物（主要是植物病毒）靠RNA繁殖外，絕大部分生物都由DNA的復(fù)制進(jìn)行繁殖。所以，要產(chǎn)生生命，首先要產(chǎn)生DNA（或RNA）。最簡單的生物噬菌體（專門吃細(xì)菌的病毒）就主要是由一個外殼和內(nèi)含的DNA分子組成的。但DNA的自然形成面臨著兩大難關(guān)。

DNA本身并不復(fù)雜，是由四種不同的核亙酸相聯(lián)而形成的長鏈。復(fù)雜的是DNA分子中這幾種核亙酸排列的順序（Sequence）。DNA正是借著這四種核亙酸的不同排列順序產(chǎn)生了不同的基因，并由此產(chǎn)生不同的蛋白質(zhì)及其他生命所必須的化合物，進(jìn)而發(fā)展出不同的生物性狀。正如在第一章提到的那樣，這四種核亙酸在DNA分子中不同排列組合的可能性之巨大，遠(yuǎn)遠(yuǎn)超出人們的想象。然而這些巨大的排列組合的可能性中，只有一種可能性是可以產(chǎn)生第一個生命的。隨機(jī)產(chǎn)生這一正確組合的可能性之小就不難明了了。

梁斐生博士曾引用過一九六七年諾貝爾化學(xué)獎獲得者愛根博士（Manfred Eigen）的演講中所說的話：“一個含有221個核亙酸的分子，其復(fù)雜程度的數(shù)學(xué)量等于這些核亙酸所能形成的不同排列的總和一共是4221（4的221次方）或者是10133（10的133次方）”，而“10105個這樣的分子就足以充滿整個宇宙！”這10133次隨機(jī)組合之中，只有一次組合是可以產(chǎn)生第一個生命的。這是什么意思呢？如果讓這10105個分子隨機(jī)組合，令組合的速率為每秒一萬次（104），假設(shè)宇宙的年齡為三百億年（1018秒），那么，從宇宙形成到現(xiàn)在，一共可以產(chǎn)生的組合方式是10127次（10105x1018x104），還不足以產(chǎn)生一個有正確核亙酸排列組合序列的DNA分子2!

根據(jù)美國太空總署的資料，最簡單而“有生命”的蛋白質(zhì)分子至少含有四百個氨基酸。也就是說，需要至少由一千二百個核亙酸組成的DNA分子使該蛋白質(zhì)能夠產(chǎn)生。人們在最簡單的原核生物中看到的DNA分子，含有幾千個、而不是221核亙酸?？梢?，無論宇宙的年齡有多長，“進(jìn)化”速率有多快，單靠隨機(jī)組合而產(chǎn)生第一個生命所必須的DNA分子的可能性幾乎等于零。

其次，DNA分子形成時，需要各種霉的參與；而霉是一種蛋白質(zhì)。但是，蛋白質(zhì)要在DNA鏈上的基因的指控下才能合成。象“先有蛋還是先有雞”的問題一樣，在第一個生命產(chǎn)生之際是先有DNA分子呢，還是先有這種DNA形成時所必須的蛋白質(zhì)（霉）呢？答案是，必須兩者同時形成，缺一不可。憑機(jī)遇單是形成DNA分子已幾乎無可能，更何況還要靠機(jī)遇同時形成各種霉聚合。如果一定要用進(jìn)化的、隨機(jī)產(chǎn)生的觀點來解釋第一個DNA分子的形成，未免太牽強(qiáng)了。

化石的證據(jù)

如果生命真是從無機(jī)物逐漸進(jìn)化而產(chǎn)生，然后由簡單到復(fù)雜，由低級到高級不斷進(jìn)化的話，化石中一定可以找到這種進(jìn)化的證據(jù)。可是化石的證據(jù)對進(jìn)化論的觀點是非常不利的。在地質(zhì)和古生物學(xué)界，把寒武紀(jì)早期（約5.7億年前）作為“隱生宇”和“顯生宇”的分界。因為在寒武紀(jì)之前的地層幾乎找不到生物的化石，而寒武紀(jì)早期，幾十個門（Phylum）的動物的化石突然同時出現(xiàn)，被稱之為“寒武紀(jì)生命大爆炸”。這是進(jìn)化論無法解開的一個死結(jié)。

詹腓力博士（Dr. Phillip E. Johnson）在他的著作中指出：“化石記錄問題之中使達(dá)爾文主義者最頭痛的難處是‘寒武紀(jì)大爆炸’（Cambrian Explosion）。大約在六億年之前，幾乎所有動物的‘門’（Phylum）同時在地層中出現(xiàn)，完全沒有達(dá)爾文主義者必須有的祖先的痕跡。正如道斯所說，‘這些動物化石就好象有人故意放進(jìn)去的一樣，完全沒有進(jìn)化的歷史可以追尋。’達(dá)爾文在世時還沒有證據(jù)顯示寒武紀(jì)之前有任何生物存在。他在《物種起源》中承認(rèn)‘這現(xiàn)象目前仍未能解釋，而且的確可以用來作為有力的證據(jù)打擊我現(xiàn)在要討論的觀點。’達(dá)爾文又說，如果我的學(xué)說是確鑿的話，‘寒武紀(jì)之前的世界必定充滿各種活物’”3。

但古生物學(xué)研究的結(jié)果正與達(dá)爾文所預(yù)期的相反。本世紀(jì)以來在加拿大哥倫比亞省發(fā)現(xiàn)的伯基斯（Burgess Shale of British Columbia）動物群，澳大利亞弗林斯德山脈發(fā)現(xiàn)的埃迪卡拉（Ediacarans）動物群和一九八四年在中國云南省昆明市附近的澄江縣發(fā)現(xiàn)的澄江化石生物群，都進(jìn)一步證實，在寒武紀(jì)，大量的動物門類同時突然出現(xiàn)，展示了地球上生命的形式的爆炸性的突變，無進(jìn)化痕跡可尋。一些古生物學(xué)家報導(dǎo)說，他們在古老的巖石中（被認(rèn)為在三十億年以前）找到一些原核生物（如細(xì)菌、藍(lán)綠藻等）的化石。此類化石有時是難以分辨真假的。即使這些化石是可靠的，這些原核生物與寒武紀(jì)突然出現(xiàn)的復(fù)雜的真核動物之間無任何進(jìn)化關(guān)系。

進(jìn)化論者的一種推測是，寒武紀(jì)動物群的祖先可能是軟體動物，很難形成化石。但這種推論是站不住腳的。因為，在伯基斯頁巖中有很多軟體動物的化石。在澄江化石群中，許多動物的軟體組織如胃腸、口腔、神經(jīng)等都保存完好，清晰可辨。

一九九五年四月在中國南京召開了“寒武紀(jì)生命演化大爆炸、環(huán)境和資源國際討論會”。與會者高度評價了我國澄江化石生物群的研究成果。同時，《人民日報》（海外版）于一九九五年五月二十五日發(fā)表了紐惟恭的題為《澄江化石生物群研究成果矚目》的評論文章。文中寫道：“近十年來，該所（指中國科學(xué)院南京地質(zhì)古生物研究所―筆者注）對澄江化石生物群進(jìn)行了系統(tǒng)的綜合性研究，采集了成千上萬的珍貴化石標(biāo)本，發(fā)表了許多重要論文，引起全球古生物學(xué)界的轟動。研究表明：寒武紀(jì)生命‘大爆炸’是全球生命演化史上突發(fā)性重大事件，現(xiàn)代生命的多樣性起源于此，又經(jīng)過幾次重大突變演化而成。對其進(jìn)行深入研究，可能對傳統(tǒng)的進(jìn)化論是個動搖?！?

接著，《人民日報》（海外版）在一九九五年七月十九日又發(fā)表了另一篇署名為丁邦杰的評論文章：《向進(jìn)化論挑戰(zhàn)的澄江化石》。文章說，“十九世紀(jì)，英國科學(xué)家達(dá)爾文創(chuàng)立了著名的生物進(jìn)化論。其中一個核心論點便是：生物物種是逐漸變異的。但是，經(jīng)科學(xué)家長期研究發(fā)現(xiàn)距今5.3億年的寒武紀(jì)早期，地球的生命存在形式突然出現(xiàn)了從單樣性到多樣性的飛躍。于是，‘寒武紀(jì)生命大爆炸’的命題被提出來了，只是由于種種原因，在過去相當(dāng)長的時間里，這一命題難以被充分認(rèn)識?！?

最近，《人民日報》(海外版)(一九九九年十一月五日)在頭版新聞報導(dǎo)說，中國古生物學(xué)家在“寒武紀(jì)生命大爆發(fā)”的研究中取得重大突破：發(fā)現(xiàn)了地球上最古老的脊椎動物“昆明魚”和“?？隰~”。報導(dǎo)說：“寒武紀(jì)生命大爆發(fā)是地球三十八億年生命演化歷史上規(guī)模最為宏大、影響最為深遠(yuǎn)的生物創(chuàng)新事件，它在不到地球生命發(fā)展史1%的‘瞬間’創(chuàng)生出了90%以上的動物門類?！?可詳見Nature雜志一九九九年十一月四日號所載的專文)

多年來，達(dá)爾文的進(jìn)化論在中國被視為不容質(zhì)疑的科學(xué)真理。今天這種“闖禁區(qū)”的文章能在中國最權(quán)威的報紙《人民日報》登載出來，意義深遠(yuǎn)。這說明，一批誠實、嚴(yán)肅的科學(xué)家基于研究結(jié)果，已開始沖破各種思想束縛，勇敢地向不符合客觀事實的權(quán)威理論挑戰(zhàn)。我相信，這僅僅是開始。

地球的生命來自外星球？

由于生命由無生物逐漸進(jìn)化而來的“無生源論”或“生物自生論”的觀點遇到上述許多無法逾越的難題，不少科學(xué)家開始放棄了這種觀點。李志航說：“怪不得因發(fā)現(xiàn)核酸DNA結(jié)構(gòu)而世界聞名的Crick氏這樣說：‘每次當(dāng)我寫一篇關(guān)于生命來源的文章后，總發(fā)誓以后絕不再寫這類文章，因為猜想的東西太多，確知的事實太少了?！?(可惜，發(fā)了誓以后他還繼續(xù)寫！)”4但其中一些人仍不愿接受神創(chuàng)造生命的創(chuàng)造模式，轉(zhuǎn)而提出“生物外來論”（Panspermia）的假說。Francis Crick也說過：“若生命沒有藉自然程序來開始，除非我們贊成特別創(chuàng)造的論點，否則生命必始于他處，并將地球殖民地化”5。科學(xué)家們一直在隕石中找微生物，但至今沒有成功。原以為火星很可能有生命，但無人駕駛的太空飛船一九七六年在火星登陸后發(fā)現(xiàn)火星是生命的荒漠，連水都沒有。美國太空總署并不灰心，又先后向月亮、金星、水星、土星和海王星等發(fā)射了飛船，結(jié)果仍使人失望。即使如此，科學(xué)家們又把希望寄托在太陽系以外的外太空。不少人相信，外太空可能有高級智慧生物，并由他們把原始生命送給地球的。美國國會于一九八九年撥款一億美元，用以“尋找外太空智慧”（Search for Extraterrestrial Intelligence）的計劃。

尋找外太空智慧并非無稽，筆者對UFO等也有濃厚興趣。但是，如果在諸多事實面前仍堅持排除生命有超然起源的創(chuàng)造論的觀點，轉(zhuǎn)而求助于外太空生物，并不能解釋生命起源的終極原因。即使有一天科學(xué)家真的證明了地球上的原始生命來自外星球，我們?nèi)詴鎸ξ覀兘裉焖鎸Φ碾y題：外星球的原始生命又是如何起源的呢？

注釋

1. 李志航著。科學(xué)對基督教的挑戰(zhàn)》。臺北：雅歌出版社，頁28。

2. 梁裴生著?！墩娼鸩慌潞闋t火》。加拿大：福音證主協(xié)會，頁42。

3. Phillip E. Johnson著，《審判達(dá)爾文》，錢錕等譯(美國：中信出版社，1994)，頁73。

4. 同1，頁37.。

5. 同2，頁51。

六、自然選擇面對的困難

達(dá)爾文進(jìn)化論的中心思想是自然選擇或物競天擇。它主要是說，生物都不斷發(fā)生變異，不斷產(chǎn)生新的性狀。有的變異更具有競爭能力，有的則不利于生存。這樣，在眾多的變異中，適合環(huán)境的物種就被保留下來，不適應(yīng)者就被淘汰，即所謂適者生存。久而久之，生物就不斷由低級向高級進(jìn)化?？墒牵_(dá)爾文關(guān)于自然選擇的觀點面臨著越來越多的理論上和實踐中的難題。

進(jìn)化的原料和動力

分子生物學(xué)興起后，一些學(xué)者開始尋求進(jìn)化論的理論基礎(chǔ)。他們認(rèn)為，因為在自然界，生物的基因在不斷發(fā)生突變（mutation），基因突變導(dǎo)致生物性狀發(fā)生變異。也就是說，基因突變是進(jìn)化的原料，自然選擇則是進(jìn)化的動力。這種被稱之為“新達(dá)爾文主義”的論點乍聽之下很有道理，但卻經(jīng)不住推敲。的確，基因突變的現(xiàn)象是普遍存在的，但突變的速率很低，在每一代中只有10-4～10-6。更重要的是，這些突變中99%以上都是致死的或有害的。這種有害的突變?yōu)楹文艹蔀檫M(jìn)化的原料呢？

有人會爭辯說，雖然99%的突變有害，總有1%或千分之一的基因突變是有益的；這些有益的基因突變經(jīng)漫長歲月即可導(dǎo)致進(jìn)化。這種爭議是缺乏根據(jù)的。前面已談到，即使以每秒鐘十萬次的重組速率，三百億年中尚無法自然形成一個最原始的生命的DNA分子，在短短的幾十億年的地球歷史（姑且說有幾十億年之久）中，以這樣低的無害的基因突變速率怎么可能完成從細(xì)胞到人的進(jìn)化過程呢？

把自然選擇作為進(jìn)化的動力，理論上也講不通。自然選擇只是使適者生存。自然選擇只是一個被動的“篩”而已，并無主動的導(dǎo)向的功能。物種變異加上自然選擇，可能增加物種橫向的多樣性。如象一支白毛雞演化為黃毛、花毛雞等。這些雞處于同一“進(jìn)化”水平，只在橫向增加了亞種、變種等。但自然選擇沒有把生物縱向地由低等進(jìn)化到高等的功能。正象前文談到的，這種由單到繁的進(jìn)化過程是違反熱力學(xué)第二定律的。自然選擇本身既沒有能量轉(zhuǎn)換系統(tǒng)又無藍(lán)圖或指令系統(tǒng)，故暫時逆熱力學(xué)定律而導(dǎo)致生物進(jìn)化是不可能的。

進(jìn)化的方式：連續(xù)式還是跳躍式？

按照達(dá)爾文的自然選擇思想，物種的變化是各種微小變化的累積，進(jìn)化應(yīng)該是連續(xù)不斷的。但這種設(shè)想顯然與實際情況不符。在自然界，各類生物之間都是有明顯區(qū)別的。如果進(jìn)化是連續(xù)的，生物分類將無法進(jìn)行?，F(xiàn)行的分類法就是根據(jù)各生物類群間差異的大小將它們分為門、綱、科、屬、種等類的。這種分類單位不完全是分類學(xué)家主觀的意念，也有一定的客觀標(biāo)準(zhǔn)。比如說，關(guān)于“種”的生物學(xué)定義，其中一條便是，種間雜交不能產(chǎn)生后代或即使產(chǎn)生后代，后代卻沒有生殖能力。雖然在植物中有遠(yuǎn)緣雜交的實例，這一條在動物中似比較嚴(yán)格。比如，馬和驢交配后可以生騾子，獅、虎雜交也可生子，但其子皆無生育能力。所以，馬和驢，獅和虎屬于不同生物種?，F(xiàn)存生物類種間的明顯區(qū)別與連續(xù)進(jìn)化的學(xué)說是矛盾的。

是不是那些在連續(xù)進(jìn)化中產(chǎn)生的中間類型，因不適合環(huán)境而死亡，因而導(dǎo)致現(xiàn)存生物之間性狀的不連續(xù)性？假如果真如此，一定會有相當(dāng)數(shù)量的中間類型的生物的遺體在化石中保存下來。然而，化石記錄中所看到的，也同樣是物種性狀的不連續(xù)性。地質(zhì)學(xué)中各種地層和地質(zhì)時代的劃分主要是根據(jù)所謂“標(biāo)準(zhǔn)化石”。標(biāo)準(zhǔn)化石的特點是數(shù)量多、分布廣、易于認(rèn)別和只存在于較短的地質(zhì)時期之中。由于不同地層的標(biāo)準(zhǔn)化石全然不同，地層的劃分、不同國家、地區(qū)的地層之間的比較、等同才有可能。如果化石的性狀是連續(xù)性漸變的，地層和地質(zhì)年代的劃分就無從談起。

除了在實踐中暴露出的無法調(diào)和的矛盾外，進(jìn)化的方式問題的爭論更反映了進(jìn)化論者在進(jìn)化理論方面的嚴(yán)重分歧。大家都知道，很多生物器官都需要各種恰到好處的配合才能正常發(fā)揮功能。眼睛就是最好的例子。眼睛由眼瞼、眼毛、眼膜、晶狀體、視網(wǎng)膜等精細(xì)的結(jié)構(gòu)組成，有感光細(xì)胞將光刺激轉(zhuǎn)化為電訊號并將它們迅速傳到腦部，在腦的指揮下使眼能迅速和準(zhǔn)確地對外界刺激作出反應(yīng)。眼睛的功能是任何最高級的照相機(jī)無法企及的。但按進(jìn)化論的觀點，眼睛的結(jié)構(gòu)與功能也是一點點地進(jìn)化來的?？墒?，眼睛的各部分以及它與大腦的聯(lián)系等怎么都那么湊巧地同時進(jìn)化到這樣準(zhǔn)確的程度使眼睛有正常的功能呢？其中任何一部分配合稍差一點，眼睛就無法起作用。試想，在進(jìn)化過程中，10%，50%，甚至99%進(jìn)化程度的眼睛如何發(fā)揮功能呢？眼睛的形成，是很難用進(jìn)化來解釋的。

達(dá)爾文本人對此也相當(dāng)困惑。在他的著名的《物種起源》（Origin of Species）一書的第六章《理論的難題》（Difficulties of the Theory）的“極其完美和復(fù)雜的器官” （Organs of Extreme Perfection and Complication）這一節(jié)中，他直言不諱地寫到，“眼睛有調(diào)節(jié)焦距、允許不同采光量和糾正球面象差和色差的無與倫比的設(shè)計。我坦白地承認(rèn)，認(rèn)為眼睛是通過自然選擇而形成的假說似乎是最荒謬可笑的?！保═o suppose that the eye with all its inimitable contrivances for adjusting the focus to different distances, for admitting different amounts of light, and for the correction of spherical and chromatic aberration, could have been formed by natural selection, seems, I freely confess, absurd in the highest degree.）

在《物種起源》發(fā)表以后，他仍坦誠道，“到目前為止，每次想到眼睛，我都感到震駭。” 其實精妙器官何止是眼睛！腦部、心臟、消化系統(tǒng)、循環(huán)系統(tǒng)、神經(jīng)系統(tǒng)、肌肉系統(tǒng)、骨骼系統(tǒng)、生殖系統(tǒng)等也都是非常精密、復(fù)雜的，也是一點差錯也不允許的，同樣也很難用自然選擇來解釋。

基于這種理論上的困難和中間型物種的缺乏，全力支持達(dá)爾文的赫胥黎（Thomas H. Huxley）曾私下多次勸告達(dá)爾文接受跳躍式的進(jìn)化觀點，并警告說，“你這樣毫無保留地接受自然界絕無大躍進(jìn)的觀點，使你陷入不必要的困難之中”1 。但按達(dá)爾文的看法，大躍進(jìn)（或大突變）進(jìn)化，如眼睛的突然形成，就等于是一個神跡。而達(dá)爾文深知，他的學(xué)說最具吸引力、最獨(dú)到的地方乃是比較科學(xué)化、拒絕一切科學(xué)無法解釋的超然主義，用純自然的觀點解釋生物的起源；他只有用漸進(jìn)、微小的變?

有機(jī)物

有機(jī)物是有機(jī)化合物的簡稱，所有的有機(jī)物都含有碳元素。但是并非所有含碳的化合物都是有機(jī)化合物，比如CO,CO2。除了碳元素外有機(jī)物還可能含有其他幾種元素。如H、N、S等。雖然組成有機(jī)物的元素就那么幾種（碳最重要），但到現(xiàn)在人類卻已經(jīng)發(fā)現(xiàn)了超過1000萬中有機(jī)物。而它們的特性更是千變?nèi)f化。因此，有機(jī)化學(xué)是化學(xué)中一個相當(dāng)重要的研究范疇。

有機(jī)物即碳?xì)浠衔铮N）及其衍生物，簡稱有機(jī)物。除水和一些無機(jī)鹽外，生物體的組成成分幾乎全是有機(jī)物，如淀粉、蔗糖、油脂、蛋白質(zhì)、核酸以及各種色素。過去誤以為只有動植物（有機(jī)體）能產(chǎn)生有機(jī)物，故取名“有機(jī)”?，F(xiàn)在不僅許多天然產(chǎn)物可以用人工方法合成，而且可以從動植物、煤、石油、天然氣等分離或改造加工制成多種工農(nóng)業(yè)生產(chǎn)和人民生活的必需品，象塑料、合成纖維、農(nóng)藥、人造橡膠等。與無機(jī)物相比，有機(jī)物的種類眾多，一般揮發(fā)性較大、熔點和沸點較低，反應(yīng)較慢（較復(fù)雜）。溶于有機(jī)溶劑，且能燃燒。碳原子可用共價鍵彼此連接生成多種結(jié)構(gòu)，組成數(shù)量巨大的不同種類的有機(jī)分子骨架。按照基本結(jié)構(gòu)，有機(jī)物可分成3類：（1）開鏈化合物，又稱脂肪族化合物，因為它最初是在油脂中發(fā)現(xiàn)的。其結(jié)構(gòu)特點是碳與碳間連接成不閉口的鏈。（2）碳環(huán)化合物（含有完全由碳原子組成的環(huán)），又可分成脂環(huán)族化合物（在結(jié)構(gòu)上可看成是開鏈化合物關(guān)環(huán)而成的）和芳香族化合物（含有苯環(huán)）兩個亞類。（3）雜環(huán)化合物（含有由碳原子和其他元素組成的環(huán)）。在烴分子中，共價連接的碳原子是骨架，碳的其他鍵則與氫結(jié)合。烴骨架非常穩(wěn)定，因為形成碳-碳單鍵和雙鍵的碳原子同等享用它們之間的電子對。烴的氫原子可以被不同的功能團(tuán)（官能團(tuán)）取代產(chǎn)生不同類的有機(jī)物。功能團(tuán)決定分子的主要性質(zhì)，所以有機(jī)物也常根據(jù)其功能團(tuán)分類。有機(jī)生物分子的功能團(tuán)比其烴骨架在化學(xué)上活潑得多，它們能改變鄰近原子的幾何形狀及其上的電子分布，從而改變整個有機(jī)分子的化學(xué)反應(yīng)性。從有機(jī)分子中的功能團(tuán)可以分析和推測其化學(xué)行為和反應(yīng)。如酶（細(xì)胞的催化劑）可識別生物分子中的特殊功能團(tuán)并催化其結(jié)構(gòu)發(fā)生特征性變化，大多數(shù)生物分子是多功能的，含有兩種或多種功能團(tuán)。在這些分子中，每種類型的功能團(tuán)有其自己的化學(xué)特征和反應(yīng)。如氨基酸具有至少兩種功能團(tuán)――氨基和羧基。丙氨酸的化學(xué)性質(zhì)就基本決定于其氨基和羧基。又如葡萄糖也是多功能的生物分子，其化學(xué)性質(zhì)基本決定于羥基和醛基兩種功能團(tuán)。生物分子的功能團(tuán)在其生物活性中起著重要的作用。生物分子中某些其他的功能團(tuán)列于下表中。

例如甲烷

甲烷分子式CH4。最簡單的有機(jī)化合物。甲烷是沒有顏色、沒有氣味的氣體，沸點-161.4℃，比空氣輕，它是極難溶于水的可燃性氣體。甲烷和空氣成適當(dāng)比例的混合物，遇火花會發(fā)生爆炸?；瘜W(xué)性質(zhì)相當(dāng)穩(wěn)定，跟強(qiáng)酸、強(qiáng)堿或強(qiáng)氧化劑（如KMnO4）等一般不起反應(yīng)。在適當(dāng)條件下會發(fā)生氧化、熱解及鹵代等反應(yīng)。

甲烷在自然界分布很廣，是天然氣、沼氣、坑氣及煤氣的主要成分之一。它可用作燃料及制造氫、一氧化碳、炭黑、乙炔、氫氰酸及甲醛等物質(zhì)的原料。

413kJ/mol、109°28′，甲烷分子是正四面體空間構(gòu)型，上面的結(jié)構(gòu)式只是表示分子里各原子的連接情況，并不能真實表示各原子的空間相對位置。

1.物質(zhì)的理化常數(shù):

國標(biāo)編號 21007

CAS號 74-82-8

中文名稱 甲烷

英文名稱 methane；Marsh gas

別 名 沼氣

分子式 CH4 外觀與性狀 無色無臭氣體

分子量 16.04 蒸汽壓 53.32kPa/-168.8℃ 閃點：-188℃

熔 點 -182.5℃ 沸點：-161.5℃ 溶解性 微溶于水，溶于醇、乙醚

密 度 相對密度(水=1)0.42(-164℃)；相對密度(空氣=1)0.55 穩(wěn)定性 穩(wěn)定

危險標(biāo)記 4(易燃液體) 主要用途 用作燃料和用于炭黑、氫、乙炔、甲醛等的制造

2.對環(huán)境的影響:

一、健康危害

侵入途徑：吸入。

健康危害：甲烷對人基本無毒，但濃度過高時，使空氣中氧含量明顯降低，使人窒息。當(dāng)空氣中甲烷達(dá)25%-30%時，可引起頭痛、頭暈、乏力、注意力不集中、呼吸和心跳加速、共濟(jì)失調(diào)。若不及時脫離，可致窒息死亡。皮膚接觸液化本品，可致凍傷。

二、毒理學(xué)資料及環(huán)境行為

毒性：屬微毒類。允許氣體安全地擴(kuò)散到大氣中或當(dāng)作燃料使用。有單純性窒息作用，在高濃度時因缺氧窒息而引起中毒?？諝庵羞_(dá)到25～30%出現(xiàn)頭昏、呼吸加速、運(yùn)動失調(diào)。

急性毒性：小鼠吸入42%濃度×60分鐘，麻醉作用；兔吸入42%濃度×60分鐘，麻醉作用。

危險特性：易燃，與空氣混合能形成爆炸性混合物，遇熱源和明火有燃燒爆炸的危險。與五氧化溴、氯氣、次氯酸、三氟化氮、液氧、二氟化氧及其它強(qiáng)氧化劑接觸劇烈反應(yīng)。

燃燒(分解)產(chǎn)物：一氧化碳、二氧化碳。

3.現(xiàn)場應(yīng)急監(jiān)測方法:

4.實驗室監(jiān)測方法:

氣相色譜法《空氣中有害物質(zhì)的測定方法》(第二版)，杭士平編

可燃溶劑所顯色法；容量分析法《水和廢水標(biāo)準(zhǔn)檢驗法》第20版(美)

5.環(huán)境標(biāo)準(zhǔn):

前蘇聯(lián) 車間空氣中有害物質(zhì)的最高容許濃度 300mg/m3

美國 車間衛(wèi)生標(biāo)準(zhǔn) 窒息性氣體

6.應(yīng)急處理處置方法:

一、泄漏應(yīng)急處理

迅速撤離泄漏污染區(qū)人員至上風(fēng)處，并進(jìn)行隔離，嚴(yán)格限制出入。切斷火源。建議應(yīng)急處理人員戴自給正壓式呼吸器，穿消防防護(hù)服。盡可能切斷泄漏源。合理通風(fēng)，加速擴(kuò)散。噴霧狀水稀釋、溶解。構(gòu)筑圍堤或挖坑收容產(chǎn)生的大量廢水。如有可能，將漏出氣用排風(fēng)機(jī)送至空曠地方或裝設(shè)適當(dāng)噴頭燒掉。也可以將漏氣的容器移至空曠處，注意通風(fēng)。漏氣容器要妥善處理，修復(fù)、檢驗后再用。

二、防護(hù)措施

呼吸系統(tǒng)防護(hù)：一般不需要特殊防護(hù)，但建議特殊情況下，佩帶自吸過濾式防毒面具(半面罩)。

眼睛防護(hù)：一般不需要特別防護(hù)，高濃度接觸時可戴安全防護(hù)眼鏡。

身體防護(hù)：穿防靜電工作服。

手防護(hù)：戴一般作業(yè)防護(hù)手套。

其它：工作現(xiàn)場嚴(yán)禁吸煙。避免長期反復(fù)接觸。進(jìn)入罐、限制性空間或其它高濃度區(qū)作業(yè)，須有人監(jiān)護(hù)。

三、急救措施

皮膚接觸：若有凍傷，就醫(yī)治療。

吸入：迅速脫離現(xiàn)場至空氣新鮮處。保持呼吸道通暢。如呼吸困難，給輸氧。如呼吸停止，立即進(jìn)行人工呼吸。就醫(yī)。

滅火方法：切斷氣源。若不能立即切斷氣源，則不允許熄滅正在燃燒的氣體。噴水冷卻容器，可能的話將容器從火場移至空曠處。滅火劑：霧狀水、泡沫、二氧化碳、干粉。

第一部分：化學(xué)品名稱

化學(xué)品中文名稱：甲烷

化學(xué)品英文名稱：methane

中文名稱2：沼氣

英文名稱2：Marshgas

技術(shù)說明書編碼：51

CASNo.：74-82-8

分子式：CH4

分子量：16.04

第二部分：成分/組成信息

有害物成分含量CASNo.

甲烷74-82-8

第三部分：危險性概述

危險性類別：

侵入途徑：

健康危害：甲烷對人基本無毒，但濃度過高時，使空氣中氧含量明顯降低，使人窒息。當(dāng)空氣中甲烷達(dá)25％～30％時，可引起頭痛、頭暈、乏力、注意力不集中、呼吸和心跳加速、共濟(jì)失調(diào)。若不及時脫離，可致窒息死亡。皮膚接觸液化本品，可致凍傷。

環(huán)境危害：

燃爆危險：本品易燃，具窒息性。

第四部分：急救措施

皮膚接觸：若有凍傷，就醫(yī)治療。

眼睛接觸：

吸入：迅速脫離現(xiàn)場至空氣新鮮處。保持呼吸道通暢。如呼吸困難，給輸氧。如呼吸停止，立即進(jìn)行人工呼吸。就醫(yī)。

食入：

第五部分：消防措施

危險特性：易燃，與空氣混合能形成爆炸性混合物，遇熱源和明火有燃燒爆炸的危險。與五氧化溴、氯氣、次氯酸、三氟化氮、液氧、二氟化氧及其它強(qiáng)氧化劑接觸劇烈反應(yīng)。

有害燃燒產(chǎn)物：一氧化碳、二氧化碳。

滅火方法：切斷氣源。若不能切斷氣源，則不允許熄滅泄漏處的火焰。噴水冷卻容器，可能的話將容器從火場移至空曠處。滅火劑：霧狀水、泡沫、二氧化碳、干粉。

第六部分：泄漏應(yīng)急處理

應(yīng)急處理：迅速撤離泄漏污染區(qū)人員至上風(fēng)處，并進(jìn)行隔離，嚴(yán)格限制出入。切斷火源。建議應(yīng)急處理人員戴自給正壓式呼吸器，穿防靜電工作服。盡可能切斷泄漏源。合理通風(fēng)，加速擴(kuò)散。噴霧狀水稀釋、溶解。構(gòu)筑圍堤或挖坑收容產(chǎn)生的大量廢水。如有可能，將漏出氣用排風(fēng)機(jī)送至空曠地方或裝設(shè)適當(dāng)噴頭燒掉。也可以將漏氣的容器移至空曠處，注意通風(fēng)。漏氣容器要妥善處理，修復(fù)、檢驗后再用。

第七部分：操作處置與儲存

操作注意事項：密閉操作，全面通風(fēng)。操作人員必須經(jīng)過專門培訓(xùn)，嚴(yán)格遵守操作規(guī)程。遠(yuǎn)離火種、熱源，工作場所嚴(yán)禁吸煙。使用防爆型的通風(fēng)系統(tǒng)和設(shè)備。防止氣體泄漏到工作場所空氣中。避免與氧化劑接觸。在傳送過程中，鋼瓶和容器必須接地和跨接，防止產(chǎn)生靜電。搬運(yùn)時輕裝輕卸，防止鋼瓶及附件破損。配備相應(yīng)品種和數(shù)量的消防器材及泄漏應(yīng)急處理設(shè)備。

儲存注意事項：儲存于陰涼、通風(fēng)的庫房。遠(yuǎn)離火種、熱源。庫溫不宜超過30℃。應(yīng)與氧化劑等分開存放，切忌混儲。采用防爆型照明、通風(fēng)設(shè)施。禁止使用易產(chǎn)生火花的機(jī)械設(shè)備和工具。儲區(qū)應(yīng)備有泄漏應(yīng)急處理設(shè)備。

第八部分：接觸控制/個體防護(hù)

職業(yè)接觸限值

中國MAC(mg/m3)：未制定標(biāo)準(zhǔn)

前蘇聯(lián)MAC(mg/m3)：300

TLVTN：ACGIH窒息性氣體

TLVWN：未制定標(biāo)準(zhǔn)

監(jiān)測方法：

工程控制：生產(chǎn)過程密閉，全面通風(fēng)。

呼吸系統(tǒng)防護(hù)：一般不需要特殊防護(hù)，但建議特殊情況下，佩戴自吸過濾式防毒面具（半面罩）。

眼睛防護(hù)：一般不需要特殊防護(hù)，高濃度接觸時可戴安全防護(hù)眼鏡。

身體防護(hù)：穿防靜電工作服。

手防護(hù)：戴一般作業(yè)防護(hù)手套。

其他防護(hù)：工作現(xiàn)場嚴(yán)禁吸煙。避免長期反復(fù)接觸。進(jìn)入罐、限制性空間或其它高濃度區(qū)作業(yè)，須有人監(jiān)護(hù)。

第九部分：理化特性

主要成分：純品

外觀與性狀：無色無臭氣體。

pH：

熔點(℃)：-182.5

沸點(℃)：-161.5

相對密度(水=1)：0.42(-164℃)

相對蒸氣密度(空氣=1)：0.55

飽和蒸氣壓(kPa)：53.32(-168.8℃)

燃燒熱(kJ/mol)：889.5

臨界溫度(℃)：-82.6

臨界壓力(MPa)：4.59

辛醇/水分配系數(shù)的對數(shù)值：無資料

閃點(℃)：-188

引燃溫度(℃)：538

爆炸上限%(V/V)：15

爆炸下限%(V/V)：5.3

溶解性：微溶于水，溶于醇、乙醚。

主要用途：用作燃料和用于炭黑、氫、乙炔、甲醛等的制造。

其它理化性質(zhì)：

第十部分：穩(wěn)定性和反應(yīng)活性

穩(wěn)定性：

禁配物：強(qiáng)氧化劑、氟、氯。

避免接觸的條件：

聚合危害：

分解產(chǎn)物：

第十一部分：毒理學(xué)資料

急性毒性：LD50：無資料

LC50：無資料

亞急性和慢性毒性：

刺激性：

致敏性：

致突變性：

致畸性：

致癌性：

第十二部分：生態(tài)學(xué)資料

生態(tài)毒理毒性：

生物降解性：

非生物降解性：

生物富集或生物積累性：

其它有害作用：該物質(zhì)對環(huán)境可能有危害，對魚類和水體要給予特別注意。還應(yīng)特別注意對地表水、土壤、大氣和飲用水的污染。

第十三部分：廢棄處置

廢棄物性質(zhì)：

廢棄處置方法：處置前應(yīng)參閱國家和地方有關(guān)法規(guī)。建議用焚燒法處置。

廢棄注意事項：

第十四部分：運(yùn)輸信息

危險貨物編號：21007

UN編號：1971

包裝標(biāo)志：

包裝類別：O52

包裝方法：鋼質(zhì)氣瓶。

運(yùn)輸注意事項：采用剛瓶運(yùn)輸時必須戴好鋼瓶上的安全帽。鋼瓶一般平放，并應(yīng)將瓶口朝同一方向，不可交叉；高度不得超過車輛的防護(hù)欄板，并用三角木墊卡牢，防止?jié)L動。運(yùn)輸時運(yùn)輸車輛應(yīng)配備相應(yīng)品種和數(shù)量的消防器材。裝運(yùn)該物品的車輛排氣管必須配備阻火裝置，禁止使用易產(chǎn)生火花的機(jī)械設(shè)備和工具裝卸。嚴(yán)禁與氧化劑等混裝混運(yùn)。夏季應(yīng)早晚運(yùn)輸，防止日光曝曬。中途停留時應(yīng)遠(yuǎn)離火種、熱源。公路運(yùn)輸時要按規(guī)定路線行駛，勿在居民區(qū)和人口稠密區(qū)停留。鐵路運(yùn)輸時要禁止溜放。

第十五部分：法規(guī)信息

法規(guī)信息化學(xué)危險物品安全管理條例(1987年2月17日國務(wù)院發(fā)布)，化學(xué)危險物品安全管理條例實施細(xì)則(化勞發(fā)[1992]677號)，工作場所安全使用化學(xué)品規(guī)定([1996]勞部發(fā)423號)等法規(guī)，針對化學(xué)危險品的安全使用、生產(chǎn)、儲存、運(yùn)輸、裝卸等方面均作了相應(yīng)規(guī)定；常用危險化學(xué)品的分類及標(biāo)志(GB13690-92)將該物質(zhì)劃為第2.1類易燃?xì)怏w。

無機(jī)物是無機(jī)化合物的簡稱，通常指不含碳元素的化合物。少數(shù)含碳的化合物，如一氧化碳、二氧化碳、碳酸鹽、氰化物等也屬于無機(jī)物。無機(jī)物大致可分為氧化物、酸、堿、鹽等。

無機(jī)物――――――有機(jī)小分子物質(zhì)（氨基酸）――――――――有機(jī)大分子物質(zhì)（蛋白質(zhì)）――――――生命（擁有基本代謝功能和繁殖功能）

英國科學(xué)家米勒作了一個實驗，它將氨氣，氫氣，水蒸氣等混合氣體加熱，然后通過電火花的洗禮，再接著冷卻，最后在所得液體中發(fā)現(xiàn)了最簡單的如氨基酸類的有機(jī)物。

原始地球中，大氣中充滿了氨氣，氫氣，co2，等等無機(jī)物質(zhì)（大多數(shù)從地

球表層火山噴出來的），當(dāng)時烏煙瘴氣的大氣層中，閃電密布，大概過了多少億年，積累了許久的量變在一次巨大的閃電襲擊下突然間質(zhì)變，成為了一個有機(jī)物。然后，越來越多的有機(jī)物落到了原始海洋中（還是噴出來的……），慢慢的，他們聚集到一起，在強(qiáng)烈的紫外線和閃電攻擊下，成為了基本的大分子有機(jī)物。后來，有很多物質(zhì)不停的變化，成為了一個細(xì)胞中的各種物質(zhì)，比如線粒體等等。后來，他們聚集在一起，生成了隔離水和細(xì)胞液的細(xì)胞膜，就此，第一個“生命”誕生了，雖然他只能有基本的新陳代謝和繁殖能力，但他是個定義上的生命。之后那就是越來越多的細(xì)胞聚集在一起，成為了多細(xì)胞生物。

DNA，原名脫氧核糖核酸，他就是一種大分子有機(jī)物，生物的遺傳物質(zhì)分RNA，DNA，有的蛋白質(zhì)也有遺傳功能。是DNA指導(dǎo)氨基酸合成和本體一樣的蛋白質(zhì)，并且組成到一起。

DNADNA又稱脫氧核糖核酸，是染色體的主要化學(xué)成分，同時也是組成基因的材料，有時被稱為“遺傳微?！?。DNA是一種分子，可組成遺傳指令，以引導(dǎo)生物發(fā)育與生命機(jī)能運(yùn)作。主要功能是長期性的資訊儲存，可比喻為“藍(lán)圖”或“食譜”。其中包含的指令，是建構(gòu)細(xì)胞內(nèi)其他的化合物，如蛋白質(zhì)與RNA所需。帶有遺傳訊息的DNA片段稱為基因，其他的DNA序列，有些直接以自身構(gòu)造發(fā)揮作用，有些則參與調(diào)控遺傳訊息的表現(xiàn)。

單體脫氧核糖核酸聚合而成的聚合體――脫氧核糖核酸鏈，也被稱為DNA。在繁殖過程中，父代把它們自己DNA的一部分（通常一半，即DNA雙鏈中的一條）復(fù)制傳遞到子代中，從而完成性狀的傳播。因此，化學(xué)物質(zhì)DNA會被稱為“遺傳微粒”。原核細(xì)胞的擬核是一個長DNA分子。真核細(xì)胞核中有不止一個染色體，每條染色體上含有一個或兩個DNA。不過它們一般都比原核細(xì)胞中的DNA分子大而且和蛋白質(zhì)結(jié)合在一起。DNA分子的功能是貯存決定物種性狀的幾乎所有蛋白質(zhì)和RNA分子的全部遺傳信息;編碼和設(shè)計生物有機(jī)體在一定的時空中有序地轉(zhuǎn)錄基因和表達(dá)蛋白完成定向發(fā)育的所有程序;初步確定了生物獨(dú)有的性狀和個性以及和環(huán)境相互作用時所有的應(yīng)激反應(yīng).除染色體DNA外，有極少量結(jié)構(gòu)不同的DNA存在于真核細(xì)胞的線粒體和葉綠體中。DNA病毒的遺傳物質(zhì)也是DNA,極少數(shù)為RNA.

DNA是一種長鏈聚合物，組成單位稱為核苷酸，而糖類與磷酸分子借由酯鍵相連，組成其長鏈骨架。每個糖分子都與四種堿基里的其中一種相接，這些堿基沿著DNA長鏈所排列而成的序列，可組成遺傳密碼，是蛋白質(zhì)氨基酸序列合成的依據(jù)。讀取密碼的過程稱為轉(zhuǎn)錄，是根據(jù)DNA序列復(fù)制出一段稱為RNA的核酸分子。多數(shù)RNA帶有合成蛋白質(zhì)的訊息，另有一些本身就擁有特殊功能，例如rRNA、snRNA與siRNA。

DNA是遺傳信息的載體，故親代DNA必須以自身分子為模板準(zhǔn)確的復(fù)制成兩個拷貝，并分配到兩個子細(xì)胞中去，完成其遺傳信息載體的使命。而DNA的雙鏈結(jié)構(gòu)對于維持這類遺傳物質(zhì)的穩(wěn)定性和復(fù)制的準(zhǔn)確性都是極為重要的。

生物的進(jìn)化是由簡單到復(fù)雜的，最原始的生物應(yīng)該是非常簡單的（沒有細(xì)胞結(jié)構(gòu)，可能完全由多肽組成），多肽的組成單位是氨基酸，而多肽又是構(gòu)成大分子蛋白質(zhì)的組成單位，蛋白質(zhì)是一切生命活動的承擔(dān)者，至于怎樣形成氨基酸，葡萄糖等，這些都是從一些無機(jī)物轉(zhuǎn)化而來（比如說氨，二氧化碳等）。

最原始的生物應(yīng)該沒有DNA，DNA，原名脫氧核糖核酸，他就是一種大分子有機(jī)物，生物的遺傳物質(zhì)分RNA，DNA，有的蛋白質(zhì)也有遺傳功能。DNA可以轉(zhuǎn)錄形成RNA，指導(dǎo)氨基酸合成和本體一樣的蛋白質(zhì)，并且組成到一起。

DNA可以進(jìn)行半保留復(fù)制，將遺傳物質(zhì)傳遞給子代（子代也可以是由原細(xì)胞一分為二得來）