阿水

宇宙大爆炸

   　　宇宙大爆炸(Big Bang)僅僅是一種學說，是根據天文觀測研究後所得到的一種推理。大約在150億年前，宇宙所有的物質都高度密集在一點，有着極高的溫度，因而發生了巨大的爆炸。大爆炸以後，物質開始向外大大地膨脹，就形成了今天我們看到的宇宙。大爆炸的整個過程是複雜的，現在只能從理論研究的基礎上，描繪過去遠古的宇宙發展史。在這150億年中先後誕生了星系團、星系、我們的銀河系、恒星、太陽系、行星、衛星等。現在我們看得見和看不見的一切天體和宇宙物質，形成了當今的宇宙形態，人類就是在這一宇宙演變中誕生的。

太陽系

   在大爆炸後第一個百萬年裡，物理學家溫柏格(Steven Weinberg)估計，宇宙的溫度已從最初的凱氏（Kelvin）1千億度下降到3千度左右。在這個溫度下，單一電子及質子才能結合而產生宇宙中最簡單、也是最豐富的原素─氫氣。後來，氫氣再併發成超新星(supernova)。所謂的超新星，是在超過數十億年的時間中，宇宙氫氣密度發生變化而形成的巨大星雲。在重力的作用下，超新星的核變得很熱，足以誘發核反應，產生了我們今天所知道的宇宙所有較重原素。

   新產生的元素散布到太空中成為星塵及氣體，構成了星雲。在星雲中，又誕生了許多星球及它們的行星、衛星。星塵及氣體則會再次因重力作用而彼此吸引在一起、經過墜落及聚集，直到產生核反應。

   那些日後注定要變成地球氣體雲團的物質，包括了氫、氦、碳、氮、氧鐵、鋁、金、鈾、硫、磷及矽等元素。太陽系的其他星球也以相同的氣體及塵粒團塊開始成形。若在當時，這些氣體及塵粒沒有被位居星雲中心的雛形太陽所吸引，就會像沒有目標的碎屑，冷却並飄浮在毫無生機的太空中。

   太陽的重力把逐漸堅硬的小物體拉進運行軌道中，並點火燃燒，成為長久持續的燃燒的狀態。如此，太陽也把它的衛星永浴在連續發散的光、氣體及能量中。

   太陽系由一顆恆星，即太陽，以及行星的總體，尤其是繞著太陽轉的行星組成。除了太陽以外，太陽系包括9個主要行星幾千個小行星、慧星、隕星以及行星間塵埃。9大行星最靠近太陽的是水星，其次是金星，第3位是地球，其後依序為火星、木星、土星、天王星、海王星和冥王星。

9大行星分兩類：

1. 離太陽近的類地行星如水星、金星、地球、火星。雖然小，但密度大，具有牢固的地殼。自形成後發生很大的變化。

2. 離太陽更遠一些的巨行星如木星、土星、天王星、海王星和冥王星。

明顯的更大更重，但密度不大，這些巨行星的大氣主要含氫氣和氦氣，成分和它們起源的星雲相近。

原始地球

   約46年前，有幾個條件使得地球處於高適合生命開始發生的狀態。

1. 首先，它很接近能量來源太陽。

2. 在9個繞行太陽的主要行星中，地球還不致於太靠近太陽，以致於讓元素都汽化成氣體或溶化成溶岩；同時它的距離也沒有遠到會讓氣體凝結成冰、氨及甲烷。

3. 此外與太陽的適當距離，使得水在地球上呈液體，但在水星都蒸發到太空中，而在木星上則都凝聚成冰。

4. 地球的大小適中，足以將大氣層留住，使元素可以流動循環，但也不會大到把大氣層都凝集在一起，讓太陽光無法透過。

   太陽燃燒初期，爆炸性的輻射風暴橫過剛成形的太陽系，攬動了地球及其他內行星的早期大氣層結構。氫氣太輕，很難被地球重力保留下來，因此它們不是飛到太空中，便是和其他元素結合，產生形成生命所必須的重要組成。那些能留下來的氫氣，有些和碳結合成甲烷(CH₄)，有些和氧結合成水(H₂O)，另外有些和氮結合成氨(H₃N)，而有些則和硫結合成硫化氫(H₂S)。這些氣體，再經重新排列組合成長鏈狀化合物之後，便構成我們身體裡實際的基本組成。

   由於地球的狀況適合某些特定的化學組合，長久下來生命的方向便被決定了。在5億8千萬年前到現在，因大量生物化石留下明顯的生物歷史。

   首次揭露曙光的是芝加哥大學的游理（Harold C,Urey）及學生密勒，他們兩人在1953年用火花不停處理模擬的大氣（含水汽、氨、氫、甲烷），結果，數週後從這些簡單化合物生成了蛋白質及核酸的基本要素。

   地球在千千萬年生成水汽、氨、氫、甲烷的過程，加上不斷累積、蒸發及凝結，造成某些場所會有高濃度的各種分子，成了「原始濃湯」，而如果某些礦物（諸如黏土粒子）能催化小分子連結成大分子，而大分子又有複製它自己的能力，那麼它們是否能由簡而繁，變成生命的雛形。

   早期地球形成時的猛烈大氣及高溫，使得地球在45億年前至39億年前的早期歲月裡，沒有堅硬的地殼，也沒有海洋及湖泊，甚至可能連冬天的雪及冰雹都沒有。整個地球是一個熔融的熔岩火球。

大約到39億年前，地球表面才冷却到足以形成一層薄薄的地殼。此時的地殼常被底下的熔岩穿鑿，或是被隕石挾帶著大量的冰塊自空中撞擊成大大小小的坑洞。此情形持續了13億年⁽¹⁾。

當時地球的水大部分水是從隕石帶過來，因為隕石經過地球的大氣層時不會燃燒，當時地球的大氣層還沒有形成空氣；另一部分是在地球上合成，因為當時地球充滿了漂浮氫氣，為了固定氫氣，自然合成水，此等大量的水終於形成海洋。

現在有許多證據提示，在地球早期歷史中，有機化合物是由各大氣中的無機成份，在紫外光、放電或熱等能量影響下而形成，此等有機化合物溶解於地球的大部分海洋中，此一早期被稱為化學演化（Chemical evolution）。此時期中，胺基酸及其他簡單前驅物被認為經非生物性縮合(Abiotic condensation)成原始多胜肽、多核苷、多醣類及脂質。由這些有機分子及聚合物的誕生，形成了一個生活有機體。

最近的研究中，組成DNA（去氧核糖核酸）及其合作夥伴RNA(核糖核酸)分子的五種鹼基（Nitrogenous base，又稱含氮鹽基、鹽基）：腺口票 呤（A,adenine）、胸腺口密啶（T,thymine）、胞口密啶(C,cytosine)、鳥糞口票呤（G, guanine）以及尿口密啶（U,uracil），可以在使用電擊火花衝擊甲烷、氮、氫及水蒸氣的混合物後發現。RNA（核糖核酸）也像 DNA一樣，是每種生物的每個細胞發揮功能及複製生殖，所必須的長鏈分子。 RNA也可以攜帶遺傳訊息，它們是由鹼基、五碳糖、磷酸所構成，這些分子可能是受到太陽輻射而形成。

雖然不曾有細胞在試管裡無中生有，但沙克研究所(Salk Institute)化學家奧格耳(Leslie Orgel)最近發現，在沒有任何活細胞及複雜化合物的情況下，一條具50個核苷酸大小、像 DNA的分子，竟能自發地從簡單的碳化合物及鉛鹽中形成。德國哥廷根研究院(Gottingen Institute)艾根 (Manfred Eigen, 1927─，

1967年諾貝爾化學獎得主）教授和他的夥伴，曾製造過簡短的RNA分子，它們可以在沒有任何活細胞的狀況下自行複製。

   哥倫比亞大學的史畢格曼(Sol Spiegelman)和他的同伴米爾斯(Donald Mills)，則在試管中合成變種的RNA傳染病毒，它們可以在其細菌宿主體內完整而持續的自行複製⁽²⁾。

   生命活動需要的能量是由太陽供給的，二氧化碳和氧的循環必須不斷地由太陽輸入輻射能，才能永遠維持。所以地球上一切生物體的能量來源都是太陽，沒有太陽就不能維持生命，也不會出現生命。

   一般相信第一個生活細胞是嫌氧性異營體(Anaerobic heterotrophs)的單細胞出現在海洋，後來慢慢演化成細菌和藍綠藻(Blue green algae)。當時海洋中還有很多有機化合物，因此此類嫌氧性異營體可從海洋中獲取有機化合物作為建材及燃料來源。隨著這些早期細胞的生長與增殖(Multiplication)，原始海洋(Primitive sea)逐漸缺失有機化合物。

   細菌是地球上最古老的生物，35億年前的化石已可看到類似細菌的東西，因為長得很小（細菌的英文Bacteria是取自希臘文「小東西」的意思），肉眼看不到，一直要到光學顯微鏡發明，才被人看到。地球大約是在45億年前形成，剛冷却下來的時候大約30多億年前）地球上還沒有氧氣，細菌都是靠分解有機物及硫化物，從這些化合物的化學能獲得能源。

   最早被發現的「活」化石細菌，是在1億2仟5百萬年前包埋在琥珀中昆蟲的腸子裡找到，令人驚奇的是，這隻在琥珀裡埋封1億多年細菌居然可以在培養液中「復活」，繼續繁殖生長。這個驚人的發現讓許多科學家非常興奮；這不但可以用來研究古代生物的性質，也可以研究生物的演化。

   細菌的分布非常廣泛，從最冰冷的北極冰塊、高溫的溫泉、1萬公尺深的海底到幾公里深的地殼裡，都有它的蹤影。有人估計，細菌的種類總共至少有百萬種之多。細菌可以在各種極端惡劣的環境下生存。因此有人認為，地球40億年前開始的生命，並不是從地球演化出來，而是從外太空隕石帶來。

   細菌像個城堡，最外面有厚厚的城牆（細胞壁）保護，城牆裡有內牆（細胞膜），細胞膜裡則有各式各樣的分子居民，忙碌進行各種工作及行業維持城堡的運作，而城堡的行政中心就是它世代相襲的君王：DNA（去氧核糖核酸）。細菌和真核細胞最大不同之處，就是它的君王DNA沒有另一個像紫禁城那樣的城牆把DNA圍起來，露在細胞質的「親民」DNA會由一個抄密碼的複雜的素機器，把遺傳密碼抄寫成RNA（核糖核酸）的語言，再由另一種讀密碼的機器把RNA的語言翻譯成蛋白質的語言，做成辛苦工作的蛋白質分子。

   細菌上面常常會帶一些菌毛(pili)及鞭毛(flagellar)，有的細菌還會在細胞壁外面加上一層用醣類高分子聚合物做成、像護城河的膠狀保護層。

   有很多細菌，在固體上以成群結隊的群眾運動方式游走找食物。用這種方式生活的時候細菌會分泌一種高分子物質（例如纖維素）與化學訊號使大家保持聯繫。

   細菌上面有一種粗的長鞭毛用來使細菌泳動，有的細菌只有一根鞭毛，有的有好幾根在細菌的一端，有的則在表面布滿很多菌毛。細菌表面有信號接受器，可以辨別食物的方向，再把信息傳給鞭毛下面的分子馬達起動鞭毛運動。細菌另外一種運動方式，是用螺旋形狀的菌毛在固體上滑行移動。

   有很多細菌，在固體上以成群結隊的群眾運動方式游走找食物。用這種方式生活的時候，細菌會分泌一種高分子物質（例如纖維素）與化學訊號使大家保持聯繫。這樣生長的菌落會形成一圈一圈同心圓的細菌群，群與群之間的生理狀況有些不同，每一群細菌都整齊劃一排列。從一個原始細菌長出來的後代有不同的生物性質，並不是基因產生特變，而是周遭環境使細菌的生化反應產生暫時性的變化。這和人體細胞都是從同一個受精卵來，却有非常不同的生物性質（例如神經細胞和肝細胞）的理由一樣，我們稱這種現象為「分化」（differentiation）。細菌這種聚集的生活方式，其實是高等多細胞生物演化的前驅。

宇宙大爆炸

   　　宇宙大爆炸(Big Bang)僅僅是一種學說，是根據天文觀測研究後所得到的一種推理。大約在150億年前，宇宙所有的物質都高度密集在一點，有着極高的溫度，因而發生了巨大的爆炸。大爆炸以後，物質開始向外大大地膨脹，就形成了今天我們看到的宇宙。大爆炸的整個過程是複雜的，現在只能從理論研究的基礎上，描繪過去遠古的宇宙發展史。在這150億年中先後誕生了星系團、星系、我們的銀河系、恒星、太陽系、行星、衛星等。現在我們看得見和看不見的一切天體和宇宙物質，形成了當今的宇宙形態，人類就是在這一宇宙演變中誕生的。

太陽系

   在大爆炸後第一個百萬年裡，物理學家溫柏格(Steven Weinberg)估計，宇宙的溫度已從最初的凱氏（Kelvin）1千億度下降到3千度左右。在這個溫度下，單一電子及質子才能結合而產生宇宙中最簡單、也是最豐富的原素─氫氣。後來，氫氣再併發成超新星(supernova)。所謂的超新星，是在超過數十億年的時間中，宇宙氫氣密度發生變化而形成的巨大星雲。在重力的作用下，超新星的核變得很熱，足以誘發核反應，產生了我們今天所知道的宇宙所有較重原素。

   新產生的元素散布到太空中成為星塵及氣體，構成了星雲。在星雲中，又誕生了許多星球及它們的行星、衛星。星塵及氣體則會再次因重力作用而彼此吸引在一起、經過墜落及聚集，直到產生核反應。

   那些日後注定要變成地球氣體雲團的物質，包括了氫、氦、碳、氮、氧鐵、鋁、金、鈾、硫、磷及矽等元素。太陽系的其他星球也以相同的氣體及塵粒團塊開始成形。若在當時，這些氣體及塵粒沒有被位居星雲中心的雛形太陽所吸引，就會像沒有目標的碎屑，冷却並飄浮在毫無生機的太空中。

   太陽的重力把逐漸堅硬的小物體拉進運行軌道中，並點火燃燒，成為長久持續的燃燒的狀態。如此，太陽也把它的衛星永浴在連續發散的光、氣體及能量中。

   太陽系由一顆恆星，即太陽，以及行星的總體，尤其是繞著太陽轉的行星組成。除了太陽以外，太陽系包括9個主要行星幾千個小行星、慧星、隕星以及行星間塵埃。9大行星最靠近太陽的是水星，其次是金星，第3位是地球，其後依序為火星、木星、土星、天王星、海王星和冥王星。

9大行星分兩類：

1. 離太陽近的類地行星如水星、金星、地球、火星。雖然小，但密度大，具有牢固的地殼。自形成後發生很大的變化。

2. 離太陽更遠一些的巨行星如木星、土星、天王星、海王星和冥王星。

明顯的更大更重，但密度不大，這些巨行星的大氣主要含氫氣和氦氣，成分和它們起源的星雲相近。

原始地球

   約46年前，有幾個條件使得地球處於高適合生命開始發生的狀態。

1. 首先，它很接近能量來源太陽。

2. 在9個繞行太陽的主要行星中，地球還不致於太靠近太陽，以致於讓元素都汽化成氣體或溶化成溶岩；同時它的距離也沒有遠到會讓氣體凝結成冰、氨及甲烷。

3. 此外與太陽的適當距離，使得水在地球上呈液體，但在水星都蒸發到太空中，而在木星上則都凝聚成冰。

4. 地球的大小適中，足以將大氣層留住，使元素可以流動循環，但也不會大到把大氣層都凝集在一起，讓太陽光無法透過。

   太陽燃燒初期，爆炸性的輻射風暴橫過剛成形的太陽系，攬動了地球及其他內行星的早期大氣層結構。氫氣太輕，很難被地球重力保留下來，因此它們不是飛到太空中，便是和其他元素結合，產生形成生命所必須的重要組成。那些能留下來的氫氣，有些和碳結合成甲烷(CH₄)，有些和氧結合成水(H₂O)，另外有些和氮結合成氨(H₃N)，而有些則和硫結合成硫化氫(H₂S)。這些氣體，再經重新排列組合成長鏈狀化合物之後，便構成我們身體裡實際的基本組成。

   由於地球的狀況適合某些特定的化學組合，長久下來生命的方向便被決定了。在5億8千萬年前到現在，因大量生物化石留下明顯的生物歷史。

   首次揭露曙光的是芝加哥大學的游理（Harold C,Urey）及學生密勒，他們兩人在1953年用火花不停處理模擬的大氣（含水汽、氨、氫、甲烷），結果，數週後從這些簡單化合物生成了蛋白質及核酸的基本要素。

   地球在千千萬年生成水汽、氨、氫、甲烷的過程，加上不斷累積、蒸發及凝結，造成某些場所會有高濃度的各種分子，成了「原始濃湯」，而如果某些礦物（諸如黏土粒子）能催化小分子連結成大分子，而大分子又有複製它自己的能力，那麼它們是否能由簡而繁，變成生命的雛形。

   早期地球形成時的猛烈大氣及高溫，使得地球在45億年前至39億年前的早期歲月裡，沒有堅硬的地殼，也沒有海洋及湖泊，甚至可能連冬天的雪及冰雹都沒有。整個地球是一個熔融的熔岩火球。

大約到39億年前，地球表面才冷却到足以形成一層薄薄的地殼。此時的地殼常被底下的熔岩穿鑿，或是被隕石挾帶著大量的冰塊自空中撞擊成大大小小的坑洞。此情形持續了13億年⁽¹⁾。

當時地球的水大部分水是從隕石帶過來，因為隕石經過地球的大氣層時不會燃燒，當時地球的大氣層還沒有形成空氣；另一部分是在地球上合成，因為當時地球充滿了漂浮氫氣，為了固定氫氣，自然合成水，此等大量的水終於形成海洋。

現在有許多證據提示，在地球早期歷史中，有機化合物是由各大氣中的無機成份，在紫外光、放電或熱等能量影響下而形成，此等有機化合物溶解於地球的大部分海洋中，此一早期被稱為化學演化（Chemical evolution）。此時期中，胺基酸及其他簡單前驅物被認為經非生物性縮合(Abiotic condensation)成原始多胜肽、多核苷、多醣類及脂質。由這些有機分子及聚合物的誕生，形成了一個生活有機體。

最近的研究中，組成DNA（去氧核糖核酸）及其合作夥伴RNA(核糖核酸)分子的五種鹼基（Nitrogenous base，又稱含氮鹽基、鹽基）：腺口票 呤（A,adenine）、胸腺口密啶（T,thymine）、胞口密啶(C,cytosine)、鳥糞口票呤（G, guanine）以及尿口密啶（U,uracil），可以在使用電擊火花衝擊甲烷、氮、氫及水蒸氣的混合物後發現。RNA（核糖核酸）也像 DNA一樣，是每種生物的每個細胞發揮功能及複製生殖，所必須的長鏈分子。 RNA也可以攜帶遺傳訊息，它們是由鹼基、五碳糖、磷酸所構成，這些分子可能是受到太陽輻射而形成。

雖然不曾有細胞在試管裡無中生有，但沙克研究所(Salk Institute)化學家奧格耳(Leslie Orgel)最近發現，在沒有任何活細胞及複雜化合物的情況下，一條具50個核苷酸大小、像 DNA的分子，竟能自發地從簡單的碳化合物及鉛鹽中形成。德國哥廷根研究院(Gottingen Institute)艾根 (Manfred Eigen, 1927─，

1967年諾貝爾化學獎得主）教授和他的夥伴，曾製造過簡短的RNA分子，它們可以在沒有任何活細胞的狀況下自行複製。

   哥倫比亞大學的史畢格曼(Sol Spiegelman)和他的同伴米爾斯(Donald Mills)，則在試管中合成變種的RNA傳染病毒，它們可以在其細菌宿主體內完整而持續的自行複製⁽²⁾。

   生命活動需要的能量是由太陽供給的，二氧化碳和氧的循環必須不斷地由太陽輸入輻射能，才能永遠維持。所以地球上一切生物體的能量來源都是太陽，沒有太陽就不能維持生命，也不會出現生命。

   一般相信第一個生活細胞是嫌氧性異營體(Anaerobic heterotrophs)的單細胞出現在海洋，後來慢慢演化成細菌和藍綠藻(Blue green algae)。當時海洋中還有很多有機化合物，因此此類嫌氧性異營體可從海洋中獲取有機化合物作為建材及燃料來源。隨著這些早期細胞的生長與增殖(Multiplication)，原始海洋(Primitive sea)逐漸缺失有機化合物。

   細菌是地球上最古老的生物，35億年前的化石已可看到類似細菌的東西，因為長得很小（細菌的英文Bacteria是取自希臘文「小東西」的意思），肉眼看不到，一直要到光學顯微鏡發明，才被人看到。地球大約是在45億年前形成，剛冷却下來的時候大約30多億年前）地球上還沒有氧氣，細菌都是靠分解有機物及硫化物，從這些化合物的化學能獲得能源。

   最早被發現的「活」化石細菌，是在1億2仟5百萬年前包埋在琥珀中昆蟲的腸子裡找到，令人驚奇的是，這隻在琥珀裡埋封1億多年細菌居然可以在培養液中「復活」，繼續繁殖生長。這個驚人的發現讓許多科學家非常興奮；這不但可以用來研究古代生物的性質，也可以研究生物的演化。

   細菌的分布非常廣泛，從最冰冷的北極冰塊、高溫的溫泉、1萬公尺深的海底到幾公里深的地殼裡，都有它的蹤影。有人估計，細菌的種類總共至少有百萬種之多。細菌可以在各種極端惡劣的環境下生存。因此有人認為，地球40億年前開始的生命，並不是從地球演化出來，而是從外太空隕石帶來。

   細菌像個城堡，最外面有厚厚的城牆（細胞壁）保護，城牆裡有內牆（細胞膜），細胞膜裡則有各式各樣的分子居民，忙碌進行各種工作及行業維持城堡的運作，而城堡的行政中心就是它世代相襲的君王：DNA（去氧核糖核酸）。細菌和真核細胞最大不同之處，就是它的君王DNA沒有另一個像紫禁城那樣的城牆把DNA圍起來，露在細胞質的「親民」DNA會由一個抄密碼的複雜的素機器，把遺傳密碼抄寫成RNA（核糖核酸）的語言，再由另一種讀密碼的機器把RNA的語言翻譯成蛋白質的語言，做成辛苦工作的蛋白質分子。

   細菌上面常常會帶一些菌毛(pili)及鞭毛(flagellar)，有的細菌還會在細胞壁外面加上一層用醣類高分子聚合物做成、像護城河的膠狀保護層。

   有很多細菌，在固體上以成群結隊的群眾運動方式游走找食物。用這種方式生活的時候細菌會分泌一種高分子物質（例如纖維素）與化學訊號使大家保持聯繫。

   細菌上面有一種粗的長鞭毛用來使細菌泳動，有的細菌只有一根鞭毛，有的有好幾根在細菌的一端，有的則在表面布滿很多菌毛。細菌表面有信號接受器，可以辨別食物的方向，再把信息傳給鞭毛下面的分子馬達起動鞭毛運動。細菌另外一種運動方式，是用螺旋形狀的菌毛在固體上滑行移動。

   有很多細菌，在固體上以成群結隊的群眾運動方式游走找食物。用這種方式生活的時候，細菌會分泌一種高分子物質（例如纖維素）與化學訊號使大家保持聯繫。這樣生長的菌落會形成一圈一圈同心圓的細菌群，群與群之間的生理狀況有些不同，每一群細菌都整齊劃一排列。從一個原始細菌長出來的後代有不同的生物性質，並不是基因產生特變，而是周遭環境使細菌的生化反應產生暫時性的變化。這和人體細胞都是從同一個受精卵來，却有非常不同的生物性質（例如神經細胞和肝細胞）的理由一樣，我們稱這種現象為「分化」（differentiation）。細菌這種聚集的生活方式，其實是高等多細胞生物演化的前驅。