同學們好，今天上課的內容是《現(xiàn)代生物科學導論》的第三個專題：地球生命的起源。生命從何而來，又駛向何方？這既是一個哲學問題，也是科學的終極困惑。我們說世界上復雜的事兒挺多，但生命的起源與進化，這個復雜性，就遠遠超出了一切自然科學所能駕馭的范疇。因此，對于生命起源的科學探索，有時候就不得不借助于哲學家們的深邃思辨。我們今天的課，與其說是人類已有成果的介紹，倒不如說是人類思考的起點。有太多問題，太多矛盾沒有解決，甚至一個看似合理的解釋都沒有。在關于這個話題的探索歷史上，人們也可能是時而接近真實，時而又偏離真實。

我們先來談第一個問題。地球：人類在宇宙中的唯一家園。有時候我們會說，地球是平凡的，因為銀河系中就有千萬億顆恒星，類似銀河系的星系大于五百億；而有時候我們又會說，地球是不平凡的，因為目前它是已知唯一有生命的星體。從20世紀60年代開始的地外文明探測工作，到目前還沒有可靠的證據說明，是否存在地外文明。但是，不管生命的產生多么極端與罕見，在茫茫的宇宙中總是出現(xiàn)了，因為我們人類自己就是活生生的例子，正生活在這樣一顆星球上。從現(xiàn)代地球環(huán)境來看，地球的確非常適合生命的生存。

由于我們沒有更多的案例可參照，人們只能根據地球上生命生存的環(huán)境，來猜測出一個適合生命生存的條件，這就是所謂的宜居理論，該理論大意是說：生命的存在需要一種不冷不熱，恰到好處的狀態(tài)。那就是，行星需要位于距離恒星合適的位置，保證水既不會結冰也不會蒸發(fā)。

如果放眼宇宙，就會發(fā)現(xiàn)我們所處的宇宙其實是吞噬一切的黑暗，但宇航員從太空中看到的地球則是另外一番景象，一顆充滿夢幻的藍色星球，但這恰好掩蓋了其真實的歷史：滿載沖突、創(chuàng)造與變化。當然啦，我們現(xiàn)在知道，正是地球上生命的存在，讓這顆曾經傷痕累累的熾熱巖石變成了適合生命生存與發(fā)展的溫床。然后，地球在氧氣的驅動下，生命幾乎在所有可以想象的維度中爆發(fā)。

我們先來看看這張表，就能看出許多門道出來。一般來說，為了研究方便，人們總是將地球的相關參數(shù)定義為1，其他行星的參數(shù)與它相比。所以這里星球軌道離太陽的距離，質量、直徑、密度和表面重力都是1。首先，依據距離太陽的遠近，分別是水星、金星、地球和火星這四顆類地行星，類地行星是指由巖石組成的行星，相應地，距離太陽較遠的木星、土星、天王星和海王星，是類木行星，它們由氣體組成?？梢韵胂螅嬖?，一定要有立足之地，所以在氣態(tài)行星上的可能性比較小。那么我們這里，也只比較四顆類地行星的情況。

地球的密度在各大行星中名列第一，也就是說，在太陽系中，地球相對來說是最硬的，這是維持一個穩(wěn)定環(huán)境的物質基礎。再看地球的體積和質量，也是類地行星中最大的，逃逸速度為11.2 km/s，這就是說，在地球表面如果不借助航天火箭達到第二宇宙速度，任何物質都逃不脫地球引力，所以地球最外層可以保全一個大氣圈。

水星的體積太小，質量只有地球的6%，逃逸速度為4.3 km/s，不可能保持真正的大氣圈。金星的體積和質量與地球接近，逃逸速度為10.3 km/s，所以能保持濃密的大氣圈?；鹦堑捏w積只有地球的15%，質量為11%，它的逃逸速度約5.1 km/s，這樣低是低了點兒，但仍能保持一個比較稀薄的大氣圈，氣壓只有地球大氣的0.74%。

另外，地球的自轉周期與公轉周期是比較適當?shù)摹Ｏ啾绕饋?，水星自轉周期長達59天，也就是說，一天一夜相當于地球上的兩個月呀。而金星更離奇了，自轉周期超過公轉周期，就是說金星上的一天比一年還長，所以星體不可能均勻地吸收太陽的熱量。

地球與太陽的距離適中，能接收合適的太陽光和熱。地球表面的平均溫度為15℃，在這樣的條件下，水可保持液態(tài)，形成了生命賴于存在的水圈。相比而言，水星和金星就離太陽太近了，接受太陽輻射能量分別是地球的6.7倍和1.9倍。金星表面存在溫室效應，溫度高達420－485℃，水星沒有大氣層，缺乏大氣圈調節(jié)，向日面可高達350度，而背日面則只有-170℃，在這樣的條件下，液態(tài)水圈是不可能存在的。木星、土星距太陽太遠，所獲太陽輻射的能量僅為地球的4%和1%，表面溫度是-150℃和-180℃；更遠的三顆行星的表面溫度則都在-200℃以下，環(huán)境條件就更加嚴酷了。前面已經看到，地球的體積和質量適中，維持了一個穩(wěn)定的大氣圈，而這里所形成的大氣圈，就帶來了另外一個效應，就是避免其他流星的撞擊，因為這些星體在到達地面之前，已經在大氣圈中因為摩擦生熱而燃燒殆盡了。

一般來說，類木行星是比較容易形成磁場的。在類地行星中，水星只有極微弱的磁場，金星和火星基本上未形成磁場，很可能是由于星體內部不存在液態(tài)金屬核或其內部旋轉作用太慢的原因。而地球具有堅硬的巖石圈外殼和重元素的液態(tài)內核，轉速也不低，所以形成了足夠的磁場。地球磁場借助太陽風作用所形成的磁層，可以阻擋來自太陽和其他宇宙天體的高能粒子，對于保護生物免受損害具有重要意義。而水星、金星和火星，星體表面處于紫外輻射和高能粒子的直接撞擊之下，使生命的存在和發(fā)展受到威脅。

從這個數(shù)據比較來看，地球大氣中氧含量達21%，這是地球高級動植物呼吸作用的物質基礎。另外，高空氧在太陽紫外線作用下形成的臭氧層，吸收太陽紫外輻射，可以保護地球表面生物界不受侵害，這也是地球得天獨厚的有利條件。

木星強大的引力會把原本可能撞擊地球的彗星和小行星吸引過去或者撕碎，木星的存在是地球上能繁衍出生命的重要保障之一。根據計算，如果沒有木星，地球受撞擊的機率是現(xiàn)在的1000倍以上。

自人類進行太空探索以來，人們就一直在根據地球的模樣去尋求生命的宜居帶。比如，開普勒太空望遠鏡自2009年發(fā)射升空以來，就一直致力于在太陽系外尋找類地行星，有人戲稱這樣的行星為地球兄弟。

2016年8月25日，自然雜志報道，科學家在半人馬座α星找到了類地行星。如果你看過劉慈欣的科幻小說《三體》，就知道這里α星的三顆恒星其實就是本部小說的原型。我看到這篇新聞的第一反應就是，劉慈欣在小說中的超級想象是否會成為現(xiàn)實呢？但是，這一切都還是假說。

在太陽系行星中，從質量、體積、運動等來看，地球是普通，但地球上存在智慧生命又使地球成為太陽系中特殊的一員。地球上生命存在的原因，我們這里僅僅從地球自身條件和行星際空間條件進行了分析，當然還有恒星際空間的條件，我們今天不展開了。地球與太陽的距離適中、地球的體積和質量適中，地球上具備了生命存在的溫度、大氣和安全的宇宙環(huán)境等條件。而且，我們可以猜測，其中無論是哪一項參數(shù)，只要稍有改變，對生物界和人類生存都會引起嚴重的甚至毀滅性的后果。