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“生命起源”最著名的實驗——米勒實驗:生命不可能自然產生
送交者: 弓長貝占郎 2024年03月18日17:09:50 於 [新 大 陸] 發送悄悄話

2024-03-16 17:10·文釋非世界觀

關於生命起源,自古以來,除了創造論,還流傳着另一種說法,叫“自然發生說”,即生物可以由非生命物質自然產生。

在科學不昌明的年代,人們觀察到腐肉可以生出蛆蟲,於是認為蛆蟲是從腐肉中自然產生。我國也有“腐草化螢”的說法,意思是腐爛後的草能長出螢火蟲來。

17世紀生物學家赫爾蒙特也做了個“老鼠實驗”,他把髒衣服和小麥放在一個封閉的箱子,在21天之內會有老鼠咬破箱子爬出來,他“證明”老鼠可以從髒衣服和小麥而產生。

直到19 世紀,法國科學家巴斯德,也是微生物學之父,通過“鵝頸瓶實驗”才把“自然發生說”徹底推翻。

01.

1859年,英國生物學家達爾文發表《物種起源》,指出生物是由單細胞到多細胞、從簡單到複雜、由低等到高等,通過漫長時間進化而來。

既然是進化,就有個源頭,如果最簡單最低等的單細胞能自然產生,後續複雜高等生命的進化才有可能,反之則無從談起。所以第一個生命的重要性不言而喻!

關於第一個生命如何產生,達爾文在信件中描述了自己的猜想:

“我們構想在一個溫暖的小池塘裡面,富含化學物質和鹽……環境中還有光、熱和電……一個蛋白質可能會自發地形成。”

這裡蛋白質是生命的必要條件,只要能合成蛋白質,就有可能產生生命。

這就是被稱為“原始湯”的假說,如下圖:

原始湯

有別於“自然發生說”,前者是無機物到生命,達爾文的“原始湯”假說是化學物到生命,所以也叫“化學進化說”。

這個構想能不能成立?需要實驗去驗證!

1953年,美國學者米勒做了這個著名的實驗――米勒實驗,如下圖:


實驗模擬原始環境,使用水蒸氣、氫氣、氨氣和甲烷,通過約一周的放電,合成出4種最簡單的氨基酸。

只要在原始狀態下能產生氨基酸,就有可能合成蛋白質,接着是單細胞生命,只要有足夠長的時間,就能進化出多細胞生物、軟體類、有脊椎魚類、兩棲類、鳥類、哺乳類、到人!

米勒這個實驗有沒有問題?

除了問題,其它沒有!

第一:沒有氧氣!

米勒實驗所用的氣體不允許有氧氣,否則無法合成氨基酸。

但極多的地質學證據,表明地球大氣一直有豐富的氧氣,例如地球最底層的沉積岩中都有大量的含氧化合物,表明地球大氣中一直都有氧。

米勒實驗設定的“大氣條件”在地球歷史上沒有發生過。

而且假如地球真的沒有氧氣,就不會有臭氧層,太陽光中的高能紫外線會直接照射全球,即使有蛋白質、DNA和生命,也會很快被紫外線破壞和殺死,地球不會有生命。

“原始湯”假說面臨兩難境地:不管有沒有氧氣,都無法成立。

第二:使用微小火花

大自然的閃電溫度高達上萬度,會破壞氨基酸;

米勒實驗的電火花每2秒一次連續放電,實際上在同一個位置發生閃電的幾率非常低。

兩天內在同一位置產生的能量,比海洋中一個固定地方,經過上千萬年所得到的能量還多。

第三:錯誤的實驗條件和裝置

氨基酸很不穩定,實驗裝置有個探頭把生成的氨基酸抽走,以免很快就被破壞掉,實際上在自然界的氨基酸很快被陽光、熱量或化學物質破壞,沒有保存氨基酸的機制。

第四:錯誤的實驗產物

實驗產生甲醛,甲醛是一級致癌物,有強烈的殺菌作用,會使蛋白質變性失效,比氨基酸更難分解,新房裝修的人都知道,要散味兩個月左右才適合入住。

二是實驗產生劇毒的氰化氫,二戰中納粹德軍就使用氰化氫毒殺猶太人。

米勒實驗合成的氨基酸,有一半是有害的右旋氨基酸,它會破壞蛋白質合成,實際生命體需要用100%純左旋的氨基酸,即使混入0.1%右旋的氨基酸也會合成出無用的蛋白質。

米勒實驗產生的氨基酸只占2%,98%是有毒化學物,生命細胞掉入米勒實驗產物里必死無疑,蛋白質進去便喪失功能!

“原生湯”其實是“有毒湯”!

02.

達爾文的時代,對微觀世界的研究手段比較落後,雖然已經有了顯微鏡,但顯微鏡的分辨率還很低。如下圖:

早期顯微鏡下的細胞

所以以為生命細胞只是“一團簡單的碳元素組成的蛋白質聚合體”,生命可以隨機碰撞出來。然後假設有齊備的原料,加上足夠長的時間,就可以組合出生命。

順序是從無機物→氨基酸→蛋白質(+DNA)→分子機器→生命細胞。

為了便於理解,我們用生命細胞與一台電腦的對照,這樣來理解比較直觀,如下圖:

細胞對照電腦

按對照圖我們看到,蛋白質是生命的必備條件,就如電腦的功能元件,氨基酸還只是材料,要組合成有功能的蛋白質,氨基酸鏈條還要進行有序的排列,但在水中和沒有酶的條件下,氨基酸鏈總在分解,很難組合起來,如下圖:

蛋白質需要有序排列的氨基酸

進化論觀點認為:如果有足夠長的時間,就可以組合成功蛋白質。

這裡插一句:假如說我在虧錢,時間越漫長,我是變得富有,還是越來越窮?

解釋這一點,只剩概率事件。

先打個比方熱身一下:假如一個人想從廣州步行到北京,沒有導航沒有地圖沒有方向指引,全程有多不勝數的十字路口,他靠瞎矇,一路蒙到北京,這個概率如何?

03.

我們按數學概率,氨基酸隨機瞎碰出一個有功能作用的蛋白質,它的概率是多少?

以下計算有點痛苦,但很重要,偷懶的話可以略過,直接看結果。

首先是兩個關鍵要素不能替換,如下圖:

蛋白質組合規則

蛋白質平均有400個氨基酸,生化學家統計,平均每個位置可以替換6種氨基酸

概率計算以擲骰子比喻如下:

扔出6的概率

生物大約使用20種氨基酸,每個位點平均可選有6種,幾率是400個6/20相乘,如下圖:

隨機組成蛋白質的概率

最終得出的幾率是:少於10的209次方分之一,即:

1000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000分之一,1後面有209個0分之一。

這個概率實在太小,但進化觀點認為放到宇宙尺度之下,還是有出現的機會,現在我們算算放到宇宙尺度之下,這概率如何?

太陽系有10的57次方個原子;

銀河系有1000億(10^12)個類似太陽系的恆星系;

宇宙有1000億(10^12)個類似銀河系的星系;

推算宇宙共約有10^57X10^12X10^12≈10^80個原子。

假設全宇宙所有原子(10^80)都是氨基酸(太慷慨了),每400個為一個反應組來瞎碰,有多少組:

10^80÷400=10^78組。

使用所有時間瞎碰,按宇宙年齡是“137億年”算≈10^18秒;

1秒瞎碰一次,最大瞎碰次數為:10^78×10^18=10^96次

全宇宙的物質和時間隨機瞎碰出蛋白質的幾率,

瞎碰出特定蛋白質的幾率(1/10^209 )×瞎碰最大次數( 10^96)=1/10^113

結果:

用盡所有的宇宙物質和宇宙年齡137億年,還需要10的113次方個宇宙,才能碰撞出一個特定的蛋白質!!

我們已經無法想象這樣的數據,這還只是一個中等大小的蛋白質,大的還有幾千個氨基酸的蛋白質,最簡單的生命至少需要幾百種,上萬個特定的蛋白質才能生存!

這相當於,材料沒能通過自然碰撞產生電腦元件,功能部件和最終的電腦成品更遙不可及!

結論是:生命不可能自然產生!

著名天文學家,霍伊爾爵士對“化學進化”這樣評論:

“生命自然形成的幾率,好比一陣狂風吹過充滿破銅爛鐵的垃圾場後,形成了一部波音747飛機一樣。”

正因為生命太過複雜,今天人類雖然能製造飛機、火箭、宇宙飛船、人工智能,但卻遠遠不能製造出一個最簡單的細胞!

精密的動物細胞

每個生命細胞就像一個有條不紊運行的智慧城市,比飛機更加精妙。

進化派天體生物學家,保羅‧戴維斯教授也承認:

“在物理學中還沒有一個已知的定律能讓信息從無到有地出現……”

有生命只能產生於有生命!

結語:

要知道,米勒實驗幾乎是“化學進化說”唯一的希望,現在流傳的地球生命“外來說”,是在米勒實驗失敗以後,把希望挪出了地球。

但地外文明遭遇同樣的詰難:這些高等文明,他們的第一個生命如何產生?

正如同樣是地球人,聰明人和魯鈍人同樣受地球引力作用,“外星人”置身相同宇宙定律之下,並不是他們比我們聰明、高等就不受宇宙定律影響!

生命不能源於無生命,更複雜的人又源自哪裡?


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