六、科學未知3
合成生命探秘
在研究中發現，凡是生命機體所存在的元素在大自然中均可以找到。這些元素不外乎氧、碳、磷、硫、氫、鉀、鈉等以及一些極少量的微量元素。這化學元素單純地化合分解，是離不開無機這個世界的。
可是人們無法理解的是，最初生命在地球上誕生是如何從無機邁向有機的。對於地球生命的起源說法很多，目前認為地球原始大氣中主要有水蒸氣、氨、甲烷、硫化氫、氰化氫、二氧化碳等，在地球表麵的凹陷處還有著液體的水，這就是原始的海洋；海洋中溶解有大氣中的各種氣體，由於當時地球表麵並沒有形成臭氧層，因太陽的光照強度較大，這就形成了足夠的能量使得海洋中的低分子逐漸聚合形成較大的分子；這樣隨著時間的推移以及各種理化條件的變化，使這些低分子像滾雪球一樣，逐漸增大；據專家們分析，大分子是形成生命的基本條件，因而，在較為古老的時候，某一時刻內便發生了一個突變，於是生命從此開始了。
這一推測在美國化學家米勒模擬原始大氣成分進行的實驗中獲得了證實。這種無生命的混合物在通過模擬原始地球的光照、放電等形式的作用下竟出現了複雜的分子結構，這些分子結構直接地暗示著蛋白質和核酸合成的可能性。但是，它們畢竟隻是一些複雜的分子而已，距離生命的物質還差得很遠。
關於從無機界向有機界的跨躍實驗，早在一百多年前就被在實驗室中完成了，當時是德國化學家維勒首先用無機物氰酸銨合成了尿素。這一曆史性的突破，無疑為生命起源的研究提供了極為有價值的參考資料。
然而更令人振奮的是，1965年我國科學家在世界上首次合成了具有生物活力的牛胰島素。正如無機向有機邁進一樣，人工牛胰島素的合成是有機物低分子向生物高分子跨躍的又一個裏程碑，為人工蛋白質的合成開辟了一個新的天地。
地球上生命的最為基本的物質是蛋白質和核酸。這兩種物質相互依存，相互利用。蛋白質的合成是核酸傳遞的遺傳信息，而核酸的合成必須有具有生物活性的蛋白質——酶的催化。因而，我們說人工合成蛋白質必需首先揭開核酸這個秘密，利用核酸所傳遞的密碼和信息進一步完成蛋白質的合成。
通過長期的研究、探索，人們對於生命的基本物質蛋白質和核酸的化學成分、性質都已經有了較為深入的了解，但是利用我們目前所掌握的知識和科學手段來進行人工生命的合成，還有許多難以逾越的障礙。因此說，生命的合成目前還無法實現，這些都有待於科學的進一步發展。
微生物固氮的奧秘
有人說現代農作物的增長一靠優良的品種，二靠化肥。足以證明化肥在農業上的作用已被升高到了一個極為重要的地位。目前我們所應用於農作物的化肥不外乎氮、磷、鉀三大類，而氮肥又居這些化肥之首，因為氮是植物生長不可缺少的元素。
在我們呼吸的空氣中氮氣占據了極大的比重，約為79％。然而，空氣中的氮對於農作物來說是愛莫能助的，因為空氣中的氮是由二個氮原子組成的氮分子，即氮氣，而植物體隻能吸收利用單個遊離的氮原子。植物每天麵對著這巨大的天然的氮原料卻不能利用，這不能不說是一種遺憾。但是空氣中的氮分子也並不是一點作用也不起的，當受到雷擊、火山爆發或流量撞擊時，空氣中的氮分子同樣也可以分解成為遊離的氮原子與氫、氧等元素結合而被植物體所利用。可是這種天然製造的機會太少了，遠遠不能滿足植物生長的需求。於是全世界各地建成了數以十萬計的大中型氮肥廠，來滿足植物生長的需要，這仍沒有完全解決農作物肥料危機的問題。
在對於氮化肥的研究中，科學家們設計了許多方法，其中最為著名的就是固定氮法，簡稱固氮法。就是使空氣中的遊離氮轉變成氮化物。然而如要人工固氮建立一個較大的氮肥廠的話，其造價和工程技術都是難以逾越的障礙。科學家們發現一些微生物自身能夠將空氣中遊離的氮氣轉化為機體所能利用的氮化物，於是科學家們將這些微生物稱為之固氮微生物。固氮微生物一般分為兩類：一類為在土壤中能獨立生活的自生性固氮微生物，包括喜氣性的自生性固氮菌、厭氣性的固氮梭菌以及某些能固氮的藍藻等。另一類為與植物營共生的共生性固氮微生物，包括與豆科植物共生的根瘤菌以及其他細菌、放射線菌等。由於這些固氮微生物的存在，能夠使土壤中的氮含量增加，從而促進農作物的生長。科學家根據觀察統計，地球上的微生物年固氮量相當於現今全世界氮肥廠年產量的3倍。這個數字對於我們來說，簡直是太可觀了。如果將微生物這種固氮方法應用到氮肥的製造上，那麼完全可以關閉全世界2／3的氮肥廠。
關於微生物固氮的奧秘，科學家們已有了初步的認識，原來這些微生物體內有一種特殊的酶——固氮酶，盡管眾多固氮微生物之間分態與形態上的差別很大，但是在固氮酶的組成上卻有著極為相同之處：這些固氮酶都是由鉬鐵蛋白和鐵蛋白組成的複合物，它們將氮分子轉化成可利用的氨分子隻消一瞬間，其工作效率比工業合成氨高出近千倍。但是這種固氮酶卻十分懼怕氧氣，隻要一遇到氧，就立刻失去了活性，這與其他酶比較起來是較為特別的了。固氮酶在氧的環境中，既沒有催化活性，也不能進行生物合成。這些固氮微生物也深知道這種不利的因素，於是它們有的利用高強度呼吸使固氮酶周圍的氧迅速耗盡，為固氮創造一個無氧環境，有的將固氮酶包繞在細胞內，以防止氧氣的接觸。