21世纪，科学上的未解之谜 地球生命起源之谜 地球的年龄约为45亿年，地球生命形态最初出现的时间可追溯到30亿年前。地球生命的起源一直是一个争议颇多的问题。现代科学诞生以前，流传着一种“生物自然发生”的观念。 如今，科学家们对生命起源问题的认识比起17世纪和18世纪的认识要深刻得多。他们从多方面提出了地球生命起源的线索。但问题的答案依然是扑朔迷离。 线索一：原始地球大气是有机分子的诞生地，然后产生了生命。首先需要了解的一个问题是：有机分子为什么会取得如此辉煌的胜利？这主要是因为有机分子的原子组合比较牢固，但这些原子很难自行组合。要造出一种含碳原子的、相互密合和有序的多元子结构比造出诸如硅-氧结构之类的东西要困难得多。然而，这种基于碳原子的结构一旦造出，它所具有的独特的复杂性就会无限期地保持下去，最终导致生命系统的诞生。 线索二：火山孕育生命。原始地球火山活动频繁。在太古代存在深海火山，它的地质条件类似于现代深海洋中脊，生命化学合成的一系列反应就在那里发生，有机分子在那里形成，最后原始生命就在那里诞生。 线索三：天外起源说。1990年，美国国家航空航天局的凯文.吉林斯扑提出，白垩纪-第三纪界线附近地层的有机尘埃是由于一颗或几颗彗星掠过地球时留下的氨基酸形成的。在地球形成早期，彗星也能以这种方式将有机物质像下小雨一样洒落在地球下，这就是地球上的生命之源。 另外，落到地面的流星体也为研究太阳系的起源和演化、生命起源提供了宝贵的线索。 线索四：黏土矿物晶体。黏土这种地球上最常见的物质是最初的生命物质。黏土矿物是一种微小的晶体，黏土矿物晶体具有生命系统的某些关键特征。比如，有些矿物晶体可以在有限的程度上模仿植物的光合作用。在紫外线的照射下，某些结构简单的铁盐溶于水中之后可以使二氧化碳凝固，并将它合成如甲酸之类的小有机分子。同样固氮作用也是有机物中一种非常复杂的反应过程。这种复杂的反应过程也在一些矿物中有限程度地被加以模仿。作为砂的一种次级成分，含铁的二氧化钛也具有固氮的能力。当太阳光照射到这种物质潮湿的晶体之上，这时就会有少量的氮转化为氨，相比之下氨比较容易发展成为氨基酸之类的较大分子。这些有机分子的形成可能为生命的诞生奠定基础。 衰老之谜 据报道，发达国家现在的平均寿命男人75岁，女人80岁，比过去多了大约25年。目前，可信的寿命最长的正式记录是1997年去世的卡蒙特夫人，享年122岁。但是，人的寿命为什么有长有短，人类为什么会衰老呢？ 美国得克萨斯州立大学西南医学中心的科学家莱特和谢伊认为他们发现了细胞衰老的秘密。人类细胞的生长是通过细胞分裂。但是，细胞分裂的次数是有限的，经过多次的分裂后便会停止，即衰老了。这种现象与细胞内的染色体有关，每一条染色体的末端都由端粒所保护。当细胞分裂一次，染色体的端粒便会短一些，直到细胞不能再分裂。而有些生殖细胞和癌细胞却没有这种酶。只要把端粒酶加进人类正常的细胞内，便能延长细胞的生命，使它们正常分裂和生长，维持细胞的青春状况。 芝加哥伊利诺伊大学的研究者们则提出，衰老的秘密可能就位于一个名叫P21的特定基因上。它的作用相当于一个基因紧急制动闸，通常，它会让受到毒素污染或者辐射破坏的细胞停止生长。分子基因学教授伊戈尔.罗宾逊分析了P21基因对上千个其他基因的影响。他惊奇地发现，那些受影响的基因变成了平滑粒状，并且停止了生长，即它们衰老了。 这些研究从不同侧面为人们在新的世纪里全面提示衰老之谜奠定很好的基础，但短期内青春依然唤不回。 超光速可能吗 爱因斯坦在狭义相对论中指出，光速是任何物体运动速度的极限，任何物体的运动速度都不可能超过光速。 光速真的不能超越吗？许多人发出了这样的疑问。 可能性之一：到目前为止，除引力外的所有的物理作用都符合相对论量子场论。据这个理论，任何作用不可能以超过光速的速度传播。但是这个理论不能保证将来不会发现它无法描述的粒子或相互作用。在将来更完善的理论中，也无法保证光速仍然是速度的上限。比如，有人从理论上预言快子的存在，它具有超过光速的瞬时速度。另外，一种粒子可以衰变成其他粒子，包括以光速运动的光子。现在，经典物理学家还无法具体描述衰变的细节，无法否定通过衰变产生超光速粒子的可能性。另外，既然存在始终以光速运动的光子，存在以低于光速运动的粒子，为什么不能有始终以高于光速运动的粒子呢？ 可能性之二：卡西米尔效应也让人们得到了超越光速的希望。当两块不带电荷的导体板距离非常接近时，它们之间会有非常微弱但可测量的力，这就是卡西米尔效应。计算表明，在两块金属板之间横向运动的光子其速度略大于光速。 地外生命存在吗 从文明诞生的那一天起，人们就对地外文明产生兴趣。 20世纪50年代以来，由于观测技术和研究手段的进步，越来越多的星际有机物质被探测到。1969年，斯奈德观测到宇宙空间中有机分子甲醛的光谱线，轰动了世界，被誉为20世纪60年代天体物理的重大发现。近年来，天文学家们利用亚利桑那州基特山顶一架12米太空望远镜对银河进行观测时，在一团星云中发现了糖类。它的发现也使天体生物学家们感到格外兴奋，因为这种由碳、氧和氢元素组成的分子很容易与其他分子结合形成核糖。核糖是DNA的基本组成部分，而DNA正是所有活的生物体中遗传信息的化学载体。而美国伊利诺斯州立大学的射电天文学家路易斯.辛德在靠近银河系中心的星云中还发现了有机分子——氨基酸。迄今为止，天文学家们在太空中已发现几十种星际有机分子。星际有机分子的普遍存在启示我们，宇宙中具备产生生命条件的行星为数不少，在那些行星上可能会出现生命，乃至进化为智慧生物。 光合作用之谜 光合作用是地球上最重要的化学反应之一，它的起源是自然界最重大的事件之一。当光波照射在植物上时，植物叶绿素可吸收不同波长的光能，光能经分子间的传递作用到达反应中心并在那里发生光化学反应，将光能转化为化学能。从此，光合生物只要进行“日光浴”就能源源不断地获得能量。光合作用还使得地球大气层富含氧气，导致复杂生命的繁衍。 光合作用的发现至今已有200多年历史。20世纪20年代以来，国际上光合作用的研究虽曾多次获得诺贝尔奖，但其机理仍未被彻底了解。 另外，光合作用的起源和演化的秘密也有待科学家们去破译。经过数十年的研究，生化学家已经知道，光合作用大约在25亿年前演化自细菌，它包含一系列精巧和快速的化学反应。但是，正如美国亚利桑那州立大学的生化学家罗伯特.布兰肯希普所说，光合作用如何演化而来一直是一大谜团，要追踪光合作用的发展史非常困难。 人脑之谜 脑是如何工作的？记忆是如何形成的？人的精神、意识和个性是怎样由大脑产生的？千百年来，这些问题一直让人们困惑不解，脑被蒙上一层神秘的面纱。 人脑处于仿佛度身定做的颅骨中，远离躯体的其他部位，其黏稠度与半熟的鸡蛋相似，而且没有任何部分是运动着的。这给人们对大脑的研究带来巨大的麻烦，人们对大脑的了解远比对身体其他部分的了解要少得多和晚得多，道理就在于此。 脑的科学研究首先借助于盛行于医学界的X射线探测。 神经心理学的研究在正电子发射断层扫描仪（PET）发明后达到第二个高峰。 但是，PET需要注射有放射性的药物，一个人不能做多次，而且成本昂贵。所以，当功能性核磁共振仪一问世，它立刻成了心理学家梦寐以求的工具，他们希望借用这种仪器解开人类的心智之谜。该技术利用了氧是由血红蛋白携带的这个原理，即氧的含量会影响血红蛋白的磁学特性，而这些特性可以在磁场中加以监测。 近年来，科学家还发明了两种无接触的大脑探测技术。 这两种探测技术之一是脑磁图（MEG）。MEG测量的是脑神经细胞内的电流，直接检测神经元的电活动，而不是检测神经元活动的间接反应（代谢变化）。因此，MEG直接给出了因自发或诱发而引起的大脑活动的功能信息。但是，目前它只对脑外区的测定才是精确的。另一种是由英国苏萨克斯大学的特里.克拉克发明的。他利用高度灵敏的电位计，在不必直接接触病人的情形下，可以直接探测病人脑中的电位变化，使病人免受皮肉之苦。 通过运用这些技术，人们对脑内的情况将越来越清楚。但是，这些技术的真正潜力还在将来，到那个时候，它们的空间和时间分辨能力将与脑细胞的实际情况更加匹配，成为我们了解脑的活动的新窗口。到那时，脑的秘密以及意识（起源于250万年前）之谜将大白于天下。
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