米勒 -- 尤里的实验

进化论的第一个圣像是米勒 -- 尤里的实验。达尔文曾猜想，生命的起源可能在“某个温暖的小池”开始。1920年代，前苏联科学家奥帕林（A. I. Oparin）和英国科学家霍尔丹（J. B. S. Haldane）提出假设：生命出现以前，原始大气主要由甲烷、氨、水气和氢组成，有极强的还原性；闪电可以从还原大气中产生制造生命的原材料；这些原材料溶解到原始的海洋中，形成了“清淡的热汤”，第一个活细胞就在这个热汤中诞生了。奥帕林和霍尔丹的假说被许多科学家所接受，认为这是生命的起源的第一步。当时的科学家大都相信地球是由星际的灰尘和气体凝聚而成的；因此，相信地球的大气层与星际的气体相似 -- 以氢气为主，是颇为合理的。

1952年，获诺贝尔奖的化学家尤里（Harold Urey）支持奥帕林和霍尔丹的假说，认为地球的原始大气是由氢、甲烷、氨和水气组成的。1953年，尤里在芝加哥大学的研究生米勒（Stanley Miller）开始用试验测试奥帕林和霍尔丹的假说。米勒在尤里的实验室，组合了一套封闭的玻璃器皿，将空气抽出来，充进甲烷、氨、氢和水。然后，他加热气体并使之循环地经过模拟闪电的高压电火化。一周以后，器皿内的水变浑并呈深红色。取样作化学分析后，确认其中含有甘氨酸和丙氨酸等简单氨基酸，似乎证实了奥帕林和霍尔丹对生命的起源的第一步的假设。这个试验在科学界引起了极大的反响。氨基酸是蛋白质的组成成分，而蛋白质是“生命存在的形式”（恩格斯语）。不久，米勒 -- 尤里试验载入了几乎每一本中学和大学的生物学教科书，并宣称：科学家已演示了生命起源的第一步。

但是，科学家们对米勒 -- 尤里试验的质疑与日俱增。[4] 其中，最关键的问题是：原始大气真是还原性的吗？早在1952年，芝加哥大学的地球化学家布朗（Harrison Brown）就注意到，地球大气层中的氖、氩、氪等稀有气体至少比星际的平均值的百万分之一还低。所以他推论道，在地球形成不久，它就失去了它原来的大气层（如果它曾经有过原始的大气层的话）。1960年代，普林斯顿大学的地球化学家荷兰德（Heinrich Holland）和卡内基研究所（Carnegie Institution）的地球物理学家阿贝逊（Philip Abelson）认为，地球早期的大气并非来自星际的气云，而是来自地球火山爆发中释放的气体，如水蒸气、二氧化碳、氮气、和少量的氢气；因为氢气太轻，地球的引力不能吸住它，于是氢气会和其他稀有气体一起，很快向太空散逸。如果地球早期的大气的主要成分是水汽，那么大气中必然含有一些氧气。因为太阳光中的紫外线可以分解地球大气最外层的水汽，形成氧气和氢气，这叫“光水解作用”（photo-dissociation）。氢气散向太空，氧气则留在地球的大气层中。1975年，英国生物学家卢丹（J. Lumsden）和何尔（D. O. Hall）报告说，有一种被活细胞用来保护自己免受氧气伤害的酶 -- 超氧物岐化酶（superoxide dismutase）存在于一些生物体中，这些生物的的祖先被认为在光合作用出现以前就已经存在了。他们推论说，超氧物岐化酶的演化，可能是为了防止生物受到水光解作用所产生的原始氧气的伤害。

地球原始大气中是否有氧气、有多少氧气，在二十世纪六十年代至八十年代曾有过激烈争论。地球早期的大气层可能有氧气的推论得到了地质学证据的支持。含氧化铁的红色岩层，即所谓“红色石床”或“红床”，在比二十亿年更早的岩层 (放射性同位素测年法的的测定 -- 笔者注）中被发现。加拿大地质学家丁诺（Erich Dimroth）和金波利（Michael Kimberly）在1975年写道，“从铁质沉淀的分布来看，在整个地质历史保存良好的石层中找不到证据，证实大气缺氧。”[5]  1982年，英国地质学家克里米（Harry Clemmey）和拜罕(Nick Badham)写道，有证据显示，“从所测的37亿年前的最古老的石层 (放射性同位素测年法的的测定 -- 笔者注）至今，地球一直都有产生氧的大气。”[6] 支持原始大气有氧的证据不断增多。阿贝逊写道，“到底有什么证据支持原始地球有含甲烷和氨的大气呢？答案是没有！但反对的证据却很多。”[7] 在考证了各种证据之后，斯密生博物馆（Smithsonian Istitution）的古生物学家托尔（Kenneth Towe，现已荣修）说，“地球早期的大气很可能含有自由氧。”[8]

如果原始大气有氧，二氧化碳就不会被还原为甲烷，氮气也不会被还原为氨。傅克斯和杜西（Fox & Dose）於1977年报道说，电火花在水汽、二氧化碳、氮的混合气体中，不能产生氨基酸。米勒在1983年报告说，他和他的同事用一氧化碳和二氧化碳代替甲烷做试验，只要同时有氢气存在，电火花就能产生最简单的氨基酸，甘氨酸。1984年和1991年，何兰和侯根（John Horgan）也分别有类似的报道：电火花作用于二氧化碳、氮、和水汽的混合气体，完全不能产生氨基酸。威尔斯写道：

根据福克斯和杜西，不但米勒 -- 尤里试验从一开始就用错了气体，并且也“没有正确地代表早期地质学上的真实情况，因为没有考虑到从体系中排出氢气的问题”。在米勒 -- 尤里的实验中，氢气的浓度不断地累积到76%之高，但在早期的地球，它会向太空散去。福克斯和杜西结论说，“人们已经普遍了解，米勒的合成并没有地质学上的真实意义。”

自1977年以来，以上的观念在地质学家中已渐渐地达成了几乎完全一致的共识。正如1995年科汉（Jon Cohen）在《科学》期刊上写的：很多研究生命起源的工作者，如今摒弃了1953年的实验，因为“早期的大气完全不像米勒 -- 尤里所模拟的那样。” [9]

令人吃惊的是，在这以后，许多教科书、刊物不顾事实，仍在继续鼓吹米勒 -- 尤里的实验：

1998年3月，美国《国家地理》（National Geographic）杂志刊登了一幅米勒站在他实验仪器旁边的照片，解说词是：“现在在加州大学圣地亚哥分校的米勒，在1953年的实验模拟了地球初期的情况，产生了氨基酸。他说：‘只要将仪器装好，其他的就很容易了。’”在照片的数页之后的文章里才有一句话：“现在很多科学家怀疑早期大气跟米勒首次猜想的不同。”[10] 但是， 一图胜千字。照片的解说词是明显的误导，却将真情深深地埋在文章的一句话里！即使很小心的读者，也会留下一个印象，以为米勒 -- 尤里试验显示生命在地球的起源是很容易的事情。

波云斯（William Purves）等人合编的大学课本《生命：生物的科学》（Life: The Science of Biology）告诉学生，米勒“用如地球初期所拥有的还原性大气”造出了“生命的原材料”，并且说，“早期的大气中没有自由的氧气。”[11] 课本没有给学生提供任何线索，让他们知道现在大多数科学家认为米勒 -- 尤里试验并没有真正模拟地球初期大气的状况。

大学高年级的课本也是如此。菲秋马（Dougles Futuyma）的《进化生物学》（Evolutionary Biology, 1998年版）转载了一幅图，并说，“是米勒用来模拟地球初期的情况并合成了有机化学分子的仪器。”还说，“最早的生命出现时，大气中几乎完全缺氧。”[12]

米勒和利弯（Kenneth R. Miller & Joseph Levine）合编的《生物学》（Biology）是高中常用的课本之一。在2000年版中，它引用了一幅米勒 -- 尤里试验的仪器图，标题是：“再造早期大气（氨、水、氢和甲烷），加上电火花（闪电），米勒 -- 尤里证明有机分子如氨基酸可能自动产生。”然而，他们在课文中也加了一句推卸责任的话：“米勒原来对地球早期大气的猜想可能错误。”这句本来就很含糊的话，进一步被后面附加的话软化了：用其他混合气体“也产生了有机化合物”。[13]

由美国国家科学院主席爱伯斯（Bruce Alberts）和同事编写的《细胞的分子生物学》（Molecular Biology of the Cell）是研究生的课本。在最近一版里，还选用了米勒的仪器图，并称之为“一个典型的实验，模拟初期地球的情况”。在课本的文字中，还声言，有机化学分子“很可能就在这种情况下合成。最佳的证据就是从实验室的工作来的。”[14]

美国国家科学院是全国最高的科学组织，1863年受国会委任，作为政府在科学方面的顾问。其成员囊括了美国最出色的科学家。但是，使人费解的是，1999年美国国家科学院出版了一本小册子，竟继续误导读者：“刻意模仿地球原始条件的实验已经产生了一些组成蛋白质的原材料。”颇为讽刺的是，这本小册子由科学院主席爱伯斯作序；他在序中说：“科学与谎言不能共存。”[15]