㈠ 誰知道生命的來源
生命起源是一個亘古未解之謎,地球上的生命產生於何時何地?是怎樣產生的?千百年來,人們在破解這一謎底之時,遇到了不少陷井,同時也見到了前所未有的光明。生命起源之說,第一個謎是生命起源的時間問題。第二個是生命起源的方式問題,生命是怎樣起源的?它在什麼地方起源的?
從古至今,有很多說法來解釋生命起源的問題。如西方的創世說,中國的盤古開天地說等。但直到十九世紀,伴隨著達爾文《物種起源》一書的問世,生物科學發生了前所未有的大變革,同時也為人類揭示生命起源這一千古之謎帶來了一絲曙光,這就是現代的化學進化論。生命起源的化學進化論首先在1953年首先得到了一位美國的學者米勒的證實,米勒描述的生命起源的事件應該是什麼樣子的呢?那就是在早期,地球上因為它含有大量的還原性的原始大氣圈,比如說甲烷、氨氣、水、氫氣,還有原始的海洋,當早期地球上閃電作用把這些氣體聚合成多種氨基酸,而這多種氨基酸,在常溫常壓下,它可能在局部濃縮,再進一步演化成蛋白質和其他的多糖類、以及高分子脂類,在一定的時候有可能孕發成生命,這就是米勒描述的生命進化的過程。
地球上的生命也許就產生在距今38億年到40億年之間,但是我們應該清醒的明白,我們距離揭開生命起源這一亘古之謎,還有一段遙遠的科學歷程。從無機物到有機物,到有機化合物到有機生命體的演化,同時還具有很多的偶然性,並不是有這種環境,有這種形成條件,它就能產生生命。有人曾經比喻說,這些無機物好像一個垃圾堆裡面什麼都有,塑料、塑料瓶子、鐵,廢棄金屬、油,而生命,一個單細胞,就像一輛精美的賓士車,在一陣台風過後,這些垃圾組裝成了一個賓士車。因此我們可以想像,這個生命起源的過程是非常非常地艱難。因此,也許我們在這個藍色的星球,是生命的惟一的樂園,因此請保護我們的地球,珍惜地球上的生命,我們不能奢望地球上第二次的生命起源。
在中世紀的西方,《聖經》上描繪的上帝,在七天之內造就萬物之說,也是非常流行。今天看來,生命起源並不像這些古老傳說,或神話描繪的那樣,但表明了人類長期以來,對生命起源之謎傾注了極大地熱情和關注。但生命起源應該是怎樣發生的?科學又是怎樣對這一千古之謎進行探索的?我們已經取得了哪些進展?還有哪些問題沒有解決?這就是我今天要給大家介紹的內容。
首先,生命起源之說,第一個謎是生命的時間,起源的時間問題。在中世紀的西方,人們對《聖經》的上帝造人的故事是深信不疑的,在1650年,一位愛爾蘭大主教根據聖經上所描述的,計算出上帝創世的確切時間是公元前4004年,而另一位牧師甚至把創世時間更加精確地計算到公元前4004年10月23號上午九點鍾。也就是說,生命起源距今的話,是六千年前,這當然不是真的,而真的是什麼呢?真的就是用科學的回答,科學是怎麼回答這個生命起源的時間呢?那就是說用化石,是保存在岩石中的化石來回答。我們知道,生物死亡後,它們的遺跡在適當的條件下,就保存在岩石之中,我們把它們稱作化石。地質歷史中形成的岩層,就像一部編年史書,地球生物的演化歷史,就深深埋藏在這些岩石之中,年代越久遠的生物化石,就保存在岩層的最底層。
迄今為止,我們發現了最古老的生物化石是來自澳大利亞西部,距今約三十五億年前的岩石,這些化石類似於現在的藍藻,它是一些原始的生命,是肉眼看不見的。它的大小隻有幾個微米,到幾十個微米,因此我們可以說,生命起源它不晚於三十五億年。同時我們知道地球的形成年齡大約在46億年前,有這兩個數據我們就可以看到生命起源的年齡,大致可以界定在46億年到35億年之間。今天,隨著科學的發展,地質學家認為,在地球形成的早期,地球受到了大量的小行星和隕石的撞擊,它是不適合生命的生存。與其說當時地球上有生命,還不如說它在毀滅生命,因此地球上生命起源的時間,它不早於40億年。另外,在格陵蘭的38.5億年的岩石中發現了碳,這個碳的話,我們知道,碳分兩種,一個無機碳,一個有機碳。另外,這個碳的話,它有重碳和輕碳之分,因此我們可以根據這個碳之中的輕碳和重碳之比,就來可以推測這些碳的來源。科學家根據碳的同位素分析,推測這些碳它是有機碳,是來源於生物體。也就是說,這樣我們把生命起源的時間大大縮短了,也就是在距今40億年到38億年之間,自從地球上生命起源之後,一直到現在45億年,就是生生不息的生命演化史。
好,首先我們現在已經有了生命起源的時間概念,是距今40億年到38億年之間。那生命是怎樣起源的?它在什麼地方起源的?這樣我們不得不回顧一些有關生命起源的假說。
第一個是創世說,在《舊約全書》的第一章寫到,上帝在七天之內創造了世間之萬物,在中世紀的西方大家普遍接受這個觀念,可以說一直到現在,這種觀念還被很多人接受,當然這也不是真的。第二個呢,是自生論,比如說希臘人認為,昆蟲生於土壤,春天萬象更新,種子從泥土裡萌發,昆蟲從去年留下的卵殼中破殼而出。但這不是生命的起源,而是生命的延續,可以說這個自生論,現在已經被徹底拋棄了。與這個類似的說法,還有比如說埃及人認為生命來自於尼羅河,在中國古代也有腐草生螢之說。
第三個有關生命起源的假說,就是有生源論,這個在19世紀的西方也相當地流行,有生源論認為,生命是宇宙生來就固有的,你要問我生命從哪裡來的,你首先給我回答一個問題,宇宙怎麼起源的?物質怎麼來的?你給我回答了物質是怎麼來的,生命我就可以說是從哪兒來的,其實這是一個不可知論。在20世紀的後半葉,有生源論逐漸發展到現在的宇宙胚種論,直到現在,有許多科學家認為,生命必須的酶,像蛋白質,和遺傳物質的形成,需要數億年的時間,在地球早期並沒有可以完成這些過程的充足時間段。因為它就兩億年,因此他們認為生命一定是以孢子或者其他生命的形式,從宇宙的某個地方來到了地球,這種觀念也是有一定的依據的。
二十世紀四十年代以來,人類用天體物理的手段,在地球之外探測了近百種有機分子,像甲醛,氨基酸等等。其中兩種天體可以與地球上的生命有關,它可能給地球帶來生命或者有機分子,一個是彗星,一個是隕石。我們知道這兩顆天體里邊它含有大量的有機分子,比如我們把一些彗星稱為臟雪球。它們不僅含有固態的水,還有氨基酸,鐵類,乙醇、嘌呤、嘧啶等有機化合物,生命有可能在彗星上產生而帶到地球上。或者在彗星和隕石撞擊地球時,由這些有機分子經過一系列的合成而產生新的生命。當然這種胚種論也存在著不同的觀念,它有兩種致命的弱點,一個是生命是否能在宇宙中進行長期的遷移?還能不能夠存活?我們知道天體之間的距離是以光年為計算的,天體之間交流可能需要成千上萬年,從一個星球到了另外一個星球。那在這種真空裡面,暴露在這種大量的宇宙射線之中,活的生命它是不是在千萬年中還能夠繼續萌發呢?這是一個最大的問題,第二個從無機分子到有機化合物的過程,這種過程,比如說彗星上我們看到有機小分子形成,在地球上也能夠形成,這是不用置疑的。
1859年,伴隨著達爾文《物種起源》一書的問世,生物科學發生了前所未有的大變革,同時也為人類揭示生命起源這一千古之謎帶來了一絲曙光,這就是現代的化學進化論。生命起源的化學進化論首先在1953年首先得到了一位美國的學者米勒的證實,既然你說地球早期溫度都是比較高,又充滿了很多還原性氣體,還有水,那麼我就把這些氣體,把水放在一個瓶子裡面,看看它是不能產生生命,或者產生有機化合物。米勒在1953年把氨氣、氫氣,還有水、一氧化碳放在一個密封的瓶子裡面,在瓶子裡面兩頭插上金屬棒,完了通上電源,通過這個類似於閃電的作用,確實在幾天之後產生了大量的氨基酸。那麼就是說在地球上面,在閃電下,在常溫下,也能成為無機分子,合成有機分子。我們知道,你氨基酸的話,是組成蛋白質的最重要的物質,可以說,組成生命起源最重要的物質。因此,米勒描述的生命起源的事件應該是什麼樣子的呢?那就是在早期,地球上因為它含有大量的還原性的原始大氣圈,比如說甲烷、氨氣、有水、有氫氣,還有原始的海洋,當早期地球上閃電作用把這些氣體聚合成多種氨基酸,而這多種氨基酸,在常溫常壓下,它可能在局部濃縮,再進一步演化成蛋白質,蛋白質和其他的多糖類,以及高分子脂類,在一定的時候有可能孕發成生命,這就是米勒描述的生命進化的過程。
但是這種溫暖水池說,也遇到一些問題,其中有兩個問題,第一個問題是現在地質學家認為,地球早期大氣圈它並不是含有大量的還原性氣體,它是含有大量的二氧化碳和氮氣,比米勒的這個氣體多一些惰性。在閃電的情況下,你並不能形成大量的氨基酸。第二個,溫暖的水池在地球早期並不能長期形成,為什麼呢?因為當時地球早期,剛才說過它有大量的隕石、流星,還加上地球本身的放射性,溫度很高,你這個溫暖水池一旦生命產生了,一個隕星過來,溫度在瞬間之內可能達到上千度、甚至幾千度,生命已經絕滅了,只能再來一次生命的起源。但是我們現在就這么想,現今的地球上是不是有溫度比較高,還有還原性氣體,還有生物存在呢?那麼,有兩件工作可以說具有劃時代的意義,一個是1967年美國學者布萊克,在黃石公園的熱泉中發現了大量嗜熱生物,我們知道蛋白質一般的話超過六十度,就會凝固的,煮雞蛋六十度七十度以上雞蛋就熟了,但是生物,是不是在六十度以上還能夠生活呢?在以前是不敢想的。
第二個就是1977年克里斯,他在太平洋底的熱泉中,同樣也發現了大量的嗜熱微生物,這個溫度它要更高,它可能達到二百到三網路。它壓力呢,也有二百到三百個大氣壓,它的環境是什麼樣子呢?它確實有大量的還原氣體,有硫化氫、有甲烷、有氫氣、還有一氧化碳,這個環境確實非常類似於四十億年前早期地球的環境,那麼生命起源它是不是就在這個時候產生的呢?這是我們現在看到的情況,但是化石中有沒有在火山噴口或者是熱泉中發現的微生物呢?確實有,我們在這方面,我們在化石方面也取得了非常重要的進展,比如說在2000年,羅斯瑪森,澳大利亞的一個科學家,他在澳大利亞距今大概32億年左右的火山沉積裡面發現了大量的保存完好的絲狀體。這說明在32億年前,生命在熱泉的附近已經大量生存,那麼這是現在最新的,最流行的,也可以說迄今為止最科學的有關生命起源的假說,就是生命起源於熱泉,或者海底熱泉,俗稱「黑煙囪」的附近。
海底熱泉和陸地上的熱泉它們都有很多共同的特點。第一個它溫度高。第二個它含有大量的還原性氣體,除了二氧化碳以外,還有一氧化碳、氫氣、氨氣還有硫化氫。第三個特點就是它們都含有大量的生物,比如說藍藻、光合細菌、硫細菌,特別是一類古細菌,在高溫下異常地繁盛,它在超過一網路的時候大量繁盛,而離開了這樣的環境,比如溫度一降下來,它馬上就進行休眠,而且並不能正常的生活,那麼這些生物是不是就代表了最早的,最原始的,地球生命起源的時候,這種原始的生命形式呢?
第一個早期地球溫度都很高,產生的最早生命形式,應該是一些能適應高溫的生物,而熱泉中,生物恰恰就是嗜熱的微生物。第二個,熱泉的環境與早期的地球環境有很多類似之處,比如說它有高溫,還有大量的還原性氣體、一氧化碳、氫氣、氨氣,還有硫化氫等等。第三個,在高溫的熱水環境的話,它是有利於小分子的有機化合物脫水,聚合成有機高分子,比如說現在我們用有機小分子氨基酸合成蛋白質的話,它就是在熱水中,通過這個熱聚合反應,脫水以後形成這樣的高分子,特別是在這種熱水口附近的話,形成了黃鐵礦,俗稱「愚人金」。它是由硫和鐵組成的,在它的表面的話,它非常有利於高分子的合成,因為這個硫化鐵表面是一個非常好的一個天然的催化劑。第四個有利的證據是熱泉口向外層海水之間它有一個溫度,和水化學鑒別的梯度,這個梯度的話,也是有利於各種化學的連續反映,我們知道熱泉口它噴出來的時候,它的溫度可能到達二網路到三網路,特別是在海底洋中脊附近,而海水的溫度的話,這種海底的溫度一般在0到4度,這樣的話,從三網路,一直到四網路,它有一個溫度梯度,這種溫度梯度的話,對有機化合物合成的話,可以說存在一個連續的反映。第五個也是最重要的一點,就是現在熱泉中的生物的話,它確實是生物演化速度的最根部的類型,也就是說它的基因是最古老的類型。
現代生物學家,他通過生物分子學的研究,他把熱泉中的一些嗜熱古細菌,跟現在的普通細菌進行了基因的對比,發現它們基因的相同點,不超過60%。那麼就是說這些古細菌它們含有非常多的古老的基因,也就是說,它們很有可能就是生命起源時候的這種類型。應該說,生命起源我們研究生命起源它最好的證據,還是在地球上,40億年到38億年間的岩石和化石所包含的信息。但是,經過40億年的變化,地球已經面目全非,現在的地球即使你有40億年到38億年的岩石,它也進入了大量的變種,信息也幾乎全無。
因此我們把目光不要局限在只是在地球上,如果說生命是宇宙之中一個普遍的現象的話,除了地球之外的其他天體上,是否也有類似於地球早期的這樣的環境呢?如果有的話,也許能為研究生命起源打開新的窗戶,我們第一個目標是什麼地方呢?不是火星是月球,現在地質學家認為,月球是40億年前,一顆大的行星撞擊地球,而從地球上迸發出去。形成了當今的月球,這個時間正好是40億年,如果地球上有生命起源的話,我們在月球上看看,那不就是解決這個問題了嗎。在中國的古代神話中有嫦娥奔月的這個說法,月球上有月桂、有月兔,還有浪漫的愛情故事,但是二十世紀六十年代到七十年代,隨著前蘇聯和美國的宇航員登陸的成功,這個神話徹底破滅了,月球其實是一個沒有生命,沒有水,沒有氧氣,不適合生命生存的荒漠的星體。
那麼我們第二個目標是什麼呢?第二個目標是火星,因為火星也許在40億年以前,有著跟地球類似的經歷,火星的物質成分跟地球非常近似,它的軌道也跟地球非常近似,那麼火星上是不是有生命呢?我們到火星上去干什麼呢?我們尋找生命起源,要從哪幾點入手呢?一般來說是三點,第一個在火星上尋找是不是有活的生命?如果有活的生命,那好了。那生命的話,可能真是在宇宙中起源的,或者地球上的生物也許來自火星,或者來自其他的彗星。第二個我們尋找液態水,因為我們知道,水是萬物之源,水是生命之源。現在地球上我們所理解的生命形式是離不開水的,所以尋找液態水也是非常重要的一個指標。第三個尋找與生命有關的化合物,如果我們現在沒有活的生物的話,過去有沒有呢?過去的生物是不是形成了一些化合物?它是不是以化石的形式保存在這些岩石之中呢?所以我們到火星上尋找生命,抱著三個目的。
1957年美國的海盜號航天器發回到地球的信息時,火星上沒有生命,沒有液態水的存在,它是一個荒蕪乾渴的紅色的星球。但是人類並沒有氣餒,20世紀90年代,美國宇航局加大了對火星的探測力度,通過火星探測者號、火星拓荒者號航天器和哈博望遠鏡得到的圖片,和其他的有關天體物理的信息資料顯示,火星上過去很可能有過液態水的存在。一些航天資料顯示,火星上有類似於像我們發生大洪水山前的沖積扇的構造,還有水、河道、像地球上乾涸的河床的河道,還有水侵蝕岩石的痕跡。另外還有非常特別的一點,在火星的兩極,發現了類似於地球上凍土解凍的情況,這是我們的航天資料。
但是我們如果有儀器,帶上儀器帶上人,在火星上去進行探索,或者獲得一塊石頭,進行分析一下,這些事情不是一目瞭然了嗎?所以在1999年初,美國呢,發射了一個火星極地著陸器,它帶著了精密的分析儀器,准備在火星的極地進行仔細地研究。但是非常不幸,在1999年底,本指望這些儀器能夠得到有關火星上是否有水的直接的信息的話,但就在進入火星的大氣層中,跟地球上失去了聯系。
㈡ 生命的起源!
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在地球初生的時期。地球的海洋還是一個大熱湯。經過幾萬年的冷卻,海水逐漸平靜下來,
那是地球的氣候無常,暴雨把在陸地上的礦物質,氨基酸(外星隕石本身攜帶,地球曾經經歷過8次巨大的隕石撞擊)等沖入海水中。多變的條件引發了很多的電閃雷鳴,在放電條件下。被沖入海里的微小物質偶然地聚集在一起,形成了有機物。單細胞生物也在此後不久孕育而生。可以說,生命的誕生是個偉大的奇跡。
其實在初中三年的生物課本里都詳細介紹了生命的起源,如果樓主有什麼疑問的地方可以參考初中生物課本人教版。書中的知識比較簡單。下面是我的一些概括。
從單細胞生物開始,每個物種都要面臨著自然災害和天敵的威脅。每個物種都遵循著「物競天擇,適者生存」的原則。由於需要更好地適應環境或者是生存。
各個物種就在億萬年的進化中不斷完善自己的器官。
拿現在的亞洲人和歐洲人來說。歐洲人鼻子較寬,鼻腔較長,與空氣接觸面積比較大。而亞洲人鼻子較短。這是與自然環境和氣候有關的。歐洲人生活在嚴寒的地帶。常年下雪。於是為了保護肺部不因為直接吸入寒冷的空氣而凍傷。歐洲人的鼻子進化成上面所說的情況,目的就是為了空氣能經過鼻腔時與毛細血管接觸而升溫,不至於被寒冷的空氣凍傷肺部。而亞洲人正好相反,亞洲氣候多雨,潮濕悶熱。不必考慮空氣太冷而損失肺部。
在遠古時代,地球剛剛孕育生命的時候。單細胞生物為了適應環境而向不同的方向進化。有的進化成了能自由移動的動物。有的進化成了生命長久的植物。拿植物來說。最基本的植物是藻類,接下來是苔蘚、蕨類、種子植物和被子植物。動物也在不斷發展。從結構上看,最低等、最原始的無脊椎動物是原生動物,接下來進化成腔腸動物、扁形動物、線形動物、環節動物、節肢動物、脊椎動物、兩棲動物、爬行動物和哺乳動物。總之生命的進化是由單細胞到多細胞,由低等到高等,由簡單到復雜,由水生到陸生。經過千萬年的進化,才有了我們豐富多彩的世界。
人類的起源可以追溯到3500~3000萬年前。這是已知最早的人類。她在東非大裂谷被發現,科學家取名路西,是一個女人類。人類在從猿進化到人的過程中經歷了幾個階段南方古猿、能人、直立人和智人(分為早期智人也叫古人和晚期智人也叫新人)。
達爾文進化論認為,人是由猿的一支演化而來的,人的形體也是演化而成,如四肢,由於常用前肢攜物、勞動,後肢就承擔了行走的任務,逐漸就進化到直立行走。有人根據這個學說,甚至推測人的祖先是一隻斷了前肢的「病猴」。前肢既斷只好用後肢行走,進而將這個特點遺傳給後代,逐漸演化成人。
不可忽略的是,從猿進化到人的過程中。雙手的解放是邁向成功的一大步。雙手的解放使猿學會了直立行走,學會了運用前肢也就是手,來勞動。沒有勞動就沒有現在的人類。當然,在科學不發達的遠古時代,由於人類對科學不了解。於是用神話編織了人類起源的傳說。有女媧造人說,耶穌傳世說等等。從科學發達的今天來看,這只是古人對征服自然的美好憧憬,是不科學的。
總之,生命的起源和發展都是為了適應這個地球而改變和進步的。最後還要運用達爾文進化論裡面的一句話「物競天擇,適者生存」。
㈢ 生命的來源是什麼
生命的起源
關於生命起源的問題,很早就有各種不同的解釋。近幾十年來,人們根據現代自然科學的新成 就,對於生命起源的問題進行了綜合研究,取得了很大的進展。
根據科學的推算,地球從誕生到現在,大約有46億年的歷史。早期的地球是熾熱的,地球上的一切元素都呈氣體狀態,那時候是絕對不會有生命存在的。最初的生命是在地球溫度下降以後,在極其漫長的時間內,由非生命物質經過極其復雜的化學過程,一步一步地演變而成的。目前,這種關於生命起源是通過化學進化過程的說法已經為廣大學者所承認,並認為這個化學進化過程可以分為下列四個階段。
從無機小分子物質生成有機小分子物質 根據推測,生命起源的化學進化過程是在原始地球條件下開始進行的。當時,地球表面溫度已經降低,但內部溫度仍然很高,火山活動極為頻繁,從火山內部噴出的氣體,形成了原始大氣(下圖)。一般認為,原始大氣的主要成分有甲烷(CH4)、氨 原始地球的想像圖
(左)原始大氣(右)有機物形成
(NH3)、水蒸氣(H2O)、氫(H2),此外還有硫化氫(H2S)和氰化氫(HCN)。這些氣體在大自然不斷產生的宇宙射線、紫外線、閃電等的作用下,就可能自然合成氨基酸、核苷酸、單糖等一系列比較簡單的有機小分子物質。後來,地球的溫度進一步降低,這些有機小分子物質又隨著雨水,流經湖泊和河流,最後匯集在原始海洋中。
關於這方面的推測,已經得到了科學實驗的證實。1935年,美國學者米勒等人,設計了一套密閉裝置(下圖)。他們將裝置內的空氣抽出,然後模擬原始地球上的大氣成分,通入甲烷、氨、氫、水 米勒實驗的裝置
蒸氣等氣體,並模擬原始地球條件下的閃電,連續進行火花放電。最後,在U型管內檢驗出有氨基酸生成。氨基酸是組成蛋白質的基本單位,因此,探索氨基酸在地球上的產生是有重要意義的。
此外,還有一些學者模擬原始地球的大氣成分,在實驗室里製成了另一些有機物,如嘌識、嘧啶、核糖,脫氧核糖,脂肪酸等。這些研究表明:在生命的起源中,從無機物合成有機物的化學過程,是完全可能的。
從有機小分子物質形成的有機高分子物質 蛋白質、核酸等有機高分子物質,是怎樣在原始地球條件下形成的呢?有些學者認為,在原始海洋中,氨基酸、核苷酸等有機小分子物質,經過長期積累,相互作用,在適當條件下(如吸附在粘土上),通過縮合作用或聚合作用,就形成了原始的蛋白質分子和核酸分子。
現在,已經有人模擬原始地球的條件,製造出了類似蛋白質和核酸的物質。雖然這些物質與現在的蛋白質和核酸相比,還有一定差別 ,並且原始地球上的蛋白質和核酸的形成過程是否如此,還不能肯定,但是,這已經為人們研究生命的起源提供了一些線索;在原始地球條件下,產生這些有機高分子的物質是可能的。
從有機高分子物質組成多分子體系 根據推測,蛋白質和核酸等有機高分子物質,在海洋里越積越多,濃度不斷增加,由於種種原因(如水分的蒸發,粘土的吸附作用),這些有機高分子物質經過濃縮而分離出來,它們相互作用,凝聚成小滴。這些小滴漂浮在原始海洋中,外麵包有最原始的界膜,與周圍的原始海洋環境分隔開,從而構成一個獨立的體系,即多分子體系。這種多分子體系已經能夠與外界環境進行原始的物質交換活動了。
從多分子體系演變為原始生命 從多分子體系演變為原始生命,過是生命起源過程中最復雜和最有決定意義的階段,它直接涉及到原始生命的發生。目前,人們還不能在實驗室里驗證這一過程。不過,我們可以推測,有些多分子體系經過長期不斷地演變,特別是由於蛋白質和核酸這兩大主要成分的相互作用,終於形成具有原始新陳代謝作用和能夠進行繁殖的原始生命。以後,由生命起源的化學進化階段進入到生命出現之後的生物進化階段。
關於生命起源的化學進化過程的研究,雖然進行了大量的模擬實驗,但是絕大多數實驗只是集中在第一階段,有些階段還僅僅限於假說和推測。因此,在對於生命起源,問題還必須繼續進行研究和探討。
蛋白質和核酸是生物體內最重要的物質。沒有蛋白質和核酸,就沒有生命。1965年,我國科學工作者人工合成了結晶牛胰島素(一種含有51個氨基酸的蛋白質)。1981年,我國科學工作者又用人工的方法合成了酵母丙氨酸轉運核糖核酸(核糖核酸的一種)。這些工作反映了我國在探索生命起源問題上的重大成就。
㈣ 生命的由來
化學起源說是被很多學者接受的生命起源假說。這一假說認為,地球上的生命是在地球溫度逐步下降以後,在極其漫長的時間內,由非生命物質經過極其復雜的化學過程,一步一步地演變而成的。
米勒的實驗裝置
米勒實驗
米勒在他的實驗中假設在生命起源之初大氣層中只有氫氣、氨氣和水蒸氣等物,其中並沒有氧氣等,當他把這些氣體放入模擬的大氣層中並通電引爆後,發現其中產生了些蛋白質,而蛋白質是生命存在的形式,因此他認為生命從無到有的理論將可以確立了,證明生命是進化而來的。 但米勒的實驗也有很多的疑點,例如所使用的能量大小,不同氣體的配合等。雖然都產生了氨基酸、醣類等物質,但仍不能證明這就是生命的起源。因為他所假設的大氣層不能證明是原始的大氣層,所得的結果就是不確定的。米勒本身也承認他的實驗與自然界生命起源相距仍很遙遠。並且現代科學發現在火星上有氧氣存在卻沒有生命,那麼米勒假設大氣層中沒有氧氣存在故沒有生命之說就不成立,因此無法證明生命起源是由單細胞進化而來的。
化學起源說將生命的起源分為四個階段(米勒實驗)。
第一個階段,從無機小分子生成有機小分子的階段,即生命起源的化學進化過程是在原始的地球條件下進行的。需要著重指出的是米勒的模擬實驗。在這個實驗中,一個盛有水溶液的燒瓶代表原始的海洋,其上部球型空間里含有氫氣、氨氣、甲烷和水蒸汽等「還原性大氣」。米勒先給燒瓶加熱,使水蒸汽在管中循環,接著他通過兩個電極放電產生電火花,模擬原始天空的閃電,以激發密封裝置中的不同氣體發生化學反應,而球型空間下部連通的冷凝管讓反應後的產物和水蒸汽冷卻形成液體,又流回底部的燒瓶,即模擬降雨的過程。經過一周持續不斷的實驗和循環之後。米勒分析其化學成分時發現,其中含有包括5種氨基酸和不同有機酸在內的各種新的有機化合物,同時還形成了氰氫酸,而氰氫酸可以合成腺嘌呤,腺嘌呤是組成核苷酸的基本單位。米勒的實驗試圖向人們證實,生命起源的第一步,從無機小分子物質形成有機小分子物質,在原始地球的條件下是完全可能實現的。
第二個階段,從有機小分子物質生成生物大分子物質。這一過程是在原始海洋中發生的,即氨基酸、核苷酸等有機小分子物質,經過長期積累,相互作用,在適當條件下(如黏土的吸附作用),通過縮合作用或聚合作用形成了原始的蛋白質分子和核酸分子。
第三個階段,從生物大分子物質組成多分子體系。這一過程是怎樣形成的?前蘇聯學者奧巴林提出了團聚體假說,他通過實驗表明,將蛋白質、多肽、核酸和多糖等放在合適的溶液中,它們能自動地濃縮聚集為分散的球狀小滴,這些小滴就是團聚體。奧巴林等人認為,團聚體可以表現出合成、分解、生長、生殖等生命現象。例如,團聚體具有類似於膜那樣的邊界,其內部的化學特徵顯著地區別於外部的溶液環境。團聚體能從外部溶液中吸入某些分子作為反應物,還能在酶的催化作用下發生特定的生化反應,反應的產物也能從團聚體中釋放出去。另外,有的學者還提出了微球體和脂球體等其他的一些假說,以解釋有機高分子物質形成多分子體系的過程。
第四個階段,有機多分子體系演變為原始生命。這一階段是在原始的海洋中形成的,是生命起源過程中最復雜和最有決定意義的階段。目前,人們還不能在實驗室里驗證這一過程。
該理論也並非被所有人所接受。其質疑者認為,僅僅能夠證明蛋白質大分子可以自然形成便宣稱生命可以如此自發產生,就好比給猴子一台列印機,就宣稱它可以寫出一本紅樓夢。形成一個大分子固然簡單,但是形成含有生命信息的DNA,蛋白質需要這些有機小分子以一種非常非常特別的方式組合。就好比用打字機打出一本完全隨機的書固然簡單,寫出一本紅樓夢卻難上加難。僅僅依賴於隨機過程,形成有效生命分子的概率可以小到在1億個宇宙的年齡這么長的時間也不太可能發生。生命的信息是怎樣被創造的?至今該理論的支持者都沒有對這一質疑給出有效的解答
㈤ 生命的起源
人們一直在從不同角度探索生命的起源。地質學家曾艱苦地從地質記錄中尋找最早生命的化石證據,生物學家和生物化學家也已經為模擬生命起源進行了多種實驗和設想了不同的模型。然而對於生命的出現究竟是開始於地球,還是開始於其他宇宙體、後來被帶至地球的問題,迄今仍處於爭論之中。最近,美國宇航局埃姆斯研究中心的科學家在模擬太空中低溫、沒有空氣、充滿輻射的惡劣條件下的一項實驗中發現,一些簡單、常見的有機分子自發組裝成了能夠作為原始細胞壁的膜。這些膜像肥皂泡,具有半滲透性。這種膜容許水和氧氣自由進出,它正是生命所需要的那種膜(2001年1月30日出版的美國《國家科學院院報》)。這一成果不僅暗示有可能宇宙中到處都存在著初始生命,而且還有利於地球上的生命是由星際太空有機化合物引發的觀點。
人們尚不能確知生命是怎樣起源的,但一般認為生命發展最合理的第一步,應是作為生命系統基礎的碳的有機化合物通過非生物方式的合成。現在已有相當多的證據可以說明這些有機化合物能通過非生物方式產生。例如,碳質球粒隕石就含有機物質,對這類隕石進行的化學分析發現其中含有多種有機組分,諸如糖類、有機酸和氨基酸等,它們被認為形成於星際空間。最有意義的發現是隕石中的氨基酸含有的左旋(L-)和右旋(D-)立體異構體各佔一半,而地球上生物來源的氨基酸則以左旋立體異構體占絕對優勢。這為隕石中氨基酸由非生物方式形成提供了進一步的證據,至少可以說明隕石的氨基酸沒有受到地球物質的污染。
在20世紀50年代初,Stanley Miller進行了首創性的實驗研究,他嘗試確定有機化合物是否能在由水和假定的4 Ga前地球大氣圈中可能存在的各種氣體組分中形成。他按原始大氣圈的可能組分為CH4、NH3、H2製成配料,置於燒瓶中,並以放電火花代替閃電效應刺激試料混合物。結果幾天後實驗產生出氨基酸和一些簡單、還原性的有機分子(Miller,1953、1957)。應用放電火花和紫外光照射刺激H2O、CO2、N2和CO氣體混合物(更符合地球早期脫氣成因大氣圈的成分)的類似實驗同樣產生出一系列有機化合物,諸如氨基酸、HCN和甲醛等(Chang,et al.,1983),甲醛可結合形成糖。加熱也可促進類似的反應。然而,在所有加入了自由O2的實驗中,均未能合成任何有機化合物,因為在簡單有機產物能夠聚集之前就已被O2迅速地氧化了。
雖然氨基酸和其他簡單有機分子似乎比較容易形成,但這些分子是怎樣結合形成第一批像RNA(ribonucleic acids———核糖核酸)那樣的復雜分子的仍是未解決的難題。後來的研究表明RNA很可能對於生命起源曾經起了主要作用,因為 RNA分子具有分裂和產生一種能對生物復制過程起催化作用的酶(Zaug and Cech,1986)。在古太古代產生 RNA 分子的必要條件包括:有機分子的供應,一種使分子發生反應以形成 RNA的機制;一種作為容器的礦物,它能保留住RNA的分離部分使之能有助於進一步復制;一種能使某些 RNA免受其他種群混入的機制;以及某些形成一種膜作為包圍原始細胞壁的途徑(Nisbet,1986)。太古宙期間,海底熱液系統可能提供了這些條件(Gilbert,1986)。在實驗室進行的實驗中,RNA的分裂發生於溫度大約為40℃、溶液中 pH值變化於7.5~9和存在Mg+2離子的條件下,這些均與海底熱液系統出口附近的條件相似。粘土礦物可能曾起著更重要的作用,並實際上提供了一種復制的方法。第一批基因可能曾形成於粘土的互層位置,並且首次復制可能曾是粘土的無機增生。而後,吸附於粘土上的有機化合物通過反應形成 RNA,經過自然選擇,RNA分子最終脫離了它們的寄主粘土(Cairns-Smith,1982)。沸石可能是另一種催化劑,它具有大量不同形狀和大小的孔隙,這種孔隙允許微小有機分子通過,而不讓大分子通行(Nisbet,1986)。沸石類也是海底熱液系統———「黑煙筒」周圍特徵的次生礦物。沸石類礦物中各種大小孔洞的意義在於,一個分裂出的RNA分子可能被限制於這樣的孔洞中,在其中它能有助於母分子的復制。很可能首批多核苷酸鏈就曾形成於早期海底熱液噴口附近的某個地方(Condie,1989)。
生命復制的下一個階段可能是由氨基酸形成蛋白質,然後DNA(deoxyribonucleic acid——脫氧核糖核酸)必定形成,並且作為原始基因庫而盛行起來(Gilbert,1986)。再下一個發展階段似乎應發展出能起能量供應和新陳代謝作用的細胞膜,這兩者對於活細胞的發展是關鍵性的。遺憾的是對這些發展階段還未能真正了解。近年,在實驗室中產生出了能進行復制的有機分子,暗示著可能存在由非生物合成增強有機分子初始產出的潛在機制(Hong et al.,1992;Orgel,1992;Lee,et al.,1996)。其他實驗已合成出被稱為微胞(micelles——膠體分子團)的簡單有機結構,能復制自己的外部構架(Bachmann,et al.,1992)。現已有較充分的理由相信,控制自我復制的最早遺傳物質可能不是DNA,而是有關的分子RNA,後者也能夠起催化作用(de Duve,1995;Robertson and Miller,1995)。雖然至今還難以通過實驗手段將簡單有機分子聚合成能進行自我復制和新陳代謝、並被膜所包圍的生命體,但看來很可能在不久的將來會合成出具有上述許多特性的有機物質(Schlesinger,1997)。
㈥ 生命的起源
在幾十億年前,大氣和現在的成分不一樣,有氰氣,氨氣和水蒸氣等。
在雷電的回條件下,可能產生比答較復雜的有機物,甚至氨基酸。這是做過實驗的,就是著名的米勒實驗。
大量有機物聚集在原始海洋中,包括氨基酸、核苷酸等有機小分子物質,經過長期積累,相互作用,在適當條件下(如黏土的吸附作用),通過縮合作用或聚合作用形成了原始的蛋白質分子和核酸分子。
後面還有團聚體假說等等,很多過程。
詳見參考資料。
順便說一聲,生物進化過程中有無數的奇跡。比如第一個細胞的形成、第一次形成記憶、第一次出現視覺、第一次能夠移動、第一次形成自我意思,等等。
㈦ 生命起源於什麼啊
生命何時、何處、特別是怎樣起源的問題,是現代自然科學尚未完全解決的重大問題,是人們關注和爭論的焦點。歷史上對這個問題也存在著多種臆測和假說,並有很多爭議。隨著認識的不斷深入和各種不同的證據的發現,人們對生命起源的問題有了更深入的研究,下面介紹幾種著名的假說。
[編輯本段]【生命起源的創造論(或神造說)】
創造論否認一切的事物是自然形成的說法。它認為哪怕是正在呼吸的空氣,也是需要被創造才得以產生。目前人類正在面臨各種自然資源枯竭,生態平衡被破壞而帶來的各種災難的情況下,對大自然的駕馭更是感到無能為力。人類無能為力的時候,還能做什麼呢?唯有依靠神。這不是愚昧,而是人的本能就是這樣。在《聖經》上說,「起初,神創造天地。」。人類是否真的與上帝有著密切的關系恐怕只有到上帝來審判這個世界的時候才能知曉。我們不能否認創造論,因為目前還沒有什麼科學可以證明它是否是真正的真理。
[編輯本段]【生命起源的自然發生說】
又稱「自生論」或「無生源論」,認為生物可以隨時由非生物產生,或者由另一些截然不同的物體產生。如中國古代所謂「肉腐出蟲,魚枯生蠹」、亞里士多德說的「……有些魚由淤泥及砂礫發育而成」。中世紀有人認為樹葉落入水中變成魚,落在地上則變成鳥等。
自然發生說是19世紀前廣泛流行的理論,這種學說認為,生命是從無生命物質自然發生的。如,我國古代認為的「腐草化為螢」(即螢火蟲是從腐草堆中產生的),腐肉生蛆等。在西方,亞里士多德(公元前384~公元前322年)就是一個自然發生論者。有的人還通過「實驗」證明,將穀粒、破舊襯衫塞入瓶中,靜置於暗處,21天後就會產生老鼠,並且讓他驚訝的是,這種「自然」發生的老鼠竟和常見的老鼠完全相同。
18世紀時,義大利生物學家斯巴蘭讓尼(1729~1799年)發現,將肉湯置於燒瓶中加熱,沸騰後讓其冷卻,如果將燒瓶開口放置,肉湯中很快就繁殖生長出許多微生物;但如果在瓶口加上一個棉塞,再進行同樣的實驗,肉湯中就沒有微生物繁殖。斯巴蘭讓尼認為,肉湯中的小生物來自空氣,而不是自然發生的。斯巴蘭讓尼的實驗為科學家進一步否定「自然發生論」奠定了堅實的基礎。
1860年,法國微生物學家巴斯德設計了一個簡單但令人信服的實驗,徹底否定了自然發生說。
[編輯本段]【生命起源的化學起源說】
化學起源說是被廣大學者普遍接受的生命起源假說。這一假說認為,地球上的生命是在地球溫度逐步下降以後,在極其漫長的時間內,由非生命物質經過極其復雜的化學過程,一步一步地演變而成的。
化學起源說將生命的起源分為四個階段(米勒實驗)。
第一個階段,從無機小分子生成有機小分子的階段,即生命起源的化學進化過程是在原始的地球條件下進行的,這一過程教材中已有敘述,這里不再重復。需要著重指出的是米勒的模擬實驗。在這個實驗中,一個盛有水溶液的燒瓶代表原始的海洋,其上部球型空間里含有氫氣、氨氣、甲烷和水蒸汽等「還原性大氣」。米勒先給燒瓶加熱,使水蒸汽在管中循環,接著他通過兩個電極放電產生電火花,模擬原始天空的閃電,以激發密封裝置中的不同氣體發生化學反應,而球型空間下部連通的冷凝管讓反應後的產物和水蒸汽冷卻形成液體,又流回底部的燒瓶,即模擬降雨的過程。經過一周持續不斷的實驗和循環之後。米勒分析其化學成分時發現,其中含有包括5種氨基酸和不同有機酸在內的各種新的有機化合物,同時還形成了氰氫酸,而氰氫酸可以合成腺嘌呤,腺嘌呤是組成核苷酸的基本單位。米勒的實驗試圖向人們證實,生命起源的第一步,從無機小分子物質形成有機小分子物質,在原始地球的條件下是完全可能實現的。
第二個階段,從有機小分子物質生成生物大分子物質。這一過程是在原始海洋中發生的,即氨基酸、核苷酸等有機小分子物質,經過長期積累,相互作用,在適當條件下(如黏土的吸附作用),通過縮合作用或聚合作用形成了原始的蛋白質分子和核酸分子。
第三個階段,從生物大分子物質組成多分子體系。這一過程是怎樣形成的呢?前蘇聯學者奧巴林提出了團聚體假說,他通過實驗表明,將蛋白質、多肽、核酸和多糖等放在合適的溶液中,它們能自動地濃縮聚集為分散的球狀小滴,這些小滴就是團聚體。奧巴林等人認為,團聚體可以表現出合成、分解、生長、生殖等生命現象。例如,團聚體具有類似於膜那樣的邊界,其內部的化學特徵顯著地區別於外部的溶液環境。團聚體能從外部溶液中吸入某些分子作為反應物,還能在酶的催化作用下發生特定的生化反應,反應的產物也能從團聚體中釋放出去。另外,有的學者還提出了微球體和脂球體等其他的一些假說,以解釋有機高分子物質形成多分子體系的過程。圖7團聚體簡單代謝示意圖第四個階段,有機多分子體系演變為原始生命。這一階段是在原始的海洋中形成的,是生命起源過程中最復雜和最有決定意義的階段。目前,人們還不能在實驗室里驗證這一過程。
[編輯本段]【生命起源的宇宙生命論(或泛生說)】
這一假說提倡「一切生命來自生命」的觀點,認為地球上最初的生命來自宇宙間的其他星球,即「地上生命,天外飛來」。這一假說認為,宇宙太空中的「生命胚種」可以隨著隕石或其他途徑跌落在地球表面,即成為最初的生命起點。現代科學研究表明,在已發現的星球上,自然狀況下是沒有保存生命的條件的,因為沒有氧氣,溫度接近絕對零度,又充滿具有強大殺傷力的紫外線、X射線和宇宙射線等,因此任何「生命胚體」是不可能保存的。這個假說實際上把生命起源的問題推到了無邊無際的宇宙中去了,同時這個假說對於「宇宙中的生命又是怎樣起源」的問題,仍是無法解釋的。
[編輯本段]【生命起源的宇生說】
這一假說認為,地球上最早的生命或構成生命的有機物,來自於其他宇宙星球或星際塵埃。持這種假說的學者認為,某些微生物孢子可以附著在星際塵埃顆粒上而落入地球,從而使地球有了初始的生命。但我們知道,宇宙空間的物理條件,如紫外線等各種高能射線以及溫度等條件對生命都是致命的,而且,即使有這些生命,在它們隨著隕石穿越大氣層到達地球的過程中,也會因溫度太高而被殺死。因此,像微生物孢子這一水平的生命形態看來是不大可能從天外飛來的。但是,一些學者認為,一些構成生命的有機物完全有可能來自宇宙空間。1969年9月28日,科學家發現,墜落在澳大利亞麥啟遜鎮的一顆炭質隕石中就含有18種氨基酸,其中6種是構成生物的蛋白質分子所必須的。科學研究表明,一些有機分子如氨基酸、嘌呤、嘧啶等分子可以在星際塵埃的表面產生,這些有機分子可能由彗星或其隕石帶到地球上,並在地球上演變為原始的生命。
[編輯本段]【生命起源的熱泉生態系統】
生命的起源可能與熱泉生態系統有關,這是20世紀70年代以來,部分學者提出的觀點。20世紀70年代末,科學家在東太平洋的加拉帕戈斯群島附近發現了幾處深海熱泉,在這些熱泉里生活著眾多的生物,包括管棲蠕蟲、蛤類和細菌等興旺發達的生物群落。這些生物群落生活在一個高溫(熱泉噴口附近的溫度達到300 ℃以上)、高壓、缺氧、偏酸和無光的環境中。首先是這些化能自養型細菌利用熱泉噴出的硫化物(如H2S)所得到的能量去還原CO2而製造有機物,然後其他動物以這些細菌為食物而維持生活。迄今科學家已發現數十個這樣的深海熱泉生態系統,它們一般位於地球兩個板塊結合處形成的水下洋嵴附近。
熱泉生態系統之所以與生命的起源相聯系,主要基於以下的事實:
(1)現今所發現的古細菌,大多都生活在高溫、缺氧、含硫和偏酸的環境中,這種環境與熱泉噴口附近的環境極其相似;
(2)熱泉噴口附近不僅溫度非常高,而且又有大量的硫化物、CH4、H2和CO2等,與地球形成時的早期環境相似。
由此,部分學者認為,熱泉噴口附近的環境不僅可以為生命的出現以及其後的生命延續提供所需的能量和物質,而且還可以避免地外物體撞擊地球時所造成的有害影響,因此熱泉生態系統是孕育生命的理想場所。但另一些學者認為,生命可能是從地球表面產生,隨後就蔓延到深海熱泉噴口周圍。以後的撞擊毀滅了地球表面所有的生命,只有隱藏在深海噴口附近的生物得以保存下來並繁衍後代。因此,這些噴口附近的生物雖然不是地球上最早出現的,但卻是現存所有生物的共同祖先。
㈧ 生命起源於什麼
水\陽光\空氣\溫度\