地球上最早的生命形態很簡單,一個細胞就是一個個體,它沒有細胞核,我們叫它為原核生物。它是靠細胞表面直接吸收周圍環境中的養料來維持生活的,這種生活方式我們叫做異養。當時它們的生活環境是缺乏氧氣的,這種喜歡在缺乏氧氣的環境中生活的叫做厭氧。因此最早的原核生物是異養厭氧的。它的形態最初是圓球形,後來變成橢圓形、弧形、江米條狀的杆形進而變成螺旋狀以及細長的絲狀,等等。從形態變化的發展方向來看是增加身體與外界接觸的表面積和增大自身的體積。現在生活在地球上的細菌和藍藻都是屬於原核生物。藍藻的發生與發展,加速了地球上氧氣含量的增加,從20多億年前開始,不僅水中氧氣含量已經很多,而且大氣中氧氣的含量也已經不少。細胞核的出現,是生物界演化過程中的重大事件。原核植物經過15億多年的演變,原來均勻分散在它的細胞裡面的核物質相對地集中以後,外面包裹了一層膜,這層膜叫做核膜。細胞的核膜把膜內的核物質與膜外的細胞質分開。細胞裡面的細胞核就是這樣形成的。有細胞核的生物我們把它稱為真核生物。從此以後細胞在繁殖分裂時不再是簡單的細胞質一分為二,而且裡面的細胞核也要一分為二。真核生物(那時還沒有動物,可以說實際上也只是真核植物)大約出現在20億年前。性別的出現是在生物界演化過程中的又一個重大的事件,因為性別促進了生物的優生,加速生物向更復雜的方向發展。因此真核的單細胞植物出現以後沒有幾億年就出現了真核多細胞植物。真核多細胞的植物出現沒有多久就出現了植物體的分工,植物體中有一群細胞主要是起著固定植物體的功能,成了固著的器官,也就是現代藻類植物固著器的由來。從此以後開始出現器官分化,不同功能部分其內部細胞的形態也開始分化。由此可見,細胞核和性別出現以後,大大地加速了生物本身形態和功能的發展。
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複雜的化學過程,一步一步地演變而成的。目前,這種關於生命起源是透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6想象圖
(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,最後彙集在原始海洋中。
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。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,在實驗室裡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),透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,在海洋裡越積越多,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,外面包有最原始的界膜,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複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裡驗證這一過程。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。
地球元素合成生物分子,生物分子合成微生物,生命的最初形式就是一大批微生物,包括病毒、噬菌體、細菌,這些都是同時出現的不同形態的生命體。
地球上最早的生命形態很簡單,一個細胞就是一個個體,它沒有細胞核,我們叫它為原核生物。它是靠細胞表面直接吸收周圍環境中的養料來維持生活的,這種生活方式我們叫做異養。當時它們的生活環境是缺乏氧氣的,這種喜歡在缺乏氧氣的環境中生活的叫做厭氧。因此最早的原核生物是異養厭氧的。它的形態最初是圓球形,後來變成橢圓形、弧形、江米條狀的杆形進而變成螺旋狀以及細長的絲狀,等等。從形態變化的發展方向來看是增加身體與外界接觸的表面積和增大自身的體積。現在生活在地球上的細菌和藍藻都是屬於原核生物。藍藻的發生與發展,加速了地球上氧氣含量的增加,從20多億年前開始,不僅水中氧氣含量已經很多,而且大氣中氧氣的含量也已經不少。細胞核的出現,是生物界演化過程中的重大事件。原核植物經過15億多年的演變,原來均勻分散在它的細胞裡面的核物質相對地集中以後,外面包裹了一層膜,這層膜叫做核膜。細胞的核膜把膜內的核物質與膜外的細胞質分開。細胞裡面的細胞核就是這樣形成的。有細胞核的生物我們把它稱為真核生物。從此以後細胞在繁殖分裂時不再是簡單的細胞質一分為二,而且裡面的細胞核也要一分為二。真核生物(那時還沒有動物,可以說實際上也只是真核植物)大約出現在20億年前。性別的出現是在生物界演化過程中的又一個重大的事件,因為性別促進了生物的優生,加速生物向更復雜的方向發展。因此真核的單細胞植物出現以後沒有幾億年就出現了真核多細胞植物。真核多細胞的植物出現沒有多久就出現了植物體的分工,植物體中有一群細胞主要是起著固定植物體的功能,成了固著的器官,也就是現代藻類植物固著器的由來。從此以後開始出現器官分化,不同功能部分其內部細胞的形態也開始分化。由此可見,細胞核和性別出現以後,大大地加速了生物本身形態和功能的發展。
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複雜的化學過程,一步一步地演變而成的。目前,這種關於生命起源是透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6想象圖
(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,最後彙集在原始海洋中。
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。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,在實驗室裡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),透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,在海洋裡越積越多,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,外面包有最原始的界膜,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複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裡驗證這一過程。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。