早期地球的环境变化和生命的化学进化

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1、古生物学报,41(2):295-301(2002年4月)ActaPalaeontologicaSinica,41(2):295-301(Apr.,2002)*早期地球的环境变化和生命的化学进化齐文同柯叶艳(北京大学地质学系北京100871)提要生命起源是当代最大的科学疑谜之一,也是历来人类普遍关注的一个焦点。在地球上最早的生物出现之前,有机物经历了漫长而复杂的化学进化过程,称为生命的化学进化。地球上生命的化学进化与非生物部分的早期演化过程,是密切地相互关联、相互作用并相互制约的。文章着重阐述与生命的化学关系最为密切的冥古宙和太古宙的地球演化历史,指出这两个阶段所形成的还原性原始大气和古海洋条件

2、在生命的化学进行中起了极其重要的作用,并且从宇宙形成、太阳系演化和地球环境早期演化的角度,探讨地球生命的化学进化历程:以地球形成初期发生了一系列复杂的有机化学反应过程,由无机分子生成生物小分子,再进一步生成生物大分子,直至最后产生原始细胞。此外,文章评述当前国际上最流行的生命化学进化学说,对早期地球的化学进化是发生在地球表面的原始海洋、粘土矿物、火山喷发等,或是来源于地球之外的宇宙空间进行了综合的阐述。关键词生命起源化学进化协进化环境变化早期地球生命的起源问题历来是学术界和公众普遍关注1998)。导致地球上出现生命的化学进化过程和早的焦点问题,也是现代科学研究的热点。生命的化期地球的环境变化是

3、密不可分的,早期地球的大气学进化学说,是生命起源诸多学说中最有影响和说和古海洋条件是生命的化学进化过程得以完成的重服力的观点。英国科学家詹姆士#郝屯(JamesHut-要条件。早期生命的化学进化是发生在地球表面还ton,1726~1797)在两个世纪前提出了一个地质学是源于地球之外的宇宙空间,也是近年来学术界争的基本原理,即所谓的均变原理:今天地球上正在进论的一个主要议题。行着的一切地质过程和历史上的相同;过去和现在制约这些地质过程的机制和规律都是一样的。他认1地球的形成和早期演化为地球最初形成的问题不属于我们研究的范畴,我们只能发现类似事件的不定循环,/没有开始的痕原始地球的形成和演化是宇宙

4、物质进化中的一迹,也没有结束的征兆0。按照均变观点,地球实际个环节,宇宙的起源和演化与原始地球的化学进化上没有历史变化,过去等于现在,也等于将来。这种密切相关。当前最流行的宇宙起源假说,主要有大均变论观点将生命的进化安置在一种不演化的地球爆炸理论和稳恒态理论等。一般认为,原始物质通环境中,使生物进化成为与地球环境的变化无关的过凝聚形成原始星云,原始星云中的气体尘埃进一孤立过程,生物进化过程成为生物单方面适应无方步凝聚产生恒星,并继续这个过程(原日馨,1978)。向变化的环境的过程。大爆炸理论是一种比较新的观点,认为宇宙是在20但现代地质学家在长期探索地球历史之后得出000Ma年前通过奇特的大爆

5、炸形成的,正是这种奇了新的结论:在大的时空尺度上,地球表面环境经历特的大爆炸从无到有地产生了时间和空间。其演化了一个有方向、不可逆、不重复的演变过程。地球本过程的主要特点是:(1)宇宙的热力由高温向温度降身和地球上的生命都是进化的,生命的进化与地球低方向演化,宇宙年代越早其温度越高;(2)氢是宇非生命部分的演化是相互关联、相互作用、相互制约宙中最初形成和最丰富的元素,可以认为最原始的的/协进化0过程,它们的演化历史相互关联(张昀,宇宙几乎完全是由氢元素构成的。通过热核反应,收稿日期:2001-09-17*国家自然科学基金资助项目(49572085)296古生物学报第41卷由氢转化为氦,由轻元素

6、转化为重元素,经历了一系山-盆地沉积阶段。当时不但已经有了地质记录最列极其复杂的过程。生命的起源和演化是和宇宙的古老的岩石,还有最古老的生命遗迹以及由生物体起源和演化密切关联的,生命构成元素如C、H、O、分解而成的有机化合物,也在地层中不同程度地保N、S、P等就是来自/大爆炸0后的元素演化。存下来。那时地壳的出气作用尚未结束,内圈的类太阳系是由5000Ma年以前的原始星云凝聚地行星在演化早期都经历过从内部向外排出气体而成的,这些原始星云很可能是高密度的,在浓厚(主要是CO、CO2及水蒸气等)的过程,称为出气作星云的致密中心处形成了太阳(Gaffey,1997)。太用(outgassing)(张

7、昀,1989),出气孔遍布,火山活动阳系的发展阶段为:星胎阶段、红外星阶段、主序星和岩浆活动也比现今的地球广泛、强烈得多,陨石撞阶段、红巨星阶段、爆发星阶段和白矮星阶段(康育击频繁,地表温度可能比今天的地球表面高得多。义,1997)。太阳系目前正处在主序星阶段,恒星一广泛而强烈的火山活动喷发出大量的气体,形成了生的大部分时间处于主序星阶段。物质在太阳系中第二个大气层(Rode,1999)。太古宙已