生命与智慧生物的起源与演化

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1、第七章生命与智慧生物的起源与演化7.1生命起源与进化生命是一个漫长的物理和生物生化现象。现代地球上的一切生命，是在特定环境下相互作用的产物。生命在一定条件下诞生，又不断地改变环境，并不断适应环境。到目前为止，生命的起源仍是不很明暸，最原始生命来自何方？有地球上诞生演化说和外来降生（指从宇宙空间降落到地球上的基因）说两种，但不管是地球自身演化说还是外来说，生命的诞生和演化都离不开地球的环境。大爆炸学说认为宇宙起源于150亿～180亿年前，太阳系在50亿年前形成，而地球的年龄已有46亿年了。地球形成初期是炽热状态，经过约5亿年的冷却凝固，原始水圈和大气圈逐渐形成。地球上的生命是经过化学

2、进化和生物进化演变成今天地球生命的乐园。7.1.1化学进化生命起源是通过一系列化学变化途径产生的，早期的地球含有碳、氢、氧、氮等元素和原始大气，由于自然的原因，通过化学作用，产生出多种有机物分子，这种化学进化可分为四个阶段。（1）生成有机小分子物质阶段大约在38亿年之前分散在地球表面的无机元素，在太阳光照作用下形成氨、水、二氧化碳等，再经过若干亿年，逐渐形成地球上的圈层。从地核中喷发到地表的碳化物与水蒸气相作用形成碳氢化物，如甲烷、乙烷等小分子有机物，与水分子、氨分子结合生成氰化物（HCN）等组成还原性大气。。在缺氧条件下，太阳紫外线直接辐射到地球表面，在强紫外线、宇宙线或闪电的作

3、用下，使这些无机分子的化学键断键，原子间重新组合形成一系列有机化合物，包括氨基酸、核苷酸等物质，这些有机物就是生成蛋白质诞生生命的基础物质这一理论在1953年被StanleyMiller（米勒）和HaroldVrey（尤里）在实验室实验所证实。实验是让电火花（模拟太阳紫外辐射）穿过被认为是原始大气中的各种混合气体（氨、甲烷、氢等），结果合成包括氨基酸的水溶性有机物。随后，在1959年SidneyFox通过氨基酸合成了类蛋白球（Proteinoidmicrospheres），这就更加印证了生命起源是地球早期一系列化学反应的结果。液态水的出现是地球演化史的重大转折。水的出现通过太阳的驱

4、动产生风、霜、雨、雪和雷电，使形成的有机物进一步活化，再经过雨水的作用，经由湖泊、河流汇入到原始海洋中，经过长时间的积聚，海水便成为富含有机质的溶液，为生命起源奠定基础。（2）形成有机高分子阶段在原始海洋中，氨基酸、核苷酸等有机小分子物质，经过长期积累，之间又不断发生化学反应，通过缩合或聚合作用形成了原始的蛋白质分子和核酸分子。有学者把构成蛋白质的20种氨基酸加以不同的组合，模拟火山熔岩等干燥高温（100～200℃）的的条件下，这些氨基酸就自动地聚合形成大分子氨基酸的多聚体——“类蛋白质”，表现出蛋白质的性质，其中有一些还是有类似酶的活性，甚至在保藏5～10年后在水中仍能形成“类蛋

5、白微球”的性质。这就给人类研究生命的起源提供了一些线索，即在原始地球条件下，产生这些有机高分子是可能的。（3）生成多分子体系阶段氨基酸、核酸、蛋白质等高分子聚合物在海洋里的积累、吸附、聚集、键合进一步形成多分子体系，一种以蛋白质和核酸为主要成分的小颗粒，漂浮在海面。这种蛋白质小颗粒表面又逐渐形成界膜，构成独立体系并与外界环境进行物质和能量交换，为孕育生命创造了条件。（4）原始生命诞生阶段这是最具有决定意义的阶段，它直接牵涉到原始生命发生的飞跃过程。多分子体系形成的蛋白质颗粒经过长时间的不断演变，它们的结构和功能也在不断地发展，终于在蛋白质颗粒内部形成把同化合成和异化分解作用于统一体

6、，并具有新陈代谢作用和能够进行自我繁衍的原始生命——最早的生命形式其实是微生物，逐渐演化出现的细菌和藻类。开始了一种新的生命过程——光合作用形成更高一级的蛋白质和制造氧气。经过大约4亿年的积累，到距今约16亿年前，一个富含氧的大气圈形成。性质极其活泼的氧气（O2）对大气圈进行了一场革命，导致了还原性的原始大气逐渐向含有二氧化碳，水和臭氧的氧化性大气的转化。这一过程不仅进一步改变了大气圈的组成，而且臭氧在高空的积累逐渐形成了保护地球生命的高空臭氧层，为更高等的海洋生物进化和生命从海上登陆创造了条件。此后生命也就由化学进化转入生物进化阶段。7.1.2生物进化阶段海洋原始生命出现之后，生

7、命的繁衍即进入到生物进化阶段。首先原始的有鞭毛的单细胞生物开始形成，这种被认为是动植物最早的共同祖先单细胞微生物，在海洋中能进行异养生活，即利用海洋中的有机物作为营养（提供碳源），同时体内含有光合色素又能进行自养生活即利用无机碳，如二氧化碳、碳酸盐等为营养。后来由于生物进化的某种环境机遇，单细胞生物按两个不同方向分化。一个方向是向自养功能加强和运动功能退化的方向，进化为单细胞绿藻，其光化合作用不断加强，发展为植物界；另一个方向是向运动功能和异养功能增强，自养功能退化的