最早的数字化生命体体是怎么产生的?

地球上的第一个生命体是怎么来的?如果是外星球来的,那么说明外星球上也有生命体.如果不是,那么她是怎么来的?
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1.自然发生说 自然发生说是19世纪前广泛流行的理论,这种学说认为,生命是从无生命物质自然发生的.如,我国古代认为的“腐草化为萤”(即萤火虫是从腐草堆中产生的),腐肉生蛆等.在西方,亚里士多德(公元前384—公元前322)就是一个自然发生论者.有的人还通过“实验”证明,将谷粒、破旧衬衫塞入瓶中,静置于暗处,21天后就会产生老鼠,并且让他惊讶的是,这种“自然”发生的老鼠竟和常见的老鼠完全相同. 18世纪时,意大利生物学家斯巴兰让尼()发现,将肉汤置于烧瓶中加热,沸腾后让其冷却,如果将烧瓶开口放置,肉汤中很快就繁殖生长出许多微生物;但如果在瓶口加上一个棉塞,再进行同样的实验,肉汤中就没有微生物繁殖.斯巴兰让尼认为,肉汤中的小生物来自空气,而不是自然发生的.斯巴兰让尼的实验为科学家进一步否定“自然发生论”奠定了坚实的基础. 1860年,法国微生物学家巴斯德设计了一个简单但令人信服的实验,彻底否定了自然发生说(详见《义务教育课程标准实验教科书生物学八年级上册》). 2.化学起源说 化学起源说是被广大学者普遍接受的生命起源假说.这一假说认为,地球上的生命是在地球温度逐步下降以后,在极其漫长的时间内,由非生命物质经过极其复杂的化学过程,一步一步地演变而成的. 化学起源说将生命的起源分为四个阶段. 第一个阶段,从无机小分子生成有机小分子的阶段,即生命起源的化学进化过程是在原始的地球条件下进行的,这一过程教材中已有叙述,这里不再重复.需要着重指出的是米勒的模拟实验.在这个实验中,一个盛有水溶液的烧瓶代表原始的海洋,其上部球型空间里含有氢气、氨气、甲烷和水蒸汽等“还原性大气”.米勒先给烧瓶加热,使水蒸汽在管中循环,接着他通过两个电极放电产生电火花,模拟原始天空的闪电,以激发密封装置中的不同气体发生化学反应,而球型空间下部连通的冷凝管让反应后的产物和水蒸汽冷却形成液体,又流回底部的烧瓶,即模拟降雨的过程.经过一周持续不断的实验和循环之后.米勒分析其化学成分时发现,其中含有包括5种氨基酸和不同有机酸在内的各种新的有机化合物,同时还形成了氰氢酸,而氰氢酸可以合成腺嘌呤,腺嘌呤是组成核苷酸的基本单位.米勒的实验试图向人们证实,生命起源的第一步,从无机小分子物质形成有机小分子物质,在原始地球的条件下是完全可能实现的. 第二个阶段,从有机小分子物质生成生物大分子物质.这一过程是在原始海洋中发生的,即氨基酸、核苷酸等有机小分子物质,经过长期积累,相互作用,在适当条件下(如黏土的吸附作用),通过缩合作用或聚合作用形成了原始的蛋白质分子和核酸分子. 第三个阶段,从生物大分子物质组成多分子体系.这一过程是怎样形成的呢?前苏联学者奥巴林提出了团聚体假说,他通过实验表明,将蛋白质、多肽、核酸和多糖等放在合适的溶液中,它们能自动地浓缩聚集为分散的球状小滴,这些小滴就是团聚体.奥巴林等人认为,团聚体可以表现出合成、分解、生长、生殖等生命现象(图7).例如,团聚体具有类似于膜那样的边界,其内部的化学特征显著地区别于外部的溶液环境.团聚体能从外部溶液中吸入某些分子作为反应物,还能在酶的催化作用下发生特定的生化反应,反应的产物也能从团聚体中释放出去.另外,有的学者还提出了微球体和脂球体等其他的一些假说,以解释有机高分子物质形成多分子体系的过程.图7团聚体简单代谢示意图第四个阶段,有机多分子体系演变为原始生命.这一阶段是在原始的海洋中形成的,是生命起源过程中最复杂和最有决定意义的阶段.目前,人们还不能在实验室里验证这一过程. 3.宇生说 这一假说认为,地球上最早的生命或构成生命的有机物,来自于其他宇宙星球或星际尘埃.持这种假说的学者认为,某些微生物孢子可以附着在星际尘埃颗粒上而落入地球,从而使地球有了初始的生命.但我们知道,宇宙空间的物理条件,如紫外线等各种高能射线以及温度等条件对生命都是致命的,而且,即使有这些生命,在它们随着陨石穿越大气层到达地球的过程中,也会因温度太高而被杀死.因此,像微生物孢子这一水平的生命形态看来是不大可能从天外飞来的.但是,一些学者认为,一些构成生命的有机物完全有可能来自宇宙空间.日,科学家发现,坠落在澳大利亚麦启逊镇的一颗炭质陨石中就含有18种氨基酸,其中6种是构成生物的蛋白质分子所必须的.科学研究表明,一些有机分子如氨基酸、嘌呤、嘧啶等分子可以在星际尘埃的表面产生,这些有机分子可能由彗星或其陨石带到地球上,并在地球上演变为原始的生命. 4.热泉生态系统 生命的起源可能与热泉生态系统有关,这是20世纪70年代以来,部分学者提出的观点.20世纪70年代末,科学家在东太平洋的加拉帕戈斯群岛附近发现了几处深海热泉,在这些热泉里生活着众多的生物,包括管栖蠕虫、蛤类和细菌等兴旺发达的生物群落.这些生物群落生活在一个高温(热泉喷口附近的温度达到300 ℃以上)、高压、缺氧、偏酸和无光的环境中.首先是这些化能自养型细菌利用热泉喷出的硫化物(如H2S)所得到的能量去还原CO2而制造有机物,然后其他动物以这些细菌为食物而维持生活.迄今科学家已发现数十个这样的深海热泉生态系统,它们一般位于地球两个板块结合处形成的水下洋嵴附近. 热泉生态系统之所以与生命的起源相联系,主要基于以下的事实: (1)现今所发现的古细菌,大多都生活在高温、缺氧、含硫和偏酸的环境中,这种环境与热泉喷口附近的环境极其相似; (2)热泉喷口附近不仅温度非常高,而且又有大量的硫化物、CH4、H2和CO2等,与地球形成时的早期环境相似. 由此,部分学者认为,热泉喷口附近的环境不仅可以为生命的出现以及其后的生命延续提供所需的能量和物质,而且还可以避免地外物体撞击地球时所造成的有害影响,因此热泉生态系统是孕育生命的理想场所.但另一些学者认为,生命可能是从地球表面产生,随后就蔓延到深海热泉喷口周围.以后的撞击毁灭了地球表面所有的生命,只有隐藏在深海喷口附近的生物得以保存下来并繁衍后代.因此,这些喷口附近的生物虽然不是地球上最早出现的,但却是现存所有生物的共同祖先.
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>>>地球上最早出现的生命形式是[]A.没有细胞结构的病毒等生物B.多种..
地球上最早出现的生命形式是
A.没有细胞结构的病毒等生物B.多种有机大分子的集合体C.具有细胞形态的单细胞生物D.由多个细胞形成的生物体
题型:单选题难度:偏易来源:福建省月考题
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原核细胞和真核细胞
原核细胞和真核细胞的概念:(1)原核细胞:细胞较小,无核膜、无核仁,没有成形的细胞核;遗传物质(一个环状DNA分子)集中的区域称为拟核;没有染色体,DNA不与蛋白质结合;细胞器只有核糖体;有细胞壁,成分与真核细胞不同。(2)真核细胞:细胞较大,有核膜、有核仁、有真正的细胞核;有一定数目的染色体(DNA与蛋白质结合而成);一般有多种细胞器。原核细胞和真核细胞的比较:
&知识点拨:
1、真核原核生物的本质区别是有无核膜包裹的细胞核。2、有细胞结构的生物分为真核和原核生物,没有细胞结构的生物就是病毒。自然界生物的分类:
&知识拓展: (1)原核生物:由原核细胞构成的生物。如:蓝藻、细菌、放线菌、支原体等都属于原核生物。 ①蓝藻:蓝藻是单细胞原核生物,又叫蓝绿藻、蓝细菌,但不属于细菌,也不是绿藻。蓝藻是一类藻类的统称,其标志便是单细胞、没有以核膜为界限的细胞核。常见的蓝藻有蓝球藻(色球藻)、念珠藻、颤藻、发菜等。蓝藻都为单细胞生物,以细胞群形式出现时才容易看见,也就是我们通常见到的“水华”。衣藻属于绿藻,真核生物,不同于蓝藻。考试时考得比较多的是发菜和衣藻。一般考试时所说的藻类除了上述几种蓝藻大多是绿藻。注意蓝藻和绿藻的区别非常重要。蓝藻的繁殖方式有两类,一为营养繁殖,包括细胞直接分裂(即裂殖)、群体破裂和丝状体产生藻殖段等几种方法,另一种为某些蓝藻可产生内生孢子或外生孢子等,以进行无性生殖。孢子无鞭毛。目前尚未发现蓝藻有真正的有性生殖。在一些营养丰富的水体中,有些蓝藻常于夏季大量繁殖,并在水面形成一层蓝绿色蓝藻水华而有腥臭味的浮沫,称为“水华”,大规模的蓝藻爆发,被称为“绿潮”(和海洋发生的赤潮对应)。 ②细菌:“菌”字之前有“杆、弧、球等”形状修饰的,这样的菌都是细菌类的。(如硝化细菌、乳酸菌、大肠杆菌、肺炎双球菌)。 (2)真核生物:由真核细胞构成的生物。如动物(草履虫、变形虫)、植物、真菌(酵母菌、霉菌、粘菌)等。 (3)病毒:无细胞结构,由蛋白质和核酸组成,如噬菌体、艾滋病病毒、SARS病毒等,不要把它们看做原核生物。不属于生命系统,但病毒在宿主细胞中能繁殖,产生与亲代相同的子代病毒,繁殖是生物的基本特征之一,所以病毒属于生物。 例题:按要求对下列生物进行分类(只填序号)。 ①蓝藻②酵母菌③变形虫④小球藻⑤水绵⑥青霉菌⑦大肠杆菌⑧流感病毒⑨肺炎双球菌 (1)具有核膜的一组生物是() (2)含有核糖体,但无染色体的一组生物是() 答案(1)②③④⑤⑥(2)①⑦⑨ 解析:真核生物含核膜,真核有酵母菌(真菌)、变形虫(单细胞动物)、小球藻(低等植物)、水绵(低等植物)、青霉菌(真菌),原核有蓝藻、大肠杆菌、肺炎双球菌,流感病毒是病毒没有细胞结构。第二小题中描述的就是原核生物,因为有细胞结构的都有核糖体,但是染色体只在真核细胞的细胞核中存在。
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880678799885636907548456695066地球最古老生命体在深海被发现 自产乙酸生存
来源:综合
原标题:在深海古菌中寻找生命起源
原文配图:随着深海采样技术的发展,古菌研究者获得了大量的深海沉积物样本。
  地球上存在着两大生物圈:一个是我们所熟知的由光合作用维持的地表生物圈,另一个则是存在于地球深部由化能作用支持的“黑暗生物圈”。科学家认为,这些隶属于黑暗生物圈的众多古菌,有可能与地球上复杂生命的起源有关。
  “人们一定还记得1866年海上发生的一件离奇的、神秘的、无法解释的怪事。不久以前,好些大船在海上碰见了一个&庞然大物&,一个很长的物体,形状很像纺锤,有时发出磷光,它的体积比鲸鱼大得多,行动起来也比鲸鱼快得多。”《海底两万里》一开篇,凡尔纳描写一种想象出来的海底怪物形象。
  对于深海,黑暗环境、巨大压力和奇怪生物,总让人充满了想象力。而深海的未知环境,激发了科学家极大的好奇心。
  自上世纪九十年代起,科学家在一次次远航中,获得了珍贵的海底沉积物,堪称现实版的《海底两万里》。不过,他们的新发现,并不是可怕的庞然大物,而是体积微小而数量众多的微生物――古菌(Archaea)。在生物技术取得长足发展的今天,这种可能是地球上最古老生命体的秘密开始被一一解开。
  最近,上海交通大学微生物海洋学实验室教授王风平领导的研究小组成功解析出一种名为“深古菌”的代谢形式,推进了对古菌在深部生物圈生态功能的认识,也为查明早期生命的起源打开了新的窗口。
  黑暗生物圈
  在长达数百年对海洋的探索中,人类注意到肉眼不可见的微生物,还是最近几十年的事。
  上世纪三十年代,美国斯克利普斯海洋研究所(Scripps)的生物学家克劳德?左贝尔(Claude ZoBell)和同事发明了许多工具,找到了海洋微生物的蛛丝马迹。例如,将一套架子沉入海底,收回架子后,他们在显微镜下观察到生命体的繁殖。将无菌的玻璃瓶放进海里,几天后收回,则会发现瓶壁黏上了细菌。
  1936年,左贝尔在《石油学报》(Aapg Bulletin)上发表了他在海洋沉积物中发现微生物的论文。“在远离南加州海岸的海洋深处,海洋沉积物里有比水里丰富得多的细菌。”左贝尔在论文中这样叙述。
  经过定量研究,左贝尔等人发现,每克沉积物里包含上百万细菌,数量上远高于海水里每克几百个细菌。而沉积物中细菌的数量,似乎和水深、海洋温度及与大陆的距离不存在紧密关联,仅仅受到沉积物中有机质含量的影响。此外,左贝尔还开展了沉积物中需氧菌和厌氧菌的分析。
  在海洋微生物研究者们看来,左贝尔最重要的贡献,是证实了海洋沉积物中存在微生物,并推测一些重要的生化过程可能正在沉积物中发生,如水解、氨化、生产甲烷、纤维素和葡萄糖降解等。
  不过,当时的生物学家并没有过多地关注到左贝尔的新发现,反而是石油开采领域成了最大的受益者。左贝尔在此基础上提出石油成藏的原理之一:要是没有细菌,就根本不会形成石油。“沉积物中的细菌作用于有机质中的长链烃,把其变成较短的烃链。厌氧菌也帮助形成天然气。”他指出。
  直到1979年,美国阿尔文号(Alvin)深潜器首次在太平洋的加拉帕戈斯(Galapagos)洋中脊发现了深海热液喷口和热液生态系统,左贝尔的发现才得到进一步重视。
  在2500米深处热液口环境中,研究人员发现了大量自养微生物。这些微生物并不像普通生物以阳光、氧气为能量维系生命,环境中大量存在的硫化物才是他们的“食物”。还有,这些奇怪的微生物竟然作为生产者供应着整个热液生态系统――约三百多种新型动物物种。
  随后,美国大洋钻探计划(Ocean Drilling Program,ODP)在1994年的一次钻探中,在海床下数百米深的沉积物样品中又发现了具有活性的微生物。
  上海交通大学微生物海洋学实验室教授王风平告诉南方周末,从早期、偶然的海底勘测,到通过大洋钻探项目来系统组织开展的系统性探测,人类已经认识到在地球上存在两个大规模的生物圈:一个是我们所熟知的由光合作用维持的地表生物圈,另一个则是存在于地球深部由化能作用支持的“黑暗生物圈”。
  “我们叫它&微生物暗物质&。”瑞典乌普萨拉大学细胞与分子生物学系研究人员吉米?索尔(Jimmy Saw)说。
  “长期以来,深部生物圈被人类忽视,或者说由于探测手段的限制,我们才刚刚开始认识。”王风平说。
  2009年,怀着对“黑暗生物圈”的好奇心,王风平登上了阿尔文号。此次以“深海热液口的黑暗生命研究”为主题的航行中,她在瓜伊马斯海盆下潜到2012米深,成为当时下潜最深的中国女科学家。
  “被五颜六色的动物、植物包围,好像置身于&海底花园&。”王风平回忆起海底旅行的“眼见为实”,远比实验室里的数据分析来得生动。这次旅行也让她相信,深海微生物可能隐藏了大量生命起源的秘密。
  地球生命的源头
  揭示有关生命的秘密,是许多深海微生物研究者的共同信念。
  美国伊利诺伊大学微生物系教授卡尔?乌斯(Carl Woese)在对细菌的研究中,没有按照寻常的道路进行。上世纪七十年代,他抛开了当时流行的细菌形态和生物化学特性研究,转而把注意力放在了原核生物的进化关系上。
  “分子结构和序列比传统形态能透露出更多关于微生物亲缘关系的信息。”卡尔?乌斯曾公开表示。按照遗传学的中心法则,核糖体RNA承担着“转录”DNA上的遗传信息,并“翻译”合成蛋白的任务。由于蛋白是维持机体生命的关键,不会轻易发生改变,因此,作为合成蛋白的模板,核糖体RNA也应当在数亿万年的进化中保持稳定。
  卡尔?乌斯的研究正是基于这个假设。他认为,核糖体RNA应当是破译细菌进化之谜的“钥匙”。随后,卡尔和同事们比较了来自不同细菌、动物、植物中核糖核蛋白体的RNA序列,计划根据它们的相似程度排列这些生物的亲缘关系。
  1990年,卡尔?乌斯在《美国国家科学院院报》(PNAS)上宣布了他的重要发现。一种能产生甲烷的微生物从外形上看是与大肠杆菌一样的“细菌”。核糖体RNA序列上却显示,它与大肠杆菌并不是“近亲”。那些在高浓度盐水中生长,或者在沸腾温泉中生长的微生物,却和它的关系非常亲密。
  产生甲烷、害怕氧气、高盐、高温,这些条件让卡尔?乌斯联想到地球早期的环境。他据此推断,这些奇异的微生物在早期地球上占有统治地位,“它们很可能是地球上最古老的生命”。
  有研究者这样比喻,如果将地球约46亿年的年龄比作一年,那么人类的诞生大约在12月,而生长于热泉、海底或盐湖中的古菌则出生于3月。
  卡尔?乌斯把这类奇异的微生物称为“古菌”(Archaea),成为与细菌、真核生物并列的“域”(Domain)。他也因为提出“三域系统”而成为进化学界的泰斗级人物。
  2011年,自然出版集团在旗下的一本期刊预测,当年的诺贝尔生理学与医学奖将颁给屠呦呦或者卡尔?乌斯。不久后,屠呦呦获得被誉为诺奖风向标的拉斯科临床医学奖,进而在2015年如愿获得诺奖。卡尔?乌斯却在2012年12月离世。
  不过,没有得到诺奖的肯定,并不影响“三域系统”对古菌研究奠定的基础――最近十几年,科学家不断发现新的古菌种类,并按照门、纲、目、科、属的规则日益完善古菌的分类系统。
  从阿尔文号下潜归来后,王风平带领研究团队对从海底收获的沉积物样品开展了详细分析。数量巨大的古菌让他们感到兴奋。而使用卡尔?乌斯考察核糖体RNA的老办法,他们看到样品中多数是嗜热微生物。
  一类从来没有见过的新古菌也呈现在研究人员眼前。据推测,它可能是一类的高温独特类群。此前,王风平在检测其他样品时,也观察到了与之相似的古菌的踪影。因为没有足够的证据将其归类,科学家只好暂时将它称为“杂古菌类群”(Miscellaneous Crenarchaeota Group,MCG)。此次在瓜伊马斯发现的新种类,则被命名为MCG-H。
  无独有偶,几年前,挪威卑尔根大学研究者斯特芬?约根森(Steffen Jorgensen)则在对“洛基城堡”(Loki's Castle)的探索中,获得了宝贵的样品。“洛基城堡”是一片布满热泉口的大洋中脊,深2352米,位于格陵兰岛和挪威之间。样品传递到瑞典乌普萨拉大学细胞和分子生物学系的泰斯?艾特玛(Thijs Ettema)手上。泰斯?艾特玛发现了一种具有里程碑意义的新古菌――洛基古菌(Lokiarchaeota,Loki)。
  尽管属古菌域,洛基古菌却与真核生物共有许多基因,例如,从前只在真核生物中被发现过的构成细胞骨架的蛋白质。泰斯?艾特玛认为,洛基古菌的发现填补了古菌如何演化成真核细胞的空白,这也是从简单细胞到复杂细胞的进化过程中缺失的一环。
  “现代生物学中,真核细胞的来源仍是谜题之一。最近,有强有力的证据表明,真核细胞来源于古菌域。”日,有关洛基古菌的研究成果在《自然》(Nature)上在线发表,论文开宗明义。
  文章在线发表时,泰斯办公室的电话被同行和媒体打爆了。许多研究者认为,泰斯的新发现,挑战了卡尔?乌斯的“三域系统”――今天地球上所有的复杂生命都源自古菌。
  多样化的代谢
  近年来,随着深海钻探和采样技术的发展,加上高通量测序、宏基因组技术、RNA基因和功能基因研究,古菌研究者不仅获得了大量深海沉积物样本,也具备了能深入了解古菌性质的诸多工具。
  由于古菌原本生活在极端环境里,生长条件并不清楚,所以,现在已经发现的绝大多数古菌都无法在实验室进行培养。“吃什么不知道,在什么条件下繁殖也不知道。”在王风平看来,这成为古菌研究长久以来发展缓慢的重要原因之一,“比如,1999年,日本科学家就发现了MCG古菌,但迟迟没有给它编号、归类,到2013年之前学界都没有一篇关于它的论文发表。”
  2002年,王风平回国后来到国家海洋局第三海洋研究所工作,便注意到当时还不知道应当如何命名的MCG古菌。在检测很多来自世界各处的样品时,她都发现了这种奇怪古菌的痕迹。“海洋沉积物里、土壤里,到处都有它,我甚至怀疑我家小区院子里的花坛里也有它。”王风平告诉南方周末。
  研究人员推测,MCG古菌无所不在,它在自然界的含量约为2至3.9乘以10的28次方个细胞,是地球上含量最丰富的微生物之一。这个数字比科学家最新测算的宇宙中恒星总数还要大5个数量级,算得上真正的“天文数字”。
  从海底到地面,环境差异如此之大,分布如此广泛,这种古菌引发了王风平极大的兴趣。
  首先要认识它是谁。2013年,王风平带领研究小组发现MCG古菌在系统发育上处于一个新分支,显著不同于目前分类已确定的所有古菌门类。“它代表了一类自然界比较古老的古菌,因此,我们提议将MCG古菌归类于一个全新的门类,命名为&深古菌门(Bathyarchaeota)&。”王风平表示。
  这项成果发表在国际微生物生态学会会刊(The ISME Journal)上,是目前首个由中国学者提议的古菌门分类,被视为中国在古菌和生命起源及演化研究的重要贡献之一。
  然后,研究人员大胆推测,这种深古菌分布广泛的原因可能是它多样化的代谢方式。
  进一步的研究围绕深古菌的代谢方式。基因技术就派上了用场。研究人员利用组学技术,从深古菌的基因中找到了能够自养乙酸合成的基因片段。最后,他们克隆了自养乙酸合成过程中一种被称为“乙酸激酶”的基因,最终成功验证其具有功能。
  这是首次发现和证实古菌具有自养产乙酸的代谢方式。
  此外,他们还发现深古菌同时具有代谢芳香烃化合物、纤维素,以及利用无机碳自养合成乙酸的功能。“有机碳、蛋白质、糖,虾蟹壳中的几丁质,甚至二氧化碳,都可以成为它的&食物&。”拿到这样的结果,王风平很兴奋,“我们几乎可以断定,深古菌是海洋沉积物汇总和生态系统的核心驱动者。”
  如今,随着“蛟龙号”“大洋一号”等中国海洋科学考察装备的不断进步,研究者们相信,中国学者将能在“黑暗生物圈”研究中扮演越来越重要的角色。
(责任编辑:王彦懿 UM017)
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客服邮箱:地球上最早的生命体(细胞)是如何产生的?希望有详细的,有理论和证据支持的假说.
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神秘的生命起源 在我们居住的这个美丽的浅蓝色星球上,繁衍生息着十几万种微生物,30多万种植物和100多万种动物,那么人们不禁要问,如此丰富多样的生物最初是从哪里来的呢? 科学家研究发现,今天我们地球上的生物,无论大小,都是由细胞组成的,细胞里与生命活动有关的主要是一些结构复杂的生物分子,这些生物分子是怎样起源的呢?故事得从地球的诞生讲起. 那是在大约50亿年前,宇宙中一团弥漫的缓缓转动的气体尘埃云形成了原始太阳系.到了47亿年前,原始太阳系里一些气体尘埃云又凝聚形成了最初的地球.刚刚诞生的地球十分寒冷、荒凉,没有结构复杂的物质,当然也不会有生命.生命是随着原始大气的诞生开始孕育的. 在早期太阳系里,一些处于原始状态的天体频繁和幼小的地球相撞,这一方面增大了地球体积,另一方面运动的能量转化为热能贮存在了地球内部.撞击不断地发生,地球内部蓄积了大量热能.地球的平均温度高达摄氏几千度,内部的金属和矿物变成了融融的炽热岩浆.岩浆在地球内部剧烈运动着,不时冲出地球表面形成火山爆发.在原始地球上,火山爆发十分频繁.随着火山爆发,地球内 部一些气体被源源不断地释放出来,形成了原始大气.不过,这时的地球上仍然没有生物分子. 在以后的岁月里,由于日积月累,原始大气中的水蒸气越来越多,地球表面温度开始降低.当降低到水的沸点以下时,水蒸气就化作倾盆大雨降落到了地面上.倾盆大雨不分昼夜地下着,形成了最初的海洋,这为生命的诞生准备了摇篮. 那时地球表面的温度仍然很高,到了大约36亿年前,海水的温度已降为80℃左右,然而在此之前,原始生命就已悄悄孕育了. 生命的诞生与原始大气十分有缘.据推测,原始大气的主要成份是一氧化碳、二氧化碳、甲烷、水蒸气、氨气.这些简单的气体分子要想成为生物分子,就必须变得足够复杂.合成复杂物质是需要消耗能量的. 值得庆幸的是,在原始地球上有各种形式的能量可供利用.首先,原始大气没有臭氧层,阳光中的紫外线可以毫无顾忌地进入大气,这为地球带来了能量.其次,原始大气中会出现闪电,闪电是一种能量释放现象.再次,原始地球上火山活动频繁,火山喷发可以释放大量热量. 简单的气体分子在吸收了能量之后,它们会变得异常地活泼,进而产生化学反应,形成复杂的(生命)物质.美国的科学家米勒是第一位模拟原始地球的大气的条件,成功地合成出复杂(生命)物质的科学家. 第二集 生命怎样诞生 米勒设计了一套玻璃仪器装置.球形的玻璃容器里模拟的是原始地球的大气,主要有氢气、甲烷和氨气.在实验过程中,需要把烧瓶里的水煮沸,这模拟的是原始海洋里的蒸发现象.球形的电火花室里外接有高频线圈,使电极可以连续火花放电,这模拟的是原始地球大气中的放电现象.放电进行了一周,让米勒惊喜的是,实验中产生了多种氨基酸. 氨基酸和核苷酸是动植物体内普遍存在和最最重要的两种生物小分子,它们是建造生命大厦的砖块和石头. 由不是生物体基本结构单元的无机小分子演变为生物小分子,这无疑是生命进化过程中至关重要的一步,但是呢,由于生物小分子毕竟过于简单,只有它们演变成更为复杂的生物大分子之后,才能导致生命的诞生. 在原始地球上,自然合成的氨基酸和核苷酸随雨水汇集到湖泊海洋里.矿物粘土把这些生物小分子吸附到自己周围,在铜、锌、钠、镁等金属离子催化下,许多氨基酸分子通过脱去水分子而连接在一起,形成更为复杂的分子,也就是蛋白质分子.同样,许多核苷酸分子可以通过脱去水分子而连接在一起,形成更为复杂的分子,也就是核酸分子. 核酸是生物的遗传物质,生物体生长、繁殖、行为和新陈代谢的信息就包含在核酸分子里核苷酸的排列顺序中,可以说,每一种核苷酸排列顺序都是一篇记录着生命信息的文章,书写的文字就是核苷酸.核酸是生命的信息分子,对于生命是绝对重要的.然而核酸的功能却是通过蛋白质来实现的,就连核酸本身的复制都需要蛋白质参与. 原始地球的湖泊海洋里出现了核酸和蛋白质以后,也许有人认为生命从此就诞生了,因为自然界中一些病毒就是由核酸和蛋白质组成的,而类病毒就更是简单得可怜,只是一个核酸分子,这个核酸分子能侵入植物细胞并使植物得病,马铃薯纺锤状块茎病就是这种类病毒感染的结果. 病毒和类病毒只能在活细胞内生存繁殖,至于是不是一种生命形式,目前还存在争议. 生物为了适应环境,在进化过程中,它必须从简单到复杂、从低级到高级这样一个过程当中进行演化,而一个简单的分子,在传宗接代过程中是无能为力把其它物质聚集在自己周围的,它必须形成具有一定结构的复杂形态的实体. 在原始海洋里,随着时间推移,自然合成的生物大分子浓度越来越高,最终形成了具有一定形态结构的分子实体,并进一步进化为最原始的生命. 第三集 遗传物质的进化 众所周知,核酸是当今地球上所有生物的遗传物质,它携带着生命信息,又能自我复制.核酸有两种:一种是核糖核酸,又叫RNA,在RNA病毒和类病毒中,RNA携带着全部生命信息;另一种是脱氧核糖核酸,又叫DNA,它是目前绝大多数生物的遗传物质. 种种迹象表明,原始地球上首先出现的复杂分子可能是RNA,为什么这样说呢? 首先,RNA分子比较简单,只有一条链,DNA分子却很复杂,有两条链,按照进化规律,简单的分子总是最先出现.其次,DNA分子自我复制时离不开酶,酶的本质是蛋白质,在原始地球上,在蛋白质没有产生以前,DNA分子是无法完成自我复制的,然而有些RNA分子本身就有酶的活性,在原始地球条件下,即使没有蛋白质,RNA也可以完成自我复制. 在生命起源中,RNA先发生的学说能够被科学界更多的学者所接受,但是要想真正地证明RNA是最早发生的遗传物质,还存在很多的问题,最大的问题是,要想在模拟原始的条件下合成RNA非常困难. 长期以来,人们总以为只有核酸才是遗传物质,近年来生物学家发现,疯牛病、疯羊病的病原体是朊病毒,朊病毒的本质是蛋白质,可以自我复制,这启发人们,蛋白质也可以作为遗传物质. 其实,和核酸一样,蛋白质的分子结构十分规则,而且也有螺旋结构.科学家长期研究后发现,蛋白质完全具备遗传物质的条件,能够贮藏、复制和传递生命信息. 我们知道,蛋白质是由氨基酸组成的,通过氨基酸和氨基酸配对,可以把遗传信息传递给下一代. 通过实验,刘次全研究员提出了氨基酸的配对模型,并且在此基础上,绘出了一张很有特色的遗传密码表. 在原始地球上,最早能够进行自我复制的分子可能是蛋白质,那时的蛋白质既能贮存或传递遗传信息,又能执行特定的生物学功能. 对于原始生命来说,蛋白质的这种性质是十分经济的,后来随着生命进化,蛋白质贮存或传递遗传信息的功能交给了RNA,然而RNA不够稳定,随着生命继续进化,又出现了DNA,DNA是后来才出现的遗传物质. DNA作为遗传物质的好处是:第一,DNA的某些部位与RNA相比,少了氧原子,氧原子是非常活泼的,这样DNA更加稳定,能够更好地保存生命信息,第二, RNA是单链,如果受到损伤,生命的信息势必丢失,DNA则是双链,一条链发生损伤后,可以根据另一条链进行修复,生命信息不易丢失. 因而,今天地球上的生命选择了DNA作为遗传物质,这也是生物在自然界中长期进化的结果
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