Question

地球上最早的生命是怎么形成的

Answer 1

生命何时、何处、特别是怎样起源的问题,是现代自然科学尚未完全解决的重大问题,是人们关注和争论的焦点.历史上对这个问题也存在着多种臆测和假说,并有很多争议.随着认识的不断深入和各种不同的证据的发现,人们对生命起源的问题有了更深入的研究,下面介绍几种著名的假说,以备教学时参考.
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（1729—1799）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.1969年9月28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.
神秘的生命起源
从古至今,有很多说法来解释生命起源的问题.如西方的创世说,中国的盘古开天地说等.但直到十九世纪,伴随着达尔文《物种起源》一书的问世,生物科学发生了前所未有的大变革,同时也为人类揭示生命起源这一千古之谜带来了一丝曙光,这就是现代的化学进化论.生命起源的化学进化论首先在1953年首先得到了一位美国的学者米勒的证实,米勒描述的生命起源的事件应该是什么样子的呢?那就是在早期,地球上因为它含有大量的还原性的原始大气圈,比如说甲烷、氨气、水、氢气,还有原始的海洋,当早期地球上闪电作用把这些气体聚合成多种氨基酸,而这多种氨基酸,在常温常压下,它可能在局部浓缩,再进一步演化成蛋白质和其他的多糖类、以及高分子脂类,在一定的时候有可能孕发成生命,这就是米勒描述的生命进化的过程.
地球上的生命也许就产生在距今38亿年到40亿年之间,但是我们应该清醒的明白,我们距离揭开生命起源这一亘古之谜,还有一段遥远的科学历程.从无机物到有机物,到有机化合物到有机生命体的演化,同时还具有很多的偶然性,并不是有这种环境,有这种形成条件,它就能产生生命.有人曾经比喻说,这些无机物好像一个垃圾堆里面什么都有,塑料、塑料瓶子、铁,废弃金属、油,而生命,一个单