生命的起源科普知識

時間：2021-02-22 20:28:29 科普知識我要投稿

生命的起源科普知識

　　生命一指生物生存，生物所具有的活動能力；二指事物借以生存的根本條件；三指命運；四指活命；五指有生命之物，特指動物；六指生活；七指生物學(xué)上認為生命是蛋白質(zhì)存在的一種形式。下面是小編為大家整理的生命的起源科普知識，僅供參考，歡迎閱讀。

生命的起源科普知識

　　生命很難定義，但一般具有如下特征:

　　(1)具有細胞結(jié)構(gòu);

　　(2)能夠從環(huán)境中獲得能量而生長，并根據(jù)自身的遺傳密碼系統(tǒng)進行繁殖；

　　(3)能夠?qū)Νh(huán)境刺激作出反應(yīng)；

　　(4)能夠進行新陳代謝(比如:ATP+H2O→ADP+Pi+能量)；

　　(5)能夠組成復(fù)雜的結(jié)構(gòu)；(6)個體能夠適應(yīng)環(huán)境，而其群體則可以進行達爾文演化。

　　地球是迄今為止唯一確定有生命存在的星球。要確定是否真的有地外生命的存在，可以從地球生命的起源說起。那生命的發(fā)生和起源需要哪些條件呢？

　　首先是生命發(fā)生的基本化學(xué)條件。根據(jù)目前對地球生命的了解，液態(tài)水的持續(xù)存在是產(chǎn)生生命最基本的也是最重要的前提條件。水不但是生命體的主要成分，而且其另一個重要作用是溶解有機質(zhì)或無機質(zhì)。水-巖或水-礦物之間的相互作用不僅使地球在自身的地球化學(xué)條件下能夠產(chǎn)生有機質(zhì)，也為生命起源和生物圈提供了營養(yǎng)物質(zhì)。有機質(zhì)(有機物)是指有生命機能的物質(zhì)，也是生命體的主要成分。早先，人們已知的有機物都從動植物等生命有機體中取得，所以把這類化合物叫做有機物。有機物通常指含碳元素的化合物，或碳氫化合物及其衍生物，目前人類已知的有機物達900多萬種，數(shù)量遠遠超過無機物。簡而言之，有機質(zhì)是含有碳元素的除CO2、CO和碳酸鹽之外的化合物。因此，除了水之外，生命發(fā)生還需要碳元素。

　　碳(C)是宇宙中的基本元素之一，也是所有生命分子的基本骨架元素。碳不僅能與自己結(jié)合，還能與氫、氧、氮和硫等元素結(jié)合，從而形成具有復(fù)雜結(jié)構(gòu)的有機物，并能與水進一步相互作用，開始具有代謝和自組織的前生命化學(xué)功能。

　　由此看來，生命的發(fā)生需要水和有機質(zhì)。水分子(H2O)是宇宙中最簡單的化合物分子之一，其合成需要的條件和過程相對于大分子、超大分子的有機物來說要簡單得多。因此，在具備了水的條件下，有機物的合成就是生命發(fā)生的關(guān)鍵。

　　但最早的有機物是不是在地球上合成的呢？換句話說，地球上有機物的來源是哪里呢？這個問題是生命起源問題的根本，回答了這個問題，地球生命的起源也就解決了。但地球生命的起源和演化過程不可能回溯，因此就有很多關(guān)于生命起源的假說。這些假說歸結(jié)起來，可以分為兩大類。

　　一類是地表起源說，認為生命是在地球形成以后若干年的原始地球表面起源的，其中以“化學(xué)起源說”最具代表性，認為地球上的.有機物是在地球上合成的，源自地球，因而，地球生命也源于地球本身。有機物中的主要元素C、H、O、N、P、S、K、Ca、Mg等均為地球上常見的元素，而最簡單的有機物甲烷(分子式CH4)僅涉及兩種元素，因此有機物是完全可能在地球上合成的。“化學(xué)起源說”的內(nèi)部觀點很多，特別是在生命起源的途徑或方式上各家有著很大的分歧。

　　另一類就是地外起源說，認為地球上的有機物來源于外太空，也就是說，有機物起源于外太空的某個星球，然后通過隕石帶到了地球，而地球正好有適合其自身復(fù)制的條件以及水，這些有機物就在地球上自我復(fù)制，逐漸形成了多糖、脂肪、蛋白質(zhì)、核酸等生物大分子，進而產(chǎn)生了生命。有的假說干脆認為，是隕石將最原始的地外宇宙生命胚種(微生物或孢子)帶到地球上發(fā)展而來，這類觀點過去和現(xiàn)在都有不少著名代表人物，如李比希、霍伊爾等，目前流行的主要假說有“彗星說”、“新宇宙生命論”、“星際生命種子假說”等。

　　關(guān)于生命起源，最大的問題就是細胞和非細胞之間的鴻溝，有細胞形式的就是有生命的，沒有則是非生命的。關(guān)于最早的細胞的形成，Koonin和Martin提出了一個關(guān)于基因材料和細胞的地球化學(xué)物質(zhì)的專門化的概念。

　　如前文所述，生命的基本特征還包括繁殖和代謝。只有有了繁殖特性和代謝功能，生命才能順利繁衍下去。而代謝和繁殖都需要物質(zhì)和能量。關(guān)于代謝的起源也有很多假說，其中德國的Wtchersuser為代表的高溫起源學(xué)說和Miller為首的低溫起源學(xué)說支持者最多。

　　高溫起源學(xué)說闡述了生命的最基本有機分子是如何合成的。如在海底熱液環(huán)境中存在著密集的包括古細菌、嗜熱細菌、管狀蠕蟲、蛤類、貽貝類、雙殼類、腹足綱的軟體動物、甲殼類、節(jié)肢動物的蝦類和蟹類、須腕動物、棘皮動物、環(huán)節(jié)動物、脊索動物、脊椎動物魚類等在內(nèi)的豐富多樣的生物群落。所有這些動物維持生命所需的最初能源，不是依靠陽光的光合作用，而是深海熱泉噴出的硫化物，化學(xué)自養(yǎng)細菌利用氧化熱液中的硫化物(如H2S)所得到能量，去還原CO2而制造有機物，其他動物都是依靠細菌還原噴口熱液中的硫化氫作為原始能量來源，因此這些學(xué)者認為地球上最早的生命應(yīng)該是自養(yǎng)型的。但也有許多科學(xué)家仍然偏愛前生命原湯的概念。最早的微生物靠氧化這個原湯中還原態(tài)的碳化合物來維持生命，即生命代謝的起源以異養(yǎng)為先。

　　低溫起源學(xué)說認為，僅僅根據(jù)現(xiàn)代生命的最初始祖先是超級嗜熱菌而認為生命起源于高溫環(huán)境是不可靠的，高溫菌的生存環(huán)境不能用來解釋其起源及核糖核酸(RNA)的存在等問題。低溫學(xué)派指出，前生命的化學(xué)要求必須是一個低溫的環(huán)境，因為許多生物物質(zhì)在100℃就快速分解，因此高溫對于生命世界與無機世界之間的橋梁——RNA的存在是極為不利的。

　　盡管如此，生命的高溫起源學(xué)說也不是毫無道理。所謂的“基因在先”還是“代謝在先”的爭論其實僅僅是個邏輯問題而已。無論生命如何起源，無論其最早的代謝是自養(yǎng)的還是異養(yǎng)的，整個生命起源的過程以及整體上的生化過程都必須有利于化學(xué)反應(yīng)進行。這種能夠保持地球化學(xué)能量供應(yīng)和微生物細胞內(nèi)部能量供應(yīng)的條件就是存在一個能量梯度。

　　雖然有種種關(guān)于生命起源、代謝起源的假說，但作者綜合考慮生命的特征、地球的演化歷史和地球的理化條件，認為最有可能的地球生命的起源和演化過程是這樣的：

　　大約50億年前，太陽系在演化過程中形成地球，當(dāng)時地球是個熾熱的火球。地球表面到處是火山在噴發(fā)，到處充滿熾熱流動的巖漿。慢慢地，經(jīng)過數(shù)億年，地球冷卻下來，火山變少、噴發(fā)量變小，冷卻后的巖漿變成了巖石，但當(dāng)時的地球表面仍然死寂荒涼，沒有水，大氣中由于沒有氧氣而呈現(xiàn)紅色而不是藍色。地球表面的水全部由太空收集而來，這是因為在太陽系的行星形成后，太陽系中仍然存在大量氣體和塵埃，它們形成了很多小的天體在太陽系空間中飛行游蕩，這些小天體中就包括彗星，其主要構(gòu)成成分是水。當(dāng)小天體遇到太陽系中質(zhì)量較大的天體例如行星時，由于萬有引力作用而被吸附在行星表面。于是地球軌道周圍的水便被地球吸附，于是地球進入了整日大雨傾盆、電閃雷鳴的時代，這場大雨一下就是幾百萬年。地球軌道離太陽的距離非常完美，非常適合生命的存在，這不得不說是一個奇妙的偶然。因為相對于地球軌道內(nèi)側(cè)的行星來說，地球離太陽較遠，因此，被吸附到地球上的水沒有被太陽的高溫蒸發(fā)也沒有被強勁的太陽風(fēng)吹走而回到太空中，例如離太陽較近的水星和金星的表面就沒有水；相對于地球軌道外側(cè)的行星來說，地球離太陽較近，因此，地球可以接收到更多的太陽光，使地球保持溫暖，利于生命的繁衍，而在太陽系外邊緣的海王星、天王星非常寒冷，不可能有生命的存在。加之，地球的質(zhì)量剛剛合適，可以將表面的大氣吸住不至于散失到太空中，厚厚的大氣層利于地球表面的保溫。

　　太陽系

　　經(jīng)過幾百萬年的大雨，地球表面積攢了大量的水，以固態(tài)(冰)、液態(tài)(水)、氣態(tài)(水蒸氣)的形式存在，液態(tài)水流到地球表面的低洼處匯集，形成了古海洋。

　　大約40億年前，生命在古海洋中發(fā)生。怎么發(fā)生的？可能是在黑暗的深海海底，被地球內(nèi)部巖漿加熱過的硫化物噴發(fā)出來，催化了古海洋中的無機物合成了有機物；也可能是在電閃雷鳴的古海洋表面，由于雷擊帶來的熱和光催化了古海洋中的無機物合成了有機物。有機物一旦形成，便發(fā)揮其自我復(fù)制的特性，大量合成，簡單的有機物在熱的催化下，合成了復(fù)雜的有機物，例如多糖、脂肪、蛋白質(zhì)、核酸等生物大分子。這個過程經(jīng)歷了數(shù)億年的時間。

　　不同的生物大分子經(jīng)不同的結(jié)合、組合，終于形成了最原始的細胞結(jié)構(gòu)，外面有細胞膜，包被這里面的各種細胞器。這個最原始的細胞也是地球上所有生命的祖先。生命出現(xiàn)了。最原始的生命是細菌，在古海洋這個巨大的培養(yǎng)湯里，原始的細胞通過復(fù)制、變形、變種的形式進行繁殖，開始大量出現(xiàn)。它們通過細胞膜吸收外界的物質(zhì)和能量，在細胞內(nèi)完成代謝和復(fù)制等一系列復(fù)雜的生命過程。細菌通過吸收太陽光進行最原始的光合作用，產(chǎn)生氧氣。氧氣被排放到空氣中后，改變了空氣的性質(zhì)。隨著氧氣含量的增加，大氣逐漸由紅色變成了藍色。

　　原始細菌

　　大約15億年前，細胞發(fā)展出了細胞核。細胞核有一層薄膜保護，從而保護了細胞的遺傳物質(zhì)—基因。一直到8億年前，在地球生命早期的30多億年中，生命的基本形式是微小的單細胞生物。

　　大約8億年前，第一個多細胞生物出現(xiàn)。此時，所有的生物仍然只存在于海洋中。

　　深海海綿

　　大約4億年前，生物開始登陸，植物、昆蟲、脊椎動物等開始陸地上繁殖。生物終于在地球的所有環(huán)境，包括陸地、海洋，赤道、兩級，高山、峽谷，潮間帶、深海，熱液、冷泉等，繁衍開來，形成了五彩繽紛的生命世界。

　　地球生命的起源不可能只是孤立的自然事件，也不可能只是起因于地球形成數(shù)億年后原始地表或地外某種單純因素的作用(如原始海洋中的化學(xué)進化或宇宙生命種子的巧然輸入)，而是與非生命物質(zhì)、前生命有機物的起源與演化密切聯(lián)系在一起，是地球形成過程中，天、地、生等多因素綜合作用的結(jié)果。

　　無論生命是如何起源的，地球本身的演化歷史和條件，使得生命的發(fā)生對于地球來說是一個必然事件，但對于浩瀚的宇宙和上百億年的宇宙演化史來說，地球生命絕對是一個偶然事件，是宇宙中的奇跡。是生命使得地球、使得宇宙更奇妙、更美麗，充滿了無限的可能，使人類有了無限的幻想和遐思。

　　地球的條件、地球生物的發(fā)生在宇宙中是奇妙的、偶然的。這說明，地外生命甚至地外文明存在的可能性非常小。但宇宙之大超出人類的想象，可能性非常小也不是沒有可能。不論在土衛(wèi)二或者其他行星、衛(wèi)星上是否存在生命，人類利用各種理論和技術(shù)尋找地外生命和地外文明的腳步不會停止。這不僅是為了滿足好奇，更是為了人類的未來。

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