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；七指生物學上認為生命是蛋白質存在的一種形式。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)具有細胞結構;

　　(2)能夠從環境中獲得能量而生長，并根據自身的遺傳密碼系統進行繁殖；

　　(3)能夠對環境刺激作出反應；

　　(4)能夠進行新陳代謝(比如:ATP+H2O→ADP+Pi+能量)；

　　(5)能夠組成復雜的結構；(6)個體能夠適應環境，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。那生命的發生和起源需要哪些條件呢？

　　首先是生命發生的基本化學條件。根據目前對地球生命的了解，液態水的持續存在是產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或無機質。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條件下能夠產生有機質，也為生命起源和生物圈提供了營養物質。有機質(有機物)是指有生命機能的物質，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，數量遠遠超過無機物。簡而言之，有機質是含有碳元素的除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。碳不僅能與自己結合，還能與氫、氧、氮和硫等元素結合，從而形成具有復雜結構的有機物，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功能。

　　由此看來，生命的發生需要水和有機質。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生的關鍵。

　　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，因此就有很多關于生命起源的假說。這些假說歸結起來，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。“化學起源說”的內部觀點很多，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制的條件以及水，這些有機物就在地球上自我復制，逐漸形成了多糖、脂肪、蛋白質、核酸等生物大分子，進而產生了生命。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)帶到地球上發展而來，這類觀點過去和現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。關于最早的細胞的形成，Koonin和Martin提出了一個關于基因材料和細胞的地球化學物質的專門化的概念。

　　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和能量。關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說和Miller為首的低溫起源學說支持者最多。

　　高溫起源學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、節肢動物的蝦類和蟹類、須腕動物、棘皮動物、環節動物、脊索動物、脊椎動物魚類等在內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，化學自養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，因此這些學者認為地球上最早的生命應該是自養型的。但也有許多科學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的碳化合物來維持生命，即生命代謝的起源以異養為先。

　　低溫起源學說認為，僅僅根據現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境是不可靠的，高溫菌的生存環境不能用來解釋其起源及核糖核酸(RNA)的存在等問題。低溫學派指出，前生命的化學要求必須是一個低溫的環境，因為許多生物物質在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的還是異養的，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反應進行。這種能夠保持地球化學能量供應和微生物細胞內部能量供應的條件就是存在一個能量梯度。

　　雖然有種種關于生命起源、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，當時地球是個熾熱的火球。地球表面到處是火山在噴發，到處充滿熾熱流動的巖漿。慢慢地，經過數億年，地球冷卻下來，火山變少、噴發量變小，冷卻后的巖漿變成了巖石，但當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，其主要構成成分是水。當小天體遇到太陽系中質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側的行星來說，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也沒有被強勁的太陽風吹走而回到太空中，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

　　經過幾百萬年的大雨，地球表面積攢了大量的水，以固態(冰)、液態(水)、氣態(水蒸氣)的形式存在，液態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，生命在古海洋中發生。怎么發生的？可能是在黑暗的深海海底，被地球內部巖漿加熱過的硫化物噴發出來，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，便發揮其自我復制的特性，大量合成，簡單的有機物在熱的催化下，合成了復雜的有機物，例如多糖、脂肪、蛋白質、核酸等生物大分子。這個過程經歷了數億年的時間。

　　不同的生物大分子經不同的結合、組合，終于形成了最原始的細胞結構，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。生命出現了。最原始的生命是細菌，在古海洋這個巨大的培養湯里，原始的細胞通過復制、變形、變種的形式進行繁殖，開始大量出現。它們通過細胞膜吸收外界的物質和能量，在細胞內完成代謝和復制等一系列復雜的生命過程。細菌通過吸收太陽光進行最原始的光合作用，產生氧氣。氧氣被排放到空氣中后，改變了空氣的性質。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—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。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進化或宇宙生命種子的巧然輸入)，而是與非生命物質、前生命有機物的起源與演化密切聯系在一起，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。不論在土衛二或者其他行星、衛星上是否存在生命，人類利用各種理論和技術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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