中學生物生命的起源與進化

1. 生命的起源是什麼生物的進化過程人類的出現

生命的起源是單細胞。過程是；由單細胞至多細胞的演變，向智能生物進化。人類從約170萬年由猿類進化而成。

2. 關於生命的起源和生物的進化問題，認識不正確的是（） A．在研究生物進化過程中，化石是非常重要

3. 生命的起源,生物的進化,生物的滅絕與環境的關系

遺傳物質的變異是進化的內因，環境對遺傳物質的變異起到誘發與篩選的作用，進化後的生物對環境又有反作用。

具體:
1 遺傳物質的變異是進化的內因
自然界存在數億種生物，它們形態各異，種類紛繁，生物的多樣性，主要就是遺傳物質不同造成的。同一物種遺傳物質的相對穩定性保證了該物種的穩定性和連續性。而遺傳物質的變異為生物進化提供了可能性。
1.1 基因突變和染色體畸變
中性學說在對生物大分子的量化分析後認為，基因隨時會產生大量的中性突變。對於編碼蛋白質的結構基因而言，當三聯體密碼中的 1 個核苷酸（尤其是第 3 位）發生置換往往不會使氨基酸類型發生改變。蛋白質的保守性替換又指出，即使改變了個別氨基酸殘基，但該殘基是在可變區域內這種變化也並不影響生命體的生存價值。此外，結構基因只是整體 DNA 序列中的小部分，還有大量不編碼蛋白質的序列，如調節基因、重復序列、內含子、假基因和退化基因等。由此，木村資生（ Motto.Kimura ）等人結論生物進化在分子水平上起主導因素的是那些對生物生存即不有利，又無害的「中性」基因。但如何界定「絕對」的中性突變，仍然是一個復雜的問題。調節基因、內含子、重復基因、假基因等非編碼蛋白質基因雖然不直接指導蛋白質的合成，但它們與各種環境因素相結合通過調節轉錄，翻譯的過程來發揮作用。有研究表明：由猿到人的變化，主要是調節基因的變化，不是結構基因的變化 [1] 。許多實驗證據也支持了 Gilbert 提出的關於內含子功能的假說，認為結構基因是通過內含子序列之間的重組，將外顯子聚集在一起而產生的，即內含子是原初基因重新組合過程的殘留物。此外，就目前人們的認識來看，內含子還具有影響基因的表達調控；調控 RNA 的剪接；編碼特定的蛋白質；保護基因家族等功能 [2] 。同屬於重復基因的 rRNA 和 tRNA 在蛋白質翻譯中也具有各自的功能。假基因可通過接受鄰近功能基因的片段或者由於功能基因移動而獲得功能。假基因與功能基因之間發生外顯子交換的例證已在小鼠 ψ a3 中有所發現 [3] 。一些單個核苷酸被置換後，也許不能改變氨基酸的類型，但它通過化學鍵對鄰近核苷酸的作用是不容忽視的。它能改變鄰近核苷酸的置換率。因此，我認為將一些基因突變定義為絕對中性是欠妥當的。
染色體畸變包括染色體結構和數目的變化，它與基因突變一樣在進化中佔有重要的位置。染色體畸變牽涉到 DNA 分子上較大范圍內的變化，影響基因間的連鎖和交換，改變基因表達的方式，產生生殖隔離機制，加速物種分化的過程等。
1.2 基因重組
病毒的進化很難用漸進突變累積來解釋，病毒與宿主或其它病毒之間的基因重組引起的飛躍式突變起了很大的作用 [4] 。事實上，在微生物間由於轉化、接合和轉導引起的基因重組發生的頻率比基因突變高達一萬倍 [5] 。由此可見，基因重組是病毒及微生物進化的一種主要方式。對於高等生物來說通過食物攝入，有性生殖，微生物介導也能獲得外源核酸，為基因重組提供必須的物質要素。張光明等人 [6] 提出微生物能有效介導基因重組，從原核生物到真核生物中廣泛存在的轉座作用可能是微生物介導的基因重組的一種重要方式。微生物先感染一種生物，攜帶上該種生物的遺傳物質，再感染另一種生物，將所攜帶的遺傳物質轉移到另一種生物的基因組中。因為另一種生物本身已具有完善穩定的遺傳機制，這種基因重組獲得表達並固定下來的機率並不是很大，但不可否認基因重組在生物進化中起著重要作用。
2 環境對遺傳物質變異的誘發與篩選作用
從生態學的角度來說，任何生物都生存在總體穩定又時時處於變化之中的生態環境中，與環境存在物質、能量、信息的交流。環境是生物進化的外因，它誘導遺傳物質發生變異，又對其進行篩選，經過時間的積累達到生物的進化。這里指的環境包括生物環境和非生物環境，宏觀環境和微觀環境是指所有對研究主體有影響的外界因素。
2.1 環境誘發遺傳物質變異
就化學環境而言，生物體從環境中攝入各種物質，經分解、吸收作用後，送入細胞中，這些物質中的某些化學成分與元素可能會與遺傳物質的組成物發生反應，或使遺傳物質的結構發生變化。某些化學物質直接作用於生物體的表面，也可能引起表面細胞的破壞，並使遺傳物質發生變異。
物理環境能引起遺傳物質變異的最主要因素是射線。生物生活在地球上，無時無刻不受宇宙射線和地球上的放射性物質發出的射線的照射。科學家作了統計，一個人一年平均受的射線照射在人體中可把大約十億個分子的化學鍵打開。 DNA分子在人體中所佔比例很小，計算結果，每年每人平均損傷約200個DNA分子 [7] 。若生物偶然接觸到能量更大的射線則引起突變的機率更大。
現在，許多科學家利用遺傳工程技術，將 DNA上的某些片段人為的進行改變，培育出有利於生產經濟的新品種。進行了轉基因改造的動植物及微生物若被推廣，則為該種生物的進化提供了一定的物質可能性。新品種與近源野生種的雜交，有可能使人為改造過的基因片段得到傳播，並且固定下來。這在植物中更為常見。也可以說這是人為環境對生物進化的影響。微生物介導的基因重組而使生物進化，則是自然的生物環境使遺傳物質發生變化。
獲得性狀是否能遺傳一直是生物進化研究中爭論的焦點。如果獲得性狀可遺傳，就可以進一步說明環境可引起遺傳物質變異。生物學家已發現了不少獲得性遺傳的實例。例如，當用一種酶把枯草桿菌的細胞壁去除後，在特定的生長條件下，它們可以繼續繁殖，後代也是無壁的，並且這種狀態可以穩定地遺傳下去，只有把它們放在另外的一種生長條件下，細胞壁才會重新生長出來 [8] 。逆轉錄酶的發現，也證實了獲得性是有遺傳可能性的。「生命環境均衡論」的學者們認為 :如果生活的環境條件改變了，生活也就發生改變，那麼，動植物將採取適應其生活的性狀，並且在這種性狀永存的情況下，遺傳因子也與之相應發生變化。但是必須經過地質時代這樣漫長的時間單位。越來越多的證據證明獲得性是可遺傳的，但並不能認為獲得性遺傳是生物進化的主要方式。因為在環境條件未發生劇烈變化的很長時期，生物進化的腳步並沒有完全停止。生物進化是許多因素共同作用的結果，歸根到底都必須是遺傳物質發生了改變，只有這樣變異才能一代一代延續下去，。環境只能是進化的外因。
此外，有些科學家認為多數突變是自發的，完全隨機的，這種看法不全面。 DNA鏈處於細胞中，它必然生活在細胞內環境中。氨基酸殘基的脫落、置換、加入無不伴隨著肽鍵的斷裂，這就需要能量和物質的交流，這一系列變化都與細胞內環境密切相關。
2.2 環境對遺傳物質的篩選
在分子水平上環境對遺傳物質的自然選擇是有建設性作用的 .DNA鏈上的某一位點是處在其它基因位點的包圍之中的,如果這一位點發生了變異要受到此位點周圍其它基因的約束和干預。此外還要受到細胞核內環境中各種化學物質和染色體上組蛋白（只有真核生物具有）與非組蛋白的調控。總之，在一個新基因型進化初期，將選取提高個體適合度的有利突變。日本的太田（Ohta,1979）說，在分子水平上自然選擇的主要作用是保持一個分子的現有機能，使它免受有害突變的影響 [8] 。
當遺傳物質的變異通過了分子水平的自然選擇後，還要接受更高級別的檢驗。不管 DNA上的突變位點是直接指導蛋白質合成，還是間接調控、影響轉錄和翻譯的過程，絕大多數遺傳物質的變異終究體現在蛋白質的變化上。多肽鏈上一個或多個氨基酸殘基的變化可能影響蛋白質的空間構象及功能。多肽鏈在折疊時追求能量最低原則，完全折疊後的肽鏈要使它的空間構象有利於其功能的更好發揮。如果氨基酸殘基的改變引起了蛋白質功能的變化，那改變後的蛋白質所發揮的功能將使生物體能更好地適應環境，提高其生存能力。以上就包括了細胞水平的自然選擇，及蛋白質在發揮功能時與其功能相關的組織、器官水平的自然選擇。這些選擇將對由遺傳物質變異引起的蛋白質變化進行篩選。
當遺傳物質的變異最終體現在表型的差異上時，環境的作用就類似於達爾文所提出的自然選擇理論了。只是根據現代生物進化理論，自然選擇對象不是個體，而是種群。自然選擇的價值在於種群基因庫中基因頻率的變化狀況。
前面提到過有些突變似乎是中性的，沒有任何意義。但當環境條件改變時，很有可能這些突變就不再是「中性」的了 [9] 。這些儲備突變在環境條件發生改變時才有機會表達。近年來一些實驗表明，存在著以熱休克蛋白 HSP90為代表的一些分子機制，能夠在一定程度上隱藏基因突變造成的表型變化 [10] 。也就是說，環境可以選擇一些突變，讓其表達，而讓另一些暫時隱藏起來。通過這些隱藏的後備突變，個體有更大的機會適應變化的環境。
3 生物進化後對環境的反作用
約在 27億年前，出現了含有葉綠素，能進行光合作用，屬於自養生活的原始藻類，如燧石藻、藍綠藻等。這些藻類進行光合作用所釋放的氧，進入大氣後開始改變大氣的成分 [11] 。大氣中游離氧的出現和濃度不斷增加，對於生物來講有極重要的意義。生物的代謝方式開始發生根本改變，從厭氧生活發展到有氧生活。代謝方式的改變打打出進了生物的進化發展。約在10～15億年前出現了單細胞真核植物，以後逐漸形成多細胞生物，並開始出現了有性生殖方式。由此可見，生物的進化對環境有著極強的反作用，引起環境發生改變。而改變了的環境條件對生物進化的方向又有指導意義。人類有極強的改造自然和利用自然的能力。人類對自然環境的影響比任何一種生物都大。

起源和滅絕也都是生物不適應環境,被環境所淘汰的結果.
其實它們和進化是一回事,只不過是結果不同.

希望對你有幫助.

4. 生物生命來源與進化

生命起源和進化過程
前地球上豐富多彩的生物界是怎樣形成的？地球上最初的原始生命又是怎樣產生的？根據眾多學者長期的深入的綜合的研究認為，生命的起源和發展需要經過兩個過程。第一個過程是生命起源的化學進化過程（發生在地球形成後的十多億年之間），即由非生命物質經一系列復雜的變化，逐步變成原始生命的過程。第二個過程是生物進化過程（發生在三十億年以前原始生命產生到現在），即由原始生命繼續演化，從簡單到復雜，從低等到高等，從水生到陸生，經過漫長的過程直到發展為現今豐富多彩的生物界，並且繼續發展變化的過程。
生命起源化學進化過程
根據科學的推算，地球從誕生到現在，大約有46億年的歷史。早期的地球是一個很熾熱的球體，地球上的一切元素都呈氣體狀態。那時地球上是絕對不會有生命存在的。地球上最初的原始生命是在原始地球條件下，由非生命物質，在極其漫長的時間里，經過四個階段的化學進化過程，一步一步演變而成的。

1．從無機小分子物質生成有機小分子物質
原料：原始大氣中的各種成分。
能量：大自然不斷產生的含有極高能量的宇宙射線、強烈的紫外線和頻繁的閃電等。
1953年，美國芝加哥大學的學者米勒及其助手在實驗室內首次模擬原始地球在雷嗚閃電下將原始大氣合成小分子有機物的過程。米勒等人設計的火花放電裝置如課本的圖中所示。他首先把200毫升水加入到500毫升的燒瓶中，抽出空氣，然後模擬原始大氣成分通入甲烷、氨、氫等混合氣體。將入口玻璃管熔化封閉，然後把燒瓶內的水煮沸，使水蒸氣驅動混合氣體在玻璃管內流動，進入容積為5升的燒瓶中，並在其中連續進行火花放電7天，模擬原始地球條件下的閃電現象，再經冷凝器冷卻後，產生的物質沉積在U型管中，結果得到20種小分子有機化合物，其中有11種氨基酸。這11種氨基酸中，有4種氨基酸——甘氨酸、丙氨酸、天門冬氨酸和谷氨酸，是天然蛋白質中所含有的。
繼米勒的工作後，不少學者利用多種能源（如火花放電、紫外線、沖擊波、丙種射線、電子束或加熱）模擬原始地球大氣成分，均先後合成了各種氨基酸，以及組成生物高分子的其他重要原料，如：嘌呤、嘧啶、核糖、脫氧核糖、核苷、核苷酸、脂肪酸等。由此可以看出：在原始地球條件下，原始大氣成分在一定能量的作用下，完全可以完成從無機物向簡單有機物的轉化。（需要說明的是：新近的發現已令有的人對此結論產生了一些懷疑。有的科學家認為，早期地球上的任何CH4、NH3和H2S都會迅速被紫外線輻射所分解，釋放出的H2多數也會逃逸到太空中，根據目前的理論，早期大氣的主要成分是水蒸汽、CO2、CO、N2等氣體，可能還有一些游離氫。）
由於火山爆發的同時，使地殼不斷地隆起或下陷，形成了山峰或低地，後來，當地表溫度下降後，散布在原始大氣里的、達到飽和狀態的水蒸氣遇冷形成雨水而下降，流到低地就形成原始海洋。氨基酸等小分子有機物經雨水作用最後匯集在原始海洋中，日久天長，不斷積累，使原始海洋含有了豐富的氨基酸、核苷酸、單糖等有機物，為生命的誕生准備了必要的物質條件。
2．化學進化過程的第二階段：從有機小分子物質形成有機高分子物質
原始海洋中的氨基酸、核苷酸、單糖、嘌呤、嘧啶等有機小分子物質經過極其漫長的積累和相互作用，在適當條件下，一些氨基酸通過縮合作用形成原始的蛋白質分子，核苷酸則通過聚合作用形成原始的核酸分子。生命活動的主要體現者——原始的蛋白質和核酸的出現意味著生命從此有了重要的物質基礎。
美國學者福克斯認為，原始海洋中的氨基酸可能被沖洗到火山附近等溫度高於水沸點的熱地區，它們在那裡蒸發、乾燥和聚合，產生的類蛋白又被沖回海洋，進一步發生其他反應。他在實驗室內將多種純氨基酸混合，在無水條件下加熱至160—200℃，幾小時後就得到具有某些天然蛋白質性質的類蛋白。（原始的蛋白質和核酸與現代生物中的蛋白質和核酸並不一樣，它們又經過若干億年的不斷演變，以至結構越來越完善，功能越來越復雜，才形成像現在的蛋白質和核酸的高分子化合物。）以後又有人模擬原始地球條件，用核苷酸等小分子有機物合成類似天然核酸的物質。 3．化學進化過程的第三個階段：從有機高分子物質組成多分子體系
以原始蛋白質和核酸為主要成分的高分子有機物，在原始海洋中經過漫長的積累、濃縮、凝集而形成「小滴」，這種「小滴」不溶於水，被稱為團聚體或微粒體。它們漂浮在原始海洋中，與海水之間自然形成了一層最原始的界膜，與周圍的原始海洋環境分隔開，從而構成具有一定形狀的、獨立的體系。這種獨立的多分子體系能夠從周圍海洋中吸收物質來擴充和建造自己，同時又能把小滴裡面的「廢物」排出去，這樣就具有了原始的物質交換作用而成為原始生命的萌芽，這是生命起源化學進化過程中的一個很重要的階段。但這時還不具備生命，因為它還沒有真正的新陳代謝和繁殖等生命的基本特徵。
團聚體假說 這一假說是由原蘇聯學者奧巴林提出的。奧巴林等人把均勻、透明的白明膠（一種動物蛋白質）的水溶液與阿拉伯膠（一種多糖）的水溶液混合在一起。用顯微鏡觀察，可以看到：原來均勻、透明的膠體溶液變得渾濁了，繼而出現了具有明顯界膜的小滴，奧巴林把這種小滴稱為團聚體。由於發現這種團聚體可以表現出合成、分解、生長等生命現象，奧巴林等人認為團聚體可能是原始生命形成過程的一個重要階段。
微球體假說 這一假說是由美國學者富克斯提出的。福克斯等人把酸性的類蛋白物質用1％的NaCl 溶液稀釋經加熱、溶解、冷卻以後，放在顯微鏡下觀察，發現了溶液中有無數的球狀小體。福克斯稱它為類蛋白微球體。
微球體能保持結構的穩定性，具有雙層的界膜，通過這個界膜，微球體能夠與周圍環境進行有選擇性的物質交換。它們在高滲透壓的溶液中收縮，在低滲透壓的溶液中膨脹。福克斯認為，微球體就是最初的多分子體系。
4．化學進化過程的第四個階段：從多分子體系演變為原始生命
具有多分子體系特點的小滴漂浮在原始海洋中，經歷了更加漫長的時間，不斷演變，特別是由於蛋白質和核酸這兩大主要成分的相互作用，其中一些多分子體系的結構和功能不斷地發展，終於形成了能把同化作用和異化作用統一於一體的、具有原始的新陳代謝作用並能進行繁殖的原始生命。
這是生命起源過程中最復雜、最有決定意義的階段，它直接涉及到原始生命的發生，是一個飛躍，一個質變階段。所以，這一階段的演變過程是生命起源的關鍵，但目前僅僅是推測，如果能得到證實並能進行模擬的話，那麼就意味著能人工合成生命，這將是生命科學上一個重大的突破。
1965年，我國科學工作者首次人工合成了具有生物活性的結晶牛胰島素，這是一種比較簡單的蛋白質分子，分子量約為6000，由51個氨基酸、兩條肽鏈（分別為21肽和30肽）組成，這在當時遠遠超過國際水平。1981年，我國科學工作者又人工合成了酵母丙氨酸轉運核糖核酸，這是一種RNA，是酵母菌在合成蛋白質時，專門用來運送丙氨酸到核糖體上的t-RNA。它的分子量為26000，比牛胰島素的分子量約大4倍，結構也復雜得多。結晶牛胰島素和酵母丙氨酸轉運核糖核酸的人工合成，對生命起源化學進化過程第二階段的研究有著重要的意義，它反映了我國在探索生命起源問題上所取得的重大成就。
原始海洋是地球上最初產生的有機物的匯總場所，有機高分子的形成，多分子體系的組成，以及原始生命的誕生都是在原始海洋中進行的，而海水能阻止強烈的紫外線對原始生命的破壞殺傷作用。所以說，原始海洋是生命的搖籃。
（1）原始生命雖然具有原始的新陳代謝作用，但其結構十分簡單，不可能具有進行光合作用的結構和條件，而只能以原始海洋中已經存在的各種有機物作為營養物質，所以其同化方式應該是異養型。原始大氣成分中沒有氧氣，因此其異化方式只可能是厭氧型。所以，原始生命的代謝類型最大可能為異養厭氧型。
（2）生命在地球上的出現是原始地球條件和各種物質相互作用的結果，在現今的地球條件下，作為生命起源的基本條件已不存在了。隨著地球上最早的能進行光合作用的原始藻類（如藍藻）和以後綠色植物的出現，現代大氣已成為含氧豐富的氧化性大氣，而不再是生命起源所必需的還原性大氣。現今地球的大氣層中有臭氧層阻擋了大部分的紫外線，沒有了強烈的太陽輻射，也沒有頻繁的閃電，地球的溫度也降低了，把無機物合成為有機物必需的自然界的高能作用已不復存在。另外，也不再有含豐富有機物、含鹽量極少的原始海洋那樣的環境。現在的地球上由於存在大量的游離氧（可以氧化有機物）和微生物（可以分解有機物）各種有機物不可能像在原始海洋中那樣長期保存和積累。因此，在現在的地球環境條件下，是不可能再產生新的原始生命的。正因為地球上不會有新的生命起源，現在地球上生物若滅絕一種，就永遠地消失， 一去不復返。因此保護環境，保護生物，尤其保護珍稀的野生動植物資源是當務之急。
生物的進化
化石是生命進化過程的歷史見證，目前最早的化石記錄是30多億年前地層中發現的原核生物化石。而在這以前最初的生命是非細胞形態的生命，當時生命所處的時代，是沒有游離氧存在的，代謝方式只能是以周圍環境的有機物為養料，依靠無氧呼吸的方式獲取能量，為異養、厭氧型生物。以後，從非細胞形態的原始生命發展到原始細胞形態的生命，是生命發展歷程中的新突破。標志著生命的進化已經從原始生命階段發展到了原始的原核生物階段。當地球早期積累的有機物隨異養生物的消耗而減少時，突變和自然選擇的結果，逐漸演化出自養型的生物——藍藻類的原核生物。藍藻通過光合作用合成有機物，是一個劃時代的飛躍，標志著生物減少了對外界環境的依賴性，增強了自身的獨立性。光合作用消耗大量二氧化碳，同時釋放分子氧。地球大約在20億年前出現氧氣，且氧氣含量達到了現在大氣中氧含量的1％。氧含量的增加，為需氧型生物的產生創造了條件。這時的生物由異養生活過渡到自養生活，並從異養生物中分化出了自養生物，由無氧生活過渡到有氧生活，從厭氧生物中分化出好氧生物，使得新陳代謝的水平加強。
在我國河北距今13億年前的地層中發現了保存相當好的紅藻化石。
在澳大利亞10億年前形成的地層中發現了單細胞綠藻化石，從這些化石上已經極其清楚地顯示出細胞具有細胞核，已是真核細胞。雖然對真核細胞的起源，尚未有統一的學說，但是真核細胞的出現在生物進化歷史上具有重要的意義。
其意義首先表現在：真核細胞在結構和機能上的復雜化，是生物類型多樣化的基礎。其次，由於有性生殖過程中的減數分裂是一種特殊形式的有絲分裂，所以說真核細胞的有絲分裂為有性生殖的產生奠定了基礎。
從化石資料的事實表明，有性生殖的生物出現以後，生物進化的步伐確實大大加快了。而現存的生物絕大多數都是進行有性生殖的。
生物的進化經歷了漫長的歲月，隨著生存環境的演變，低等生物逐漸向高等生物進化。從下表中我們可以較為清晰地看出生物進化的方向是：低等→高等；水生→陸生。
時間 環境 環境狀況 生物種類
6億年前 海洋 種類繁多的藻類植物和低等無脊椎動物
陸地 幾乎沒有生命，一片寂靜
4億年前 海洋 縮小 魚類興旺
陸地 擴大 出現原始蕨類植物，原始兩棲類
3億年前 陸地 氣候溫暖潮濕 蕨類植物繁盛，其中一些種類進化成裸子植物；兩棲類興旺，其中一些種類進化成爬行動物
248萬年 陸地 高大山脈隆起、氣候寒冷、乾燥 原始哺乳動物。鳥類陸續出現，並極大發展，厥類植物大量死亡，被子植物出現並空前發展
生物的種類繁多；到目前為止，已經發現的生物大約有二百萬種，早在1735年，瑞典博物學家林奈將生物界分為植物界和動物界。
植物 動物
運動 不能運動 能夠運動
營養 光合作用自養型 攝取有機物異養型
按照林奈的兩界說，像裸藻這樣既可以藉助於鞭毛的擺動運動，又可以通過葉綠體進行光合作用製造養料的生物，在分類系統中屬於哪一界呢？顯然，兩界說不能將生物進行合理的分類。隨著人們對不同類群生物的認識不斷加深，目前，被廣泛認同的是1969年美國學者魏泰克提出的五界說，五界說是依據真菌和植物在營養方式和結構上的差異，在生物分類的基礎上創立的。

5. 我想知道生物的起源和進化過程

原始的生命是從哪裡來的？這個問題的實質是生物如何從無生命的物質發展而來的問題。

最早的化石是35億年前的包括疊層石在內的微化石，但這些都是已經具有細胞形態的生命了。從這些化石中我們只能獲得有關原始細胞的大小、細胞壁形態、細胞分裂等方面的資料，不可能了解有關核酸、蛋白質以及信息的轉錄、翻譯系統的來源等問題，而這些問題正是研究生命起源必須要解答的。在達爾文時代，單純用描述和比較的方法可以得出生物進化的可信結論，卻不能解決生命的起源問題。現在，人們經過幾十年的努力，進行了多種復雜的實驗，對於生命從無機界發展而來的歷史已經有了一些了解。

（一）有關生命起源的幾個假說

歷史上關於生命的起源問題有多種臆測和假說，也有很多爭論。一個假說是「神創論」，它把生命起源這一科學命題劃入神學領域，因而是不科學的。

第二個假說是自然發生說（spontaneous generation）。這是 19世紀前廣泛流傳的理論，認為生命是從無生命物質自然發生的。古代中國人相信「腐草化為螢」（即螢火蟲是從腐草堆中產生的），腐肉生蛆等；埃及人認為尼羅河谷的蛙和鱔魚是淤泥經日光照射而產生的。在西方，亞里士多德（公元前384—公元前322）就是一個自然發生論者，他甚至還編制了一個能夠從無生命的物質中自然發生的物種名錄。例如，他認為腐爛屍體和排泄物能產生絛蟲，粘液能產生蟹、魚、蛙和蠑螈等。中世紀的西方雖然神創論佔了統治地位，但自然發生學說仍大有發展。例如，「鵝樹學說」認為針葉樹的樹脂和海水的鹽分結合可生出鵝和鴨，因而鵝、鴨肉曾一度被劃為素食。17世紀荷蘭人J． van Helmont在光合作用的研究中雖然有所貢獻，但對於生命起源問題卻主張自然發生說。他還用「實驗」證明，將穀粒、破舊襯衫塞入瓶中，靜置於暗處， 21d後就會產生老鼠，並且使他十分驚訝的是，這種「自然」發生的老鼠竟和常見的老鼠完全相同。J．van nelmont的實驗沒有排除老鼠從外界進入的可能性，他們的結果顯然是錯誤的。

17世紀義大利醫生 Francesco Redi第一次用實驗證明腐肉不能生蛆，蛆是蒼蠅在肉上產的卵孵化而成的（見圖）。

Redi的實驗嚴謹而有說服力，此後人們才逐漸相信較大的動物如蠅、鼠、象等不能自然發生。但是，由於雷文虎克發現了到處都有小的動物，如纖毛蟲以及細菌等，人們覺得小的動物是可以自然發生的。主張生物進化的先驅拉馬克也認為小的滴蟲（如鞭毛蟲、纖毛蟲條）等可以自然發生，其他生物則是從這些自然發生的小生物進化發展而來的。義大利生物學家 L． Spallanzani（1729年—1799年）的實驗證明小生物也不是自然發生的。他將肉湯裝入不封口的瓶中煮沸，靜置數日後，肉湯中出現微生物；如將瓶口封蓋，然後煮沸、靜置，肉湯中不出現微生物（見圖）。

他的結論是肉湯中的小生物來自空氣，而不是自然發生的。但自然發生論者則認為他把肉湯「折磨」得失去了「生命力」，並且在封蓋的瓶中空氣也變了質，不適於生命的生存了。

法國微生物學家巴斯德的實驗才最後地否定了自然發生說。巴斯德根據他的發酵研究認為，生物不可能在肉湯或其他有機物中自然發生，否則滅菌、菌種選育等就都是無意義的了。巴斯德做了一系列實驗，證明微生物只能來自微生物，而不能來自無生命的物質。他做的一個最令人信服、然而卻是十分簡單的實驗是「鵝頸瓶實驗」（見圖）。

他將營養液（如肉湯）裝入帶有彎曲細管的瓶中，彎管是開口的，空氣可無阻地進入瓶中（這就使那些認為Spallanzani的實驗使空氣變壞的人無話可說），而空氣中的微生物則被阻而沉積於彎管底部，不能進入瓶中。巴斯德將瓶中液體煮沸，使液體中的微生物全被殺死，然後放冷靜置，結果瓶中不發生微生物。此時如將曲頸管打斷，使外界空氣不經「沉澱處理」而直接進入營養液中，不久營養液中就出現微生物了。可見微生物不是從營養液中自然發生的，而是來自空氣中原已存在的微生物（孢子）。1864年巴斯德在法國國家科學院報告了他的工作。原定和他辯論的有名的自然發生論者F.A.Pouchet撤銷了辯論。「生命來自生命」，即生源論（Biogenesis）取得了勝利。

第三個假說是宇生論（Cosmozoa theory）。這一學說認為地球上的生命來自宇宙間其他星球，某些微生物孢子可以附著在星際塵埃顆粒上而落入地球，從而使地球有了初始的生命。但是宇宙空間的物理條件（如紫外光、溫度等）對生命是致死的，生命怎能穿過宇宙空間而進入地球呢？像微生物孢子這一水平的生命形態看來是不可能從天外飛來的，但是一些構成生命的有機物質有沒有可能來自宇宙空間呢？有些人認為這是完全可能的。1959年9月澳大利亞落下一顆炭質隕石，其中含有多種有機酸和氨基酸。這些氨基酸與構成蛋白質的氨基酸不同，不是L型的，而是以D型和L型的消旋混合物的形式存在的。有些氨基酸還是地球上生物所沒有的，可見它們不是來自地面上的污染，而是隕石本身所含有的。此外，宇宙空間的研究表明，星際物質中含有塵埃顆粒。塵埃的直徑大的有0．6 μm，小的只有0．04 μm。塵埃的溫度在10K左右，因此空間很多氣體都凍結在塵埃的表面，它們經光、電、紫外線的沖擊，可以完成有機合成的過程，因而一些有機分子如氨基酸、嘌呤、嘧啶等分子就可在塵埃的表面產生，光譜分析證明確實如此。有人認為，帶有這些有機分子的塵埃由慧星帶到地球上。慧星是星際物質組成的，在地球形成的早期，慧星的尾部把大量有機分子撒落到地球上來，從而使地球有了生命。地球以外確實存在著有機物，當然也就有存在生命的可能，不過這不能證明地球上的生命就是來自天外的。但無論生命是來自天外，還是來自地球本身，生命總是從無生命的物質經過化學進化的階段而來的，而地球形成的條件是能夠滿足化學進化的要求的。

此外，還有人主張生命和物質、能量一樣是永恆的，沒有發生和起源，只有傳播和變遷。這種見解對於研究生命起源問題顯然是無益的。

（二）生命來自無生命物質——新的「自然發生」

巴斯德的工作雖然證明了在現在的條件下，生命不可能自然發生，但是卻不能解答這樣的問題：既然生命來自生命，最早的生命來自哪裡呢？

1924年前蘇聯生物學家奧巴林（A·I·OParin）用俄文發表了《生命起源》專著。 5α以後，英國遺傳學家霍爾丹（T．B．S．Haldane）也發表了論文，提出了與奧巴林相同的觀點。 1936年奧巴林改寫了《生命起源》，增加了內容，並被譯成多種文字。從此，生命起源的問題也重新引起人們的廣泛重視，很多人進行了研究。20世紀50年代以後，人們利用更先進的實驗技術進行了更深入的實驗研究，取得了很好的成果。

這些研究表明，生命與無生命之間沒有不可逾越的鴻溝，這和自然發生論好像很相似，其實卻有根本不同，可稱為新的自然發生學說。按照這個學說，生命是在長時期宇宙進化中發生的，是宇宙進化的某一階段無生命的物質所發生的一個進化過程，而不是在現在條件下由非生命的有機物質突然產生的。這個學說因為有比較充分的根據和實驗證明，因此得到多數科學家的承認，很多研究者也都以此學說為根據繼續深入研究。

（三）宇宙的進化和地球的形成

生命的起源是宇宙進化的一部分，因此首先簡單了解一下宇宙的進化，特別是地球的形成是必要的。

現在流行一種觀點：這個宇宙始於 150±30億年前的一次突發的大爆炸，之後，宇宙出現了由氫和氦組成的巨大星雲，這個星雲分裂而成許多較小的星雲。由於某些還不知道的原因，星雲開始緩慢地收縮，並發生旋轉運動。先收縮成為扁平的圓盤狀，同時旋轉速度逐漸增加，收縮時內部收縮較快，外部較慢，到一定程度時，內部逐漸形成了一個密度較大的實體。這就是正在形成的恆星，又稱為原始星。一些物質繼續不斷地落在它的表面，使它增大，質量增加。在收縮之前，星雲的溫度很低，由於引力收縮，密度的加大，分子間磨擦產生的熱量不能很快地輻射出去，因而溫度上升，這一過程不斷進行，溫度繼續上升，直到中心發生極高的壓力，氫原子在高溫下發生熱核反應，釋放出巨大的能量，這時就形成了一顆恆星。太陽就是這樣形成的。

在原始星周圍還有大量的氣體和塵埃，它們一部分落到原始星上，另一部分由於旋轉的加速而被摔出去。被摔出去的物質，第一，會繼續圍繞著原始星旋轉；第二，它們會彼此吸引、碰撞而聚合成為小的團塊。這些小的團塊在旋轉過程中也會吸引外部的物質而逐漸增大。這一過程導致了許多行星的形成，地球就是這樣形成的一顆行星。形成的行星還可以吸引附近更小的物體，成為它的衛星。

我們的太陽系就是如上述方式形成的（這是目前一般接受的學說），地球就是太陽形成時摔出去的物體的一部分，月亮是被地球捕獲的一個小的球體。

初形成時的地球與現在的地球環境是完全不同的。這一點十分重要，因為只有在當時的條件下生命才會出現。所以我們先來看一下地球初形成時的物理條件。

地球在初形成時，它的組成成分主要是氫和氦以及一些固體塵埃。起初它的溫度比較低，最初形成的地球有一個內核，是固體塵埃聚合形成的，外麵包圍著一層氣體，形成第一次大氣層，即初級大氣圈。地球逐漸收縮，溫度便逐漸升高，到溫度高達一定程度時，外面的大氣便完全消失。這是由於相對分子質量較小的氣體脫離了地球的引力，加上強烈的太陽風的作用而逸散開去之故。

然後地球表層的溫度又逐漸下降，內部溫度仍然很高，表現為頻繁的火山活動。地球內部的物質分解產生大量的氣體，沖破地表出來，這就形成了第二次的大氣層，即次生大氣圈。這個大氣層也不同於現在地球的大氣層，它是還原型的，不含氧、氮，一般認為它所含的都是氫的化合物，如氫與氧合成的水蒸汽（H2O），氫與氮合成的氨（NH3），氫與碳合成的甲烷（CH4），氫與硫合成的硫化氫（H2S）等。這些新產生的氣體所形成的大氣層是穩定的，因為它們的溫度不足以使氣體分子的運動速度太高而脫離地球的引力。生命就是在這樣的大氣條件下產生的。

地球剛形成時沒有河流與海洋，只是大氣層中含有一定量的水蒸汽。當地球表面溫度再降低時，由於內部溫度還很高，頻繁的火山活動噴出了更多的水蒸汽。大氣層中的水蒸汽飽和冷卻而形成雨水降落到地面上，雨水在地殼下陷及低落處聚集而成河流海洋。當地殼表面溫度下降到100℃以下時，它們就不再變為水蒸汽，而成為水。

當大氣層的水蒸汽凝結為雨水而降落時，大氣中的一些其他氣體被溶解到了水裡。地殼表面的一些可溶性化合物溶解在水中，因此原始海洋里積累了許多化合物，包括最原始的有機化合物（甲烷），這就為產生更復雜的化合物打下了物質基礎。原始海洋就這樣成了原始生命的誕生地。至於生命發生所需的能量，根據當時地球的情況，可能是來自紫外線和閃電，此外還有地殼放射性同位素的衰變以及火山、溫泉放散的熱等（表1）。光雖是最大的能源，但每個量子的能量低，並且當時還沒有光合作用，因而沒有什麼用處。紫外光每個量子含能量高，能打破有機分子的共價鍵，因而能推動多種化學反應導致新分子的生成。

表1 地球早期的能源

關於地球的年齡：由於太陽、行星和隕石都是由同一宇宙星雲形成的，因而根據隕石的年齡就可約略知道地球的年齡。隕石的年齡可根據隕石中同位素的衰變來計算，也可以根據地球本身岩石中同位素的衰變直接計算地球的年齡。兩種計算所得結果都表明地球年齡應是46億年。

（四）化學進化

生命發生的最早階段是化學進化，即從無機小分子進化到原始生命的階段（見圖）。

原始生命即是細胞的開始。細胞的繼續進化，從原核細胞到真核細胞，從單細胞到多細胞等，則是生物進化階段。

化學進化的全過程又可分為4個連續的階段：

1．從無機分子生成有機分子

在實驗室中，人們早已成功地用無機物合成有機物了。1828年維勒（F．W ohler）首先用氧化鉛和銨合成了尿素。以後大量的有機物不斷地從無機物中合成出來。但是在自然界中有沒有從無機物合成有機物的過程呢？奧巴林和霍爾丹早在20世紀20年代就分別推測，在地球早期的還原性大氣中可能發生這樣的過程。原始大氣中含有大量氫的化合物，如甲烷、氨、硫化氫、氰化氫，以及水蒸汽等，這些氣體在外界高能作用下（如紫外線及宇宙射線、閃電及局部高溫等），有可能合成一些簡單的有機化合物，如氨基酸、核苷酸、單糖等。根據這個推想，人們在實驗室中模擬地球生成時的原始環境條件進行了實驗。

模擬實驗第一個用實驗證明在原始地球環境條件下，無機物可能轉化為有機分子的是美國芝加哥大學的S．Miller。他安裝了一個密閉的循環裝置（見圖），其中充以CH4、NH3、H2和水蒸汽，用來模擬原始的大氣。

在密閉裝置的一個燒瓶中裝水，用來模擬原始的海洋。然後他給燒瓶加熱，使水變為水蒸汽在管中循環，同時又在管中通入電火花模擬原始時期天空的閃電放能，使管中氣體能夠發生反應。管上的冷凝裝置使反應物溶於水蒸汽中而凝集於管底。一星期之後，他檢查管中冷凝的水，發現其中果然溶有多種氨基酸、多種有機酸（如乙酸、乳酸等），以及尿素等有機分子（表2）。有些氨基酸如甘氨酸、谷氨酸、天冬氨酸、丙氨酸等和組成天然蛋白質的氨基酸是一樣的。

表2 Miller 模擬實驗獲得的有機物

此後許多人進行了類似的實驗，有人改用了其他氣體，也得到了大致相同的結果。例如，有人用甲浣、水蒸汽及氨，經輻射作用而合成了丙炔腈、氰化氫，也合成了一些氨基酸。在各種能源方面，除了火花放電之外，還用了紫外線、沖擊波、γ射線、電子束及高溫（加熱到 1000℃）等，這些實驗都同樣地可以成功。特別有意義的是紫外線的作用，因為紫外線是地球早期在原始大氣中最多的能源。可以想像，有了原始大氣的成分，在紫外線的作用下，就可以形成氨基酸這類的小分子。

除了氨基酸之外，其他小的有機分子，如嘌呤、嘧啶等鹼基，核糖、脫氧核糖核酸及脂肪酸等也可以在同樣的情況下形成。甚至有人報道了核苷酸、卟啉、煙醯胺等類化合物也在這些實驗的化合物中被發現。例如，用甲烷、氨、水蒸汽及氫的混合物，通過電子束射擊，合成了腺嘌呤；用紫外線或γ射線照射稀釋的甲醛溶液，合成了核糖及脫氧核糖；用甲烷與水通過電火花放電作用合成了C2～C12的單羧酸（包括乙酸、丙酸、丁酸、異丁酸、異戊酸、異己酸）等。

值得提出的是，在模擬實驗中最容易獲得的鹼基是腺嘌呤。腺嘌呤無非是氰化氫的五聚體，所以是易於合成的。

其他3種鹼基，即鳥嘌呤、胞嘧啶和胸腺嘧啶，必須經過較復雜的反應才能生成。有了腺嘌呤就有可能產生 ATP高能化合物了。腺嘌呤、核糖和磷酸化合物溶液通過 240 nm～290nm紫外光照射就可產生ADP和ATP。因此很可能正是由於腺嘌呤易於產生，在生命發生的早期ATP這一為生命活動供能的分子就產生了。也正是由於腺嘌呤易於產生，因而在生命進化過程中，ATP成了廣泛分布於生命界的供能物質。

Miller等人所做的模擬實驗和來自隕石的資料證明，氨基酸、腺嘌呤等有機物都是能在生物發生之前合成的（前生物合成 prebiotic synthesis），而且具有很強的重復性。墜落於澳大利亞的一塊隕石含有Miller已證明過的許多相同的氨基酸和大致相同的相對數量。這一巧合為Miller設想的前生物合成觀點提供了有力的證據。Miller認為，如果這些有機物只存在於宇宙塵、慧星、小行星、隕星等上，因其含量太少，不足以構成生命起源的基礎。只有在它們來到地球，累積在原始海洋之後，才能導致生命的出現。

2．從有機小分子生成生物大分子

生命物質的最主要的兩個基石是蛋白質與核酸，因此生命起源的一個關鍵問題，就是上述的有機小分子如何形成蛋白質及核酸等生物大分子。

關於蛋白質及核酸的合成，人們也有一些實驗與推測。一般認為氨基酸、核苷酸等在海水中經過長期積累濃縮，在適當的條件下（如吸附在無機礦物粘土上），氨基酸與核苷酸即可分別通過聚合作用而形成原始的蛋白質與核酸。

根據實驗推測，這種聚合作用是通過2種方式實現的：①溶液聚合，在粘土表面吸附作用下發生聚合。粘土的細粒帶有電荷，可以使氨基酸等單體吸附其上，大量聚集，有利於聚合。例如，在稀薄的氨基酸溶液中加入氰化氫（Miller的實驗液中有此產品），在常溫下就可生成多肽。又如，將甘氨酸溶於氫氧化鉸溶液中，密閉加熱至 140℃， 19h，甘氨酸就可直接聚合成為多聚甘氨酸。多聚甘氨酸與甲醛在粘土的吸附作用下，可生成含有絲氨酸或蘇氨酸的復雜多肽鏈；②濃縮聚合。有人認為，在海洋靠岸的一些小角落或是像湖泊樣的小水體中，由於長期蒸發，水中氨基酸等分子含量可以是很高的。這樣的溶液在較高溫度條件下可以直接產生「類蛋白質（proteinoids）」樣的多肽。美國福克斯（F．Fox）模擬原始地球條件，將一些氨基酸混合後，倒入 160℃～200℃的熱砂或粘土中，使水分蒸發、氨基酸濃縮，經過0．5h～3．0h，就產生了一種琥珀色的透明物質，即類蛋白質。這種物質之所以被稱為類蛋白質，是因為它具有蛋白質的某些特性，例如，顯色反應，肽鏈結構，水解後產生氨基酸，可被蛋白酶水解，有微弱的酶活性。但是它又有一些不同於蛋白質的特性，如沒有旋光性，有序程度差，不能引起免疫反應。

除此之外，模擬實驗還發現了另一些聚合的方式。如加熱氰化氫與氨的混合物，所得的產物水解後即含有類似肽的物質。所以有人認為，多肽可能是由於氰氫酸聚合物水解而形成的。這些都說明蛋白質的起源可能是有多種途徑的。

關於核酸大分子的合成也有類似的試驗，例如用高溫加熱的方法，就可使單核苷酸聚合成多核苷酸。單核苷酸在50℃～60℃時只要有多聚磷酸酯存在，也可以形成多核苷酸。

總之，類似於蛋白質和核酸的物質，在人工模擬原始地球條件下，都已能製造出來。但這些產物和現代生命的蛋白質和核酸相比還有一定的距離。它們的結構比較簡單，有序程度比較低，功能也不十分專一。例如，酶的活力不高，專一性不強，一種酶可有幾種的作用；一種核酸可能擔任幾種核酸的功能等。這些分子在漫長歲月中再經演化才成為現在的更有序、功能也更復雜的蛋白質和核酸分子。

因此，我們目前還不能肯定上述各種方式就是蛋白質和核酸發生的方式，但是可以說，這些都是極可能的方式

3．多分子體系的形成和原始生命的出現

生物大分子還不是原始的生命。各種生物大分子在單獨存在時，不表現生命的現象，只有在它們形成了多分子體系時，才能顯示出生命現象。這種多分子體系就是原始生命的萌芽。

多分子體系是如何生成的呢？奧巴林和福克斯做了很多實驗，分別提出團聚體學說和微球學說。

奧巴林的團聚體學說（coacervate theory）認為，生物大分子主要是蛋白質溶液和核酸溶液合在一起時，可形成團聚體小滴，這就是多分子體系，它具有一定的生命現象。

奧巴林最初做的實驗是這樣的：他將白明膠（蛋白質）的水溶液與阿拉伯膠（糖）的水溶液混在一起，在混合之前，這種溶液都是透明的，混合之後，變為混濁。在顯微鏡下可以看到在均勻的溶液中出現了小滴，即團聚體。它們四周與水液有明顯的界限。

用蛋白質、核酸、多糖、磷脂及多肽等溶液也能形成這樣的團聚體。

團聚體小滴的直徑為1μm～500μm。團聚體小滴外圍部分增厚而形成一種膜樣結構與周圍介質分隔開來，奧巴林已能使團聚體小滴具有原始代謝特性，使之穩定存在幾小時到幾個星期，並能使之無限制地增長與繁殖。例如，把磷酸化酶加到組蛋白與阿拉伯膠的溶液中，酶就在團聚體小滴中濃縮，如果隨後在周圍介質中加入葡萄糖-1-磷酸，後者就擴散到團聚體中，並酶聚而成澱粉，而使團聚體的體積增大。葡萄-1-磷酸中的磷酸鍵可提供聚合所需的能，而聚合時釋放出來的無機磷酸鹽則作為廢物從團聚體中排出。另一個例子是把組蛋白與RNA製成團聚體，再把RNA聚合酶加入團聚體小滴內，把ADP作為「食物」加到周圍介質中。在團聚體里，ADP與RNA聚合酶相互作用而生成多腺苷酸（ADP供給能量），多腺苷酸增加了團聚體中RNA的總量，於是小滴生成並分裂成為子滴。奧巴林還模擬了團聚體進行光合作用的試驗。他把葉綠素加到團聚體小滴中，把甲基紅和抗壞血酸作為「食物」加到介質中。當用可見光照射團聚體小滴時，葉綠素中被激發的電子使甲基紅還原，而從抗壞血酸中釋放出的電子則用來替換葉綠素中的電子。

這一過程類似於綠色植物進行的光合作用（水分子在光能作用下，把NADP還原為NADPH）。

此外，團聚體能從周圍的介質中吸取不同的物質，這樣的團聚體就可以「生長」，長到一定程度時團聚體還能「生殖」（「出芽」，分出小團聚體來）。團聚體吸取外界物質似乎還有選擇性。團聚體內部有一定結構，團聚體如吸取了酶，酶可以在團聚體內進行工作（合成或分解某些物質）。團聚體與周圍環境有一個明顯的界限，這是原始膜形成的一種方式。

由此可見，團聚體是能夠表現一定的生命現象的。

這許多特徵使人們設想，多核苷酸與多肽溶液，或核酸溶液與蛋白質溶液，在濃縮後，在一定的溫度及其他合適的環境條件下，形成了團聚體這一多分子體系，這就是原始生命形成過程中的一個重要階段。只有核酸溶液與蛋白質溶液形成的團聚體才會進化為原始的生命。其他膠狀溶液的團聚體在自然選擇過程中都被淘汰了。有人曾在數百米至數千米深海中發現類似於團聚體的物質，這被認為是一個直接證明：團聚體樣的多分子體系確曾發生過；團聚體的確是類似於原始生物。有一次竟有一位有經驗的生物學家把它誤認成是一種細菌。

微球體學說（microsphere theory）是福克斯提出的。福克斯發現，將乾的氨基酸或實驗室所得的「類蛋白質」加熱濃縮，即可形成微球體（見圖）。微球體在溶液中是穩定的，各微球體的直徑是很均一的，約在 1μm～2μm之間，相當於細菌的大小。微球體表現出很多生物學特性，例如①微球體表面有雙層膜，使微球體能隨溶液滲透壓的變化而收縮或膨脹。如在溶液中加入氯化鈉等鹽類，微球體就要縮小；②能吸收溶液中的類蛋白質而生長，並能以一種類似於細菌生長分裂的方式進行繁殖；③在電子顯微鏡下可見微球體的超微結構類似於簡單的細菌；④表面膜的存在使微球體對外界分子有選擇地吸收，在吸收了ATP之後，表現出類似於細胞質流動的活動。

不論是哪一種多分子體系，如果要繼續進化為原始的生命，下列三點是重要的：

第一，多分子體系內部必須具有一定的物理化學結構，這是生命起源的一個重要條件。有了一定的物理化學結構，即有了一定組織，才有吸收物質及進行化學反應的能力，並且這些反應才能以一定方式進行。有了一定的組織，體系就有了穩定性而不易被破壞，才可以生存下來，才能脫離外界環境的影響，走向獨立「生活」。分子的有規律的空間排列是造成多分子體系一定物理化學結構的主要根據。

第二，多分子體系的主要組成必須是蛋白質和核酸，有了這兩類大分子，多分子體系才能建立轉錄翻譯體系，才得以實現遺傳的功能。大概地球早期海洋中團聚體或微球體是多種多樣的，但是由白明膠溶液和阿拉伯膠溶液形成的團聚體等，由於不能復制，在自然選擇中都被淘汰了，只有含核酸和蛋白質的多分子體系才被選擇而留下來。其他大分子如多糖、脂類等也都參加到核酸和蛋白質體系中去，完成它們的特定功能。

第三，原始膜的形成。多分子體系的表面必須有膜。有了膜，多分子體系才有可能和外界介質（海水）分開，成為一個獨立的穩定的體系，也才有可能有選擇地從外界吸收所需分子，防止有害分子進入，而體系中各類分子才有更多機會互相碰撞，促進化學過程的進行。那麼，原始膜是怎樣產生的，並怎樣發展成雙層膜的呢？有人主張，類脂分子（磷脂類）吸附在多分子體系的界面上，蛋白質分子和類脂分子相互作用，吸附於類脂分子上或埋入類脂層中，從而形成一個脂類蛋白質層。繼續發展，這個脂類蛋白質層在一定的物理作用下變為雙層，再吸收一些多糖等其他分子，就成了雙分子層的原始膜了。

原始膜的結構和功能在進化過程中不斷完善和復雜化而成為現在的生物膜。

核酸酶和核酸-蛋白質體系這里有一個問題，即現代生物學告訴我們：核酸只有在蛋白質（酶）的作用下才能合成，而蛋白質也只有在其相應的核昔酸順序存在的條件下才能合成。因此很難設想，結構上如此復雜的核酸和蛋白質，在地球的早期會同時自然地產生，並產生復雜的相互作用。那麼，是通過什麼樣的化學過程才能形成核酸和蛋白質相互依賴的多分子系統呢？

美國 T． Cech研究原生動物四膜蟲（Tetrahymena）的 RNA，發現從四膜蟲 rRNA的前身分子切下的內含子，即L19RNA（見圖）有很強的酶活性，它能使核苷酸聚合而成多核苷酸，又能將多核苷酸切成不同長短的片段，而它本身卻能保持不變。

可見它是一個真正的酶，而被定名為核酸酶（ribozyme）。它的特點是集信息與催化作用於一身。它的發現，使人們在生命起源中蛋白質-核酸誰先誰後的問題上傾向於把RNA當作先出現的分子，而通過RNA的酶促作用而合成了蛋白質，這樣就產生了RNA蛋白質這一遺傳系統了。由於蛋白質有20個不同的側鏈，分子構象上

6. 生命起源與進化是什麼

生命的起源與進化是一門大學選修課程，相當於高中的生物。主要講大自然各種專生物是怎麼進化屬而來的。

7. 生命的起源、演化和生物圈的形成

生命是怎樣起源的?一直是眾多哲人爭論不休的問題。腐草為螢，泥能生蛙，不僅在中國古代民間流傳，古希臘學者亞里士多德也有類似的想法，提出過生命自然發生說，認為昆蟲是從某些特定的軟泥中生長出來的，等等。神學家的解釋更簡單，一切生命都是神所設計和創造出來的，這些問題就全都回答了。

科學是怎樣認識的呢?首先得從無機物變成有機物，建立能自我復制的生物大分子系統———DNA與RNA，然後才是形成細胞，呈現原始的生命現象。

1922年，俄羅斯生物化學家奧巴林(Alexander Ivanovich Oparin，1894～1984)提出，在早期大氣中可以形成甲醛類、醇類等碳氫化合物，它們隨著大氣降水在地表聚集，形成「原始湯」。這些碳氫化合物在「原始湯」中發生反應，使碳原子鏈日益增長，分子逐漸復雜起來，形成蛋白質、核酸、類脂等生物大分子。這些生物大分子進一步形成「復合團聚體」，再通過「時間組織化」(進化)過程產生細胞，生命就出現了。但在奧巴林的假說中，對有機物如何過渡成為細胞的問題，並未解決，而無機物轉化成為有機物的設想，後來卻得到一些驗證。

1953年，美國年輕的研究生米勒(Stanley Lloyd Miller，1930～)做了一次實驗，他將甲烷、氨和水汽混合後放在真空燒瓶里，再把它們置於放電的條件下，結果培養出一系列與生命有關的有機物分子，包括氨基酸。後人用碳的氧化物、氫、水和氮等物質，在沖擊波、紫外線或反復放電等作用下，也都可以形成一些復雜的、與生命有關的有機物分子。這說明在地球上無機物經過自然本身的化學作用過程，變成有機物是可能的。因為在早期的地球大氣中甲烷、水汽和氨都比較豐富，那時的火山活動強烈，也容易造成電閃雷鳴，能夠滿足米勒的實驗條件。但是這時地表的紫外線強烈，這些有機物能否進一步合成生物大分子並保存下來，還是一個疑問。

以後繼續有人從這個方向探索生命的起源，20世紀80年代出現的從非生命到生命的階梯式過渡模式(圖5-3)，代表了這方面取得的成就。

圖5-3 從化學進化到生物學進化的階段式過渡模式圖解(轉引自張昀，1998;據P.Schuster，1984，改繪)

近20年來對深海的探測，在大洋脊的熱水噴口處(壓力30MPa，溫度250～350℃)發現了存在一種化能自養(利用硫化物和氫獲得能量)的古細菌。這一發現使人們對生命發生在地球上產生了新的希望。大洋脊的熱水出口處發生的一系列化學反應，能夠造成氨基酸等化學合成物，並由海底逐漸向海水的淺處和表層擴展。

還有另外一種觀點，認為生命是來自地球之外。瑞典化學家阿倫紐斯(SvanteArrhe-nius，1859～1927)曾設想，是宇宙空間中的生命(以孢子的形式存在)，在光輻射的推動下游動，某個時候一些孢子落到地球上並繁衍開來，於是有了今天地球上的生物界。這種用外來的偶然因素解釋地球上生命的起源，曾被視為泛神論，但地球作為一個宇宙中的一個成員，不能排除外來的影響。對隕石化學成分的研究表明，碳質球粒隕石含有生命所必需的物質———氨基酸。此外，還從星際塵埃微粒中分析出醇、醛、氨基酸、嘌呤、嘧啶等有機物，說明宇宙中存在可供生命產生的有機分子，太陽系和行星的形成階段應具有形成有機物的條件。地球上的生命來自天外，有它的合理依據，但在地球形成的初期，地表處於高溫熔融狀態，這些有機物落到地球上，也可能很快被分解了。不過，如果在地表冷卻之後，天外的有機物落到地上，從而演化出生命，就有可能。

要真正揭開生命起源之謎。需要充足的證據，而證據是如此難得，在這個問題上，人的現有認識與所要達到的目標之間的距離，還十分遙遠，因而給各種迷信邪說，留下了很多空間，但也使科學真理探求者有了充分的用武之地。

生命出現以後的演化，盡管其中也有許多未知數，但因地層中保存有豐富的歷史記錄，使我們能夠得到比較完整的認識。

生命演化中的第一次突破，是有生命的物質出現，迄今為止找到的最早的生命記錄，是保存在格陵蘭Ishua由沉積岩變質而成的變質岩中的一些生物合成的有機碳。其年齡有38億年，與地殼開始形成的時間相近(38億～42億年前)。真正的化石記錄發現在32億年前的岩石中［澳大利亞的瓦拉伍那群(Warrawoona Group)和艾培克斯玄武岩組(Apex Basalt)的燧石層，南非的翁維瓦特群(Onverwacht Group)和無花果樹群(FigTree Group)］，它們是些圓形或絲狀的細菌以及藍藻(圖5-4)。藍藻(bluealgae)是自養型生物，其適應能力非常強，能忍受乾旱、高鹽、從高溫(85℃)到低溫(－62℃)和強輻射等環境。

圖5-4 前寒武紀的生命類型(據張昀，1998;J.W.Schopf，1983;B.J.Skinneretal.，1994;孫衛國，1986，1993;康育義，1997)

生命演化中的第二個重大事件是真核細胞生物的出現，通常認為發生在19億～20億年前。近幾年來中國在24億～25億年前形成的地層中，發現了真核生物化石的存在(朱士興等，1996)。

生命演化的第三個重大事件是多細胞生物的出現。過去一般認為多細胞植物出現在9億～10億年前。朱士興等(1995)在華北18億年前形成的地層中，找到了葉狀、匙狀、帶狀的褐藻化石。而多細胞動物(也稱後生動物)出現在8億年前，並在7億～6億前發生第一次適應輻射。這個時期的動物都是以無硬殼的軟軀體動物或小殼類生物為主，如世界著名的澳大利亞埃迪卡拉動物群(Ediacara fauna)可以作為代表(圖5-4)。

到了元古宙的末期，一些具有硬殼的小型動物(小殼類)開始出現(6.7億～5.43億年)，生物發展似乎進入了一個新階段。到了寒武紀(5.43億年以後)，這種現象更為明顯，生物化石猛然增多，這種現象被有的古生物學家們稱為「寒武紀生物大爆發」，在世界上許多地方都找到了證據，而以在我國雲南澄江發現的動物群化石最具有代表性(5.3億年，圖5-5)。張愛雲(1990)在下寒武統底部發現了最早的脊索動物———尾海鞘。近年來，最早的魚類化石———海口魚和昆明魚等已經在我國雲南澄江地區寒武紀地層內多處發現，這說明此時已實現了從無脊椎動物、脊索動物到脊椎動物的進化。魚類從寒武紀開始興旺，泥盆紀達到鼎盛。

圖5-5 澄江動物群(據陳均遠等，1998)

此後，生命演化實現了從海生動物到陸生動物的進化。脊椎動物經歷了一條從魚類、兩棲類(晚泥盆世開始)、爬行類(晚石炭世開始)、鳥類(侏羅紀開始)，到哺乳類(晚三疊世開始)的進化路線。

為植物登陸開路的是元古宙苔蘚植物，最早大約在早志留世或晚奧陶世(4.5億年前)出現的陸地維管植物是裸蕨植物。後來更高等植物的出現和演化，都是在陸地環境中進行的。無脊椎動物的登陸時間略晚於植物(約4億年前)，脊椎動物則到泥盆紀的末期(約3.6億年)才登上陸地。最早登陸的脊椎動物是魚石螈，它是一種從總鰭魚類演化而來，介於魚類與兩棲類之間的過渡類型。

至今為止，生命演化的最後一次重大事件是出現人類，那是很近的事情，在300萬年以前。

縱觀近40億年來生命的歷史，經過了從原核細胞到真核細胞，單細胞到多細胞，無脊椎動物到脊椎動物，水生生物到陸生生物的演變歷程(圖5-6)，可以看出生物是在不斷地進化。這種理論現已成為科學界的共識，但在當時提出時，對人的心理產生了極大的震撼，正如精神分析學的奠基者弗洛伊德(Sigmuned Freud，1856～1939)所指出:在過去的時間里，科學之手對於人類朴實的自戀有過兩次重大的打擊。第一次是認識到我們的地球並不是宇宙的中心，而是大得難以想像的世界體系中的塵埃。第二次是生物學的研究剝奪了為人類特製的特殊優越性，將人類廢黜為動物的後裔。然而人類只能接受科學的結論，而且也不必自餒。

圖5-6 生命演化的事件及階段

在生物圈和生態系統演化過程中，先後有3類生物起到了關鍵性的作用。

第一種是藍藻，它在30億前出現，延續到7億年前海水表層生命出現，才退居次要地位。這是生物圈發展的第一個階段。藍藻在海洋中建立起一個由淺海海底的微生物構成的生態系統，雖然規模不大，但它能進行光合作用，直接或間接地將大氣和海水中的CO₂大量地轉移到岩石圈中，同時釋放出氧氣，使大氣圈中CO₂的濃度降低，而O₂的含量增加，並逐漸形成了臭氧層，使到達地表的紫外線減弱。生物圈的發展由此進入海水的表層及濱海帶，出現了浮游生物和濱海底棲生物，但這個時期生命的活動還是局限於海洋中。

第二種是維管植物，包括蕨類植物、裸子植物和被子植物，雖然統治時間不如藍藻長(約4.5億前開始)，但它們所構成的陸地生態系統的生產力、能量和物質利用效率、自身以及對環境的調控能力比藍藻生態系統要強得多。維管植物獲得了對各種陸地環境的高度適應性，並創造了各種小生態環境，依靠植物生存的陸生動物隨之繁盛起來。大氣環境的改善，加上岩石圈變形與變位造成陸地大面積擴展，到古生代早期(約4億年前)，生命就跨出了歷史性的一步，從海洋登上陸地，建立起陸地生態系統，完整的生物圈最終才形成。

第三種就是人類，人的出現標志著生物圈的發展進入它的最高階段。人類干預自然界的能力為別的生物所不能比擬，人類在生物圈中的作用正越來越強。人類對生物圈的影響完全不同於前兩類生物，是主動積極的，尤其科學技術的發展，如對DNA有了認識以後，便有可能利用分子生物學技術，將某種生物的基因轉移到另外物種中，從而改造它們的遺傳物質，使這些經過人工改造的生物發生變異，可以使它朝有利於人類需要的方向發展。這種轉基因技術已在農業生產、動物飼養和醫葯研究等方面開始應用，有廣闊的前景，但也必須慎重，嚴格按照科學規律辦事，防止這些新技術的運用對生物圈帶來不利影響。生物圈，包括人類本身的命運，實際上已掌握在人類自己手中。

現在我們已經概括地了解到生物和生物圈演變的歷史，特別是在寒武紀生物大發展以後，我們不僅看到了生物的進化，而且看到了許多物種的滅絕與復甦。我們所說的滅絕就是指一個物種從地球上永遠地消失了，沒有留下後裔。如果在一個穩定的時期內，物種的平均滅絕率維持在一個低水平上，並遠低於新生率，這種滅絕叫做背景滅絕，這是生物演化的自身規律，就如人的生老病死。而與此相反，在某個短時期內生物發生大量滅絕，生物演化突然中斷，使滅絕率劇升，而新生率降到很低，這種滅絕就稱為集群滅絕。集群滅絕具有災變的特點，這不是生物演化本身的規律所能決定的，可能與地球環境巨變有關。在地球歷史上，已經觀察到多次的動物集群滅絕事件，如元古宙末的埃迪卡拉動物群的滅絕(5.43億年前)、二疊紀末的四射珊瑚、三葉蟲、菊石等大量海洋生物的滅絕(2.5億前)、白堊紀末的恐龍滅絕(0.65億年前)等。

生命的誕生和物種的絕滅，都是地球外部各圈層間相互作用的結果，單就某一方面去尋找原因，很難認識，在本書第十二章將地球作為一個系統來研究時，再作討論。

8. 生命的起源與生物的演化

1.生命的起源

圖1-6 地球上生命起源示意圖

（轉引自劉本培、全秋琦，1996，有簡化）

（a）原始大氣；（b）有機物形成；（c）原始生命的物質交換

許多學者認為，生物的形成和發展是在地球上進行的。地球上的無機物在特定的物理化學條件下，形成了各種有機化合物，這些有機化合物後來再經過一系列的變化，最後轉化為有機體。生命產生的這一過程可以概略歸納為三個階段（圖1-6）：①原始海洋中的氮、氫等元素和水、一氧化碳、二氧化碳、硫化氫、氯化氫以及甲烷等無機化合物，在紫外線、電離輻射、高溫、高壓等一定條件影響下，形成氨基酸、核苷酸及單糖等有機化合物；②氨基酸、核苷酸等低分子有機化合物在原始海洋中聚合成復雜的有機化合物，如甘氨酸、蛋白質及核酸等「生物大分子」；③許多生物大分子聚集凝縮而形成以蛋白質和核酸為基礎的多分子體系，呈現出初步的生命現象，既能從周圍環境中吸取營養，又能將「廢物」排出體系之外，構成有生命的原生體。這種原生體的出現使地球上產生了生命，把地球的歷史從化學進化階段推向了生物進化階段。這是生物界演化史上的第一件大事。

2.早期生物的發生和演化

保存於地球上前寒武紀岩石中的化石為最早期生物的演化提供了證據。這些化石證據表明早期生物演化存在四大飛躍：一是從非生物的化學進化發展到生物進化；二是生物的分異；三是原核生物向真核生物的演變；四是後生動物的出現。

盡管地球年齡約為46億年，但生物化石僅在38億年前的地層中發現。在南非東部Barberton 鎮的無花果樹組的燧石（燧石年齡約38億年）中發現了許多有機體，從中分離出了棒狀的Eobactewrium islatum和球狀的Archaeospheroides barbertonensis單細胞生物。前者可以和現代許多細菌的細胞壁結構和大小相比較。球狀生物較大，直徑為17～20μm，可能是一些藻類的演化先驅。此外，在西澳大利亞皮爾巴（Pilbarn）地質時代為35億年的Warrawoona群炭質燧石中發現了疊層石的絲狀細菌。在南非昂威瓦特系（Onverwacht Series，約34億年前）發現可能為藍藻和細菌的球形或橢圓形有機體。以上這些最早的化石記錄就是從非生物的化學物質向生物進化轉變時出現的最早生物。

早期生物演化的第二次飛躍是生物的分異，即多樣性的增加。這可從加拿大Ontario西部蘇必利爾湖沿岸的前寒武紀Gunflint 組中發現的生物化石得到證明。Gunflint 組的燧石形成於大約20億年前，其間出現8屬12種微化石。數量最多的是具絲狀結構的微化石，據其形態可分成4屬5種，它們很像現代藍綠藻中具絲狀結構的Oscillatoria，其中一個屬與現代的氧化鐵細菌Crenthrx相似。第6個屬的微化石為Eoastion，由星狀和由放射狀排列的絲狀體組成，與現代和古代的生物無明顯的相似性，但在某些方面相似於氧化鐵錳的Metallogenium personatum。最為特殊也最多的為Kakabekia，它有一個具短柄的球莖，上面有一個類似傘狀的構造，這三部分構造的大小隨種而不同。第8個屬的有機體為Eosphaera，由內外兩個同心層組成。這些生物的存在證實經過10億年的演化，原核生物已發展到相當繁盛的程度，這可能與後期富氧大氣圈的出現有關。

早期生物演化的第三次飛躍是從原核生物演化出真核生物。在澳大利亞北方Amadens盆地的Bitter Spings 組的燧石（年齡約為10億年）中，發現了4個屬的微化石。其中一個屬像絲狀的藍綠藻，類似現代的Oscillatoria 和Nostoc。另三個屬保存的內部結構像綠藻（真核生物）而非藍綠藻。進一步的研究證實，此處共有3個像細菌的種，20個可能是藍綠藻的屬和2個綠藻屬，2個菌種和2個有疑問的生物，其中的一個綠藻為Glenobotrydion aenigmatis。在我國華北霧迷山組的黑色燧石（約12億～14億年）中發現真核的多核體型藻類，屬於綠藻綱管藻目多毛藻科。在印度、美國、加拿大等國家時代大體相同的地層中均有發現，說明此時真核生物已較多。在我國距今17.5億年的串嶺溝組中發現屬於真核生物的宏觀藻類（可能為Vendotaenides），這表明真核生物的出現大約在18億年前，只是此時仍以藍綠藻和細菌等原核生物為主，而真核生物的繁盛在10億年前。

後生動物出現的時期一般認為在距今6億～7億年，主要是軟體的腔腸動物、蠕形動物中的一些門類。澳洲南部伊迪卡拉崩德砂岩中的伊迪卡拉動物群（圖1-7）就是一個代表。伊迪卡拉動物群（其年代范圍為5.9億～7億年）中，67%是腔腸動物，包括水母、水螅、錐石、缽水母類的其他類別，珊瑚蟲綱（海鰓類）的代表；環節動物佔25%，節肢動物佔5%，以及其他親緣關系不明的化石和痕跡化石。該動物群分子在西南非洲納馬群、加拿大的康塞普辛群、西伯利亞北部文德系、英國強伍德森林（Charnwood forest）地區、瑞典北部的托內湖區及我國的震旦系等都有發現。

圖1-7 伊迪卡拉動物群復原圖

（據Aubouin et al.，1975）

1—推測的海綿和海藻類；2—Dickinsonia（環節動物）；3—Trilbrarachidium；4—水母類；5—Rangea 和Charnia；6—Parvancorina；7—Spriggina（環節動物）；8—環節動物的蟲管

3.顯生宙生物的演化

顯生宙生物演化的形式不同於早期生物演化。

（1）動物界的第一次大發展

震旦紀末期出現了具外殼的多門類海生無脊椎動物，稱小殼動物群，在寒武紀初極為繁盛。其特徵是個體微小（1～2mm），主要有軟舌螺類、單板類、腕足類、腹足類及分類位置不明的管殼類等。代表分子有Cricotheca、Siphogonuchites等。小殼動物群處於一個特殊的階段，它是繼震旦紀晚期的伊迪卡拉動物群之後首次出現的帶殼生物，動物界從無殼到有殼的演化是生物進化史上的又一次飛躍。

特別值得注意的是，在我國雲南澄江地區的寒武系底部有一無硬殼生物群和小殼動物群的混生帶，稱為澄江動物群，它代表了伊迪卡拉動物群向小殼動物群的過渡。澄江動物群是我國古生物領域的重大發現之一，震動了國內外地質古生物界，成為古生物學研究的一大熱點。從目前所發現的這個動物群的組成看，有正常的三葉蟲、金臂蟲類、水母、蠕蟲類、甲殼綱、分類位置不清楚的非三葉蟲節肢動物、腕足類和藻類等。保存有軟體的有Naraoia、水母類、蠕蟲類及非三葉蟲的節肢動物等。澄江動物群內正常三葉蟲無附肢保存。澄江動物群現已定名61屬67種。其中許多動物的軟體都保存極好，栩栩如生，能提供有關生物解剖、生態、親緣關系等多方面的珍貴信息，比世界著名的加拿大的不列顛哥倫比亞省中寒武統布爾吉斯頁岩動物群（已被聯合國教科文組織列入世界級化石遺產地名錄）早了約1500萬年，逼近了「小殼化石」大量出現的高峰期。澄江動物群中生物體造型的分異度和懸殊度都很大，真可謂「創造門類的時代」。

寒武紀初期（距今約5.7億年），動物界出現第一次爆發式的大發展，是以發展具有硬體的生物為特徵，幾乎所有的無脊椎動物門，絕大部分綱都已出現。其中以節肢動物門的三葉蟲綱最為發育，約占化石保存總數的60%；其次為腕足動物，約佔30%；軟體動物、蠕蟲、古杯、海綿及節肢動物門的其他類別約佔10%。

（2）動植物從水生到陸生的發展

在志留紀和志留紀以前的植物都是低等的菌藻類，完全生活在水中，無器官的分化。志留紀末期至早、中泥盆世，地殼上陸地面積增大，植物界由水域擴展到陸地。此時植物體逐漸有了莖、葉的分化，出現了原始的輸導系統維管束，莖表皮角質化及具氣孔等，這些特徵使植物能夠適應陸地較乾燥的環境並不斷演化發展，生存空間不斷向陸地內部延伸。具有葉子的植物在中泥盆世大量出現。晚泥盆世已出現顯花植物的古老代表。

「魚形」化石在奧陶紀（約5億年）就有無頜類化石碎片的記錄。有頜類最早出現於中志留世，它的出現是脊椎動物進化史上的一件大事，它標志著脊椎動物已能夠有效地捕食。脊椎動物從海生到陸上水生大約從志留紀晚期開始。總鰭魚類中的骨鱗魚是四足動物的祖先。具明顯的從總鰭魚類向兩棲類過渡性質的化石發現於晚泥盆世地層中。

完全擺脫水生變成陸生，兩棲類演化到爬行類。爬行動物在胚胎發育過程中產生一種纖維質厚膜，稱為羊膜，它包裹整個胚胎，形成羊膜囊，其中充滿羊水，使胚胎懸浮在液體環境中，能防止乾燥和機械損傷。羊膜卵的出現使四足動物征服陸地成為可能，並向各種不同的棲居地縱深分布和演變發展，是脊椎動物進化史上又一件大事。具羊膜卵的化石記錄發現於北美早二疊世的沉積中。但從兩棲迷齒類到爬行類的演化，可能還要早，據推測可能在晚石炭世已完成到爬行類的演化。

4.動物界各門類的演化譜系

生物界發生和發展的歷史過程完全符合客觀物質世界從簡單到復雜、從低級到高級的變化規律。以動物界為例，一切最低級的動物由單細胞組成，稱原生動物（圖1-8）。由原生動物演化出後生動物。海綿動物是最原始、最低等的多細胞動物，動物機體僅由兩層細胞組成，細胞雖有分化，但無組織產生，在胚胎發育中，胚層細胞具逆轉現象，這與其他多細胞動物不同，所以這類動物在演化上是一個側枝，稱側生動物。腔腸動物是真正的後生動物，動物的身體由外胚層和內胚層構成，稱兩胚層動物。但腔腸動物僅有簡單的組織分化，還沒有形成典型的組織與器官，為低等的後生動物，所有後生動物都是經過這兩胚層階段發展起來的。由兩胚層動物演化為三胚層動物，即動物身體由外胚層、內胚層和中胚層發育形成各種復雜的組織、器官和器官系統。從原始的三胚層動物又發展出神經系統獲得充分發展的脊椎動物，最後又在脊椎動物中發展出人類。人類具有自覺的能動性，起源於動物界，是動物發展的高級階段。

圖1-8 動物界各門類的演化譜系

（據何心一、徐桂榮等，1987）

9. 生命的起源與生物演化

大千世界,芸芸眾生;世間萬物,紛繁各異;生生死死,花開花落。越過悠悠歲月之河,我們看到了什麼?當第一縷生命之火燃起,照亮的是整個宇宙;人類對自身和自然的認識從幼稚走向成熟。

起初,有不少科學家相信「自然發生說」,認為低等生命物質可以從無生命物質中自然產生出來,這是因為他們看到腐肉中會生出蛆來,放久的糧食中能生出蛀蟲,在我國古代也有「腐草化為螢」的說法。當時一些大科學家如笛卡兒(1596～1650)、牛頓(1642～1727)等都對這個學說深信不疑。義大利醫生雷迪(1626～1687)對這種自然發生說產生懷疑,1668年他做了一個實驗,他把一塊塊肉放入一個容器中,有的外麵包上紗布,有的不包。結果證明,只有不包紗布被蒼蠅叮過的肉才生蛆,包有紗布的肉沒有生蛆。

後來隨著科學的發展,顯微鏡出現,人們可以通過顯微鏡看到一些微生物,於是有人又認為,至少微生物可以從非生命物質中產生,所以,在雷迪實驗以後的一個世紀里,微生物的自然發生說一直盛行不衰。

1765年,義大利一位博物學家斯帕朗扎尼(1726～1799)做了一個實驗,他用兩組瓶子,一組盛入肉湯後敞口,讓空氣可以自由出入,另一組瓶子盛入肉湯煮沸後封口,結果觀察到,頭一組瓶子里肉湯上長滿黴菌,而封口的一組瓶子里仍然清新,因此他認為,即使對微生物自然發生說也不能成立。

隨著現代科學的不斷發展和科研水平的提高,關於生命起源問題,雖然一些細節還沒有完全清楚,但大致答案已經得出了。原來,原始生命物質還是來自無生命物質。但這和我們前面提到的自然發生說沒有一點共同之處。因為原始生命物質是從無生命物質經過一系列的化學變化而形成的。

那麼,無生命的物質怎麼能變成有生命的物質呢?隨著科學技術的發展,特別是對有機化學和生物化學的深入研究,人們對生命物質有了更廣泛的認識。原來構成生命物質主要成分的兩種有機物是蛋白質和核酸,這兩種物質都是高分子物質(分子質量較大的物質)。蛋白質分子是由一系列的低分子物質——氨基酸所構成。核酸是由一系列低分子物質——核苷酸構成,這些低分子的有機化合物又是由無機物合成的。於是有人推斷,在原始地球上,可能就是先由無機物合成這些低分子的有機物,進而再形成原始的生命物質。

地球上這種原始生命的出現大約在46億年前,此時,地球上的大氣仍然處於缺氧狀態,所以這樣的原始生命只能進行簡單的新陳代謝,它們懸浮在海水中,從周圍海水中取食也只能通過簡單的滲透作用進行。當時,地球的環境還很惡劣,地震和火山爆發噴出的岩漿可以把大片的海水煮沸;強大的宇宙射線,對原始生命的威脅更大。為何如此惡劣的環境條件沒有把原始生命扼殺呢?這是因為當時原始海洋的面積已佔地球的1/10,且這些原始生命在海洋中懸浮,有的處於上層,有的處於中層,也有的處於下層。而處於中層的這些原始生命可以說得天獨厚,它們可以不受海面上的各種射線和海底放射性噴出物的影響。後來,大自然的雷電和太陽光紫外線的作用產生了臭氧,在地球周圍離海面約20～25km的高空形成了一層臭氧層,阻止了宇宙射線對原始生命的殺傷作用,為生物的進化開創了良好的條件。

大約在三四十億年前,原始生命經過極其漫長的演化過程,其內部的運動和外界條件相結合,原始界膜內的物質結構也日趨復雜化,並逐漸產生了細胞膜代替了原始的界膜,對內外的物質交換的控製作用更加完備,出現了簡單的細胞。細胞的出現是生物進化史上又一次質的飛躍。又經過好幾億年的進化,其中的一些細胞產生了色素,現在植物綠葉里的葉綠素就是一種細胞色素,它可以利用太陽光進行光合作用,產生氧氣。以後才出現了喜氧的細胞,利用氧氣進行呼吸要比無氧狀況下進行發酵產生更多的能量。

15億到14億年前,地球上出現有真正細胞核的細胞,稱為真核細胞。真核細胞,無論在結構或代謝能力方面都大大地超越了原核細胞。真核細胞的構成較為復雜,有完整的細胞膜、細胞質和細胞核。膜系結構已較為復雜,在細胞質和細胞核之間有了明顯的膜結構。真核細胞的出現是生物進化史上又一里程碑,真核細胞,使地球進入了一個生機勃勃的新時代,今天世界上的生物除細菌和低等藻類如藍藻外,其他高等的植物和動物都是由真核細胞衍生和發展而來的(圖1-19)。

圖1-19 生命的演化過程

那麼人們究竟是怎麼認識細胞的呢?在此只進行一些簡單的敘述。「細胞」這個詞的出現,最早是在1665年英國化學家胡克的《顯微圖譜》一書中。當時胡克用顯微鏡觀察了軟木片的切面,他發現「軟木片上充滿了氣孔,是個多孔的結構,形如蜂房」,軟木片中除了圍繞氣孔的四壁或者說除了形同小盒的「細胞」外,幾乎什麼物質都沒有,胡克所看到的細胞其實也就是細胞壁。胡克當時所畫的刺蕁麻葉腹面的顯微圖譜也同樣清楚地顯示了細胞壁輪廓。之後格魯又把植物結構的研究推進了一步。19世紀30年代,德國植物學家施萊登和動物學家施旺通過更高級顯微鏡的觀察建立了真正的細胞學說,他們所觀察到的細胞才是具有完整結構的細胞。現在的「細胞」這一名詞並非胡克當時所指的只有細胞壁的細胞,只是沿用胡克所提出的名詞。細胞學說指出:「一切生物皆由細胞構成,細胞是生物體的結構和功能單位。」此後,普金葉使用「原生質」這一術語來描寫細胞中的物質。

生物形態的演化是指直接的物種形式的生命形式的演變或演化過程,分為兩個階段:早期生物演化階段和以後的生物演化階段。早期生物演化階段是指細胞形成以後到動植物分化這一階段的生物演化階段。生物是以單細胞形式存在的。由於環境變化的原因,進一步分化為原始的植物和動物,生物演化的高級階段從植物和動物的分化開始,進入以後的生物演化階段。這個階段也稱為生物演化的自組織階段。其特點是食物的供給不再只依賴於外部環境的提供,而是在利用外部環境簡單物質的同時,主要以生物界內部的循環式利用為主。這個演化階段可分為單細胞生物演化階段和多細胞生物演化階段兩個部分。在單細胞生物演化階段,原核生物的植物種屬分化為細菌和含有葉綠體的藻類,一部分原核植物演化為真核植物,出現了真菌和真核藻類。典型的單細胞動物是原生動物,為真核生物,原核生物中的動菌屬於一種亞動物。動菌雖然能夠運動,但和不動菌的取食方式卻是一樣的。原核生物向真核生物的演變過程,目前科學上還沒有研究清楚,可能是不同種類的原核生物彼此之間接觸共生,例如像鏈狀的葡萄球菌那樣,以後逐漸進化變異、合並為一體,演化為同一細胞的不同細胞器而形成的。多細胞生物的出現,則是生物界進一步發展的產物,這個過程歷時很長,最初大約發生在5億年以前,這是大氣中游離氧積累到一定階段的結果,生物體由此獲得了更多的製造能量的物質,單細胞的生物體組織分化,向更復雜的生物體形式演變,更多的細胞共同生活成為可能,原來的單細胞生物逐漸發生了進一步的身體結構變化,形成了新的多細胞的同體,生長細胞組織功能分化器官形成,植物界大致從低等植物中的菌藻類開始,到高等植物中的苔蘚植物、裸子植物和被子植物。動物界則大體是從單細胞的原生動物到多細胞的腔腸動物、線形動物、節肢動物等無脊椎動物進化為脊椎動物。

10. 生物的誕生與進化。

地球從形成到現在大約有46億年的歷史。早期的地球是熾熱的球體，地球上的一切元素都呈氣體狀態，那時談不到生命的發生。後來隨著地球的慢慢冷卻，才逐漸為生命的發生提供了一定的條件。

原始地球第二次形成的大氣層中，是沒有氧氣的，因此是還原型的。正是這些大氣層中的氣體成分在一定的能源作用下，形成各種無機物和有機物，為生命的產生創造了條件。同時，由於火山噴發的頻繁，地殼發生變動，形成高原和山峰、低地和山谷。大氣層中的水蒸氣逐漸增多達到飽和，冷卻而形成雨，降落到地面，聚集於低窪地帶，而形成原始海洋。

1．物質條件——還原型的原始大氣：甲烷(CH4)、氨(NH3)、氫(H2)、和水蒸氣(H2O)等。

2．能量條件——原始地球上不斷出現的宇宙射線、紫外線、閃電、熱能等。

3．一定的環境場所條件——原始海洋等

具有這些條件，發生如圖的大致變化。

5細胞大致出現在34億年前，出現了最原始的生命。

6至今被發現的最早的多細胞生物是12億年前中元古代延展紀時期的一種紅藻Bangiomorphapubescens的化石。

7進化的原因一般是由達爾文的自然選擇學說解釋的。自然選擇學說的主要內容過度繁殖，生存斗爭(也叫生存競爭)，遺傳和變異，適者生存。

這一百多年中，隨著生物科學突飛猛進地發展，特別是遺傳學、分子生物學研究的深入，進化學說也不斷得到修改、充實和提高。達爾文當年沒有弄清楚的關於遺傳和變異的一些基本機制，經過研究和實踐，已基本上清楚了。現代達爾文主義者宣稱基因突變、染色體變異、基因重組是物種遺傳變異的源泉，其中基因突變尤為重要。就是說，生物的進化起源於基因突變，是在自然選擇的作用下實現的。

8在從猿到人的轉變過程中，勞動起著特別重要的作用，正是由於勞動，促使到地面生活的古猿上下肢分工越來越明顯，手腳逐漸分化，各自向不同方向發展，以適應不同的功能。另外，在勞動過程中，人與人之間的聯系促進了語言的形成。勞動和語言，促進了腦的發展，而腦的發展又加速了從猿到人的轉變。總之，由於勞動使人類具有了完善的雙手和發達的大腦，進而能使用、製造工具，進行有意識的勞動。

目前，有一種觀點認為，在從猿到人的進化過程中，凡能勞動的古猿，就能取得更多的食物和更有效地抵禦敵害，獲得更大的生存機會，在自然選擇的規律下得以更好地保留下來，繁殖後代並繼續進化。反之，不能勞動的古猿，就會被自然選擇所淘汰。所以，勞動是一種選擇因素而不是創造因素。

希望對你有幫助，參閱陳閱增的普通生物學。