中学生物生命的起源与进化

1. 生命的起源是什么生物的进化过程人类的出现

生命的起源是单细胞。过程是；由单细胞至多细胞的演变，向智能生物进化。人类从约170万年由猿类进化而成。

2. 关于生命的起源和生物的进化问题，认识不正确的是（） A．在研究生物进化过程中，化石是非常重要

3. 生命的起源,生物的进化,生物的灭绝与环境的关系

遗传物质的变异是进化的内因，环境对遗传物质的变异起到诱发与筛选的作用，进化后的生物对环境又有反作用。

具体:
1 遗传物质的变异是进化的内因
自然界存在数亿种生物，它们形态各异，种类纷繁，生物的多样性，主要就是遗传物质不同造成的。同一物种遗传物质的相对稳定性保证了该物种的稳定性和连续性。而遗传物质的变异为生物进化提供了可能性。
1.1 基因突变和染色体畸变
中性学说在对生物大分子的量化分析后认为，基因随时会产生大量的中性突变。对于编码蛋白质的结构基因而言，当三联体密码中的 1 个核苷酸（尤其是第 3 位）发生置换往往不会使氨基酸类型发生改变。蛋白质的保守性替换又指出，即使改变了个别氨基酸残基，但该残基是在可变区域内这种变化也并不影响生命体的生存价值。此外，结构基因只是整体 DNA 序列中的小部分，还有大量不编码蛋白质的序列，如调节基因、重复序列、内含子、假基因和退化基因等。由此，木村资生（ Motto.Kimura ）等人结论生物进化在分子水平上起主导因素的是那些对生物生存即不有利，又无害的“中性”基因。但如何界定“绝对”的中性突变，仍然是一个复杂的问题。调节基因、内含子、重复基因、假基因等非编码蛋白质基因虽然不直接指导蛋白质的合成，但它们与各种环境因素相结合通过调节转录，翻译的过程来发挥作用。有研究表明：由猿到人的变化，主要是调节基因的变化，不是结构基因的变化 [1] 。许多实验证据也支持了 Gilbert 提出的关于内含子功能的假说，认为结构基因是通过内含子序列之间的重组，将外显子聚集在一起而产生的，即内含子是原初基因重新组合过程的残留物。此外，就目前人们的认识来看，内含子还具有影响基因的表达调控；调控 RNA 的剪接；编码特定的蛋白质；保护基因家族等功能 [2] 。同属于重复基因的 rRNA 和 tRNA 在蛋白质翻译中也具有各自的功能。假基因可通过接受邻近功能基因的片段或者由于功能基因移动而获得功能。假基因与功能基因之间发生外显子交换的例证已在小鼠 ψ a3 中有所发现 [3] 。一些单个核苷酸被置换后，也许不能改变氨基酸的类型，但它通过化学键对邻近核苷酸的作用是不容忽视的。它能改变邻近核苷酸的置换率。因此，我认为将一些基因突变定义为绝对中性是欠妥当的。
染色体畸变包括染色体结构和数目的变化，它与基因突变一样在进化中占有重要的位置。染色体畸变牵涉到 DNA 分子上较大范围内的变化，影响基因间的连锁和交换，改变基因表达的方式，产生生殖隔离机制，加速物种分化的过程等。
1.2 基因重组
病毒的进化很难用渐进突变累积来解释，病毒与宿主或其它病毒之间的基因重组引起的飞跃式突变起了很大的作用 [4] 。事实上，在微生物间由于转化、接合和转导引起的基因重组发生的频率比基因突变高达一万倍 [5] 。由此可见，基因重组是病毒及微生物进化的一种主要方式。对于高等生物来说通过食物摄入，有性生殖，微生物介导也能获得外源核酸，为基因重组提供必须的物质要素。张光明等人 [6] 提出微生物能有效介导基因重组，从原核生物到真核生物中广泛存在的转座作用可能是微生物介导的基因重组的一种重要方式。微生物先感染一种生物，携带上该种生物的遗传物质，再感染另一种生物，将所携带的遗传物质转移到另一种生物的基因组中。因为另一种生物本身已具有完善稳定的遗传机制，这种基因重组获得表达并固定下来的机率并不是很大，但不可否认基因重组在生物进化中起着重要作用。
2 环境对遗传物质变异的诱发与筛选作用
从生态学的角度来说，任何生物都生存在总体稳定又时时处于变化之中的生态环境中，与环境存在物质、能量、信息的交流。环境是生物进化的外因，它诱导遗传物质发生变异，又对其进行筛选，经过时间的积累达到生物的进化。这里指的环境包括生物环境和非生物环境，宏观环境和微观环境是指所有对研究主体有影响的外界因素。
2.1 环境诱发遗传物质变异
就化学环境而言，生物体从环境中摄入各种物质，经分解、吸收作用后，送入细胞中，这些物质中的某些化学成分与元素可能会与遗传物质的组成物发生反应，或使遗传物质的结构发生变化。某些化学物质直接作用于生物体的表面，也可能引起表面细胞的破坏，并使遗传物质发生变异。
物理环境能引起遗传物质变异的最主要因素是射线。生物生活在地球上，无时无刻不受宇宙射线和地球上的放射性物质发出的射线的照射。科学家作了统计，一个人一年平均受的射线照射在人体中可把大约十亿个分子的化学键打开。 DNA分子在人体中所占比例很小，计算结果，每年每人平均损伤约200个DNA分子 [7] 。若生物偶然接触到能量更大的射线则引起突变的机率更大。
现在，许多科学家利用遗传工程技术，将 DNA上的某些片段人为的进行改变，培育出有利于生产经济的新品种。进行了转基因改造的动植物及微生物若被推广，则为该种生物的进化提供了一定的物质可能性。新品种与近源野生种的杂交，有可能使人为改造过的基因片段得到传播，并且固定下来。这在植物中更为常见。也可以说这是人为环境对生物进化的影响。微生物介导的基因重组而使生物进化，则是自然的生物环境使遗传物质发生变化。
获得性状是否能遗传一直是生物进化研究中争论的焦点。如果获得性状可遗传，就可以进一步说明环境可引起遗传物质变异。生物学家已发现了不少获得性遗传的实例。例如，当用一种酶把枯草杆菌的细胞壁去除后，在特定的生长条件下，它们可以继续繁殖，后代也是无壁的，并且这种状态可以稳定地遗传下去，只有把它们放在另外的一种生长条件下，细胞壁才会重新生长出来 [8] 。逆转录酶的发现，也证实了获得性是有遗传可能性的。“生命环境均衡论”的学者们认为 :如果生活的环境条件改变了，生活也就发生改变，那么，动植物将采取适应其生活的性状，并且在这种性状永存的情况下，遗传因子也与之相应发生变化。但是必须经过地质时代这样漫长的时间单位。越来越多的证据证明获得性是可遗传的，但并不能认为获得性遗传是生物进化的主要方式。因为在环境条件未发生剧烈变化的很长时期，生物进化的脚步并没有完全停止。生物进化是许多因素共同作用的结果，归根到底都必须是遗传物质发生了改变，只有这样变异才能一代一代延续下去，。环境只能是进化的外因。
此外，有些科学家认为多数突变是自发的，完全随机的，这种看法不全面。 DNA链处于细胞中，它必然生活在细胞内环境中。氨基酸残基的脱落、置换、加入无不伴随着肽键的断裂，这就需要能量和物质的交流，这一系列变化都与细胞内环境密切相关。
2.2 环境对遗传物质的筛选
在分子水平上环境对遗传物质的自然选择是有建设性作用的 .DNA链上的某一位点是处在其它基因位点的包围之中的,如果这一位点发生了变异要受到此位点周围其它基因的约束和干预。此外还要受到细胞核内环境中各种化学物质和染色体上组蛋白（只有真核生物具有）与非组蛋白的调控。总之，在一个新基因型进化初期，将选取提高个体适合度的有利突变。日本的太田（Ohta,1979）说，在分子水平上自然选择的主要作用是保持一个分子的现有机能，使它免受有害突变的影响 [8] 。
当遗传物质的变异通过了分子水平的自然选择后，还要接受更高级别的检验。不管 DNA上的突变位点是直接指导蛋白质合成，还是间接调控、影响转录和翻译的过程，绝大多数遗传物质的变异终究体现在蛋白质的变化上。多肽链上一个或多个氨基酸残基的变化可能影响蛋白质的空间构象及功能。多肽链在折叠时追求能量最低原则，完全折叠后的肽链要使它的空间构象有利于其功能的更好发挥。如果氨基酸残基的改变引起了蛋白质功能的变化，那改变后的蛋白质所发挥的功能将使生物体能更好地适应环境，提高其生存能力。以上就包括了细胞水平的自然选择，及蛋白质在发挥功能时与其功能相关的组织、器官水平的自然选择。这些选择将对由遗传物质变异引起的蛋白质变化进行筛选。
当遗传物质的变异最终体现在表型的差异上时，环境的作用就类似于达尔文所提出的自然选择理论了。只是根据现代生物进化理论，自然选择对象不是个体，而是种群。自然选择的价值在于种群基因库中基因频率的变化状况。
前面提到过有些突变似乎是中性的，没有任何意义。但当环境条件改变时，很有可能这些突变就不再是“中性”的了 [9] 。这些储备突变在环境条件发生改变时才有机会表达。近年来一些实验表明，存在着以热休克蛋白 HSP90为代表的一些分子机制，能够在一定程度上隐藏基因突变造成的表型变化 [10] 。也就是说，环境可以选择一些突变，让其表达，而让另一些暂时隐藏起来。通过这些隐藏的后备突变，个体有更大的机会适应变化的环境。
3 生物进化后对环境的反作用
约在 27亿年前，出现了含有叶绿素，能进行光合作用，属于自养生活的原始藻类，如燧石藻、蓝绿藻等。这些藻类进行光合作用所释放的氧，进入大气后开始改变大气的成分 [11] 。大气中游离氧的出现和浓度不断增加，对于生物来讲有极重要的意义。生物的代谢方式开始发生根本改变，从厌氧生活发展到有氧生活。代谢方式的改变打打出进了生物的进化发展。约在10～15亿年前出现了单细胞真核植物，以后逐渐形成多细胞生物，并开始出现了有性生殖方式。由此可见，生物的进化对环境有着极强的反作用，引起环境发生改变。而改变了的环境条件对生物进化的方向又有指导意义。人类有极强的改造自然和利用自然的能力。人类对自然环境的影响比任何一种生物都大。

起源和灭绝也都是生物不适应环境,被环境所淘汰的结果.
其实它们和进化是一回事,只不过是结果不同.

希望对你有帮助.

4. 生物生命来源与进化

生命起源和进化过程
前地球上丰富多彩的生物界是怎样形成的？地球上最初的原始生命又是怎样产生的？根据众多学者长期的深入的综合的研究认为，生命的起源和发展需要经过两个过程。第一个过程是生命起源的化学进化过程（发生在地球形成后的十多亿年之间），即由非生命物质经一系列复杂的变化，逐步变成原始生命的过程。第二个过程是生物进化过程（发生在三十亿年以前原始生命产生到现在），即由原始生命继续演化，从简单到复杂，从低等到高等，从水生到陆生，经过漫长的过程直到发展为现今丰富多彩的生物界，并且继续发展变化的过程。
生命起源化学进化过程
根据科学的推算，地球从诞生到现在，大约有46亿年的历史。早期的地球是一个很炽热的球体，地球上的一切元素都呈气体状态。那时地球上是绝对不会有生命存在的。地球上最初的原始生命是在原始地球条件下，由非生命物质，在极其漫长的时间里，经过四个阶段的化学进化过程，一步一步演变而成的。

1．从无机小分子物质生成有机小分子物质
原料：原始大气中的各种成分。
能量：大自然不断产生的含有极高能量的宇宙射线、强烈的紫外线和频繁的闪电等。
1953年，美国芝加哥大学的学者米勒及其助手在实验室内首次模拟原始地球在雷呜闪电下将原始大气合成小分子有机物的过程。米勒等人设计的火花放电装置如课本的图中所示。他首先把200毫升水加入到500毫升的烧瓶中，抽出空气，然后模拟原始大气成分通入甲烷、氨、氢等混合气体。将入口玻璃管熔化封闭，然后把烧瓶内的水煮沸，使水蒸气驱动混合气体在玻璃管内流动，进入容积为5升的烧瓶中，并在其中连续进行火花放电7天，模拟原始地球条件下的闪电现象，再经冷凝器冷却后，产生的物质沉积在U型管中，结果得到20种小分子有机化合物，其中有11种氨基酸。这11种氨基酸中，有4种氨基酸——甘氨酸、丙氨酸、天门冬氨酸和谷氨酸，是天然蛋白质中所含有的。
继米勒的工作后，不少学者利用多种能源（如火花放电、紫外线、冲击波、丙种射线、电子束或加热）模拟原始地球大气成分，均先后合成了各种氨基酸，以及组成生物高分子的其他重要原料，如：嘌呤、嘧啶、核糖、脱氧核糖、核苷、核苷酸、脂肪酸等。由此可以看出：在原始地球条件下，原始大气成分在一定能量的作用下，完全可以完成从无机物向简单有机物的转化。（需要说明的是：新近的发现已令有的人对此结论产生了一些怀疑。有的科学家认为，早期地球上的任何CH4、NH3和H2S都会迅速被紫外线辐射所分解，释放出的H2多数也会逃逸到太空中，根据目前的理论，早期大气的主要成分是水蒸汽、CO2、CO、N2等气体，可能还有一些游离氢。）
由于火山爆发的同时，使地壳不断地隆起或下陷，形成了山峰或低地，后来，当地表温度下降后，散布在原始大气里的、达到饱和状态的水蒸气遇冷形成雨水而下降，流到低地就形成原始海洋。氨基酸等小分子有机物经雨水作用最后汇集在原始海洋中，日久天长，不断积累，使原始海洋含有了丰富的氨基酸、核苷酸、单糖等有机物，为生命的诞生准备了必要的物质条件。
2．化学进化过程的第二阶段：从有机小分子物质形成有机高分子物质
原始海洋中的氨基酸、核苷酸、单糖、嘌呤、嘧啶等有机小分子物质经过极其漫长的积累和相互作用，在适当条件下，一些氨基酸通过缩合作用形成原始的蛋白质分子，核苷酸则通过聚合作用形成原始的核酸分子。生命活动的主要体现者——原始的蛋白质和核酸的出现意味着生命从此有了重要的物质基础。
美国学者福克斯认为，原始海洋中的氨基酸可能被冲洗到火山附近等温度高于水沸点的热地区，它们在那里蒸发、干燥和聚合，产生的类蛋白又被冲回海洋，进一步发生其他反应。他在实验室内将多种纯氨基酸混合，在无水条件下加热至160—200℃，几小时后就得到具有某些天然蛋白质性质的类蛋白。（原始的蛋白质和核酸与现代生物中的蛋白质和核酸并不一样，它们又经过若干亿年的不断演变，以至结构越来越完善，功能越来越复杂，才形成像现在的蛋白质和核酸的高分子化合物。）以后又有人模拟原始地球条件，用核苷酸等小分子有机物合成类似天然核酸的物质。 3．化学进化过程的第三个阶段：从有机高分子物质组成多分子体系
以原始蛋白质和核酸为主要成分的高分子有机物，在原始海洋中经过漫长的积累、浓缩、凝集而形成“小滴”，这种“小滴”不溶于水，被称为团聚体或微粒体。它们漂浮在原始海洋中，与海水之间自然形成了一层最原始的界膜，与周围的原始海洋环境分隔开，从而构成具有一定形状的、独立的体系。这种独立的多分子体系能够从周围海洋中吸收物质来扩充和建造自己，同时又能把小滴里面的“废物”排出去，这样就具有了原始的物质交换作用而成为原始生命的萌芽，这是生命起源化学进化过程中的一个很重要的阶段。但这时还不具备生命，因为它还没有真正的新陈代谢和繁殖等生命的基本特征。
团聚体假说 这一假说是由原苏联学者奥巴林提出的。奥巴林等人把均匀、透明的白明胶（一种动物蛋白质）的水溶液与阿拉伯胶（一种多糖）的水溶液混合在一起。用显微镜观察，可以看到：原来均匀、透明的胶体溶液变得浑浊了，继而出现了具有明显界膜的小滴，奥巴林把这种小滴称为团聚体。由于发现这种团聚体可以表现出合成、分解、生长等生命现象，奥巴林等人认为团聚体可能是原始生命形成过程的一个重要阶段。
微球体假说 这一假说是由美国学者富克斯提出的。福克斯等人把酸性的类蛋白物质用1％的NaCl 溶液稀释经加热、溶解、冷却以后，放在显微镜下观察，发现了溶液中有无数的球状小体。福克斯称它为类蛋白微球体。
微球体能保持结构的稳定性，具有双层的界膜，通过这个界膜，微球体能够与周围环境进行有选择性的物质交换。它们在高渗透压的溶液中收缩，在低渗透压的溶液中膨胀。福克斯认为，微球体就是最初的多分子体系。
4．化学进化过程的第四个阶段：从多分子体系演变为原始生命
具有多分子体系特点的小滴漂浮在原始海洋中，经历了更加漫长的时间，不断演变，特别是由于蛋白质和核酸这两大主要成分的相互作用，其中一些多分子体系的结构和功能不断地发展，终于形成了能把同化作用和异化作用统一于一体的、具有原始的新陈代谢作用并能进行繁殖的原始生命。
这是生命起源过程中最复杂、最有决定意义的阶段，它直接涉及到原始生命的发生，是一个飞跃，一个质变阶段。所以，这一阶段的演变过程是生命起源的关键，但目前仅仅是推测，如果能得到证实并能进行模拟的话，那么就意味着能人工合成生命，这将是生命科学上一个重大的突破。
1965年，我国科学工作者首次人工合成了具有生物活性的结晶牛胰岛素，这是一种比较简单的蛋白质分子，分子量约为6000，由51个氨基酸、两条肽链（分别为21肽和30肽）组成，这在当时远远超过国际水平。1981年，我国科学工作者又人工合成了酵母丙氨酸转运核糖核酸，这是一种RNA，是酵母菌在合成蛋白质时，专门用来运送丙氨酸到核糖体上的t-RNA。它的分子量为26000，比牛胰岛素的分子量约大4倍，结构也复杂得多。结晶牛胰岛素和酵母丙氨酸转运核糖核酸的人工合成，对生命起源化学进化过程第二阶段的研究有着重要的意义，它反映了我国在探索生命起源问题上所取得的重大成就。
原始海洋是地球上最初产生的有机物的汇总场所，有机高分子的形成，多分子体系的组成，以及原始生命的诞生都是在原始海洋中进行的，而海水能阻止强烈的紫外线对原始生命的破坏杀伤作用。所以说，原始海洋是生命的摇篮。
（1）原始生命虽然具有原始的新陈代谢作用，但其结构十分简单，不可能具有进行光合作用的结构和条件，而只能以原始海洋中已经存在的各种有机物作为营养物质，所以其同化方式应该是异养型。原始大气成分中没有氧气，因此其异化方式只可能是厌氧型。所以，原始生命的代谢类型最大可能为异养厌氧型。
（2）生命在地球上的出现是原始地球条件和各种物质相互作用的结果，在现今的地球条件下，作为生命起源的基本条件已不存在了。随着地球上最早的能进行光合作用的原始藻类（如蓝藻）和以后绿色植物的出现，现代大气已成为含氧丰富的氧化性大气，而不再是生命起源所必需的还原性大气。现今地球的大气层中有臭氧层阻挡了大部分的紫外线，没有了强烈的太阳辐射，也没有频繁的闪电，地球的温度也降低了，把无机物合成为有机物必需的自然界的高能作用已不复存在。另外，也不再有含丰富有机物、含盐量极少的原始海洋那样的环境。现在的地球上由于存在大量的游离氧（可以氧化有机物）和微生物（可以分解有机物）各种有机物不可能像在原始海洋中那样长期保存和积累。因此，在现在的地球环境条件下，是不可能再产生新的原始生命的。正因为地球上不会有新的生命起源，现在地球上生物若灭绝一种，就永远地消失， 一去不复返。因此保护环境，保护生物，尤其保护珍稀的野生动植物资源是当务之急。
生物的进化
化石是生命进化过程的历史见证，目前最早的化石记录是30多亿年前地层中发现的原核生物化石。而在这以前最初的生命是非细胞形态的生命，当时生命所处的时代，是没有游离氧存在的，代谢方式只能是以周围环境的有机物为养料，依靠无氧呼吸的方式获取能量，为异养、厌氧型生物。以后，从非细胞形态的原始生命发展到原始细胞形态的生命，是生命发展历程中的新突破。标志着生命的进化已经从原始生命阶段发展到了原始的原核生物阶段。当地球早期积累的有机物随异养生物的消耗而减少时，突变和自然选择的结果，逐渐演化出自养型的生物——蓝藻类的原核生物。蓝藻通过光合作用合成有机物，是一个划时代的飞跃，标志着生物减少了对外界环境的依赖性，增强了自身的独立性。光合作用消耗大量二氧化碳，同时释放分子氧。地球大约在20亿年前出现氧气，且氧气含量达到了现在大气中氧含量的1％。氧含量的增加，为需氧型生物的产生创造了条件。这时的生物由异养生活过渡到自养生活，并从异养生物中分化出了自养生物，由无氧生活过渡到有氧生活，从厌氧生物中分化出好氧生物，使得新陈代谢的水平加强。
在我国河北距今13亿年前的地层中发现了保存相当好的红藻化石。
在澳大利亚10亿年前形成的地层中发现了单细胞绿藻化石，从这些化石上已经极其清楚地显示出细胞具有细胞核，已是真核细胞。虽然对真核细胞的起源，尚未有统一的学说，但是真核细胞的出现在生物进化历史上具有重要的意义。
其意义首先表现在：真核细胞在结构和机能上的复杂化，是生物类型多样化的基础。其次，由于有性生殖过程中的减数分裂是一种特殊形式的有丝分裂，所以说真核细胞的有丝分裂为有性生殖的产生奠定了基础。
从化石资料的事实表明，有性生殖的生物出现以后，生物进化的步伐确实大大加快了。而现存的生物绝大多数都是进行有性生殖的。
生物的进化经历了漫长的岁月，随着生存环境的演变，低等生物逐渐向高等生物进化。从下表中我们可以较为清晰地看出生物进化的方向是：低等→高等；水生→陆生。
时间 环境 环境状况 生物种类
6亿年前 海洋 种类繁多的藻类植物和低等无脊椎动物
陆地 几乎没有生命，一片寂静
4亿年前 海洋 缩小 鱼类兴旺
陆地 扩大 出现原始蕨类植物，原始两栖类
3亿年前 陆地 气候温暖潮湿 蕨类植物繁盛，其中一些种类进化成裸子植物；两栖类兴旺，其中一些种类进化成爬行动物
248万年 陆地 高大山脉隆起、气候寒冷、干燥 原始哺乳动物。鸟类陆续出现，并极大发展，厥类植物大量死亡，被子植物出现并空前发展
生物的种类繁多；到目前为止，已经发现的生物大约有二百万种，早在1735年，瑞典博物学家林奈将生物界分为植物界和动物界。
植物 动物
运动 不能运动 能够运动
营养 光合作用自养型 摄取有机物异养型
按照林奈的两界说，像裸藻这样既可以借助于鞭毛的摆动运动，又可以通过叶绿体进行光合作用制造养料的生物，在分类系统中属于哪一界呢？显然，两界说不能将生物进行合理的分类。随着人们对不同类群生物的认识不断加深，目前，被广泛认同的是1969年美国学者魏泰克提出的五界说，五界说是依据真菌和植物在营养方式和结构上的差异，在生物分类的基础上创立的。

5. 我想知道生物的起源和进化过程

原始的生命是从哪里来的？这个问题的实质是生物如何从无生命的物质发展而来的问题。

最早的化石是35亿年前的包括叠层石在内的微化石，但这些都是已经具有细胞形态的生命了。从这些化石中我们只能获得有关原始细胞的大小、细胞壁形态、细胞分裂等方面的资料，不可能了解有关核酸、蛋白质以及信息的转录、翻译系统的来源等问题，而这些问题正是研究生命起源必须要解答的。在达尔文时代，单纯用描述和比较的方法可以得出生物进化的可信结论，却不能解决生命的起源问题。现在，人们经过几十年的努力，进行了多种复杂的实验，对于生命从无机界发展而来的历史已经有了一些了解。

（一）有关生命起源的几个假说

历史上关于生命的起源问题有多种臆测和假说，也有很多争论。一个假说是“神创论”，它把生命起源这一科学命题划入神学领域，因而是不科学的。

第二个假说是自然发生说（spontaneous generation）。这是 19世纪前广泛流传的理论，认为生命是从无生命物质自然发生的。古代中国人相信“腐草化为萤”（即萤火虫是从腐草堆中产生的），腐肉生蛆等；埃及人认为尼罗河谷的蛙和鳝鱼是淤泥经日光照射而产生的。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，他甚至还编制了一个能够从无生命的物质中自然发生的物种名录。例如，他认为腐烂尸体和排泄物能产生绦虫，粘液能产生蟹、鱼、蛙和蝾螈等。中世纪的西方虽然神创论占了统治地位，但自然发生学说仍大有发展。例如，“鹅树学说”认为针叶树的树脂和海水的盐分结合可生出鹅和鸭，因而鹅、鸭肉曾一度被划为素食。17世纪荷兰人J． van Helmont在光合作用的研究中虽然有所贡献，但对于生命起源问题却主张自然发生说。他还用“实验”证明，将谷粒、破旧衬衫塞入瓶中，静置于暗处， 21d后就会产生老鼠，并且使他十分惊讶的是，这种“自然”发生的老鼠竟和常见的老鼠完全相同。J．van nelmont的实验没有排除老鼠从外界进入的可能性，他们的结果显然是错误的。

17世纪意大利医生 Francesco Redi第一次用实验证明腐肉不能生蛆，蛆是苍蝇在肉上产的卵孵化而成的（见图）。

Redi的实验严谨而有说服力，此后人们才逐渐相信较大的动物如蝇、鼠、象等不能自然发生。但是，由于雷文虎克发现了到处都有小的动物，如纤毛虫以及细菌等，人们觉得小的动物是可以自然发生的。主张生物进化的先驱拉马克也认为小的滴虫（如鞭毛虫、纤毛虫条）等可以自然发生，其他生物则是从这些自然发生的小生物进化发展而来的。意大利生物学家 L． Spallanzani（1729年—1799年）的实验证明小生物也不是自然发生的。他将肉汤装入不封口的瓶中煮沸，静置数日后，肉汤中出现微生物；如将瓶口封盖，然后煮沸、静置，肉汤中不出现微生物（见图）。

他的结论是肉汤中的小生物来自空气，而不是自然发生的。但自然发生论者则认为他把肉汤“折磨”得失去了“生命力”，并且在封盖的瓶中空气也变了质，不适于生命的生存了。

法国微生物学家巴斯德的实验才最后地否定了自然发生说。巴斯德根据他的发酵研究认为，生物不可能在肉汤或其他有机物中自然发生，否则灭菌、菌种选育等就都是无意义的了。巴斯德做了一系列实验，证明微生物只能来自微生物，而不能来自无生命的物质。他做的一个最令人信服、然而却是十分简单的实验是“鹅颈瓶实验”（见图）。

他将营养液（如肉汤）装入带有弯曲细管的瓶中，弯管是开口的，空气可无阻地进入瓶中（这就使那些认为Spallanzani的实验使空气变坏的人无话可说），而空气中的微生物则被阻而沉积于弯管底部，不能进入瓶中。巴斯德将瓶中液体煮沸，使液体中的微生物全被杀死，然后放冷静置，结果瓶中不发生微生物。此时如将曲颈管打断，使外界空气不经“沉淀处理”而直接进入营养液中，不久营养液中就出现微生物了。可见微生物不是从营养液中自然发生的，而是来自空气中原已存在的微生物（孢子）。1864年巴斯德在法国国家科学院报告了他的工作。原定和他辩论的有名的自然发生论者F.A.Pouchet撤销了辩论。“生命来自生命”，即生源论（Biogenesis）取得了胜利。

第三个假说是宇生论（Cosmozoa theory）。这一学说认为地球上的生命来自宇宙间其他星球，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。但是宇宙空间的物理条件（如紫外光、温度等）对生命是致死的，生命怎能穿过宇宙空间而进入地球呢？像微生物孢子这一水平的生命形态看来是不可能从天外飞来的，但是一些构成生命的有机物质有没有可能来自宇宙空间呢？有些人认为这是完全可能的。1959年9月澳大利亚落下一颗炭质陨石，其中含有多种有机酸和氨基酸。这些氨基酸与构成蛋白质的氨基酸不同，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。有些氨基酸还是地球上生物所没有的，可见它们不是来自地面上的污染，而是陨石本身所含有的。此外，宇宙空间的研究表明，星际物质中含有尘埃颗粒。尘埃的直径大的有0．6 μm，小的只有0．04 μm。尘埃的温度在10K左右，因此空间很多气体都冻结在尘埃的表面，它们经光、电、紫外线的冲击，可以完成有机合成的过程，因而一些有机分子如氨基酸、嘌呤、嘧啶等分子就可在尘埃的表面产生，光谱分析证明确实如此。有人认为，带有这些有机分子的尘埃由慧星带到地球上。慧星是星际物质组成的，在地球形成的早期，慧星的尾部把大量有机分子撒落到地球上来，从而使地球有了生命。地球以外确实存在着有机物，当然也就有存在生命的可能，不过这不能证明地球上的生命就是来自天外的。但无论生命是来自天外，还是来自地球本身，生命总是从无生命的物质经过化学进化的阶段而来的，而地球形成的条件是能够满足化学进化的要求的。

此外，还有人主张生命和物质、能量一样是永恒的，没有发生和起源，只有传播和变迁。这种见解对于研究生命起源问题显然是无益的。

（二）生命来自无生命物质——新的“自然发生”

巴斯德的工作虽然证明了在现在的条件下，生命不可能自然发生，但是却不能解答这样的问题：既然生命来自生命，最早的生命来自哪里呢？

1924年前苏联生物学家奥巴林（A·I·OParin）用俄文发表了《生命起源》专著。 5α以后，英国遗传学家霍尔丹（T．B．S．Haldane）也发表了论文，提出了与奥巴林相同的观点。 1936年奥巴林改写了《生命起源》，增加了内容，并被译成多种文字。从此，生命起源的问题也重新引起人们的广泛重视，很多人进行了研究。20世纪50年代以后，人们利用更先进的实验技术进行了更深入的实验研究，取得了很好的成果。

这些研究表明，生命与无生命之间没有不可逾越的鸿沟，这和自然发生论好像很相似，其实却有根本不同，可称为新的自然发生学说。按照这个学说，生命是在长时期宇宙进化中发生的，是宇宙进化的某一阶段无生命的物质所发生的一个进化过程，而不是在现在条件下由非生命的有机物质突然产生的。这个学说因为有比较充分的根据和实验证明，因此得到多数科学家的承认，很多研究者也都以此学说为根据继续深入研究。

（三）宇宙的进化和地球的形成

生命的起源是宇宙进化的一部分，因此首先简单了解一下宇宙的进化，特别是地球的形成是必要的。

现在流行一种观点：这个宇宙始于 150±30亿年前的一次突发的大爆炸，之后，宇宙出现了由氢和氦组成的巨大星云，这个星云分裂而成许多较小的星云。由于某些还不知道的原因，星云开始缓慢地收缩，并发生旋转运动。先收缩成为扁平的圆盘状，同时旋转速度逐渐增加，收缩时内部收缩较快，外部较慢，到一定程度时，内部逐渐形成了一个密度较大的实体。这就是正在形成的恒星，又称为原始星。一些物质继续不断地落在它的表面，使它增大，质量增加。在收缩之前，星云的温度很低，由于引力收缩，密度的加大，分子间磨擦产生的热量不能很快地辐射出去，因而温度上升，这一过程不断进行，温度继续上升，直到中心发生极高的压力，氢原子在高温下发生热核反应，释放出巨大的能量，这时就形成了一颗恒星。太阳就是这样形成的。

在原始星周围还有大量的气体和尘埃，它们一部分落到原始星上，另一部分由于旋转的加速而被摔出去。被摔出去的物质，第一，会继续围绕着原始星旋转；第二，它们会彼此吸引、碰撞而聚合成为小的团块。这些小的团块在旋转过程中也会吸引外部的物质而逐渐增大。这一过程导致了许多行星的形成，地球就是这样形成的一颗行星。形成的行星还可以吸引附近更小的物体，成为它的卫星。

我们的太阳系就是如上述方式形成的（这是目前一般接受的学说），地球就是太阳形成时摔出去的物体的一部分，月亮是被地球捕获的一个小的球体。

初形成时的地球与现在的地球环境是完全不同的。这一点十分重要，因为只有在当时的条件下生命才会出现。所以我们先来看一下地球初形成时的物理条件。

地球在初形成时，它的组成成分主要是氢和氦以及一些固体尘埃。起初它的温度比较低，最初形成的地球有一个内核，是固体尘埃聚合形成的，外面包围着一层气体，形成第一次大气层，即初级大气圈。地球逐渐收缩，温度便逐渐升高，到温度高达一定程度时，外面的大气便完全消失。这是由于相对分子质量较小的气体脱离了地球的引力，加上强烈的太阳风的作用而逸散开去之故。

然后地球表层的温度又逐渐下降，内部温度仍然很高，表现为频繁的火山活动。地球内部的物质分解产生大量的气体，冲破地表出来，这就形成了第二次的大气层，即次生大气圈。这个大气层也不同于现在地球的大气层，它是还原型的，不含氧、氮，一般认为它所含的都是氢的化合物，如氢与氧合成的水蒸汽（H2O），氢与氮合成的氨（NH3），氢与碳合成的甲烷（CH4），氢与硫合成的硫化氢（H2S）等。这些新产生的气体所形成的大气层是稳定的，因为它们的温度不足以使气体分子的运动速度太高而脱离地球的引力。生命就是在这样的大气条件下产生的。

地球刚形成时没有河流与海洋，只是大气层中含有一定量的水蒸汽。当地球表面温度再降低时，由于内部温度还很高，频繁的火山活动喷出了更多的水蒸汽。大气层中的水蒸汽饱和冷却而形成雨水降落到地面上，雨水在地壳下陷及低落处聚集而成河流海洋。当地壳表面温度下降到100℃以下时，它们就不再变为水蒸汽，而成为水。

当大气层的水蒸汽凝结为雨水而降落时，大气中的一些其他气体被溶解到了水里。地壳表面的一些可溶性化合物溶解在水中，因此原始海洋里积累了许多化合物，包括最原始的有机化合物（甲烷），这就为产生更复杂的化合物打下了物质基础。原始海洋就这样成了原始生命的诞生地。至于生命发生所需的能量，根据当时地球的情况，可能是来自紫外线和闪电，此外还有地壳放射性同位素的衰变以及火山、温泉放散的热等（表1）。光虽是最大的能源，但每个量子的能量低，并且当时还没有光合作用，因而没有什么用处。紫外光每个量子含能量高，能打破有机分子的共价键，因而能推动多种化学反应导致新分子的生成。

表1 地球早期的能源

关于地球的年龄：由于太阳、行星和陨石都是由同一宇宙星云形成的，因而根据陨石的年龄就可约略知道地球的年龄。陨石的年龄可根据陨石中同位素的衰变来计算，也可以根据地球本身岩石中同位素的衰变直接计算地球的年龄。两种计算所得结果都表明地球年龄应是46亿年。

（四）化学进化

生命发生的最早阶段是化学进化，即从无机小分子进化到原始生命的阶段（见图）。

原始生命即是细胞的开始。细胞的继续进化，从原核细胞到真核细胞，从单细胞到多细胞等，则是生物进化阶段。

化学进化的全过程又可分为4个连续的阶段：

1．从无机分子生成有机分子

在实验室中，人们早已成功地用无机物合成有机物了。1828年维勒（F．W ohler）首先用氧化铅和铵合成了尿素。以后大量的有机物不断地从无机物中合成出来。但是在自然界中有没有从无机物合成有机物的过程呢？奥巴林和霍尔丹早在20世纪20年代就分别推测，在地球早期的还原性大气中可能发生这样的过程。原始大气中含有大量氢的化合物，如甲烷、氨、硫化氢、氰化氢，以及水蒸汽等，这些气体在外界高能作用下（如紫外线及宇宙射线、闪电及局部高温等），有可能合成一些简单的有机化合物，如氨基酸、核苷酸、单糖等。根据这个推想，人们在实验室中模拟地球生成时的原始环境条件进行了实验。

模拟实验第一个用实验证明在原始地球环境条件下，无机物可能转化为有机分子的是美国芝加哥大学的S．Miller。他安装了一个密闭的循环装置（见图），其中充以CH4、NH3、H2和水蒸汽，用来模拟原始的大气。

在密闭装置的一个烧瓶中装水，用来模拟原始的海洋。然后他给烧瓶加热，使水变为水蒸汽在管中循环，同时又在管中通入电火花模拟原始时期天空的闪电放能，使管中气体能够发生反应。管上的冷凝装置使反应物溶于水蒸汽中而凝集于管底。一星期之后，他检查管中冷凝的水，发现其中果然溶有多种氨基酸、多种有机酸（如乙酸、乳酸等），以及尿素等有机分子（表2）。有些氨基酸如甘氨酸、谷氨酸、天冬氨酸、丙氨酸等和组成天然蛋白质的氨基酸是一样的。

表2 Miller 模拟实验获得的有机物

此后许多人进行了类似的实验，有人改用了其他气体，也得到了大致相同的结果。例如，有人用甲浣、水蒸汽及氨，经辐射作用而合成了丙炔腈、氰化氢，也合成了一些氨基酸。在各种能源方面，除了火花放电之外，还用了紫外线、冲击波、γ射线、电子束及高温（加热到 1000℃）等，这些实验都同样地可以成功。特别有意义的是紫外线的作用，因为紫外线是地球早期在原始大气中最多的能源。可以想象，有了原始大气的成分，在紫外线的作用下，就可以形成氨基酸这类的小分子。

除了氨基酸之外，其他小的有机分子，如嘌呤、嘧啶等碱基，核糖、脱氧核糖核酸及脂肪酸等也可以在同样的情况下形成。甚至有人报道了核苷酸、卟啉、烟酰胺等类化合物也在这些实验的化合物中被发现。例如，用甲烷、氨、水蒸汽及氢的混合物，通过电子束射击，合成了腺嘌呤；用紫外线或γ射线照射稀释的甲醛溶液，合成了核糖及脱氧核糖；用甲烷与水通过电火花放电作用合成了C2～C12的单羧酸（包括乙酸、丙酸、丁酸、异丁酸、异戊酸、异己酸）等。

值得提出的是，在模拟实验中最容易获得的碱基是腺嘌呤。腺嘌呤无非是氰化氢的五聚体，所以是易于合成的。

其他3种碱基，即鸟嘌呤、胞嘧啶和胸腺嘧啶，必须经过较复杂的反应才能生成。有了腺嘌呤就有可能产生 ATP高能化合物了。腺嘌呤、核糖和磷酸化合物溶液通过 240 nm～290nm紫外光照射就可产生ADP和ATP。因此很可能正是由于腺嘌呤易于产生，在生命发生的早期ATP这一为生命活动供能的分子就产生了。也正是由于腺嘌呤易于产生，因而在生命进化过程中，ATP成了广泛分布于生命界的供能物质。

Miller等人所做的模拟实验和来自陨石的资料证明，氨基酸、腺嘌呤等有机物都是能在生物发生之前合成的（前生物合成 prebiotic synthesis），而且具有很强的重复性。坠落于澳大利亚的一块陨石含有Miller已证明过的许多相同的氨基酸和大致相同的相对数量。这一巧合为Miller设想的前生物合成观点提供了有力的证据。Miller认为，如果这些有机物只存在于宇宙尘、慧星、小行星、陨星等上，因其含量太少，不足以构成生命起源的基础。只有在它们来到地球，累积在原始海洋之后，才能导致生命的出现。

2．从有机小分子生成生物大分子

生命物质的最主要的两个基石是蛋白质与核酸，因此生命起源的一个关键问题，就是上述的有机小分子如何形成蛋白质及核酸等生物大分子。

关于蛋白质及核酸的合成，人们也有一些实验与推测。一般认为氨基酸、核苷酸等在海水中经过长期积累浓缩，在适当的条件下（如吸附在无机矿物粘土上），氨基酸与核苷酸即可分别通过聚合作用而形成原始的蛋白质与核酸。

根据实验推测，这种聚合作用是通过2种方式实现的：①溶液聚合，在粘土表面吸附作用下发生聚合。粘土的细粒带有电荷，可以使氨基酸等单体吸附其上，大量聚集，有利于聚合。例如，在稀薄的氨基酸溶液中加入氰化氢（Miller的实验液中有此产品），在常温下就可生成多肽。又如，将甘氨酸溶于氢氧化铰溶液中，密闭加热至 140℃， 19h，甘氨酸就可直接聚合成为多聚甘氨酸。多聚甘氨酸与甲醛在粘土的吸附作用下，可生成含有丝氨酸或苏氨酸的复杂多肽链；②浓缩聚合。有人认为，在海洋靠岸的一些小角落或是像湖泊样的小水体中，由于长期蒸发，水中氨基酸等分子含量可以是很高的。这样的溶液在较高温度条件下可以直接产生“类蛋白质（proteinoids）”样的多肽。美国福克斯（F．Fox）模拟原始地球条件，将一些氨基酸混合后，倒入 160℃～200℃的热砂或粘土中，使水分蒸发、氨基酸浓缩，经过0．5h～3．0h，就产生了一种琥珀色的透明物质，即类蛋白质。这种物质之所以被称为类蛋白质，是因为它具有蛋白质的某些特性，例如，显色反应，肽链结构，水解后产生氨基酸，可被蛋白酶水解，有微弱的酶活性。但是它又有一些不同于蛋白质的特性，如没有旋光性，有序程度差，不能引起免疫反应。

除此之外，模拟实验还发现了另一些聚合的方式。如加热氰化氢与氨的混合物，所得的产物水解后即含有类似肽的物质。所以有人认为，多肽可能是由于氰氢酸聚合物水解而形成的。这些都说明蛋白质的起源可能是有多种途径的。

关于核酸大分子的合成也有类似的试验，例如用高温加热的方法，就可使单核苷酸聚合成多核苷酸。单核苷酸在50℃～60℃时只要有多聚磷酸酯存在，也可以形成多核苷酸。

总之，类似于蛋白质和核酸的物质，在人工模拟原始地球条件下，都已能制造出来。但这些产物和现代生命的蛋白质和核酸相比还有一定的距离。它们的结构比较简单，有序程度比较低，功能也不十分专一。例如，酶的活力不高，专一性不强，一种酶可有几种的作用；一种核酸可能担任几种核酸的功能等。这些分子在漫长岁月中再经演化才成为现在的更有序、功能也更复杂的蛋白质和核酸分子。

因此，我们目前还不能肯定上述各种方式就是蛋白质和核酸发生的方式，但是可以说，这些都是极可能的方式

3．多分子体系的形成和原始生命的出现

生物大分子还不是原始的生命。各种生物大分子在单独存在时，不表现生命的现象，只有在它们形成了多分子体系时，才能显示出生命现象。这种多分子体系就是原始生命的萌芽。

多分子体系是如何生成的呢？奥巴林和福克斯做了很多实验，分别提出团聚体学说和微球学说。

奥巴林的团聚体学说（coacervate theory）认为，生物大分子主要是蛋白质溶液和核酸溶液合在一起时，可形成团聚体小滴，这就是多分子体系，它具有一定的生命现象。

奥巴林最初做的实验是这样的：他将白明胶（蛋白质）的水溶液与阿拉伯胶（糖）的水溶液混在一起，在混合之前，这种溶液都是透明的，混合之后，变为混浊。在显微镜下可以看到在均匀的溶液中出现了小滴，即团聚体。它们四周与水液有明显的界限。

用蛋白质、核酸、多糖、磷脂及多肽等溶液也能形成这样的团聚体。

团聚体小滴的直径为1μm～500μm。团聚体小滴外围部分增厚而形成一种膜样结构与周围介质分隔开来，奥巴林已能使团聚体小滴具有原始代谢特性，使之稳定存在几小时到几个星期，并能使之无限制地增长与繁殖。例如，把磷酸化酶加到组蛋白与阿拉伯胶的溶液中，酶就在团聚体小滴中浓缩，如果随后在周围介质中加入葡萄糖-1-磷酸，后者就扩散到团聚体中，并酶聚而成淀粉，而使团聚体的体积增大。葡萄-1-磷酸中的磷酸键可提供聚合所需的能，而聚合时释放出来的无机磷酸盐则作为废物从团聚体中排出。另一个例子是把组蛋白与RNA制成团聚体，再把RNA聚合酶加入团聚体小滴内，把ADP作为“食物”加到周围介质中。在团聚体里，ADP与RNA聚合酶相互作用而生成多腺苷酸（ADP供给能量），多腺苷酸增加了团聚体中RNA的总量，于是小滴生成并分裂成为子滴。奥巴林还模拟了团聚体进行光合作用的试验。他把叶绿素加到团聚体小滴中，把甲基红和抗坏血酸作为“食物”加到介质中。当用可见光照射团聚体小滴时，叶绿素中被激发的电子使甲基红还原，而从抗坏血酸中释放出的电子则用来替换叶绿素中的电子。

这一过程类似于绿色植物进行的光合作用（水分子在光能作用下，把NADP还原为NADPH）。

此外，团聚体能从周围的介质中吸取不同的物质，这样的团聚体就可以“生长”，长到一定程度时团聚体还能“生殖”（“出芽”，分出小团聚体来）。团聚体吸取外界物质似乎还有选择性。团聚体内部有一定结构，团聚体如吸取了酶，酶可以在团聚体内进行工作（合成或分解某些物质）。团聚体与周围环境有一个明显的界限，这是原始膜形成的一种方式。

由此可见，团聚体是能够表现一定的生命现象的。

这许多特征使人们设想，多核苷酸与多肽溶液，或核酸溶液与蛋白质溶液，在浓缩后，在一定的温度及其他合适的环境条件下，形成了团聚体这一多分子体系，这就是原始生命形成过程中的一个重要阶段。只有核酸溶液与蛋白质溶液形成的团聚体才会进化为原始的生命。其他胶状溶液的团聚体在自然选择过程中都被淘汰了。有人曾在数百米至数千米深海中发现类似于团聚体的物质，这被认为是一个直接证明：团聚体样的多分子体系确曾发生过；团聚体的确是类似于原始生物。有一次竟有一位有经验的生物学家把它误认成是一种细菌。

微球体学说（microsphere theory）是福克斯提出的。福克斯发现，将干的氨基酸或实验室所得的“类蛋白质”加热浓缩，即可形成微球体（见图）。微球体在溶液中是稳定的，各微球体的直径是很均一的，约在 1μm～2μm之间，相当于细菌的大小。微球体表现出很多生物学特性，例如①微球体表面有双层膜，使微球体能随溶液渗透压的变化而收缩或膨胀。如在溶液中加入氯化钠等盐类，微球体就要缩小；②能吸收溶液中的类蛋白质而生长，并能以一种类似于细菌生长分裂的方式进行繁殖；③在电子显微镜下可见微球体的超微结构类似于简单的细菌；④表面膜的存在使微球体对外界分子有选择地吸收，在吸收了ATP之后，表现出类似于细胞质流动的活动。

不论是哪一种多分子体系，如果要继续进化为原始的生命，下列三点是重要的：

第一，多分子体系内部必须具有一定的物理化学结构，这是生命起源的一个重要条件。有了一定的物理化学结构，即有了一定组织，才有吸收物质及进行化学反应的能力，并且这些反应才能以一定方式进行。有了一定的组织，体系就有了稳定性而不易被破坏，才可以生存下来，才能脱离外界环境的影响，走向独立“生活”。分子的有规律的空间排列是造成多分子体系一定物理化学结构的主要根据。

第二，多分子体系的主要组成必须是蛋白质和核酸，有了这两类大分子，多分子体系才能建立转录翻译体系，才得以实现遗传的功能。大概地球早期海洋中团聚体或微球体是多种多样的，但是由白明胶溶液和阿拉伯胶溶液形成的团聚体等，由于不能复制，在自然选择中都被淘汰了，只有含核酸和蛋白质的多分子体系才被选择而留下来。其他大分子如多糖、脂类等也都参加到核酸和蛋白质体系中去，完成它们的特定功能。

第三，原始膜的形成。多分子体系的表面必须有膜。有了膜，多分子体系才有可能和外界介质（海水）分开，成为一个独立的稳定的体系，也才有可能有选择地从外界吸收所需分子，防止有害分子进入，而体系中各类分子才有更多机会互相碰撞，促进化学过程的进行。那么，原始膜是怎样产生的，并怎样发展成双层膜的呢？有人主张，类脂分子（磷脂类）吸附在多分子体系的界面上，蛋白质分子和类脂分子相互作用，吸附于类脂分子上或埋入类脂层中，从而形成一个脂类蛋白质层。继续发展，这个脂类蛋白质层在一定的物理作用下变为双层，再吸收一些多糖等其他分子，就成了双分子层的原始膜了。

原始膜的结构和功能在进化过程中不断完善和复杂化而成为现在的生物膜。

核酸酶和核酸-蛋白质体系这里有一个问题，即现代生物学告诉我们：核酸只有在蛋白质（酶）的作用下才能合成，而蛋白质也只有在其相应的核昔酸顺序存在的条件下才能合成。因此很难设想，结构上如此复杂的核酸和蛋白质，在地球的早期会同时自然地产生，并产生复杂的相互作用。那么，是通过什么样的化学过程才能形成核酸和蛋白质相互依赖的多分子系统呢？

美国 T． Cech研究原生动物四膜虫（Tetrahymena）的 RNA，发现从四膜虫 rRNA的前身分子切下的内含子，即L19RNA（见图）有很强的酶活性，它能使核苷酸聚合而成多核苷酸，又能将多核苷酸切成不同长短的片段，而它本身却能保持不变。

可见它是一个真正的酶，而被定名为核酸酶（ribozyme）。它的特点是集信息与催化作用于一身。它的发现，使人们在生命起源中蛋白质-核酸谁先谁后的问题上倾向于把RNA当作先出现的分子，而通过RNA的酶促作用而合成了蛋白质，这样就产生了RNA蛋白质这一遗传系统了。由于蛋白质有20个不同的侧链，分子构象上

6. 生命起源与进化是什么

生命的起源与进化是一门大学选修课程，相当于高中的生物。主要讲大自然各种专生物是怎么进化属而来的。

7. 生命的起源、演化和生物圈的形成

生命是怎样起源的?一直是众多哲人争论不休的问题。腐草为萤，泥能生蛙，不仅在中国古代民间流传，古希腊学者亚里士多德也有类似的想法，提出过生命自然发生说，认为昆虫是从某些特定的软泥中生长出来的，等等。神学家的解释更简单，一切生命都是神所设计和创造出来的，这些问题就全都回答了。

科学是怎样认识的呢?首先得从无机物变成有机物，建立能自我复制的生物大分子系统———DNA与RNA，然后才是形成细胞，呈现原始的生命现象。

1922年，俄罗斯生物化学家奥巴林(Alexander Ivanovich Oparin，1894～1984)提出，在早期大气中可以形成甲醛类、醇类等碳氢化合物，它们随着大气降水在地表聚集，形成“原始汤”。这些碳氢化合物在“原始汤”中发生反应，使碳原子链日益增长，分子逐渐复杂起来，形成蛋白质、核酸、类脂等生物大分子。这些生物大分子进一步形成“复合团聚体”，再通过“时间组织化”(进化)过程产生细胞，生命就出现了。但在奥巴林的假说中，对有机物如何过渡成为细胞的问题，并未解决，而无机物转化成为有机物的设想，后来却得到一些验证。

1953年，美国年轻的研究生米勒(Stanley Lloyd Miller，1930～)做了一次实验，他将甲烷、氨和水汽混合后放在真空烧瓶里，再把它们置于放电的条件下，结果培养出一系列与生命有关的有机物分子，包括氨基酸。后人用碳的氧化物、氢、水和氮等物质，在冲击波、紫外线或反复放电等作用下，也都可以形成一些复杂的、与生命有关的有机物分子。这说明在地球上无机物经过自然本身的化学作用过程，变成有机物是可能的。因为在早期的地球大气中甲烷、水汽和氨都比较丰富，那时的火山活动强烈，也容易造成电闪雷鸣，能够满足米勒的实验条件。但是这时地表的紫外线强烈，这些有机物能否进一步合成生物大分子并保存下来，还是一个疑问。

以后继续有人从这个方向探索生命的起源，20世纪80年代出现的从非生命到生命的阶梯式过渡模式(图5-3)，代表了这方面取得的成就。

图5-3 从化学进化到生物学进化的阶段式过渡模式图解(转引自张昀，1998;据P.Schuster，1984，改绘)

近20年来对深海的探测，在大洋脊的热水喷口处(压力30MPa，温度250～350℃)发现了存在一种化能自养(利用硫化物和氢获得能量)的古细菌。这一发现使人们对生命发生在地球上产生了新的希望。大洋脊的热水出口处发生的一系列化学反应，能够造成氨基酸等化学合成物，并由海底逐渐向海水的浅处和表层扩展。

还有另外一种观点，认为生命是来自地球之外。瑞典化学家阿伦纽斯(SvanteArrhe-nius，1859～1927)曾设想，是宇宙空间中的生命(以孢子的形式存在)，在光辐射的推动下游动，某个时候一些孢子落到地球上并繁衍开来，于是有了今天地球上的生物界。这种用外来的偶然因素解释地球上生命的起源，曾被视为泛神论，但地球作为一个宇宙中的一个成员，不能排除外来的影响。对陨石化学成分的研究表明，碳质球粒陨石含有生命所必需的物质———氨基酸。此外，还从星际尘埃微粒中分析出醇、醛、氨基酸、嘌呤、嘧啶等有机物，说明宇宙中存在可供生命产生的有机分子，太阳系和行星的形成阶段应具有形成有机物的条件。地球上的生命来自天外，有它的合理依据，但在地球形成的初期，地表处于高温熔融状态，这些有机物落到地球上，也可能很快被分解了。不过，如果在地表冷却之后，天外的有机物落到地上，从而演化出生命，就有可能。

要真正揭开生命起源之谜。需要充足的证据，而证据是如此难得，在这个问题上，人的现有认识与所要达到的目标之间的距离，还十分遥远，因而给各种迷信邪说，留下了很多空间，但也使科学真理探求者有了充分的用武之地。

生命出现以后的演化，尽管其中也有许多未知数，但因地层中保存有丰富的历史记录，使我们能够得到比较完整的认识。

生命演化中的第一次突破，是有生命的物质出现，迄今为止找到的最早的生命记录，是保存在格陵兰Ishua由沉积岩变质而成的变质岩中的一些生物合成的有机碳。其年龄有38亿年，与地壳开始形成的时间相近(38亿～42亿年前)。真正的化石记录发现在32亿年前的岩石中［澳大利亚的瓦拉伍那群(Warrawoona Group)和艾培克斯玄武岩组(Apex Basalt)的燧石层，南非的翁维瓦特群(Onverwacht Group)和无花果树群(FigTree Group)］，它们是些圆形或丝状的细菌以及蓝藻(图5-4)。蓝藻(bluealgae)是自养型生物，其适应能力非常强，能忍受干旱、高盐、从高温(85℃)到低温(－62℃)和强辐射等环境。

图5-4 前寒武纪的生命类型(据张昀，1998;J.W.Schopf，1983;B.J.Skinneretal.，1994;孙卫国，1986，1993;康育义，1997)

生命演化中的第二个重大事件是真核细胞生物的出现，通常认为发生在19亿～20亿年前。近几年来中国在24亿～25亿年前形成的地层中，发现了真核生物化石的存在(朱士兴等，1996)。

生命演化的第三个重大事件是多细胞生物的出现。过去一般认为多细胞植物出现在9亿～10亿年前。朱士兴等(1995)在华北18亿年前形成的地层中，找到了叶状、匙状、带状的褐藻化石。而多细胞动物(也称后生动物)出现在8亿年前，并在7亿～6亿前发生第一次适应辐射。这个时期的动物都是以无硬壳的软躯体动物或小壳类生物为主，如世界著名的澳大利亚埃迪卡拉动物群(Ediacara fauna)可以作为代表(图5-4)。

到了元古宙的末期，一些具有硬壳的小型动物(小壳类)开始出现(6.7亿～5.43亿年)，生物发展似乎进入了一个新阶段。到了寒武纪(5.43亿年以后)，这种现象更为明显，生物化石猛然增多，这种现象被有的古生物学家们称为“寒武纪生物大爆发”，在世界上许多地方都找到了证据，而以在我国云南澄江发现的动物群化石最具有代表性(5.3亿年，图5-5)。张爱云(1990)在下寒武统底部发现了最早的脊索动物———尾海鞘。近年来，最早的鱼类化石———海口鱼和昆明鱼等已经在我国云南澄江地区寒武纪地层内多处发现，这说明此时已实现了从无脊椎动物、脊索动物到脊椎动物的进化。鱼类从寒武纪开始兴旺，泥盆纪达到鼎盛。

图5-5 澄江动物群(据陈均远等，1998)

此后，生命演化实现了从海生动物到陆生动物的进化。脊椎动物经历了一条从鱼类、两栖类(晚泥盆世开始)、爬行类(晚石炭世开始)、鸟类(侏罗纪开始)，到哺乳类(晚三叠世开始)的进化路线。

为植物登陆开路的是元古宙苔藓植物，最早大约在早志留世或晚奥陶世(4.5亿年前)出现的陆地维管植物是裸蕨植物。后来更高等植物的出现和演化，都是在陆地环境中进行的。无脊椎动物的登陆时间略晚于植物(约4亿年前)，脊椎动物则到泥盆纪的末期(约3.6亿年)才登上陆地。最早登陆的脊椎动物是鱼石螈，它是一种从总鳍鱼类演化而来，介于鱼类与两栖类之间的过渡类型。

至今为止，生命演化的最后一次重大事件是出现人类，那是很近的事情，在300万年以前。

纵观近40亿年来生命的历史，经过了从原核细胞到真核细胞，单细胞到多细胞，无脊椎动物到脊椎动物，水生生物到陆生生物的演变历程(图5-6)，可以看出生物是在不断地进化。这种理论现已成为科学界的共识，但在当时提出时，对人的心理产生了极大的震撼，正如精神分析学的奠基者弗洛伊德(Sigmuned Freud，1856～1939)所指出:在过去的时间里，科学之手对于人类朴实的自恋有过两次重大的打击。第一次是认识到我们的地球并不是宇宙的中心，而是大得难以想象的世界体系中的尘埃。第二次是生物学的研究剥夺了为人类特制的特殊优越性，将人类废黜为动物的后裔。然而人类只能接受科学的结论，而且也不必自馁。

图5-6 生命演化的事件及阶段

在生物圈和生态系统演化过程中，先后有3类生物起到了关键性的作用。

第一种是蓝藻，它在30亿前出现，延续到7亿年前海水表层生命出现，才退居次要地位。这是生物圈发展的第一个阶段。蓝藻在海洋中建立起一个由浅海海底的微生物构成的生态系统，虽然规模不大，但它能进行光合作用，直接或间接地将大气和海水中的CO₂大量地转移到岩石圈中，同时释放出氧气，使大气圈中CO₂的浓度降低，而O₂的含量增加，并逐渐形成了臭氧层，使到达地表的紫外线减弱。生物圈的发展由此进入海水的表层及滨海带，出现了浮游生物和滨海底栖生物，但这个时期生命的活动还是局限于海洋中。

第二种是维管植物，包括蕨类植物、裸子植物和被子植物，虽然统治时间不如蓝藻长(约4.5亿前开始)，但它们所构成的陆地生态系统的生产力、能量和物质利用效率、自身以及对环境的调控能力比蓝藻生态系统要强得多。维管植物获得了对各种陆地环境的高度适应性，并创造了各种小生态环境，依靠植物生存的陆生动物随之繁盛起来。大气环境的改善，加上岩石圈变形与变位造成陆地大面积扩展，到古生代早期(约4亿年前)，生命就跨出了历史性的一步，从海洋登上陆地，建立起陆地生态系统，完整的生物圈最终才形成。

第三种就是人类，人的出现标志着生物圈的发展进入它的最高阶段。人类干预自然界的能力为别的生物所不能比拟，人类在生物圈中的作用正越来越强。人类对生物圈的影响完全不同于前两类生物，是主动积极的，尤其科学技术的发展，如对DNA有了认识以后，便有可能利用分子生物学技术，将某种生物的基因转移到另外物种中，从而改造它们的遗传物质，使这些经过人工改造的生物发生变异，可以使它朝有利于人类需要的方向发展。这种转基因技术已在农业生产、动物饲养和医药研究等方面开始应用，有广阔的前景，但也必须慎重，严格按照科学规律办事，防止这些新技术的运用对生物圈带来不利影响。生物圈，包括人类本身的命运，实际上已掌握在人类自己手中。

现在我们已经概括地了解到生物和生物圈演变的历史，特别是在寒武纪生物大发展以后，我们不仅看到了生物的进化，而且看到了许多物种的灭绝与复苏。我们所说的灭绝就是指一个物种从地球上永远地消失了，没有留下后裔。如果在一个稳定的时期内，物种的平均灭绝率维持在一个低水平上，并远低于新生率，这种灭绝叫做背景灭绝，这是生物演化的自身规律，就如人的生老病死。而与此相反，在某个短时期内生物发生大量灭绝，生物演化突然中断，使灭绝率剧升，而新生率降到很低，这种灭绝就称为集群灭绝。集群灭绝具有灾变的特点，这不是生物演化本身的规律所能决定的，可能与地球环境巨变有关。在地球历史上，已经观察到多次的动物集群灭绝事件，如元古宙末的埃迪卡拉动物群的灭绝(5.43亿年前)、二叠纪末的四射珊瑚、三叶虫、菊石等大量海洋生物的灭绝(2.5亿前)、白垩纪末的恐龙灭绝(0.65亿年前)等。

生命的诞生和物种的绝灭，都是地球外部各圈层间相互作用的结果，单就某一方面去寻找原因，很难认识，在本书第十二章将地球作为一个系统来研究时，再作讨论。

8. 生命的起源与生物的演化

1.生命的起源

图1-6 地球上生命起源示意图

（转引自刘本培、全秋琦，1996，有简化）

（a）原始大气；（b）有机物形成；（c）原始生命的物质交换

许多学者认为，生物的形成和发展是在地球上进行的。地球上的无机物在特定的物理化学条件下，形成了各种有机化合物，这些有机化合物后来再经过一系列的变化，最后转化为有机体。生命产生的这一过程可以概略归纳为三个阶段（图1-6）：①原始海洋中的氮、氢等元素和水、一氧化碳、二氧化碳、硫化氢、氯化氢以及甲烷等无机化合物，在紫外线、电离辐射、高温、高压等一定条件影响下，形成氨基酸、核苷酸及单糖等有机化合物；②氨基酸、核苷酸等低分子有机化合物在原始海洋中聚合成复杂的有机化合物，如甘氨酸、蛋白质及核酸等“生物大分子”；③许多生物大分子聚集凝缩而形成以蛋白质和核酸为基础的多分子体系，呈现出初步的生命现象，既能从周围环境中吸取营养，又能将“废物”排出体系之外，构成有生命的原生体。这种原生体的出现使地球上产生了生命，把地球的历史从化学进化阶段推向了生物进化阶段。这是生物界演化史上的第一件大事。

2.早期生物的发生和演化

保存于地球上前寒武纪岩石中的化石为最早期生物的演化提供了证据。这些化石证据表明早期生物演化存在四大飞跃：一是从非生物的化学进化发展到生物进化；二是生物的分异；三是原核生物向真核生物的演变；四是后生动物的出现。

尽管地球年龄约为46亿年，但生物化石仅在38亿年前的地层中发现。在南非东部Barberton 镇的无花果树组的燧石（燧石年龄约38亿年）中发现了许多有机体，从中分离出了棒状的Eobactewrium islatum和球状的Archaeospheroides barbertonensis单细胞生物。前者可以和现代许多细菌的细胞壁结构和大小相比较。球状生物较大，直径为17～20μm，可能是一些藻类的演化先驱。此外，在西澳大利亚皮尔巴（Pilbarn）地质时代为35亿年的Warrawoona群炭质燧石中发现了叠层石的丝状细菌。在南非昂威瓦特系（Onverwacht Series，约34亿年前）发现可能为蓝藻和细菌的球形或椭圆形有机体。以上这些最早的化石记录就是从非生物的化学物质向生物进化转变时出现的最早生物。

早期生物演化的第二次飞跃是生物的分异，即多样性的增加。这可从加拿大Ontario西部苏必利尔湖沿岸的前寒武纪Gunflint 组中发现的生物化石得到证明。Gunflint 组的燧石形成于大约20亿年前，其间出现8属12种微化石。数量最多的是具丝状结构的微化石，据其形态可分成4属5种，它们很像现代蓝绿藻中具丝状结构的Oscillatoria，其中一个属与现代的氧化铁细菌Crenthrx相似。第6个属的微化石为Eoastion，由星状和由放射状排列的丝状体组成，与现代和古代的生物无明显的相似性，但在某些方面相似于氧化铁锰的Metallogenium personatum。最为特殊也最多的为Kakabekia，它有一个具短柄的球茎，上面有一个类似伞状的构造，这三部分构造的大小随种而不同。第8个属的有机体为Eosphaera，由内外两个同心层组成。这些生物的存在证实经过10亿年的演化，原核生物已发展到相当繁盛的程度，这可能与后期富氧大气圈的出现有关。

早期生物演化的第三次飞跃是从原核生物演化出真核生物。在澳大利亚北方Amadens盆地的Bitter Spings 组的燧石（年龄约为10亿年）中，发现了4个属的微化石。其中一个属像丝状的蓝绿藻，类似现代的Oscillatoria 和Nostoc。另三个属保存的内部结构像绿藻（真核生物）而非蓝绿藻。进一步的研究证实，此处共有3个像细菌的种，20个可能是蓝绿藻的属和2个绿藻属，2个菌种和2个有疑问的生物，其中的一个绿藻为Glenobotrydion aenigmatis。在我国华北雾迷山组的黑色燧石（约12亿～14亿年）中发现真核的多核体型藻类，属于绿藻纲管藻目多毛藻科。在印度、美国、加拿大等国家时代大体相同的地层中均有发现，说明此时真核生物已较多。在我国距今17.5亿年的串岭沟组中发现属于真核生物的宏观藻类（可能为Vendotaenides），这表明真核生物的出现大约在18亿年前，只是此时仍以蓝绿藻和细菌等原核生物为主，而真核生物的繁盛在10亿年前。

后生动物出现的时期一般认为在距今6亿～7亿年，主要是软体的腔肠动物、蠕形动物中的一些门类。澳洲南部伊迪卡拉崩德砂岩中的伊迪卡拉动物群（图1-7）就是一个代表。伊迪卡拉动物群（其年代范围为5.9亿～7亿年）中，67%是腔肠动物，包括水母、水螅、锥石、钵水母类的其他类别，珊瑚虫纲（海鳃类）的代表；环节动物占25%，节肢动物占5%，以及其他亲缘关系不明的化石和痕迹化石。该动物群分子在西南非洲纳马群、加拿大的康塞普辛群、西伯利亚北部文德系、英国强伍德森林（Charnwood forest）地区、瑞典北部的托内湖区及我国的震旦系等都有发现。

图1-7 伊迪卡拉动物群复原图

（据Aubouin et al.，1975）

1—推测的海绵和海藻类；2—Dickinsonia（环节动物）；3—Trilbrarachidium；4—水母类；5—Rangea 和Charnia；6—Parvancorina；7—Spriggina（环节动物）；8—环节动物的虫管

3.显生宙生物的演化

显生宙生物演化的形式不同于早期生物演化。

（1）动物界的第一次大发展

震旦纪末期出现了具外壳的多门类海生无脊椎动物，称小壳动物群，在寒武纪初极为繁盛。其特征是个体微小（1～2mm），主要有软舌螺类、单板类、腕足类、腹足类及分类位置不明的管壳类等。代表分子有Cricotheca、Siphogonuchites等。小壳动物群处于一个特殊的阶段，它是继震旦纪晚期的伊迪卡拉动物群之后首次出现的带壳生物，动物界从无壳到有壳的演化是生物进化史上的又一次飞跃。

特别值得注意的是，在我国云南澄江地区的寒武系底部有一无硬壳生物群和小壳动物群的混生带，称为澄江动物群，它代表了伊迪卡拉动物群向小壳动物群的过渡。澄江动物群是我国古生物领域的重大发现之一，震动了国内外地质古生物界，成为古生物学研究的一大热点。从目前所发现的这个动物群的组成看，有正常的三叶虫、金臂虫类、水母、蠕虫类、甲壳纲、分类位置不清楚的非三叶虫节肢动物、腕足类和藻类等。保存有软体的有Naraoia、水母类、蠕虫类及非三叶虫的节肢动物等。澄江动物群内正常三叶虫无附肢保存。澄江动物群现已定名61属67种。其中许多动物的软体都保存极好，栩栩如生，能提供有关生物解剖、生态、亲缘关系等多方面的珍贵信息，比世界著名的加拿大的不列颠哥伦比亚省中寒武统布尔吉斯页岩动物群（已被联合国教科文组织列入世界级化石遗产地名录）早了约1500万年，逼近了“小壳化石”大量出现的高峰期。澄江动物群中生物体造型的分异度和悬殊度都很大，真可谓“创造门类的时代”。

寒武纪初期（距今约5.7亿年），动物界出现第一次爆发式的大发展，是以发展具有硬体的生物为特征，几乎所有的无脊椎动物门，绝大部分纲都已出现。其中以节肢动物门的三叶虫纲最为发育，约占化石保存总数的60%；其次为腕足动物，约占30%；软体动物、蠕虫、古杯、海绵及节肢动物门的其他类别约占10%。

（2）动植物从水生到陆生的发展

在志留纪和志留纪以前的植物都是低等的菌藻类，完全生活在水中，无器官的分化。志留纪末期至早、中泥盆世，地壳上陆地面积增大，植物界由水域扩展到陆地。此时植物体逐渐有了茎、叶的分化，出现了原始的输导系统维管束，茎表皮角质化及具气孔等，这些特征使植物能够适应陆地较干燥的环境并不断演化发展，生存空间不断向陆地内部延伸。具有叶子的植物在中泥盆世大量出现。晚泥盆世已出现显花植物的古老代表。

“鱼形”化石在奥陶纪（约5亿年）就有无颌类化石碎片的记录。有颌类最早出现于中志留世，它的出现是脊椎动物进化史上的一件大事，它标志着脊椎动物已能够有效地捕食。脊椎动物从海生到陆上水生大约从志留纪晚期开始。总鳍鱼类中的骨鳞鱼是四足动物的祖先。具明显的从总鳍鱼类向两栖类过渡性质的化石发现于晚泥盆世地层中。

完全摆脱水生变成陆生，两栖类演化到爬行类。爬行动物在胚胎发育过程中产生一种纤维质厚膜，称为羊膜，它包裹整个胚胎，形成羊膜囊，其中充满羊水，使胚胎悬浮在液体环境中，能防止干燥和机械损伤。羊膜卵的出现使四足动物征服陆地成为可能，并向各种不同的栖居地纵深分布和演变发展，是脊椎动物进化史上又一件大事。具羊膜卵的化石记录发现于北美早二叠世的沉积中。但从两栖迷齿类到爬行类的演化，可能还要早，据推测可能在晚石炭世已完成到爬行类的演化。

4.动物界各门类的演化谱系

生物界发生和发展的历史过程完全符合客观物质世界从简单到复杂、从低级到高级的变化规律。以动物界为例，一切最低级的动物由单细胞组成，称原生动物（图1-8）。由原生动物演化出后生动物。海绵动物是最原始、最低等的多细胞动物，动物机体仅由两层细胞组成，细胞虽有分化，但无组织产生，在胚胎发育中，胚层细胞具逆转现象，这与其他多细胞动物不同，所以这类动物在演化上是一个侧枝，称侧生动物。腔肠动物是真正的后生动物，动物的身体由外胚层和内胚层构成，称两胚层动物。但腔肠动物仅有简单的组织分化，还没有形成典型的组织与器官，为低等的后生动物，所有后生动物都是经过这两胚层阶段发展起来的。由两胚层动物演化为三胚层动物，即动物身体由外胚层、内胚层和中胚层发育形成各种复杂的组织、器官和器官系统。从原始的三胚层动物又发展出神经系统获得充分发展的脊椎动物，最后又在脊椎动物中发展出人类。人类具有自觉的能动性，起源于动物界，是动物发展的高级阶段。

图1-8 动物界各门类的演化谱系

（据何心一、徐桂荣等，1987）

9. 生命的起源与生物演化

大千世界,芸芸众生;世间万物,纷繁各异;生生死死,花开花落。越过悠悠岁月之河,我们看到了什么?当第一缕生命之火燃起,照亮的是整个宇宙;人类对自身和自然的认识从幼稚走向成熟。

起初,有不少科学家相信“自然发生说”,认为低等生命物质可以从无生命物质中自然产生出来,这是因为他们看到腐肉中会生出蛆来,放久的粮食中能生出蛀虫,在我国古代也有“腐草化为萤”的说法。当时一些大科学家如笛卡儿(1596～1650)、牛顿(1642～1727)等都对这个学说深信不疑。意大利医生雷迪(1626～1687)对这种自然发生说产生怀疑,1668年他做了一个实验,他把一块块肉放入一个容器中,有的外面包上纱布,有的不包。结果证明,只有不包纱布被苍蝇叮过的肉才生蛆,包有纱布的肉没有生蛆。

后来随着科学的发展,显微镜出现,人们可以通过显微镜看到一些微生物,于是有人又认为,至少微生物可以从非生命物质中产生,所以,在雷迪实验以后的一个世纪里,微生物的自然发生说一直盛行不衰。

1765年,意大利一位博物学家斯帕朗扎尼(1726～1799)做了一个实验,他用两组瓶子,一组盛入肉汤后敞口,让空气可以自由出入,另一组瓶子盛入肉汤煮沸后封口,结果观察到,头一组瓶子里肉汤上长满霉菌,而封口的一组瓶子里仍然清新,因此他认为,即使对微生物自然发生说也不能成立。

随着现代科学的不断发展和科研水平的提高,关于生命起源问题,虽然一些细节还没有完全清楚,但大致答案已经得出了。原来,原始生命物质还是来自无生命物质。但这和我们前面提到的自然发生说没有一点共同之处。因为原始生命物质是从无生命物质经过一系列的化学变化而形成的。

那么,无生命的物质怎么能变成有生命的物质呢?随着科学技术的发展,特别是对有机化学和生物化学的深入研究,人们对生命物质有了更广泛的认识。原来构成生命物质主要成分的两种有机物是蛋白质和核酸,这两种物质都是高分子物质(分子质量较大的物质)。蛋白质分子是由一系列的低分子物质——氨基酸所构成。核酸是由一系列低分子物质——核苷酸构成,这些低分子的有机化合物又是由无机物合成的。于是有人推断,在原始地球上,可能就是先由无机物合成这些低分子的有机物,进而再形成原始的生命物质。

地球上这种原始生命的出现大约在46亿年前,此时,地球上的大气仍然处于缺氧状态,所以这样的原始生命只能进行简单的新陈代谢,它们悬浮在海水中,从周围海水中取食也只能通过简单的渗透作用进行。当时,地球的环境还很恶劣,地震和火山爆发喷出的岩浆可以把大片的海水煮沸;强大的宇宙射线,对原始生命的威胁更大。为何如此恶劣的环境条件没有把原始生命扼杀呢?这是因为当时原始海洋的面积已占地球的1/10,且这些原始生命在海洋中悬浮,有的处于上层,有的处于中层,也有的处于下层。而处于中层的这些原始生命可以说得天独厚,它们可以不受海面上的各种射线和海底放射性喷出物的影响。后来,大自然的雷电和太阳光紫外线的作用产生了臭氧,在地球周围离海面约20～25km的高空形成了一层臭氧层,阻止了宇宙射线对原始生命的杀伤作用,为生物的进化开创了良好的条件。

大约在三四十亿年前,原始生命经过极其漫长的演化过程,其内部的运动和外界条件相结合,原始界膜内的物质结构也日趋复杂化,并逐渐产生了细胞膜代替了原始的界膜,对内外的物质交换的控制作用更加完备,出现了简单的细胞。细胞的出现是生物进化史上又一次质的飞跃。又经过好几亿年的进化,其中的一些细胞产生了色素,现在植物绿叶里的叶绿素就是一种细胞色素,它可以利用太阳光进行光合作用,产生氧气。以后才出现了喜氧的细胞,利用氧气进行呼吸要比无氧状况下进行发酵产生更多的能量。

15亿到14亿年前,地球上出现有真正细胞核的细胞,称为真核细胞。真核细胞,无论在结构或代谢能力方面都大大地超越了原核细胞。真核细胞的构成较为复杂,有完整的细胞膜、细胞质和细胞核。膜系结构已较为复杂,在细胞质和细胞核之间有了明显的膜结构。真核细胞的出现是生物进化史上又一里程碑,真核细胞,使地球进入了一个生机勃勃的新时代,今天世界上的生物除细菌和低等藻类如蓝藻外,其他高等的植物和动物都是由真核细胞衍生和发展而来的(图1-19)。

图1-19 生命的演化过程

那么人们究竟是怎么认识细胞的呢?在此只进行一些简单的叙述。“细胞”这个词的出现,最早是在1665年英国化学家胡克的《显微图谱》一书中。当时胡克用显微镜观察了软木片的切面,他发现“软木片上充满了气孔,是个多孔的结构,形如蜂房”,软木片中除了围绕气孔的四壁或者说除了形同小盒的“细胞”外,几乎什么物质都没有,胡克所看到的细胞其实也就是细胞壁。胡克当时所画的刺荨麻叶腹面的显微图谱也同样清楚地显示了细胞壁轮廓。之后格鲁又把植物结构的研究推进了一步。19世纪30年代,德国植物学家施莱登和动物学家施旺通过更高级显微镜的观察建立了真正的细胞学说,他们所观察到的细胞才是具有完整结构的细胞。现在的“细胞”这一名词并非胡克当时所指的只有细胞壁的细胞,只是沿用胡克所提出的名词。细胞学说指出:“一切生物皆由细胞构成,细胞是生物体的结构和功能单位。”此后,普金叶使用“原生质”这一术语来描写细胞中的物质。

生物形态的演化是指直接的物种形式的生命形式的演变或演化过程,分为两个阶段:早期生物演化阶段和以后的生物演化阶段。早期生物演化阶段是指细胞形成以后到动植物分化这一阶段的生物演化阶段。生物是以单细胞形式存在的。由于环境变化的原因,进一步分化为原始的植物和动物,生物演化的高级阶段从植物和动物的分化开始,进入以后的生物演化阶段。这个阶段也称为生物演化的自组织阶段。其特点是食物的供给不再只依赖于外部环境的提供,而是在利用外部环境简单物质的同时,主要以生物界内部的循环式利用为主。这个演化阶段可分为单细胞生物演化阶段和多细胞生物演化阶段两个部分。在单细胞生物演化阶段,原核生物的植物种属分化为细菌和含有叶绿体的藻类,一部分原核植物演化为真核植物,出现了真菌和真核藻类。典型的单细胞动物是原生动物,为真核生物,原核生物中的动菌属于一种亚动物。动菌虽然能够运动,但和不动菌的取食方式却是一样的。原核生物向真核生物的演变过程,目前科学上还没有研究清楚,可能是不同种类的原核生物彼此之间接触共生,例如像链状的葡萄球菌那样,以后逐渐进化变异、合并为一体,演化为同一细胞的不同细胞器而形成的。多细胞生物的出现,则是生物界进一步发展的产物,这个过程历时很长,最初大约发生在5亿年以前,这是大气中游离氧积累到一定阶段的结果,生物体由此获得了更多的制造能量的物质,单细胞的生物体组织分化,向更复杂的生物体形式演变,更多的细胞共同生活成为可能,原来的单细胞生物逐渐发生了进一步的身体结构变化,形成了新的多细胞的同体,生长细胞组织功能分化器官形成,植物界大致从低等植物中的菌藻类开始,到高等植物中的苔藓植物、裸子植物和被子植物。动物界则大体是从单细胞的原生动物到多细胞的腔肠动物、线形动物、节肢动物等无脊椎动物进化为脊椎动物。

10. 生物的诞生与进化。

地球从形成到现在大约有46亿年的历史。早期的地球是炽热的球体，地球上的一切元素都呈气体状态，那时谈不到生命的发生。后来随着地球的慢慢冷却，才逐渐为生命的发生提供了一定的条件。

原始地球第二次形成的大气层中，是没有氧气的，因此是还原型的。正是这些大气层中的气体成分在一定的能源作用下，形成各种无机物和有机物，为生命的产生创造了条件。同时，由于火山喷发的频繁，地壳发生变动，形成高原和山峰、低地和山谷。大气层中的水蒸气逐渐增多达到饱和，冷却而形成雨，降落到地面，聚集于低洼地带，而形成原始海洋。

1．物质条件——还原型的原始大气：甲烷(CH4)、氨(NH3)、氢(H2)、和水蒸气(H2O)等。

2．能量条件——原始地球上不断出现的宇宙射线、紫外线、闪电、热能等。

3．一定的环境场所条件——原始海洋等

具有这些条件，发生如图的大致变化。

5细胞大致出现在34亿年前，出现了最原始的生命。

6至今被发现的最早的多细胞生物是12亿年前中元古代延展纪时期的一种红藻Bangiomorphapubescens的化石。

7进化的原因一般是由达尔文的自然选择学说解释的。自然选择学说的主要内容过度繁殖，生存斗争(也叫生存竞争)，遗传和变异，适者生存。

这一百多年中，随着生物科学突飞猛进地发展，特别是遗传学、分子生物学研究的深入，进化学说也不断得到修改、充实和提高。达尔文当年没有弄清楚的关于遗传和变异的一些基本机制，经过研究和实践，已基本上清楚了。现代达尔文主义者宣称基因突变、染色体变异、基因重组是物种遗传变异的源泉，其中基因突变尤为重要。就是说，生物的进化起源于基因突变，是在自然选择的作用下实现的。

8在从猿到人的转变过程中，劳动起着特别重要的作用，正是由于劳动，促使到地面生活的古猿上下肢分工越来越明显，手脚逐渐分化，各自向不同方向发展，以适应不同的功能。另外，在劳动过程中，人与人之间的联系促进了语言的形成。劳动和语言，促进了脑的发展，而脑的发展又加速了从猿到人的转变。总之，由于劳动使人类具有了完善的双手和发达的大脑，进而能使用、制造工具，进行有意识的劳动。

目前，有一种观点认为，在从猿到人的进化过程中，凡能劳动的古猿，就能取得更多的食物和更有效地抵御敌害，获得更大的生存机会，在自然选择的规律下得以更好地保留下来，繁殖后代并继续进化。反之，不能劳动的古猿，就会被自然选择所淘汰。所以，劳动是一种选择因素而不是创造因素。

希望对你有帮助，参阅陈阅增的普通生物学。