地球上生物的由來

地球在宇宙中形成以后，開始是沒有生命的。經過了一段漫長的化學演化，就是說大氣中的有機元素氫、碳、氮、氧、硫、磷等在自然界各種能源（如閃電、紫外線、宇宙線、火山噴發(fā)等等）的作用下，合成有機分子（如甲烷、二氧化碳、一氧化碳、水、硫化氫、氨、磷酸等等）。這些有機分子進一步合成，變成生物單體（如氨基酸、糖、腺甙和核甙酸等）。這些生物單體進一步聚合作用變成生物聚合物。如蛋白質、多糖、核酸等。這一段過程叫做化學演化。蛋白質出現(xiàn)后，最簡單的生命也隨著誕生了。這是發(fā)生在距今大約36億多年前的一件大事從此，地球上就開始有生命了。生命與非生命物質的最基本區(qū)別是：它能從環(huán)境中吸收自己生活過程中所需要的物質，排放出自己生活過程中不需要的物質。這種過程叫做新陳代謝，這是第一個區(qū)別。第二個區(qū)別是能繁殖后代。任何有生命的個體，不管他們的繁殖形式有如何的不同，他們都具有繁殖新個體的本領。第三個區(qū)別是有遺傳的能力。能把上一代生命個體的特性傳遞給下一代，使下一代的新個體能夠與上一代個體具有相同或者大致相同的特性。這個大致相同的現(xiàn)象最有意義，最值得我們注意。因為這說明它多少有一點與上一代不一樣的特點，這種與上一代不一樣的特點叫變異。這種變異的特性如果能夠適應環(huán)境而生存，它就會一代又一代地把這種變異的特性加強并成為新個體所固有的特征。生物體不斷地變異，不斷地遺傳，年長月久，周而復始，具有新特征的新個體也就不斷地出現(xiàn)，使生物體不斷地由簡單變復雜，構成了生物體的系統(tǒng)演化。
地球上早期生命的形態(tài)與特性。地球上最早的生命形態(tài)很簡單，一個細胞就是一個個體，它沒有細胞核，我們叫它為原核生物。它是靠細胞表面直接吸收周圍環(huán)境中的養(yǎng)料來維持生活的，這種生活方式我們叫做異養(yǎng)。當時它們的生活環(huán)境是缺乏氧氣的，這種喜歡在缺乏氧氣的環(huán)境中生活的叫做厭氧。因此最早的原核生物是異養(yǎng)厭氧的。它的形態(tài)最初是圓球形，后來變成橢圓形、弧形、江米條狀的桿形進而變成螺旋狀以及細長的絲狀，等等。從形態(tài)變化的發(fā)展方向來看是增加身體與外界接觸的表面積和增大自身的體積?，F(xiàn)在生活在地球上的細菌和藍藻都是屬于原核生物。藍藻的發(fā)生與發(fā)展，加速了地球上氧氣含量的增加，從20多億年前開始，不僅水中氧氣含量已經很多，而且大氣中氧氣的含量也已經不少。細胞核的出現(xiàn)，是生物界演化過程中的重大事件。原核植物經過15億多年的演變，原來均勻分散在它的細胞里面的核物質相對地集中以后，外面包裹了一層膜，這層膜叫做核膜。細胞的核膜把膜內的核物質與膜外的細胞質分開。細胞里面的細胞核就是這樣形成的。有細胞核的生物我們把它稱為真核生物。從此以后細胞在繁殖分裂時不再是簡單的細胞質一分為二，而且里面的細胞核也要一分為二。真核生物（那時還沒有動物，可以說實際上也只是真核植物）大約出現(xiàn)在20億年前。性別的出現(xiàn)是在生物界演化過程中的又一個重大的事件，因為性別促進了生物的優(yōu)生，加速生物向更復雜的方向發(fā)展。因此真核的單細胞植物出現(xiàn)以后沒有幾億年就出現(xiàn)了真核多細胞植物。真核多細胞的植物出現(xiàn)沒有多久就出現(xiàn)了植物體的分工，植物體中有一群細胞主要是起著固定植物體的功能，成了固著的器官，也就是現(xiàn)代藻類植物固著器的由來。從此以后開始出現(xiàn)器官分化，不同功能部分其內部細胞的形態(tài)也開始分化。由此可見，細胞核和性別出現(xiàn)以后，大大地加速了生物本身形態(tài)和功能的發(fā)展。
生命的起源
關于生命起源的問題，很早就有各種不同的解釋。近幾十年來，人們根據(jù)現(xiàn)代自然科學的新成 就，對于生命起源的問題進行了綜合研究，取得了很大的進展。
根據(jù)科學的推算，地球從誕生到現(xiàn)在，大約有46億年的歷史。早期的地球是熾熱的，地球上的一切元素都呈氣體狀態(tài)，那時候是絕對不會有生命存在的。最初的生命是在地球溫度下降以后，在極其漫長的時間內，由非生命物質經過極其復雜的化學過程，一步一步地演變而成的。目前，這種關于生命起源是通過化學進化過程的說法已經為廣大學者所承認，并認為這個化學進化過程可以分為下列四個階段。
從無機小分子物質生成有機小分子物質 根據(jù)推測，生命起源的化學進化過程是在原始地球條件下開始進行的。當時，地球表面溫度已經降低，但內部溫度仍然很高，火山活動極為頻繁，從火山內部噴出的氣體，形成了原始大氣(下圖)。一般認為，原始大氣的主要成分有甲烷（CH4）、氨 原始地球的想象圖
(左)原始大氣(右)有機物形成
（NH3）、水蒸氣（H2O）、氫（H2），此外還有硫化氫（H2S）和氰化氫（HCN）。這些氣體在大自然不斷產生的宇宙射線、紫外線、閃電等的作用下，就可能自然合成氨基酸、核苷酸、單糖等一系列比較簡單的有機小分子物質。后來，地球的溫度進一步降低，這些有機小分子物質又隨著雨水，流經湖泊和河流，最后匯集在原始海洋中。
關于這方面的推測，已經得到了科學實驗的證實。1935年，美國學者米勒等人，設計了一套密閉裝置(下圖)。他們將裝置內的空氣抽出，然后模擬原始地球上的大氣成分，通入甲烷、氨、氫、水 米勒實驗的裝置
蒸氣等氣體，并模擬原始地球條件下的閃電，連續(xù)進行火花放電。最后，在U型管內檢驗出有氨基酸生成。氨基酸是組成蛋白質的基本單位，因此，探索氨基酸在地球上的產生是有重要意義的。
此外，還有一些學者模擬原始地球的大氣成分，在實驗室里制成了另一些有機物，如嘌識、嘧啶、核糖，脫氧核糖，脂肪酸等。這些研究表明：在生命的起源中，從無機物合成有機物的化學過程，是完全可能的。
從有機小分子物質形成的有機高分子物質 蛋白質、核酸等有機高分子物質，是怎樣在原始地球條件下形成的呢？有些學者認為，在原始海洋中，氨基酸、核苷酸等有機小分子物質，經過長期積累，相互作用，在適當條件下（如吸附在粘土上），通過縮合作用或聚合作用，就形成了原始的蛋白質分子和核酸分子。
現(xiàn)在，已經有人模擬原始地球的條件，制造出了類似蛋白質和核酸的物質。雖然這些物質與現(xiàn)在的蛋白質和核酸相比，還有一定差別 ，并且原始地球上的蛋白質和核酸的形成過程是否如此，還不能肯定，但是，這已經為人們研究生命的起源提供了一些線索；在原始地球條件下，產生這些有機高分子的物質是可能的。
從有機高分子物質組成多分子體系 根據(jù)推測，蛋白質和核酸等有機高分子物質，在海洋里越積越多，濃度不斷增加，由于種種原因（如水分的蒸發(fā)，粘土的吸附作用），這些有機高分子物質經過濃縮而分離出來，它們相互作用，凝聚成小滴。這些小滴漂浮在原始海洋中，外面包有最原始的界膜，與周圍的原始海洋環(huán)境分隔開，從而構成一個獨立的體系，即多分子體系。這種多分子體系已經能夠與外界環(huán)境進行原始的物質交換活動了。
從多分子體系演變?yōu)樵忌?從多分子體系演變?yōu)樵忌?，過是生命起源過程中最復雜和最有決定意義的階段，它直接涉及到原始生命的發(fā)生。目前，人們還不能在實驗室里驗證這一過程。不過，我們可以推測，有些多分子體系經過長期不斷地演變，特別是由于蛋白質和核酸這兩大主要成分的相互作用，終于形成具有原始新陳代謝作用和能夠進行繁殖的原始生命。以后，由生命起源的化學進化階段進入到生命出現(xiàn)之后的生物進化階段。
關于生命起源的化學進化過程的研究，雖然進行了大量的模擬實驗，但是絕大多數(shù)實驗只是集中在第一階段，有些階段還僅僅限于假說和推測。因此，在對于生命起源，問題還必須繼續(xù)進行研究和探討。
蛋白質和核酸是生物體內最重要的物質。沒有蛋白質和核酸，就沒有生命。1965年，我國科學工作者人工合成了結晶牛胰島素（一種含有51個氨基酸的蛋白質）。1981年，我國科學工作者又用人工的方法合成了酵母丙氨酸轉運核糖核酸（核糖核酸的一種）。這些工作反映了我國在探索生命起源問題上的重大成就。