❶ 最早的生物是怎么出来的
地球在最初没有生命。据科学家推断,生命是由大气中的化学元素,从闪电之类
在原始大气中,必须仰赖能量才能合成构成生命的蛋白质或氨基酸.宇宙射线、紫外线、雷、火山爆发及陨石冲入大气都可能是能量的来源
的自然现象中获得能量,偶然将元素结合起来,产生了最简单的生物分子形式—氨基酸和核算。现在找到的最早化石时出现在南非的球状和杆状结构细菌的化石,现在已确定这是35亿年前的化石。据科学家估计,生命起源的化学进化距今约40亿年,大约在30多亿年以前,开始出现原核生物,在10多亿年以前,才出现了真核生物。
❷ 最早的生物是怎样产生的
最古老的动物生命痕迹可追溯到距今10亿年前,而最早的动物化石出现在6亿年前,也就是震旦纪.最原始的低等动物生活在海底及附近区域,身体柔软,只有在显微镜下才能看见.这些动物几乎均未形成化石,只留下了一些痕迹,如洞穴、踪迹等.凭这些遗迹,我们可以间接地了解它们;它们虽然形体微小,但是数量却相当庞大,因为有了它们,才有了地球上第一种肉眼看得到的动物——埃迪卡拉动物群(ediacarans).意外的发现 埃迪卡拉动类群发现于南澳大利亚的埃迪卡拉山,因此而得名.1946年,—位澳大利亚地质学家在古沙岩板中注意到一些奇特的化石.有的化石像是珊瑚(COral)、水母(jcllyish)或蠕虫(worm)的化石,而有的却和今天的生物截然不同.起先,人们认为埃迪卡拉是寒武纪的动物,它们是始于5.4亿年前的寒武纪自然界中涌现出来的一大批生物.但经仔细观察,埃迪卡拉化石比寒武纪年代化石还要久远,应属于前一个纪——震旦纪.在这一发现之前,震旦纪似乎一直是个生物“黑洞”,在那里未见到任何动物生命的痕迹.上个世纪40年代以来,埃迪卡拉动类群在格陵兰、俄罗斯和纳米比亚等地被现.随着化石的不断发现,生物学家正在悉心研究,以确定这些动物是怎样生活的,以及震旦纪结束时它们的处境发生了怎样的变化.埃迪卡拉动物世界 埃迪仁拉动物和今天的大多数动物不同,既没有头、尾、四肢,也没有嘴巴和消化器官.它们无法觅捕食物,大概只能从周围的水中摄取营养.有的可能和水藻共生存,分享水藻从阳光中收集的能量.许多固着在海底生活的埃迪卡拉动物看上去和植物非常相似,其他的则生活在浅滩处,只等营养顺水送上门来.这些物种类似植物,其中有看上去像胶状羽毛的查尼(charnia),还有更奇特的斯瓦塔须鲃(swartpuntia),身上带着4个半圆形的梳状结构.它们中的巨无霸是狄更逊水母(dickinsonia),其大小像门前的地垫,和所有其他的埃迪卡拉动物一样,身体像纸一样薄,但这是通过表皮摄取食物的此类动物所必不可少的.埃迪卡拉和其后的动物相比,过着平静如水的生活.它们没有进攻的武器,也没有防卫的盔甲或是其他御敌方法.这都没有必要,因为震旦纪的海洋很安全,那时还没有出现掠食者.一场失败的试验?首次发现埃迪卡拉之后五十多年里,人们一直为其在动物世界中的地位争论不休.有的科学家提出,它们根本算不上动物,只是一种更接近今天的苔藓(lichen)的有机体.有的则宣称它们是完全独立的生命王国震旦生物群(vendobionts)的成员,震旦生物群随着寒武纪的开始而灭绝.支持后一种理论的人强调埃迪卡拉奇特的身体轮廓很像一块间隔开的充满液体的气垫.他们认为震旦生物群是一场进化试验,直到寒武纪,其中的一支成功地演化成更充满活力,更具进攻性的动物.福祸兼有 由于缺乏充分的证据,这两种理论都无法使古生物学家信服.尽管如此,许多研究者相信埃迪卡拉确实是一类动物,但在震旦纪的最后阶段经历了不同的命运.有的演化成了更为我们所熟悉的动物,寒武纪中分布非常广泛;有的则走向灭亡,其独具的特征也随之永远从动物王国中消失了.
❸ 生物是如何产生的,智慧是如何产生的
首先我个人认为否定教科书中雷电和水等产生生命的说法,生命是一种相当复杂的结构,就人类科学发展到现在连最简单的细胞都制造不出来更别提自然巧合创造生命,就像你在沙漠中捡到手表一定不会相信这是一个巧合,经过上亿年时间演化出来的,生命的产生仍是未解的,承认人类的无知并没有什么不妥,毕竟科学开始飞速发展不过几百年,单把这种漏洞百出的理论写进书中误导一代又一代的人是极不负责的,像这种带有偏见和无知色彩的东西教科书有很多,就是马哲讲不要用一元论和二元论的思想看世界,但却只承认唯物的绝对正确性,大力批判其他思想,而作为一个没有很强明辨的学生学习后很可能带着偏见一辈子,片面批判五行论,而中医恰恰就是基于五行论发展的,批判佛教唯心主义,让大多数人一辈子都很抵触佛学的智慧,关于生物智慧的问题,唯物主义讲只有人类拥有意识,其他动物的一切行为皆是本能行为,明显是闭门造车,关于动物的认识,人类还很肤浅,而马ke锶非生物学家就凭借想象得到这个结论显然没有说服力,我个人认为动物是有智慧的,只是相对于人智慧较低,养过猫狗的都能切身感受,关于达尔文的进化论,我个人认为之所以他的学说漏洞百出却仍有市场,是因为当时西方的环境是宗教统治社会,强调神创造了人,而达尔文的理论打破的这一观点,把人从宗教统治的牢笼解放出来,达尔文的进化论改成进化假说可能更合理一些,我个人觉得进化论只能是部分合理,进化只是相对进化,量变而非质变,原始人可能进化成现代人,但猿猴进化成人还有待考证,关于生命从有机物变成单细胞生物再变成各种生物只能是假说,得不到任何论证,单就DNA的双螺旋结构就已经够复杂的,我觉得人类认知是有边界的,有些东西是不可知的,存有敬畏心并没有错误,就想人创造智能机器人,如果不告诉他,他很难想明白自己是怎么来的,生物或许再更高级的生命看来可能就像我们创造游戏里的世界一样,像这种书中错误的观点有很多,对于带有偏见的思想一定要用怀疑的眼光去思考
❹ 地球上的生物是怎样形成的!怎样到地球上来的
关于生命的起源,主要有以下几种说法: 特创论(或神造说) 这一假说认为,现在地球上的各种生物都是由神创造出来的,生命是上帝或神按照一定的目的,一次性地创造出来的。这一假说极为简单地把生命的起源推到了一个不可知、也无法证明的上帝和神的身上,这是在有科学之前,由于人类的愚昧无知而提出的。这一假说把生命起源的问题,划归神学的范围,因而是极不科学的。 自然发生说 又称“自生论”或“无生源论”,认为生物可以随时由非生物产生,或者由另一些截然不同的物体产生。如中国古代所谓“肉腐出虫,鱼枯生蠹”、亚里士多德说的“……有些鱼由淤泥及砂砾发育而成”。中世纪有人认为树叶落入水中变成鱼,落在地上则变成鸟等。 自然发生说是19世纪前广泛流行的理论,这种学说认为,生命是从无生命物质自然发生的。如,我国古代认为的“腐草化为萤”(即萤火虫是从腐草堆中产生的),腐肉生蛆等。在西方,亚里士多德(公元前384~公元前322年)就是一个自然发生论者。有的人还通过“实验”证明,将谷粒、破旧衬衫塞入瓶中,静置于暗处,21天后就会产生老鼠,并且让他惊讶的是,这种“自然”发生的老鼠竟和常见的老鼠完全相同。 18世纪时,意大利生物学家斯巴兰让尼(1729~1799年)发现,将肉汤置于烧瓶中加热,沸腾后让其冷却,如果将烧瓶开口放置,肉汤中很快就繁殖生长出许多微生物;但如果在瓶口加上一个棉塞,再进行同样的实验,肉汤中就没有微生物繁殖。斯巴兰让尼认为,肉汤中的小生物来自空气,而不是自然发生的。斯巴兰让尼的实验为科学家进一步否定“自然发生论”奠定了坚实的基础。 1860年,法国微生物学家巴斯德设计了一个简单但令人信服的实验,彻底否定了自然发生说。 化学起源说 化学起源说是被广大学者普遍接受的生命起源假说。这一假说认为,地球上的生命是在地球温度逐步下降以后,在极其漫长的时间内,由非生命物质经过极其复杂的化学过程,一步一步地演变而成的。 化学起源说将生命的起源分为四个阶段(米勒实验)。 第一个阶段,从无机小分子生成有机小分子的阶段,即生命起源的化学进化过程是在原始的地球条件下进行的,这一过程教材中已有叙述,这里不再重复。需要着重指出的是米勒的模拟实验。在这个实验中,一个盛有水溶液的烧瓶代表原始的海洋,其上部球型空间里含有氢气、氨气、甲烷和水蒸汽等“还原性大气”。米勒先给烧瓶加热,使水蒸汽在管中循环,接着他通过两个电极放电产生电火花,模拟原始天空的闪电,以激发密封装置中的不同气体发生化学反应,而球型空间下部连通的冷凝管让反应后的产物和水蒸汽冷却形成液体,又流回底部的烧瓶,即模拟降雨的过程。经过一周持续不断的实验和循环之后。米勒分析其化学成分时发现,其中含有包括5种氨基酸和不同有机酸在内的各种新的有机化合物,同时还形成了氰氢酸,而氰氢酸可以合成腺嘌呤,腺嘌呤是组成核苷酸的基本单位。米勒的实验试图向人们证实,生命起源的第一步,从无机小分子物质形成有机小分子物质,在原始地球的条件下是完全可能实现的。 第二个阶段,从有机小分子物质生成生物大分子物质。这一过程是在原始海洋中发生的,即氨基酸、核苷酸等有机小分子物质,经过长期积累,相互作用,在适当条件下(如黏土的吸附作用),通过缩合作用或聚合作用形成了原始的蛋白质分子和核酸分子。 第三个阶段,从生物大分子物质组成多分子体系。这一过程是怎样形成的呢?前苏联学者奥巴林提出了团聚体假说,他通过实验表明,将蛋白质、多肽、核酸和多糖等放在合适的溶液中,它们能自动地浓缩聚集为分散的球状小滴,这些小滴就是团聚体。奥巴林等人认为,团聚体可以表现出合成、分解、生长、生殖等生命现象。例如,团聚体具有类似于膜那样的边界,其内部的化学特征显着地区别于外部的溶液环境。团聚体能从外部溶液中吸入某些分子作为反应物,还能在酶的催化作用下发生特定的生化反应,反应的产物也能从团聚体中释放出去。另外,有的学者还提出了微球体和脂球体等其他的一些假说,以解释有机高分子物质形成多分子体系的过程。图7团聚体简单代谢示意图第四个阶段,有机多分子体系演变为原始生命。这一阶段是在原始的海洋中形成的,是生命起源过程中最复杂和最有决定意义的阶段。目前,人们还不能在实验室里验证这一过程。 宇宙生命论(或泛生说) 这一假说提倡“一切生命来自生命”的观点,认为地球上最初的生命来自宇宙间的其他星球,即“地上生命,天外飞来”。这一假说认为,宇宙太空中的“生命胚种”可以随着陨石或其他途径跌落在地球表面,即成为最初的生命起点。现代科学研究表明,在已发现的星球上,自然状况下是没有保存生命的条件的,因为没有氧气,温度接近绝对零度,又充满具有强大杀伤力的紫外线、X射线和宇宙射线等,因此任何“生命胚体”是不可能保存的。这个假说实际上把生命起源的问题推到了无边无际的宇宙中去了,同时这个假说对于“宇宙中的生命又是怎样起源”的问题,仍是无法解释的。 宇生说 这一假说认为,地球上最早的生命或构成生命的有机物,来自于其他宇宙星球或星际尘埃。持这种假说的学者认为,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。但我们知道,宇宙空间的物理条件,如紫外线等各种高能射线以及温度等条件对生命都是致命的,而且,即使有这些生命,在它们随着陨石穿越大气层到达地球的过程中,也会因温度太高而被杀死。因此,像微生物孢子这一水平的生命形态看来是不大可能从天外飞来的。但是,一些学者认为,一些构成生命的有机物完全有可能来自宇宙空间。1969年9月28日,科学家发现,坠落在澳大利亚麦启逊镇的一颗炭质陨石中就含有18种氨基酸,其中6种是构成生物的蛋白质分子所必须的。科学研究表明,一些有机分子如氨基酸、嘌呤、嘧啶等分子可以在星际尘埃的表面产生,这些有机分子可能由彗星或其陨石带到地球上,并在地球上演变为原始的生命。
❺ 生物怎么产生的
生命诞生于海洋,微生物开始到岸上,接着演变出脊椎动物
然后就有了恐龙,再接着有了人类啊
当代关于生命诞生的假说可归结为两大类:一是"化学进化说",一是"宇宙胚种说".
A、化学进化说
化学进化说主张,生命起源于原始
地球
条件下从无机到有机,由简单到复杂的一系列化学进化过程.
核酸和蛋白质等生物分子是生命的物质基础,生命的起源关键就在于这些生命物质的起源,即在没有生命的原始地球上,由于自然的原因,非生命物质通过化学作用,产生出多种有机物和生物分子.因此,生命起源问题首先是原始有机物的起源与早期演化.化学进化的作用是造就一类化学材料,这些化学材料构成氨基酸,糖等通用的"结构单元",核酸和蛋白质等生命物质就来自这结"结构单元"的组合.
1922年,生物化学家奥巴林第一个提出了一种可以验证的假说,认为原始地球上的某些无机物,在来自闪电,太阳国徽的能量的作用下,变成了第一批有机分子.时隔31年之后的1953年,美国化学家米勒首次实验证了奥巴林的这一假说.他模似原始地球上的大气成分,用氢,甲烷,氨和水蒸气等,通过加热和火花放电,合成了有机分子氨基酸.继米勒之后,许多通过模拟原始地球条件的实验,又合成出了其他组成生命体的重要的生物分子,如嘌呤,嘧定,核糖,脱氧核糖,核苷,核苷酸,脂肪酸,卟啉和脂质等.1965年和1981年,我国又在世界上首次人工合成胰岛素和酵母丙氨酸转移核糖核酸.蛋白质和核酸的形成是由无生命到有生命的转折点,上述两种生物分子的人工合成成功,开始了通过人工合成生命物质去研究生命起源的新时代.
一般说来,生命的化学进化过程包括四个阶段:从无机小分子生成有机小分子;从有机小分子形成有机大分子;从有机大分子组成能自我维持稳定和发展的多分子体系;从多分子体系演变为原始生命.
B、宇宙胚种说
宇宙胚种说则认为,地球上最初的生命是来自地球以外的宇宙空间,只是后来才在地球让发展了起来.
过去和现在,已经提出了许多属于宇宙胚种说的假说,如在1993年7月的第十次生命起源国际会议上,有人提出,"造成化学反应并导致生命产生的有机物,毫无颖问是与地球碰撞的彗星带来的";还有人推断,是同地球碰撞在其中一颗彗星带着一个"生命的胚胎",穿过宇宙,将其留在了刚刚诞生的地球之上,从而有了地球生命.几年前一位空间物理学家和一位天体物理学家也把地球生命的起源解释为:地球生命之源可能来自40亿年前坠入海洋的一颗或数颗彗星,他们也认为是彗星提供了地球生命诞生需要的原材料(他们将之谓"类生命生物").
尽管有科学家对此类假说持强烈的反对意见(他们认为:"彗星是带来了某些物质,但它们不是决定性的,生命所必需的物质在地球上已经存在
"),尽管诸如此类的观点仍是一些尚需进一步证明的问题,但通过对陨石,彗星,星际尘云以及其他行星上的有机分子的探索与研究,了解那些有机分子形成与发展的规律,并将其与地球上的有机分子进行比较,都将为地球上生命起源的研究提供更多的资料.
❻ 世界上第一个生物是怎么诞生的呢
最早的生物是古细菌,诞生于极端原始环境。
古细菌(古核细胞),常生活于热泉水、缺氧湖底、盐水湖等极端环境中的细菌。具有一些独特的生化性质,如膜脂由醚键而不是酯键连接,其营养方式亦不同于常规生物,如硫氧化等。古核细胞遗传的信息量较小,是世界上最早的生物。
诞生:古菌是生存在极端环境中的。一些生存在极高的温度(经常100℃以上)下,比如间歇泉或者海底黑烟囱中。还有的生存在很冷的环境或者高盐、强酸或强碱性的水中。
后来发现古细菌分布其实很广泛,在温和环境和冷环境中也有它们的踪迹,如温带的土壤、食草动物的消化管和南极海岸水域。
(6)生物是怎么产生的扩展阅读:
从RNA进化树上,古菌分为两类,泉古菌(Crenarchaeota)和广古菌(Euryarchaeota)。另外未确定的两类分别由某些环境样品和2002年由Karl Stetter发现的奇特的物种纳古菌(Nanoarchaeum equitans)构成。
Woese认为细菌、古菌和真核生物各代表了一支具有简单遗传机制的远祖生物的后代。这个假说反映在了“古菌”的名称中(希腊语archae为“古代的”)。
随后他正式称这三支为三个域,各由几个界组成。这种分类后来非常流行,但远组生物这种思想本身并未被普遍接受。一些生物学家认为古菌和真核生物产生于特化的细菌。
古菌和真核生物的关系仍然是个重要问题。除掉上面所提到的相似性,很多其他遗传树也将二者并在一起。在一些树中真核生物离广古菌比离泉古菌更近,但生物膜化学的结论相反。
然而,在一些细菌,(如栖热袍菌)中发现了和古菌类似的基因,使这些关系变得复杂起来。一些人认为真核生物起源于一个古菌和细菌的融合,二者分别成为细胞核和细胞质。这解释了很多基因上的相似性,但在解释细胞结构上存在困难。
❼ 地球上的生物是怎样形成的
大约30亿年前,大雨停止后,地球进入了另一个发展阶段。地球的原始大气中含有氨(NH3)、甲烷(CH4)、氰化氢(HCN)、硫化氢(H2S)、二氧化碳(CO2)、氢气(H2)、水(H2O)等成分,但没有游离的氧气,大气中的一些气体和地壳表面的一些可溶性物质溶于水中,在宇宙射线、太阳紫外线、闪电、高温等的作用下而自然合成了一系列的小分子有机化合物,例如氨基酸、核苷酸、单糖、脂肪酸等,汇集在原始海洋中,形成霍尔丹所谓的“原始汤”,从而为生命的诞生准备了必要的条件。其中具有四价键的碳,特别能同其他元素结合而形成多种物质。现在约有2000种以上的有机化合物中都含有碳(现在已知各种有机化合物约200万种)。如果没有碳的存在,也就没有生命的诞生了。近几十年来,科学家曾用射线辐射具有与海洋的原始撎酪簲成分相似的混合物,由此产生了少量的在生命的基础物质中也具有的有机分子。当氨基酸、核苷酸、单糖、脂肪酸等有机小分子物质形成之后,在适当的条件下,它们可以进一步形成复杂的有机物质。例如蛋白质、核酸、多糖、类脂等大分子物质。其中蛋白质和核酸的形成对于生命现象具有非常重要的作用,对于它们的形成主要有两种观点:(1)陆相起源。他们认为聚合反应是发生在火山的局部高温地区,聚合生成的生物大分子经雨水冲刷汇集到海洋,并在一定的条件作用下,继续发展成为复杂的有机物质;(2)海相起源。认为在原始的海洋中的氨基酸和核苷酸等小分子有机物可以被吸附于粘土一类物质的活性表面,而在适当缩合剂(如羟胺类化合物)存在时,可以发生聚合反应。生物大分子并不能独立表现生命现象,只有形成了众多的、乃至成百万的已蛋白质、核酸为基础的多分子体系时,才能表现生命萌芽。而生物大分子在溶液中自动聚集,从而形成各种独立的多分子体系,出现团聚体或微球体。由于多分子体系可以起到有机表面的催化作用,而反过来作用于各类单体的聚合,促使产生更高级的蛋白质和核酸,然后通过有序性逐渐提高的长期过程,其结构、机能便愈益复杂和完善,由此产生出原始生命。
❽ 生物是怎样形成的
1. 对生命起源的早期猜想
从人类文明早期到十七世纪,自然发生学说一直占据着人们的主流思想——即认为生命物质是由无生命物质转化的结果。就连极富盛名的大物理学家牛顿也认为,植物是由逐渐变弱了的慧星尾巴形成的。后来,Louis Pasteur通过巧妙的鹅颈瓶实验证明了生物,即使是最简单的细菌,都不能从无生命的物质中自发产生,生命只能来自生命。1870年,Thomas Henry Huxley提出了生源说:“生命始终来自先前已经存在的生命。”
然而,如果说生命来自于已存在的生命,那这个已存在的生命又从何而来呢?关于生命起源的问题——这个在自然发生论者看来不是问题的问题——生源说却无法解决,所以生源说者经常会无赖地说:“生命是宇宙生来就固有的,你要问我生命从哪里来的,你首先给我回答一个问题,宇宙怎么起源的?物质怎么来的?你给我回答了物质是怎么来的,生命我就可以说是从哪儿来的。”因此,生源说其实是一个不可知论。
如果稍作比较,不难发现进化论与生源说其实面临着同样的难题——如果说高级生命是从低级的生命进化而来的,那么是否存在最低级的生命形态?它又是如何产生的?达尔文巧妙地避开了对生命起源的讨论才使得它不至于落入不可知论的泥淖,却让后世学者为他这不负责任的行为买单,经过几代人的努力,最终形成了一套初步的不尽完整的理论——化学进化论。
2. 化学进化论
化学进化论是被广大学者普遍接受的生命起源假说。这一假说认为,地球上的生命是在地球温度逐步下降以后,在极其漫长的时间内,由非生命物质经过极其复杂的化学过程,一步一步地演变而成的。
原始大气的主要成分有甲烷、氨、水蒸气、氢等,此外还有硫化氢和氢氰酸。这些气体在大自然不断产生的宇宙射线、紫外线、闪电等的作用下,就可能自然合成氨基酸、核苷酸、单糖等一系列比较简单的有机小分子物质。后来,地球的温度进一步降低,这些有机小分子物质又随着雨水,流经湖泊和河流,最后汇集在原始海洋中。
关于这方面的推测,已经得到了科学实验的证实。1935年,美国学者S.L.Miller等人,设计了一套密闭装置。他们将装置内的空气抽出,然后模拟原始地球上的大气成分,通入甲烷、氨、氢、水蒸气等气体,并模拟原始地球条件下的闪电,连续进行火花放电,最后,在U型管内检验出有氨基酸生成。
米勒实验证明了原始地球具备将无机物转化为有机物的条件,随后,原始地球条件下有机小分子如何进化到生物大分子便成为生命起源研究中新的实验课题。1958年,美国人S.W.Fox模拟原始地球的条件,将一些氨基酸溶液混合后倒人160℃~200℃的热沙或粘土中,使水分蒸发、氨基酸浓缩,经过0.5小时至3小时后就产生一种琥珀色的透明物质,它具有蛋白质的部分特性,因此被称为类蛋白质。Fox等认为,在原始地球不断有火山爆发的条件下,火山喷出气体中的甲烷、氨气和水蒸气等可能在高温条件下合成氨基酸,而氨基酸又可能通过热聚合反应而缩合为多肽。此外,也有人用模拟实验得到类似核酸的物质多聚核苷酸。实验表明,在50℃~60℃时,只要有多聚膦酸酯的存在,单个的核苷酸就可以聚合为多聚核苷酸。这些实验证明了有机小分子可以在原始地球上合成生物大分子如蛋白质,核酸等。饱含这种有机物的海洋环境成为了孕育生命的摇篮,被称为“原始汤”。
然而,线索行至此却突然模糊起来。关于有高分子物质如何成为了生命,我查阅了大量资料,绝大多数都是敷衍地说:“……生物大分子经过漫长的演化……终于形成了生命,然后进化……”的确,从无生命到有生命,这是地质史上一次质的飞跃,也是研究生命起源的一道难以跨越的鸿沟,目前,人类还不能在实验室里重现这一过程,然而,现代生命科学的飞速发展也让我们看到了零星的曙光,下面我将展示这些资料,以求尽量给读者一个满意的答案。
3. “生命源于共同祖先”
区别非生物与生物主要有两大特征:1、新陈代谢,即能够与环境进行物质和能量交换以维持其生长、运动和繁殖等生命活动过程。2、繁殖,即能够进行无限次数的自我复制。只要满足这两个条件则可视之为生物。
《物种起源》中虽然没有讨论生命起源的问题,但达尔文还是忍不住说了一句:“生命起源于一个普遍具有高度保守性的遗传信息片段,在相当广的范围内,通过不断的复制和分化得以进化,地球上所有现存物种源于一个原始的共同祖先。”至于那个共同祖先是什么东西,达尔文没有说,也无法说明。
为了跨越无生命与有生命之间的那道鸿沟,我们就必须找到那个共同祖先——地球上最原始的生命体,它必须满足上述两个条件,而且比它低级的任何一种形态都不能全部满足这两个条件。对于这样的生命体,可以确定,它早已灭绝,现存的化石记录里也没有,甚至我们很难在脑海里将其构造出来,不过,我们可以通过某些具体的信息向其逼近。
根据当代生物进化论研究者的观点,地球上的所有生命都可以归结到三个生物类群的某一类中。这三个类群分别是真核生物(Eukaryotes)、细菌(Eubacterial)和古菌(Archaea)。最近研究表明,细菌、古菌与真核生物很有可能源于同一个祖先,它是一种30亿年或40亿年前漂浮在“原始汤”周围的“原胞”实体,这种实体被称为“露卡(LUCA)”,也就是“第一个基本的共同祖先(Last universal common ancestor)”之意。然而,它没有留下任何已知的化石,也没有其他物理线索可揭示其身份。
但我们还是有蛛丝马迹可寻的。首先,我们必须明白,作为一个祖先,“露卡”应该具备以下两个特征:1、年代最久远。2、结构最简单。其中“年代最久远”是为了确保它的祖先地位,而“结构最简单”是为了确保它能由生物大分子直接形成。这两个特征其实并不等价,在原始单细胞生物领域,并非越低级的生物结构越简单,真核生物不一定比原核生物来得要晚(关于这一点我会在第4节说明)。而且在原始地球,退化的现象相当流行,突变即使令生物失去了某些结构,在生存竞争并不激烈的当时,它仍能生存繁衍。这一结论似乎给我们寻找同时满足这两个条件的“露卡”带来困难。
虽难如此,科学家们还是通过基因组分析和实验室模拟生成等巧妙的方法,初步描绘出“露卡”的肖像。
4. 基因组图谱下的“露卡”肖像
基因是个好东西。通过构建基因组水平DNA、RNA 和蛋白质序列分析的技术平台,科学家们在生物分类、生物进化及生命起源等领域取得了杰出成就。
那么,从基因分析中得到的“露卡”肖像又是怎样的呢?
最早应用基因分析研究“露卡”的科学家是伊利诺斯大学分子生物学家Woese。20世纪60年代末,Woese发明了一种通过比较rRNA小节序列来测量物种间关系的方法。假设基因突变会随着时间的推移自然增长,两种物种的rRNA越是不同,它们分离的时间就越久。
Woese测定了200多种原核生物的16S rRNA 和真核生物的18S rRNA 的序列,发现在原核生物中实际上有第三种类型生物:古菌。尽管古菌与细菌在许多方面相似,但缺乏定义的肽脂糖,并且具有几个真核细胞的特性。自此后,科学家采用一种新的分类系统,将生物分为三个域:古菌、细菌和真核生物。那么,这三个域是以何种顺序进化而来?换句话说,“露卡”更像细菌,古菌,还是真核生物?鉴于当时条件,Woese并未解答。如今,这个问题是否已得到解决?
20世纪80年代,科学家对rRNA所进行的进一步比较表明,细菌是最古老的域。这与我们的常识相一致,因为原核生物无论从那方面看都比真核生物简单,甚至很多人认为细菌是通过融合、内共生、内吞作用、膜内陷等方式进化成真核生物的。并不是所有人都同意这一观点,法国巴黎大学的帕特里克•福特勒教授就是其中一位主要反对者。福特勒教授指出,尽管真核生物更复杂,但它们也充斥着原始结构。例如,真核生物染色体包括成串线状DNA,这需要一种称为端粒的分子来保护其末梢在复制过程中不受损坏,而细菌染色体是环状,所以不需要端粒来保护。
至于为什么细菌在基因分析中表现得更古老,福特勒教授解释说,基因分析方法本身存在一个重大缺陷:没有将不同域的突变的不同速度考虑进去。与真核生物相比,细菌圆滑,在制造蛋白质方面效率更高,它们可以在几秒钟内就启动蛋白质合成道路上的第一步,而同样的生物进程真核生物需要半个小时,所以,在同一时段内细菌基因的变异会比真核生物大得多,因此单从基因分析得到结果来看,细菌等一些进化速度更快的直系后代看上去比实际要“老成”,造成细菌比真核生物古老的假象。
由于原始生命突变的速度难以确定且与突变本身有关,这一重大缺陷便使得基因分析的说服力大大下降。而最近发现的另一个重大缺陷又使坚持基因分析法的科学家们不得不转变思维。
20世纪90年代,首批基因组排序计划宣告完成,这使得研究人员能列出所有生命形式共同的基因。但令人吃惊的是,“生命树”所有的基因数量结果却相当少。例如,最新一项研究对100个物种进行了比较,结果只发现60个基因是普遍存在的。这种分析揭示的仅仅是哪些基因是原始的,而与这些基因“落户”的物种没有关系。由此科学家们意识到,基因可能在不同的物种间进行转移。
基因平行转移是比较基因组序列得到的一个令人震惊的结果。这说明原始细胞的所有组成成分很容易通过基因平行转移的方式进行改变或取代,这或许是当时生命进化的主要动力,却为基因分析带来了更大的麻烦,基因的整合使生物的基因组变得杂乱无章,并且这种整合是随机的,基因组的特征便很难向我们表达它应该包含的信息。而我们要寻找的“露卡”位于这些原始生物的最低层,它的基因组早就被平行转移掺和得面目全非,直接追溯“露卡”的基因组无疑困难重重。
然而,随着细胞变得越来越复杂,这种平行转移将逐渐减少,一旦到达某种临界复杂程度,即细胞的各成分出现了高度的整合——称为达尔文式阈值(Darwinian threshold)——基因的平行转移将停止,基因组开始取决于遗传,具有不同特征的直系后代开始出现,这样一来基因分析便颇具参考价值。于是,科学家们只好转而研究达尔文阈值以上的生物的基因组,以此来推断“露卡”的基因组成。
在寻找“露卡”的过程中,研究古细菌的基因组非常重要,因为古细菌的生长环境更接近原始地球的状态。1996年,科学家们解析了从深海发现的古细菌物种詹氏甲烷球菌(Methanococcus jannaschii)的基因组全序列。这是第一个被分析的古细菌类生物的基因组,其主要的环状染色体共有150万对碱基,含大约1700个基因。通过比较基因组研究,研究者推断出“露卡”可能具备这样一些特征:蛋白质合成的装置最为发达,但尚未完全;RNA合成的功能要比蛋白质合成差一些;而DNA合成的机制则基本没有。此外,它具有较为发达的代谢途径,包括氨基酸和核苷酸代谢,以及辅酶的合成等。
然而1700个基因对于“露卡”这位祖先来说似乎是太多了,“露卡”的结构必须尽量简单以确保它能从无生命的形态直接演变而来。那么,还有没有更简单的模型?
生殖道支原体(Mycoplasma genitalium)是一种寄生细菌,它的基因组是目前已测定的物种基因组中最小的一个,仅有468个基因。科学家将它的基因组与另外一种细菌流感嗜血杆菌(Haemophilus influenzae)的基因组序列进行了详细的比较,发现有240个生殖道支原体基因与流感嗜血杆菌基因存在垂直同源性。经过进一步研究,科学家们得出结论“露卡”至少需要大约250个基因。
5. “人工露卡”与多分子体系
“露卡”肖像的确定除了通过用计算手段比较基因组以外,另一个重要的途径是采用实验的手段。
其实上个世纪生物学界一直流行着一种寻找“最小基因组”的“游戏”,即找到那个包含最少基因却又能刚好维持生命体生命活动的基因组序列。这一过程一般是在实验室里完成,而所得到的那串基因组序列及其操控的生命体实际上反映了“露卡”的特征,所以我们可以把这些生命体称为“人工露卡”。
早在比较基因组方法出现之前,美国科学家M. Itaya就利用基因剔除方法,在细菌枯草芽孢杆菌(Bacillus subtilis)基因组上随机敲除了79个基因,通过分析这些基因剔除品系是否存活来探讨最小基因组,从而得到了第一个“人工露卡”。另一位着名的科学家C. Venter也采用基因剔除的办法,对上一节所说的生殖道支原体的基因逐个进行敲除,并检查其存活情况,最终得出结论,生殖道支原体有可能只需要265到350个基因就可以生存。
这个结果与比较基因组方法得到结果惊人地相似。Venter得到的“人工露卡”也许能很好地描述“露卡”的特征,通过对这一“人工露卡”形态与生活史的进一步研究,一张“露卡”的肖像隐约浮现在了我们眼前:
(1)含有250到350个基因,不含内含子
(2)一套基本上完整的DNA复制系统
(3)一套进行DNA重组和修复的系统
(4)一个几乎完整的转录、翻译系统
(5)一组具有4个RNA聚合酶亚单位的转录装置
(6)一组参与蛋白质折叠的分子伴侣蛋白
(7)一组蛋白质转运机器
(8)完整的无氧中间代谢途径
(9)一条辅酶合成途径
(10)一种将生命体与周围环境隔开的结构
这一套机制确保了生命体能够繁殖、表达、遗传、变异、进化以及代谢,这是对生命的基本要求,也是“露卡”最可能的模样。我们不妨吧这一机制称为“露卡机制”。
这也许很令人沮丧,因为“露卡”看起来也很复杂,我们很难想象生物大分子是如何形成这一机制的。那么,还有没有更简单的模型?
我们以上讨论的都是从已知物种出发由复杂向简单逼近“露卡”的追溯过程,那么,可不可以从生物大分子出发由简单向复杂逼近“露卡”呢?
1924年,前苏联生物学家A.I.Oparin在实验的基础上提出团聚体学说(Coacervate Theory),认为生物大分子蛋白质和核酸的溶液混合在一起时可以形成团聚体,这种多分子体系表现出一定的生命现象。奥巴林将明胶(蛋白质)溶液与阿拉伯胶(糖)溶液两种透明的溶液混合在一起,混合之后溶液变为混浊,显微镜下可以看到均匀的溶液中出现了小滴,即团聚体。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。这种团聚体直径1—500微米,外围可形成膜一样的结构与周围的介质分隔开来,能稳定存在几个小时至几星期时间,并表现出简单的代谢、生长、增殖等生命现象。
20世纪60年代,美国人S.W.Fox提出了微球体学说(Microsphere Theory),强调了蛋白质在生命起源中的重要作用。他将于燥的氨基酸粉末混合加热后在水中形成了类蛋白微球体,并把它看成是原始细胞的模型。这种微球体直径较均一,在1—2微米之间,相当
图2 团聚体(右)与微球体(左)
Fig.2 Coacervate(right) and microsphere(left)
于细菌的大小。它表现出很多生命特征:其表面具有双层膜,能随着介质的渗透压变化而膨
胀或收缩;能吸收溶液中的类蛋白质而生长,并能像细菌那样进行繁殖;在电子显微镜下还
可以观察到它具有类似于细菌的超微结构。
这种团聚体或微球体统称为“多分子体系”,那么,多分子体系是否就是“露卡”呢?答案是否定的。多分子体系虽然能够进行简单的代谢、生长和增殖等生命活动,但是它与真正意义上的生命还是有本质的区别的,因为它没有完整的“露卡机制”,它不能完成核酸的复制、转录与翻译。也就是说,它虽然能简单地分裂形成多个个体,但却不能将其性状遗传下去,不能遗传倒没什么,但是不能遗传也就意味着不能进化,作为一种不能进化的“生物”,它完全没有资格拥有“祖先”这个称号。“露卡”与其本质的区别就在于它已经具备了这套机制,它能够进化。
多分子体系虽然还不能成为“露卡”,但它的发现还是有其意义的,它揭示了生物大分子之间能够相互作用形成具有生命活力的分子团,如果说“露卡”理论是从上往下逼近了达尔文所言的“共同祖先”,那么“多分子体系”理论则是从下往上向其逼近。好,我们的鸿沟变窄了,现在只剩下一个问题:“露卡机制”是如何产生的?
对于这一问题,我只能说,“露卡机制”的产生是一个谜,现代科学在这方面的研究收效甚微,不但如此,我们的科学越是发展,我们对DNA复制、转录和翻译的机制知道得越多,我们越是对它那高度的精确与智能百思不得其解。即使到目前,如果我们仍相信进化论,我们也只能说,它是多分子体系在“漫长的演化”中逐渐形成的。
❾ 地球上的生物是怎么来的
地球上的第一个生物,许多人认为是病毒一类的非常简单的生物,他只是有核酸和蛋白质外壳组正的物质。
值得庆幸的是,在原始地球上有各种形式的能量可供利用。首先,原始大气没有臭氧层,阳光中的紫外线可以毫无顾忌地进入大气,这为地球带来了能量。其次,原始大气中会出现闪电,闪电是一种能量释放现象。再次,原始地球上火山活动频繁,火山喷发可以释放大量热量。
❿ 生物是怎样形成的
原始大气主要成分为:甲烷,氨气等,在闪电和高温下生成了氨基酸。后来地球冷却下来,氨基酸就结合成了蛋白质,蛋白质和核酸相互作用,就有了病毒。如果蛋白质和水,油脂,无机盐等相互作用,就有了具有基本生命功能的原始细胞。原始细胞逐渐演化成了后来的单细胞生物,又逐渐产生了一些高等生物。经过上亿年的演化才有了人。现在的地球已没有了原始的球的条件,不能再由基本物质产生生物,所以现在的生物都是由原有的生物繁殖的。不同的生物为了适应条件,会有不同的器官,有的甚至没有器官。