生命的起源和进化

魔坠凡尘

根据用放射性同位素方法测定，地球的年龄约有46亿年，而目前已知的最早的生命痕迹大约生存在距今34亿年前，由此可见，原始生命的诞生应在地球形成后的12亿年之间。在初期的地球缓慢的演化过程中存在某些机能，它既能保护自己不受太阳辐射的破坏，又能利用太阳能维持生物的生命。在过去无数亿万年中，普照在地球上的全部太阳辐射能，其威力足以毁灭一切生命。但是这个无生命的地球随着时间的推移逐渐地产生了防护和调节作用，创造了有助于有生命物质诞生的周围环境。苏联物理学家弗拉基米尔．伊凡诺维奇．维尔纳德斯基对此称之为生态圈,指包括人类在内的一切生物所赖以生存的地球表层，包括大气圈、水圈和岩石圈的生物学环境。
    生命最初的保护是依靠水的作用。由于熔融的地球的热量，使水化为蒸汽，变成包围地球的、辐射线不易穿透的云层。在云层之下，地球的温度开始急速地下降，虽然地球中心仍是熔融状态，但地壳表面逐渐冷却凝固、挤压、褶皱和断裂，从而形成深谷和高峰。随着地球的继续冷却，云中的蒸汽变成水就开始降雨。大雨连续下了几千年。雨水填满了所有裂缝和鸿沟，淹没了洼地，而且也漫到山区，几乎覆盖了全部南半球。于是诞生了生命的起源地海洋。

1、生命的诞生

    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的物质的活性表面，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。

2、生命的进化

    正如生命的起源至今还是个谜一样，生命如何向前发展的问题也还是个谜。不过有一点却可以肯定，如果地球上空最初没有出现一种屏蔽物的话，那么生命或许仍然停留在非常原始的阶段。最初是从地球上放出含有氧和臭氧的保护性的大气层，介人水和太阳的致命辐射之间。在这层屏蔽物下面，一种新的生命演进过程，光合作用发生了。光合作用使有生命的细菌和藻类，利用太阳辐射能，创造出许多有机物质并释放出更多的氧气。

    光合作用使光能微妙地转变为碳水化合物。它是所有生物必需的食品。在细菌的光合过程中，叶绿素受到太阳光的照射时吸收能量，再运用这种能量，分解水分子，此时产生的氢再与碳及其他化合物化合而成糖。同时又把氧释放到大气中。这个过程比现代石油化学合成物的生产过程要精巧得多。这种合成过程是在大小还不到十亿分之一寸的细胞内进行的。

    同时，通过微小的海生植物的呼吸作用，开始吸进氧气，排出二氧化碳，产生了可供生命利用的能量。因此，在光合作用开始时吸进的水和碳，最后又被放了出来；而光合作用放出来的氧，又通过呼吸作用重新吸收回去。地球上全部动植物生命的源泉，就是这两大物质循环：碳的循环和氧的循环，再加上少量的氮、硫及磷的循环。

    生物细胞具有惊人的化学转变能力，并不断演变进化，南非发现的约30亿年前的原始细菌化石已经具有了简单分裂作用。更进一步的进化又演变出了十亿年的原始细菌化石，在美国加利福尼亚州东部也曾被发现过。其中类似海藻的生物，已被证明内部含有细胞核。又经过十亿年演化之后，在温暖的有荫蔽的海岸和河流出口处的水中，这些类似海藻的生物，大量繁殖了起来，通过它们的光合作用放出大量的氧气。今天，我们呼吸的氧气总量的四分之一，就是由海洋中的最微小的浮游生物所产生的，而水和空气相接触的海面正好是这些浮游生物的栖居地。

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生物细胞在新的条件下继续进一步演化。在澳大利亚的爱迪阿加拉群山附近新发现的撊浣诔鏀化石，证明7亿年前已有多细胞的生物存在。这是多细胞生物的首次发现。所有复杂的生物都是多细胞生物。我们还不很清楚，更为复杂的生物器官是如何演化而成的。

    当时火山和地震还震撼着地球，海啸还冲击着陆地。这种自然界的变动过程，正好为生命跃进到第二个阶段做了准备。有些海生植物被冲到岩石上，并在那里生存了下来。迄今发现的最原始的陆上植物是顶囊蕨的化石，约生存在4.5亿年以前。越来越多的植物在高低不平的地面上生长，随后也跟着出现了动物，鱼类逐渐演变成了两栖动物，鳍像腿一样帮助它们爬过被海水冲刷的湖泊沼泽地。鱼鳃后来也发展成为肺，能呼吸氧气。约在3.5亿年以前，生物大规模地向陆地移居。大量植物覆盖了地球的多石的表面，在整个地球表面上遍布了生有绿叶的新型植物，进行光合作用和呼吸作用。大气中不可缺少的氧气，有四分之三就是经过植物的光合作用产生的，从而供给地球上所有生物呼吸所需的氧气。从此陆地成为生命进化的主战场，多彩的生命世界从此开始。