原始生命的诞生

在1953年，美国芝加哥大学研究生米勒（S.L.Miller）在其导师尤利（H.C.Urey）指导下完成了一个著名的实验，米勒模拟实验（Miller’s simulated experiment）。 他们设计了一套玻璃仪器装置。球形的玻璃容器里模拟的是原始地球的大气，主要有氢气、甲烷和氨气。在实验过程中，需要把烧瓶里的水煮沸，这模拟的是原始海洋里的蒸发现象。球形的电火花室里外接有高频线圈，使电极可以连续火花放电，这模拟的是原始地球大气中的放电现象。放电进行了一周，让米勒惊喜的是，实验中产生了多种氨基酸。 此实验概念来自于： （1）现在远离太阳、历史上可能变化较小的巨行星（如木星和土星），它们的大气都是没有游离氧（O2）的还原性大气，其主要成分是氢（H2）、氦（He）、甲烷（CH4）和氨（NH3）；由此推测原始地球的大气，大概也是这样的还原性大气。 （2） 据测定，现在能作用于地球大气层的能源，主要是太阳辐射中的紫外线、雷电和宇宙射线等。其中宇宙射线不足以合成有机物，还原性气体仅吸收短波紫外线，但短波紫外线（波长＜1500埃）在太阳辐射紫外线中仅占极微量，可作有机合成能源的量极少；而每年雷电次数较多，可作有机合成的能量较大，又在靠近海洋表面处释放，这样在原始地球还原性大气中合成的产物就很容易溶于原始海洋之中。 基于上述考虑，米勒在实验室内进行了模拟原始地球还原性大气中雷鸣闪电的实验，看看能否合成有机物，特别是氨基酸、核糖、嘧啶、嘌呤等组成蛋白质和核酸的生物小分子。

氨基酸和核苷酸是动植物体内普遍存在和最最重要的两种生物小分子，它们是建造生命大厦的砖块和石头。由不是生物体基本结构单元的无机小分子演变为生物小分子，这无疑是生命进化过程中至关重要的一步，但是，由于生物小分子毕竟过于简单，只有它们演变成更为复杂的生物大分子之后，才能导致生命的诞生。
在原始地球上，自然合成的氨基酸和核苷酸随雨水汇集到湖泊海洋里。矿物粘土把这些生物小分子吸附到自己周围，在铜、锌、钠、镁等金属离子催化下，许多氨基酸分子通过脱去水分子而连接在一起，形成更为复杂的分子，也就是蛋白质分子。同样，许多核苷酸分子可以通过脱去水分子而连接在一起，形成更为复杂的分子，也就是核酸分子。
核酸是生物的遗传物质，生物体生长、繁殖、行为和新陈代谢的信息就包含在核酸分子里核苷酸的排列顺序中，可以说，每一种核苷酸排列顺序都是一篇记录着生命信息的文章，书写的文字就是核苷酸。
核酸是生命的信息分子，对于生命是绝对重要的。然而核酸的功能却是通过蛋白质来实现的，就连核酸本身的复制都需要蛋白质参与。
原始地球的湖泊海洋里出现了核酸和蛋白质以后，也许有人认为生命从此就诞生了，因为自然界中一些病毒就是由核酸和蛋白质组成的，而类病毒就更是简单得可怜，只是一个核酸分子，这个核酸分子能侵入植物细胞并使植物得病，马铃薯纺锤状块茎病就是这种类病毒感染的结果。
病毒和类病毒只能在活细胞内生存繁殖，至于是不是一种生命形式，目前还存在争议。
生物为了适应环境，在进化过程中，它必须从简单到复杂、从低级到高级这样一个过程当中进行演化，而一个简单的分子，在传宗接代过程中是无能为力把其它物质聚集在自己周围的，它必须形成具有一定结构的复杂形态的实体。
在原始海洋里，随着时间推移，自然合成的生物大分子浓度越来越高，最终形成了具有一定形态结构的分子实体，并进一步进化为最原始的生命。


相关参考：http://old.biovip.com/content/20050826/35141.htm

地球的诞生

在我们居住的这个美丽的浅蓝色星球上，繁衍生息着十几万种微生物，30多万种植物和100多万种动物，那么人们不禁要问，如此丰富多样的生物最初是从哪里来的呢？

科学家研究发现，今天我们地球上的生物，无论大小，都是由细胞组成的，细胞里与生命活动有关的主要是一些结构复杂的生物分子，这些生物分子是怎样起源的呢？故事得从地球的诞生讲起。

以下片段虽为日语，但单从精彩的画面，我们也可以窥探到当时壮观的场面。

那是在大约50亿年前，宇宙中一团弥漫的缓缓转动的气体尘埃云形成了原始太阳系。到了47亿年前，原始太阳系里一些气体尘埃云又凝聚形成了最初的地球。刚刚诞生的地球十分寒冷、荒凉，没有结构复杂的物质，当然也不会有生命。生命是随着原始大气的诞生开始孕育的。


在早期太阳系里，一些处于原始状态的天体频繁和幼小的地球相撞，这一方面增大了地球体积，另一方面运动的能量转化为热能贮存在了地球内部。撞击不断地发生，地球内部蓄积了大量热能。地球的平均温度高达摄氏几千度，内部的金属和矿物变成了融融的炽热岩浆。岩浆在地球内部剧烈运动着，不时冲出地球表面形成火山爆发。在原始地球上，火山爆发十分频繁。随着火山爆发，地球内部一些气体被源源不断地释放出来，形成了原始大气。不过，这时的地球上仍然没有生物分子。
在以后的岁月里，由于日积月累，原始大气中的水蒸气越来越多，地球表面温度开始降低。当降低到水的沸点以下时，水蒸气就化作倾盆大雨降落到了地面上。倾盆大雨不分昼夜地下着，形成了最初的海洋，这为生命的诞生准备了摇篮。

一个蛮精彩的片段，不但有地球形成的模拟视频，还有很好听的音乐，揭示了地球表面的形成过程。

那时地球表面的温度仍然很高，到了大约36亿年前，海水的温度已降为80℃左右，然而在此之前，原始生命就已悄悄孕育了。


生命的诞生与原始大气十分有缘。据推测，原始大气的主要成份是一氧化碳、二氧化碳、甲烷、水蒸气、氨气。这些简单的气体分子要想成为生物分子，就必须变得足够复杂。合成复杂物质是需要消耗能量的。


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。


简单的气体分子在吸收了能量之后，它们会变得异常地活泼，进而产生化学反应，形成复杂的(生命)物质。美国的科学家米勒是第一位模拟原始地球的大气的条件，成功地合成出复杂（生命）物质的科学家。


来源：http://www.most.gov.cn/kxjspj/gzkp/200702/t20070201_40765.htm