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  sijie199396 2014-05-04 00:00:00

  神秘的生命起源 在我們居住的這個美麗的淺藍色星球上，繁衍生息著十幾萬種微生物，30多萬種植物和100多萬種動物，那么人們不禁要問，如此豐富多樣的生物Z初是從哪里來的呢？ 科學家研究發(fā)現(xiàn)，今天我們地球上的生物，無論大小，都是由細胞組成的，細胞里與生命活動有關的主要是一些結構復雜的生物分子，這些生物分子是怎樣起源的呢？故事得從地球的誕生講起。 那是在大約50億年前，宇宙中一團彌漫的緩緩轉動的氣體塵埃云形成了原始太陽系。到了47億年前，原始太陽系里一些氣體塵埃云又凝聚形成了Z初的地球。剛剛誕生的地球十分寒冷、荒涼，沒有結構復雜的物質，當然也不會有生命。生命是隨著原始大氣的誕生開始孕育的。 在早期太陽系里，一些處于原始狀態(tài)的天體頻繁和幼小的地球相撞，這一方面增大了地球體積，另一方面運動的能量轉化為熱能貯存在了地球內部。撞擊不斷地發(fā)生，地球內部蓄積了大量熱能。地球的平均溫度高達攝氏幾千度，內部的金屬和礦物變成了融融的熾熱巖漿。巖漿在地球內部劇烈運動著，不時沖出地球表面形成火山爆發(fā)。在原始地球上，火山爆發(fā)十分頻繁。隨著火山爆發(fā)，地球內 部一些氣體被源源不斷地釋放出來，形成了原始大氣。不過，這時的地球上仍然沒有生物分子。 在以后的歲月里，由于日積月累，原始大氣中的水蒸氣越來越多，地球表面溫度開始降低。當降低到水的沸點以下時，水蒸氣就化作傾盆大雨降落到了地面上。傾盆大雨不分晝夜地下著，形成了Z初的海洋，這為生命的誕生準備了搖籃。 那時地球表面的溫度仍然很高，到了大約36億年前，海水的溫度已降為80℃左右，然而在此之前，原始生命就已悄悄孕育了。 生命的誕生與原始大氣十分有緣。據(jù)推測，原始大氣的主要成份是一氧化碳、二氧化碳、甲烷、水蒸氣、氨氣。這些簡單的氣體分子要想成為生物分子，就必須變得足夠復雜。合成復雜物質是需要消耗能量的。 值得慶幸的是，在原始地球上有各種形式的能量可供利用。首先，原始大氣沒有臭氧層，陽光中的紫外線可以毫無顧忌地進入大氣，這為地球帶來了能量。其次，原始大氣中會出現(xiàn)閃電，閃電是一種能量釋放現(xiàn)象。再次，原始地球上火山活動頻繁，火山噴發(fā)可以釋放大量熱量。 簡單的氣體分子在吸收了能量之后，它們會變得異常地活潑，進而產生化學反應，形成復雜的(生命)物質。美國的科學家米勒是diyi位模擬原始地球的大氣的條件，成功地合成出復雜（生命）物質的科學家。 第二集 生命怎樣誕生 米勒設計了一套玻璃儀器裝置。球形的玻璃容器里模擬的是原始地球的大氣，主要有氫氣、甲烷和氨氣。在實驗過程中，需要把燒瓶里的水煮沸，這模擬的是原始海洋里的蒸發(fā)現(xiàn)象。球形的電火花室里外接有高頻線圈，使電極可以連續(xù)火花放電，這模擬的是原始地球大氣中的放電現(xiàn)象。放電進行了一周，讓米勒驚喜的是，實驗中產生了多種氨基酸。 氨基酸和核苷酸是動植物體內普遍存在和ZZ重要的兩種生物小分子，它們是建造生命大廈的磚塊和石頭。 由不是生物體基本結構單元的無機小分子演變?yōu)樯镄》肿樱@無疑是生命進化過程中至關重要的一步，但是呢，由于生物小分子畢竟過于簡單，只有它們演變成更為復雜的生物大分子之后，才能導致生命的誕生。 在原始地球上，自然合成的氨基酸和核苷酸隨雨水匯集到湖泊海洋里。礦物粘土把這些生物小分子吸附到自己周圍，在銅、鋅、鈉、鎂等金屬離子催化下，許多氨基酸分子通過脫去水分子而連接在一起，形成更為復雜的分子，也就是蛋白質分子。同樣，許多核苷酸分子可以通過脫去水分子而連接在一起，形成更為復雜的分子，也就是核酸分子。 核酸是生物的遺傳物質，生物體生長、繁殖、行為和新陳代謝的信息就包含在核酸分子里核苷酸的排列順序中，可以說，每一種核苷酸排列順序都是一篇記錄著生命信息的文章，書寫的文字就是核苷酸。核酸是生命的信息分子，對于生命是重要的。然而核酸的功能卻是通過蛋白質來實現(xiàn)的，就連核酸本身的復制都需要蛋白質參與。 原始地球的湖泊海洋里出現(xiàn)了核酸和蛋白質以后，也許有人認為生命從此就誕生了，因為自然界中一些病毒就是由核酸和蛋白質組成的，而類病毒就更是簡單得可憐，只是一個核酸分子，這個核酸分子能侵入植物細胞并使植物得病，馬鈴薯紡錘狀塊莖病就是這種類病毒感染的結果。 病毒和類病毒只能在活細胞內生存繁殖，至于是不是一種生命形式，目前還存在爭議。 生物為了適應環(huán)境，在進化過程中，它必須從簡單到復雜、從低級到高級這樣一個過程當中進行演化，而一個簡單的分子，在傳宗接代過程中是無能為力把其它物質聚集在自己周圍的，它必須形成具有一定結構的復雜形態(tài)的實體。 在原始海洋里，隨著時間推移，自然合成的生物大分子濃度越來越高，Z終形成了具有一定形態(tài)結構的分子實體，并進一步進化為Z原始的生命。 第三集 遺傳物質的進化 眾所周知，核酸是當今地球上所有生物的遺傳物質，它攜帶著生命信息，又能自我復制。核酸有兩種：一種是核糖核酸，又叫RNA，在RNA病毒和類病毒中，RNA攜帶著全部生命信息；另一種是脫氧核糖核酸，又叫DNA，它是目前絕大多數(shù)生物的遺傳物質。 種種跡象表明，原始地球上首先出現(xiàn)的復雜分子可能是RNA，為什么這樣說呢？ 首先，RNA分子比較簡單，只有一條鏈，DNA分子卻很復雜，有兩條鏈，按照進化規(guī)律，簡單的分子總是Z先出現(xiàn)。其次，DNA分子自我復制時離不開酶，酶的本質是蛋白質，在原始地球上，在蛋白質沒有產生以前，DNA分子是無法完成自我復制的，然而有些RNA分子本身就有酶的活性，在原始地球條件下，即使沒有蛋白質，RNA也可以完成自我復制。 在生命起源中，RNA先發(fā)生的學說能夠被科學界更多的學者所接受，但是要想真正地證明RNA是Z早發(fā)生的遺傳物質，還存在很多的問題，Z大的問題是，要想在模擬原始的條件下合成RNA非常困難。 長期以來，人們總以為只有核酸才是遺傳物質，近年來生物學家發(fā)現(xiàn)，瘋牛病、瘋羊病的病原體是朊病毒，朊病毒的本質是蛋白質，可以自我復制，這啟發(fā)人們，蛋白質也可以作為遺傳物質。 其實，和核酸一樣，蛋白質的分子結構十分規(guī)則，而且也有螺旋結構?？茖W家長期研究后發(fā)現(xiàn)，蛋白質完全具備遺傳物質的條件，能夠貯藏、復制和傳遞生命信息。 我們知道，蛋白質是由氨基酸組成的，通過氨基酸和氨基酸配對，可以把遺傳信息傳遞給下一代。 通過實驗，劉次全研究員提出了氨基酸的配對模型，并且在此基礎上，繪出了一張很有特色的遺傳密碼表。 在原始地球上，Z早能夠進行自我復制的分子可能是蛋白質，那時的蛋白質既能貯存或傳遞遺傳信息，又能執(zhí)行特定的生物學功能。 對于原始生命來說，蛋白質的這種性質是十分經濟的，后來隨著生命進化，蛋白質貯存或傳遞遺傳信息的功能交給了RNA，然而RNA不夠穩(wěn)定，隨著生命繼續(xù)進化，又出現(xiàn)了DNA，DNA是后來才出現(xiàn)的遺傳物質。 DNA作為遺傳物質的好處是：diyi，DNA的某些部位與RNA相比，少了氧原子，氧原子是非?；顫姷?，這樣DNA更加穩(wěn)定，能夠更好地保存生命信息，第二， RNA是單鏈，如果受到損傷，生命的信息勢必丟失，DNA則是雙鏈，一條鏈發(fā)生損傷后，可以根據(jù)另一條鏈進行修復，生命信息不易丟失。 因而，今天地球上的生命選擇了DNA作為遺傳物質，這也是生物在自然界中長期進化的結果

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