地球早期生命环境的演化
关键词：早期生命天体撞击全球大冰期
摘要:地质记录告诉我们,在地球约46亿年
的整个历史中经历了无数次大大小小的劫难,其中在地球生命处于起源和早期演化阶段的前寒武纪,首先是―狂轰滥炸‖ ,4. 5 亿～3. 8 亿年前由太阳系形成时留下的岩石体———小行星仍不断撞击着地球并烧焦了整个地球;后来的
―雪球‖ ,2. 2亿～1. 8亿年及大约6亿年前也许是大气中氧气的增加或Π 和二氧化碳或Π 和氨气或Π 和甲烷等温室气体的缩减,使我们的星球进入冰封期。显然,生命挺过了所有的磨难,并以柔克刚的脱颖而出,甚至与环境相互作用共同向高级阶段演化。在至少38 亿年前,随着―狂轰滥炸‖ 的停止,原始的生命也许已出现在地球上;到大约5. 8亿年前, ―雪球‖ 刚结束,新元古代末期的埃迪卡拉大辐射和早寒武纪生命大爆发就接接踵而来,似乎早期地球生命大的进步性演化都是由大的劫难诱发的。
1 概述
地球早期生命及其环境的研究是当今国际地质科学、生物科学及环境科学共同关注的热点之一。近年来随着人类对地球环境问题的日益重视,从更深层次解释生命与环境之间
的相互关系就显得格外重要。地层古生物学研究告诉我们,现在繁盛于地球的各种众多高等的复杂生命类型其实是由
低等的简单有机体经历了漫长地质时期的进化和分异的结果。化石记录显示,地球生命的许多重大的演化都发生在寒武纪以前的地球早期阶段,并与当时的环境戚戚相关。因此,地球早期生命环境的研究,对于我们深入了解地球环境在地质历史上的演化过程及对地球生命演化所起的重要作用,进而为我们保护赖以生存的环境提供有益的启示和参考,有着特殊重要的意义。
2 早期生命的环境
已知地球形成于约46亿年前,它的幼年是不解之谜最多的时期,其地质纪录不但非常模糊,而且还大多被几十亿年的板块构造作用和侵蚀作用所消除。然而,地球历史最初的10亿年中,早期的生命扰动可能就已存在,有机分子系统可能已经在自我复制,并从化学反应和太阳辐射中获得能量。美国哈佛大学地球化学家Heinrich D. Holland[1 ]通过对阿基利亚岛(Akilia Island) 条带状铁质岩组(Banded Iron F ormations ,简称BIFS) 中的δ 13C值测定,甚至认为地球生命的存在超过38. 5亿年。由于早期生命的化石极其稀少,而且还被结晶作用破坏,许多研究生命起源的学者们转而求
助于地质学。希望弄清地球最初有生物居住时其表面及大气的状况。为了揭示最初的生命是什么样子,人们运用了各种技术手段,想从长期找不到化石的古太古代岩石中索取更多的与生命有关的信息。并在实验室里努力探索早期生命可能相似的化学反应过程或根据现代生物的基因去推理其遗传性质。尽管如此,地质学研究仍然离不开各种丰富的想象力,甚至包括拔着自己头发升空的假说。结合现代天文学研究的成果,目前地质学界普遍接受的看法是,地球形成后最初的5 亿年,狂轰滥炸般的天体撞击使整个地球异常的灼热,以致于一些学者认为:生命最初的发展也许并不在地球上,而是可能在地球以外的某个温和的世界,由彗星捎带到地球上来的。狂轰滥炸般的天体撞击停止后,地球可能又会遇到新的磨难。年轻的太阳虚弱而冷漠,使地球长期徘徊于冰封—准冰封状态,像个―雪球‖ 。此外,氧气开始在大气圈泛滥,一方面加剧了地球的冻结,另一方面也威胁着厌氧的最初生命。目前流行的看法认为,地球早期生命经历的最主要的两大磨难就是―狂轰滥炸(HeavyBombardmen t)‖ 和―雪球(Snowball Earth)‖,其中可能分别包含若干个百万年的间歇期,使生命得以喘息和恢复。这些重大地质事件的记录,已经或正在被地球化学、岩石学、地层学及古生物学研究陆续发现。显然,生命在所有这些劫难中存活下来,不但得以演化发展,而且还改造了自身所处的环境。2. 1 ‖ 狂轰滥
炸‖美国斯坦福大学地球物理学家Norman H. Sleep 和国家航空航天局(NASA) 阿莫斯研究中心的行星物理学家K evin J . Zahnle[2 ]认为,在距今46亿～38亿年期间,尤其是最初的5亿年,太阳系形成时离散的岩石体及其它物质(即,小行星及彗星) 不断地撞击着地球和其他行星。这些撞击中至少有一次是极其巨大的,撞击体可能有火星那么大,甚至更大。这次大撞击可能发生在地球形成后的1亿年内,撞击甩出的一大块或一大堆物质最终形成了月球。今天,我们仍可从月球及许多行星表面密集分布的由这类撞击造成的巨大环形山,想象这场持续约8亿年之久的狂轰滥炸的规模和后果。此后,来自地球本身岩石圈内和彗星撞击带来的水汇聚成了遍布地球的海洋,为生命提供了摇篮(最近,全世界各大天文台站都观测到木星轨道附近的利内亚尔彗星在接近太阳时化为水蒸气的过程,计算证明它几乎全由冰雪团块组成,含水量多过33亿kg。NASA的专家John Mumma 认为如它撞向地球,将在大气层上部解体,释放出大量的水和未受伤的有机分子) 。他们还指出,我们现在仍可看到月球上被称为―月海‖ 的1 000 km宽的盆地就是天体撞击的证明。40亿～38亿年前这段时间,地球作为一个比月球更大的靶子,而且又有更强的引力,可能会遭受数以百计的较大规模撞击。其中可能有几次是由直径约500 km的天体所为,足以产生蒸发全球海洋2700 年,毁灭地表及近地表地下
全部生命的超高温大气圈。尽管环境严酷,但最初的简单生物大多能在这场狂轰滥炸停止后的几亿年就又浮现出来。最早可识别的化石出现于南非Onverwacht 群、Fig Tree 群、西澳大利亚Warrawoona 群及Apex玄武岩组的燧石层中,它们都是丝状的微生物化石,同位素年龄35 亿～32 亿年(与生命有关的同位素遗迹则可能上溯到38. 5亿年之前) 。美国加利福尼亚技术学院的行星物理学家K evin A. Maher和David J . Stevens on[3 ]认为,生命可能起源于更早的毁灭性大撞击的间歇期,只是后来又被下一次大撞击所消除。他们称之为生命的―撞击挫折( Impact Frustra2tion)‖ 。既使在大规模毁灭性的撞击结束后,较小的撞击可能仍持续到38 亿年前,Sleep 和Zahnle[2 ]强调,任何幸存的生命也许只适于生活在地壳深处,那里的温度相当高,这也许可用来解释为什么被认为是今天所有生命祖先的微生物,它们的基因大多普遍能耐高温,有的至今仍活跃在温度达113 ℃或更高的热泉中。Sleep 和Zahnle[2 ]指出,严酷的―狂轰滥炸‖ 和微生物的出现是相匹配的,暗示着另一种可能:地球是被来自别处(很可能是火星) 的生命播下了种子。计算显示,因大撞击而从火星飞溅出的岩石可能早已落到了地球上。它们足以将火星微生物(也许是岩石包裹的孢子) ,在死于严酷的太空旅行之前快速输送到地球。Sleep 和Zahnle[2 ]还认为,那时的火星具备比地球更有利
于生命的环境。它是一个比地球小的靶子,而且吸行小行星的引力也较小。所以毁灭性大撞击的几率较地球低。火星也许没有海洋,或仅有小而浅的海洋,所以一次约500 km直径的天体撞击产生的水蒸气,仅几十年内就可凝结成液态水,这就可以给地表下的生命一次生存的挣扎机会。此外,火星内部温度相对不高,允许微生物钻入这个星球内的更深处,远离被撞击烧焦的表面。火星生命的存在及登陆地球的可能性正再度引人关注。美国NASA的Donald D. Bogard 和Pratt Johns on[4 ]研究了1970年代中期以来从南级洲冰盖中收集的一些陨石,其中有5块标本因撞击形成的玻璃内含微气泡,测定发现其气体成分与1976 年美国航天探测器―海盗(Viking)‖ 在火星上测定的大气成分一致,从而证明它们是来自火星的陨石。此后,Harry Y.McSween J r.[5 ]发现1984年收集于南极洲Hills地区Far Western冰盖的编号ALH84001陨石在氧同位素分布及矿物学特征上与那5块陨石都属于火星上的相同岩组。它重约 1. 9 K g ,同位素年龄(Rb - Sr法,Nd - Sm法及Ar - Ar法) 约45 亿年,呈马铃薯大小的淡绿灰色石头。成分以硅酸盐为主,其98 %为粗粒状斜方辉石。它的一个长约 2 mm的切片内生有几个直径约200μm的碳酸盐小球,小球及其周围的多环芳烃(PAH) 有机化学物浓度最高,表明小球形成时截留了很可能是生物分解的腐殖质。小球富含菱镁矿(MgCO3 ) 、菱铁矿
(FeCO3 )及少量碳酸钙和碳酸锰。透射电镜观察发现,其碳酸盐基质中与硫化物细粒共生的磁铁矿(Fe3O4 ) 晶粒在大小、纯度、形态及晶体结构上,特别是其呈链状排列这一方式上,具有地球上细菌成因的磁铁矿特征。NASA的David S. McK ay等人[6 ]用扫描电镜详查又发现,这些碳酸盐小球含有长40～80μm的卵球状及长达380μm的分节管状体,很象是微生物化石。这些现象说明火星至少在当时可能存在液态水及微生物生命形式。总之,现在掌握的资料显示,无论当时的环境如何恶劣,至少在38亿年前的地球上已经存在低等的微生物生态系统。2. 2 ―雪球‖早期地球生命可能还面临着另一种威胁:长时间的深度冻结。天体物理学家们相信,46亿年前地球形成之初,当时的太阳光照比现在要弱25 %～30 % ,这足以使地球从两级到赤道的地表水全部冻结,直到20亿年前太阳辐射出足够的热量时为止,美国宾夕法尼亚大学行星气象学家K en Caldeira 和James F. K asting[7 ]就持这种看法。然而,地质记录显示,我们不仅看到了约35亿年前清晰的生命迹象,而且地层中还有流水及其侵蚀的痕迹。光合作用的遗迹已在约27亿年前的海相岩石中找到,看来海洋并未被长时间冻结。虽然,被普遍认为是最古老的真核生物实体化石的大型光球疑源类(0. 2～6mm) 产自华北串岭沟组地层,其同位素年龄19 亿～18 亿年。但最近在澳大利亚西南部皮尔利亚拉沙漠沉积岩钻井
样品中却发现了年龄为27 亿～25 亿年的真核细胞膜特征组分—甾醇。说明至少地球在那时并未陷入长期的深度冻结,生命已相当繁茂和多样化。多年来,研究者们在解答―虚弱年幼的太阳‖ 未使地球长期冻结的原因时,认为这要归功于当时的大气圈拥有300～1000倍于今天的二氧化碳含量产生的强烈温室效应。但如此高浓度的二氧化碳大气将会与土壤中的铁结合,在太古代岩石中留下含铁碳酸盐,但这种情况并未发现。后来,美国SETI学院的宇宙化学家Carl Sagan 和Christopher Chyba[8 ]提出另一种解释:大气圈中高浓度的氨气也能支持早期地球的温室效应。但阿莫斯研究中心的宇宙化学家Christopher McK ay 等人[9 ]却认为,这个论点也存在问题:因为对阳光敏感的氨气需要一层甲烷雾来保护,而这种雾又会将阳光大量地反射回太空,所以会抵消地球上氨气温室所产生的热。然而,K asting在1997年7月圣地亚哥召开的生命起源研究国际学术讨论会上,从另一个角度提出一种新解释:甲烷也是一种强温室气体,它产生于生命本身。他论证了由古甲烷细菌生产的甲烷量比今天的要高出1000倍。现代池沼、河底及填埋地下的淤泥中生产甲烷的微生物可能就是那些古甲烷细菌的后裔。K asting认为,如此高的甲烷浓度之所以可能存在,其关键是当时缺乏游离氧。一个甲烷分子飘进今天含20 %氧气的大气圈,仅12年就会被氧化殆尽。而大约28亿年前的大气圈中缺乏氧
气,根据他和宾夕尼亚大学的Lisa Brown 计算,一个甲烷分子那时可存在 2 万年之久。甲烷与少许二氧化碳的结合,还可防止那种会冷却地球的甲烷雾形成,进而就可解释:尽管那时的太阳―年幼虚弱‖,但借助不断渗出的甲烷形成的保暖毯子,生命自身可以温暖潜在的冰冻世界,使之维持在生命能够繁衍的某一温度范围内。McK ay 等人[9 ]认为这个论点似乎有道理,但还需作更多的有关大气圈的化学实验。已知,22 亿年前的矿物和同位素研究确实暗示微生物在释放甲烷,而且当时的游离氧极其稀少。虽然阿基利亚岛及格陵兰岛38. 5亿及38亿年条带状铁质岩(BIES) 的存在,说明至少那时海洋光合作用生物已在不断地制造氧气,但它们差不多都被用于氧化海洋中不溶的铜、铁及火山喷出物质,几乎没有进入大气圈。仍要说明的是,现有的地质数据表明那时的大气圈中氧气浓度上限大约已达0. 1 % ,而按K asting的说法,实际上要求大气圈没有氧气才能说得通。这一点引起了澳大利亚悉尼大学地质学家Jochen J . Brocks 等人[10 ]的质疑:如果甲烷生产者的确温暖了地球,那么其他微生物也可能会因释放氧气而一不留神冷却了地球。澳大利亚昆士兰大学地质学家K ennethD. C ollers on 和Balz S. K amber[11 ]测试的同位素和矿物数据显示,在大约22亿年前,随着太阳光照的增强及真核生物的出现,那时大气圈中氧气的浓度也许已爆发性的跃升至相当于今天的10 %～
15 %。从22亿～18亿年前,或许是因为火山减缓了喷发,减少了与氧气的化合物产生;或许是海洋中大量繁盛的包括藻类的光合作用蓝细菌在内的浮游疑源类和底栖微生物席及其形成的叠层石礁的产氧量增加;或许是其他目前尚不得而知的什么原因,光合作用产生的氧气含量终于跃升到可以施加明显影响的程度。这样一次氧气跃升可能会迫使那时长期占主导地位的厌氧生物要么去设法适应新的环境,演化成氧呼吸生物;要么就走向灭亡或隐藏到贫氧的海底和湖底淤泥中(也许在那里它们繁衍至今) 。然而,K asting推断,这将产生一个严重后果:氧气将消灭甲烷,瓦解温室,使地球迅速冷却冻结。西澳大利亚大学的古地磁学家Davis Evans 等人[12 ]也发现,南非的22亿年前的冰川沉积明显形成于当时的赤道附近靠近海平面处,他们由此断定,冰川深入低纬度海平面之际,正是大气中氧气含量暴涨之时。如果低纬度海平面存在冰川,那么地球其他地方也都会冻结,整个海洋也会被一层厚冰层封盖。此前,美国加州理工学院的Joseph L. K irschvink 在1992年[13 ]就已率先提出全球性大冰期———―雪球‖ 概念。他发现新元古代冰碛物中混杂着富铁沉积物,并解释这是因为长期冰封的全球海洋缺氧(大气中的氧无法溶入冻结的冰面) ,使海底火山排出的铁很容易溶解水中并越积越多。一旦解冻,积累在大气中的氧气会大量溶入海水,促使积累在水中的铁大量析出与冰碛物一
起沉积。最近,K ischvink又提出新的观点:南非大面积的锰矿沉积也是这种成因。美国科学院院士,哈佛大学地质古生物学家Paul F. Hoffman 等人[14 ]通过对非洲纳米比亚新元古代地层剖面的研究认为,距今6亿年前后,地球曾陷入突发性的全球规模持续上千万年的严寒,以及随之而来的几千年酷热多次。因为,一旦地球两极冰盖扩张越过南、北纬30°,即冰川面积超过地球表面50 % ,白色的冰雪对太阳辐射的反射率就开始加速增大,产生逃逸反射反馈效应(Runaway Albedo Feedlack) ,使地球一发不可收地降温冷却,迅速达成全球表面冻结。此后,逃逸反射反馈效应会继续巩固并维持这种冻结状态,使地球长期处于年均气温- 50 ℃(现代约18 ℃) 的―雪球‖ 状态,足以在洋面形成 1 km厚冰层。通常只有待火山活动排出的二氧化碳升高到约350 倍于今天大气中二氧化碳浓度时,才能以足够强大的温室效应使―雪球‖ 解冻。而一旦解冻进行到超过地球表面50 % ,相反的反馈效应会使解冻以加速度发展,也许仅几万年就可完成。紧接着就是一场全球大酷热,因为使―雪球‖ 解冻的超高浓度二氧化碳大气足以把地球表面温度提高到年均约50 ℃。如此极端的气候急剧转换,在距今7. 5亿～5. 8亿年间也许发生过 4 次之多。Hoffman 等人认为有两个有力的证据可以支持这一论点: (1) 几乎所有的新元古代冰川沉积上面都―突然地‖ 覆盖着暖水环境沉积的碳酸盐岩—
——―盖帽碳酸岩(Cap Carbonate)‖ 。(2) 碳酸盐岩的δ 13C值负异常暗示洋面生物生产量衰萎达数以百万年计之久。如此全球规模的严寒和酷热剧烈转换,意味着地球生命要经历巨大的磨难。尽管如此,地球生命顽强地存活下来,并在―雪球‖ 之后空前繁盛起来。正如其此前以柔克刚地经受了天体撞击和氧气泛滥等种种考验那样,也许正是这一次次的磨砺,激发了早期地球生命在严酷环境压力下一次次强烈的反应—基因的突变和重组,积累的基因多样性终于引发了约 5. 8亿年前的新元古代末期埃迪卡拉型动物大幅射( Ediacaran Radiation)[15 ]及约5. 3 亿年前的寒武纪生命大爆发(Cambrian Explosion)[16 ]。
3 早期生命环境研究展望
笔者近年在我国华北及华南地区早期生命环境研究中发现,重大的环境突变必将带来生物群的巨大变化。例如,新元古代冰碛岩是一套很好的标志层,它的之下,化石种类较单调,通常以光球类的微生物化石及一些简单的碳质宏体化石为特征,而且叠层石礁碳酸盐岩异常发育,华北青白口纪辽南生物群及徐淮生物群正是如此;而那套冰碛岩之上,化
石种类骤然增多,出现大量的具刺疑源类微生物化石、许多形态各异的碳质及几丁质宏体化石,碳酸盐岩中的叠层石礁明显减少,华南震旦纪西陵峡生物群、高家山生物群、庙
河生物群、蓝田生物群及瓮安生物群就是实证。这显然与“雪球” 有关,其中的前因后果现正在探讨中。为揭示其更深层次的环境突变机理,我们正对生物群发生明显变化的层位运用地球化学手段进行研究。虽然这方面的工作尚处于初级阶段,但前景十分看好。另一方面,由于地球早期生命环境研究涉及到极端环境下的生物群特征,对探讨高温、高压、低温、低压、硫化、硅化、高酸碱度及强辐射等极端环境下生物适应、营养、代谢、繁衍、休眠、变异及演化成败的原由,对探讨各种地内及地外环境因素与地球早期生命的起源和演化之间极其复杂而微妙的相互关系,对密切关注并尽量避免或消减可能引发灾难性环境突变的诱因出现,保护浩瀚宇宙中目前我们人类唯一赖以生存的渺小家园———地球的环境,有着十分重要的科学意义和启迪作用。现代天文学研究证实,生命并不限于地球。虽然至今尚未发现地球以外的其他天体有类似地球的高等生命存在,但从广泛分布于太空的大量宇宙尘埃中已探测到不仅有相当多的有机物质,而且甚至还有微生物存在。除了我们早已知道彗星中存在大量由水固结的冰外,NASA于2001年2月28日和2002年3月1日分别公布的“伽利略” 航天器发回的照片,以及“奥德塞” 火星探测器发回的伽马射线和超热中子通量探测图像显示:木星最大的卫星———木卫3表面存在由冰火山喷出水和烂泥形成的构造;火星南极地下1 m之
内存在大量水固结成的冰。加上此前发回的火星表面存在水流作用形成的河床、峡谷及沉积岩层的照片。这些都充分说明,作为生命最基本条件之一的水在宇宙中并不像我们过去想象的那么缺乏。而且,有的行星也存在火山活动、板块构造运动以及地热资源等至少可适合微生物生命活动的环境。联想到地球早期严酷环境下仍能顽强生存下来的那些古老生命,地球以外的天体存在类似的情况不是没有可能。随着我国载人航天及登月计划的启动,宇航活动中接触甚至感染地外微生物可能带来什么样的后果? 地外生命与地球生命的起源和演化有什么关系? 如何在地外环境建立科研生产基地? 诸如此类的许多问题,已不可避免地突现出来。由于地球早期生命环境和可能的地外生命环境存在可比性,因此该领域的研究将获得一个新的生长点。
参考文献
[1 ] Holland HD. Evidence for life on Earth more than 3850 million years ag o [J ] . Science , 1997. 275 : 38 – 39 [2 ] Sleep NH , Zahnle K J . Refugia from asteroid impacts on early Mars and the early Earth [J ] . Journal of
G eophysical Research ,1998 , 103 , 28529 – 28544
[3 ] Maher K A , Stevens on DJ . Impact frustration of the origin of life [J ] . Nature , 1988 , 331 : 612 – 614
[4 ] Bogard DD , Johns on P. Martian gases in an Antarctic meteorite [J ] ? Science ,1983 , 221 : 651 – 654 [5 ] McSween H YJr. What we have learned about Mars from SNC meteorites [J ] . Meteoritics , 1994 , 29 : 257 – 779
[6 ] McK ay DS , G ibs on EK, Jr. Thomas - K eprta K L , et al . Search for past life on Mars : possible relic biogenic activity in Martianmeteorite ALH 84001 [J ] . Science , 1996 , 273 : 924 – 930
[7 ] Caldeira K, K asting JK. Susceptibility of the early Earth to irreversible glaciation caused by carbon dioxide clouds [J ] . Nature ,1992 , 359 : 226 – 228
[8 ] Sagan C , Chyba C. The early faint Sun paradox : organic shielding of ultraviolet - labile greenhouse gases [J ] . Science , 1997 ,276 : 1217 – 1221
[9 ] McK ay DP , Lorenz RD , Lunine J I. Andalytic s olutions for the antigreenhouse effect : Titan and the Early Earth [J ] . Icarus ,1999 , 137 : 56 – 61
[10 ] Brocks J J , Logan G A , Buick R , et al . Archean molecular fossils and the early rise of eukary otes [J ] . Science , 1999 , 285 :1033 – 1036
[ 11 ] C ollers on K D , K amber BS. Ev olution of the
continents and the atmosphere in ferred From Th - U - Nd systematics of the depletedmantle [J ] . Science , 1999 , 281 : 1519 – 1522
[12 ] Evans DA , Beukes NJ , K irschvink T L. Low - latitude glaciation in the Palaeoproteroz oic era [J ] . Nature , 1997 , 386 : 262 -266
[ 13 ] K irschvink JL. Late Proteroaoice low - latitude global glaciation : the Snowball Earth [M] . In Schopf JW, K lein C eds. The prot2eroz oic Biosphere , New Y ork : Cambridge Univ. Press. 1992 , 51 – 52
[14 ] Hoffman PF , K au fman AJ , Halvers on GP ,et al .
A Neoproteroz oic Snowball Earth [J ] . Science , 1998 , 281 : 1342 – 1346
[15 ] C onway Morris S. The fossil record and the early ev olution of the Metaz oa [J ] . Nature , 1993 , 361 : 219 –225
[16 ] 陈均远,周桂琴,朱茂炎,等. 澄江生物群———寒武纪大爆发的见证[M] .台北:台湾自然博物馆出版,1996 :1 - 222
地球早期生命环境的演化 关键词：早期生命天体撞击全球大冰期 摘要:地质记录告诉我们,在地球约46亿年 的整个历史中经历了无数次大大小小的劫难,其中在地球生命处于起源和早期演化阶段的前寒武纪,首先是―狂轰滥炸‖ ,4. 5 亿～3. 8 亿年前由太阳系形成时留下的岩石体———小行星仍不断撞击着地球并烧焦了整个地球;后来的 ―雪球‖ ,2. 2亿～1. 8亿年及大约6亿年前也许是大气中氧气的增加或Π 和二氧化碳或Π 和氨气或Π 和甲烷等温室气体的缩减,使我们的星球进入冰封期。显然,生命挺过了所有的磨难,并以柔克刚的脱颖而出,甚至与环境相互作用共同向高级阶段演化。在至少38 亿年前,随着―狂轰滥炸‖ 的停止,原始的生命也许已出现在地球上;到大约5. 8亿年前, ―雪球‖ 刚结束,新元古代末期的埃迪卡拉大辐射和早寒武纪生命大爆发就接接踵而来,似乎早期地球生命大的进步性演化都是由大的劫难诱发的。 1 概述 地球早期生命及其环境的研究是当今国际地质科学、生物科学及环境科学共同关注的热点之一。近年来随着人类对地球环境问题的日益重视,从更深层次解释生命与环境之间
的相互关系就显得格外重要。地层古生物学研究告诉我们,现在繁盛于地球的各种众多高等的复杂生命类型其实是由 低等的简单有机体经历了漫长地质时期的进化和分异的结果。化石记录显示,地球生命的许多重大的演化都发生在寒武纪以前的地球早期阶段,并与当时的环境戚戚相关。因此,地球早期生命环境的研究,对于我们深入了解地球环境在地质历史上的演化过程及对地球生命演化所起的重要作用,进而为我们保护赖以生存的环境提供有益的启示和参考,有着特殊重要的意义。 2 早期生命的环境 已知地球形成于约46亿年前,它的幼年是不解之谜最多的时期,其地质纪录不但非常模糊,而且还大多被几十亿年的板块构造作用和侵蚀作用所消除。然而,地球历史最初的10亿年中,早期的生命扰动可能就已存在,有机分子系统可能已经在自我复制,并从化学反应和太阳辐射中获得能量。美国哈佛大学地球化学家Heinrich D. Holland[1 ]通过对阿基利亚岛(Akilia Island) 条带状铁质岩组(Banded Iron F ormations ,简称BIFS) 中的δ 13C值测定,甚至认为地球生命的存在超过38. 5亿年。由于早期生命的化石极其稀少,而且还被结晶作用破坏,许多研究生命起源的学者们转而求
生命的起源与进化
生命的起源与进化 姓名：蒋巍燃 学号：16444025 专业：工程管理 班级：建管161 生命的进化与人类的未来
摘要：早在很多年前人们就不断地探索生物的起源，也同时思考着他们如何进化，但终究没有得出统一的结果，生物的起源与进化一直都是未解之谜！但随着历史的发展和科学的进步,生物进化思想从早期的萌芽,到自然选择学说、新达尔文主义,从现代综合理论,到分子进化的中性学说,再到新灾变论和点断平衡论等。现代的进化生物学研究从宏观的表型到微观的分子,从群体遗传改变的微进化到成种事件以及地史上生物类群谱系演化的宏进化,从直接的化石证据到基于形态性状、分子证据和环境变迁的综合推理,从基于遗传基础的比较基因组学到演化机理的进化发育生物学等。可以说人类的文明进步是很快的，我们可以通过很多种方法来断定生物的进化方向，也给我们提出了很多具有参考价值的文献，给予了我们现代生物技术的飞速发展！ 关键词：生物起源、生物进化、生物技术发展 正文： 一、生物进化理论的发展历史 生物的进化过程是十分令人感兴趣的，其中“进化论”是被誉为十九世纪自然科学的“三大发现”之一，是伟大的生物学家达尔文所提出的，是现在最具权威的理论，也是现在令大多数人信服的理论，达尔文进化论的创立使得人们对纷繁复杂的生物界的发生和发展有了一个系统的科学认识。让我们看看生物进化的研究历史吧： 1、拉马克的用进废退学说：拉马克在1809年发表了《动物哲学》这一书，详细的阐述了生物进化思想，他认为，自然界的生物都具有变异性，主张生物由进化而来，生物的进化是一个连续而缓慢的过程。 2、达尔文的自然选择学说：19世纪中期，达尔文发表了科学巨著《物种起源》一书，提出以自然选择为基础的进化学说。他的发表宣布了科学的生物进化理论的形成，成为现代生物进化研究的主要源泉理论。该学说指出了生物进化的主导力量是自然选择，与达尔文同时提出类似观点的还有著名的地质学家赖尔和自然科学家华莱士。 3、新达尔文主义：该学说的主要代表人是19世纪末的遗传学家孟德尔、魏斯曼、德福里斯和20世纪初的约翰森和摩尔根等人。其主要工作是通过对遗传物质的基本单位——基因的研究二推出了新的达尔文进化论。
生命的起源和进化测试题 一、选择题 1 下列不属于生命起源的条件的是（）： A、原始大气 B、闪电紫外线等 C、原始海洋 D、原始大气 2、在原始地球条件下，氨基酸等简单有机小分物质的生成和原始生命的诞生场所分别是（）： A、原始海洋和原始陆地 B、原始大气和原始陆地 C、原始大气原始海 D、原始海洋和原始大气 3、原始生命气成分是（）A、水蒸气、氨、甲烷 B、硫化氢、水蒸气、氧气 C、氧气、氮气、水蒸气 D、水蒸气、甲烷、氧气 4、原始生命的代谢类型可能是（）： A、自养需氧开型 B、异养需氧型 C、自养厌氧型 D、异养厌氧型 5、结晶牛胰岛素的人工合成是生命科学上重要成果，它为生命起源问题的哪个阶段提供了有力证据？（）： A、从无机小分子物质生成有机小分子 B、从有机小分子物质形成有机高分子物质 C、从有机高分子物质组成多分子物质 D、从多分子体系演变为原始生命 6、关于生命的起源，下列叙述中哪一项不正确（） A、生命起源于非生命物质 B、生命起源于原始陆地 C、原始大气的主在成分是水蒸气、氨气、甲烷等 D、现代地球上不可能再形成原始生命。 7、已知物种A的化石比物种B的化石在地层中出现晚得多，由此可知（） A 物种A比物种B数量多 B 物种A比物种B结构复杂 C 物种A一定从物种B进化而来 D 物种B一定从物种A进化而来 8、下列哪项不属于生物进化的证据（） A、化石证据 B、分子生物学证据 C、解剖学证据 D、体型较大证据 9、下列植物中，最低等到的是（） A、藻类植物 B、苔藓植物 C、蕨类植物 D、被子植物 10、考古工作者发现，最古老的生物化石均为水生生物，并且，在越早的形成的地层里，水生生物的化石越多，在越晚形成的地层里，陆地生物的化石越多。这一事实说明了生物的进化方向是（）A、从水生到陆生B、从简单到复杂C、从低等到高等D、以上三者 11、我国饲养金鱼已有900多年的历史，现在数百个品种，金鱼品种多种多样的原因是（） A、自然选择的结果 B、人工选择的结果 C、金鱼适应多种不同环境的结果 D、我国鱼类资源丰富的结果 12、19世纪中叶，生活在英格兰彻斯特的桦尺蛾大多数是浅灰色的，但一百年以后，曼彻斯特变成了一个工业城市，而此时生活在此地的桦尺蛾多数是深黑色的。桦尺蛾的这种变化是（）A、人工选择的结果 B、自然选择的结果 C、工业粉尘染黑的结果 D、桦尺蛾只产生深色变异的结果 13、某植物单株年产量数百粒种子，其中大部分被鸟类所食，或因气候、土壤、水分等原因不能在第二年长成成株，按达尔文的观点，这一现象说明（） A、物种是可变的B、过度繁殖、生存斗争C、选择的不定向性D、用进废退，获得性遗传
第六章地球的演化与形成 一填空题 1. 节肢动物的三叶虫在（寒武）纪和（奥陶）纪繁盛，到（二叠）纪末期全部绝灭。 2. 早古生代是海生（无脊椎）动物和低等（植物）繁盛的时代。 3. 早古生代是海生无脊椎动物大发展的时期，其中主要类别包括（三叶虫）、（头足类）、（笔石）及（腕足类）。 4. 新生代因（哺乳）动物繁盛而被称为（哺乳）动物的时代 5. 劳亚大陆和冈瓦纳之间的古大洋为（古特提斯）洋。 6. 陆生脊椎动物最早出现在（泥盆）纪 7. 爬行动物最早出现在（石炭）纪 8. 晚古生代海生无脊椎动物以（腕足）类、（珊瑚）类、（有孔虫）和（菊石）最为繁盛。 9. 志留纪的标准化石有（笔石）、（珊瑚）和（腕足）类。 10. 地史上第一次形成广泛陆相沉积的时代是（志留）纪 11. 加里东运动发生在（志留）纪 12. 因（泥盆）纪裸蕨植物特别繁盛而被称为裸蕨植物的时代 13. 三叠纪初期，全球只有一个大陆，称为（联合大陆） 14. 地球上发现的最古老的岩石年龄为（ 4200 ）Ma 15. 早寒武世形成的地层称为（下）寒武（统）或早寒武世地层 16. 地质年代单位与年代地层单位的对应关系：宙（宇）；代（界）；纪（系）；世（统） 二选择题 1. 裸子植物在（）时代最为繁盛 泥盆纪 第四纪 中生代 寒武纪 2. 被子植物在（）时代最为繁盛 早古生代 新生代
晚古生代 3. 地球上最原始的生命出现在（） 1600Ma 3200Ma 2300Ma 1900Ma 4. 裸蕨植物的特点是（） 无根茎叶的分化 根茎叶已完全分化 已有明显的根部，但茎叶尚未分化 只有根和茎，没有真正的叶部 5. 地球上首次出现大规模出现森林的时代为（） 白垩纪 石炭纪 新第三纪 泥盆纪 6. 世界最早的成煤期为（） 侏罗纪 石炭纪 寒武纪
浅谈电影赏析揭秘生命奥妙 谢丽聪 201215080104 预防一班 电影赏析揭秘生命奥妙，不仅用生动活泼的纪录片等让我们对生命进化有了了解，更让我们对生命有了更深刻的思考。人，何为？生命，何为？从古至今人们都希望了解地球上的生命是从哪里来的？生命究竟是怎样产生的？这不仅是科学家感兴趣的问题，也是普通人们所感兴趣的问题，它已困扰了人类几千年。由于生命现象的复杂性质，直到上世纪初，生命起源的研究才成为科学研究中的一个重要领域。远古的时候，人类的智力还很低下，认识能力也很有限，对世界上千姿万态、繁茂复杂的生物，特别是对人类自身是从哪里来的，充满了困惑和神秘感。因此，人们把这个大千世界中未知的神秘现象，编成了各种各样的神话和传说。我国古代就有女娲造人的神话故事。也有“白羊化石”、“腐草化茧”、“腐肉生蛆”的说法。 由于受到研究手段的限制，人类对于生命起源的研究只是到了近代才形成了科学的认识和方法，并确认了生命活动是物质运动的形式之一，它的物质基础是碳、氢、氧、氮，此外还有少量的硫、钙、磷和其它20几种微量元素，以及由这些元素在地球环境中自发产生的蛋白质、核酸、糖类、脂类、水和无机盐等。其中，蛋白质与核酸是生物体最重要的组成部分，也是区别生命和非生命的基本依据。蛋白质的分子量很大，由几千个或百万个氨基酸分子构成，具有十分复杂的化学结构和空间结构，是一切生命
的基础。在生命活动中，蛋白质起着极为重要的作用，如构成生物体的骨架，催化生物化学过程，调节生长、发育、生殖等生理机能。核酸同蛋白质一样，也是生物大分子化合物，基本单元是核苷酸，由磷酸和核糖分子联成长链。核酸有两大类，一种是脱氧核糖核酸，简称DNA，是遗传基因的化学实体，存在于细胞核中，具有特殊的双螺旋结构。另一种叫核糖核酸，简称RNA，存在于细胞质中。因此，生命科学家们力求通过深入了解生命体的分子结构和组成。 浩瀚的宇宙广袤无垠，地球不过只是其中一颗普通的行星，但这颗体积不大貌似普通的蓝色星球却进化出了形形色色的生物从而变得与众不同丰富多彩。关于地球的起源比较公认的假说是约66亿年前银河系里发生过一次大爆炸，约50亿年前尘埃星云开始收缩，轻的物质向外逸散重的物质向内部集中形成行星，而地球约于46亿年前形成。人类的历史只不过只有短短的数百万年该如何确定地球的历史呢？ 由于自然作用在地层中保存下来的不同地史时期生物的遗体、遗物、遗迹，及生物体分解后的有机物残余等统称为化石。化石按保存类型不同可分为实体化石、遗迹化石、模铸化石、化学化石、分子化石等，这些不同分类的化石亦可分为标准化石和非标准化石。在众多的古生物门类中，有些门类特征显著，演化迅速，在反应地质年代上非常灵敏，我们称之为标准化石，如只生存在古生代演化特征明显的三叶虫。非标准化石空间分布的局限性很大演化缓慢，在划分和确定地质年代是只能起辅助作用，如腕足动物舌形贝，其在寒武纪已经出现在现代海洋中仍然十分常见，在几亿年的时间内，这种化石从形态、大小到内部结构几乎没有显著变化。
生命的形成过程 在40亿年前的地球水环境中,原子组合成分子,形成新的四力平衡体,而且地球在形成过程中,已聚合了极多的星际有机分子,这些分子组合成大分子,利用彼此的引力场和反引力场来寻找合适的组合对象.大分子、分子、原子三间也是依靠彼此形成的力场来寻找合适的组合对象,形成新的复杂四力平衡体,其中引力场起到远距吸引作用（5－20个原子直径）,这也就限制了大分子在大范围获得所需的组合对象,因此大分子彼此组合成一种能移动的组织形式,即最原始的海洋微生物.能移动的大分子团主要采用定向释放电磁力的方法,逐渐发展成能在水中游动的原始组织,因此它们能获得大量所需的食物（四力平衡体）,并在体内积存了一些分子,这些分子在原始微生物母体力场导引下,组合成与母体相似的新微生物,这些原始微生物实质上就是一些复杂大分子团形成的四力平衡体,这也是生物基因复制的雏形. 这些大分子团还不是现代意义上的蛋白质与核酸的聚合体,只是多种氨基酸、核苷、磷酸、碳水化合物及其它一些有机小分子的无序聚合体,当核苷和磷酸组成成核苷酸,并逐渐形成核苷酸链,这些核苷酸链形成的力场就对周边的氨基酸形成力场束缚作用,进而组装出肽链.或者先由多种氨基酸组合成肽链所形成的力场对周边的核苷酸形成力场束缚作用,进而组装出核苷酸链,随着形成的肽链和核苷酸链越来越长,分子量越来越大,最终形成核酸和蛋白,核酸与蛋白的形成是彼此相互作用的产物,是同时产生的. 上述“大分子团”就相当于团聚体或类蛋白微球,只不过其中有机
物成分更复杂一些,除了多种氨基酸外,还有构成核苷酸链的组件（核苷、磷酸）及一些如碳水化合物之类的有机分子. 有机生命的产生过程大致分为三步：先是原始地球简单的无机化合物形成原始的有机物质（碳氢化合物及其最简单的衍生物）,二是在第一步基础上,逐渐发展为复杂的有机化合物（糖、核苷酸、氨基酸）和它们的聚合物多糖、核酸和蛋白质,以及其它有机物质,三是随着地球上自然条件的演变,上述物质进行复杂的相互作用,最后产生具有新陈代谢特征、能生长、繁殖、遗传、变异的原始的有机生物. 在各种“类太阳系”的类地行星上,其拥有的碳、氢、氧、氮、硫、磷等有机生物演化必需的化学元素都是相同的,地球有机生物的演化模式在其它类地行星上也适用,那些外星有机生物必然经历从RNA到DNA,从单细胞到多细胞的演化过程.因为在36—40亿年前的地球上,各种有机生物进化繁演模式之间进行着激烈地竞争,最终是最具适应力的RNA繁演模式胜出,这种模式从单一的源扩展到全球,其它有机生物繁演模式被淘汰.也就是说,地球上最初的有机生物繁演模式是最佳的,这种模式可以推广到宇宙中其它类地行星上；当然,核苷酸和氨基酸的种类可能有所不同,而且由于类地行星环境各有不同,有机生物此后的演化之路是大相径庭的,特别是在DNA的基因编码与蛋白质种类上是丰富多彩、千奇百怪的. 各种生物DNA中都有很多不表达的、似乎无用的基因,但生物的进化是非常注意节约的,在生物体最重要的部位（DNA）却有如此多的无用之物,这是不合常理的.笔者认为,这些“无用基因”实际上是“备用基
生命演化历程 生命演化历程纪录地球上生命发展过程中的主要事件。本条目中的时间表，是以科学证据为基础所做的估算。 生物演化指生物的族群从一个世代到另一个世代之间，获得并传递新性状的过程。并解释长时段的生物演化过程中，新物种的生成与生物世界的多样性。经历数十亿年的演化与物种形成，现在的各物种之间皆由共同祖先互相连结。 冥古宙 时代事件 45.7亿年前地球从环绕早期太阳旋转的吸积盘之中形成。 45.33亿年前依大碰撞假说，原始的地球与忒伊亚相撞，在原始地球周围产生一个环，这个 环在数百万年之后形成月球。重力的拉扯使地球的自转轴倾斜，建立了地球生 命的形成环境。[1] 41亿年前地球表面温度降低使地壳得以凝固，大气与海洋形成。[2] 40亿年前最早生命的出现，可能是源于能够自我复制的RNA分子。这些生命的繁殖所需要的资源有限，所以不久之后便开始竞争。由于天择青睐在复制上更有效率 的分子，因此DNA逐渐成为最主要的复制物。之后它们开始在膜内发展，这 些膜拥有更稳定的物理与化学环境，形成了原始的细胞。此时大气中尚未有自 由的氧气存在。 39亿年前后期重轰炸期：地球、月球、火星及金星受到小行星及彗星（微行星）撞击的高峰期。连续的干扰可能诱发生命的演化（参胚种论），海洋被完全煮沸。[3] 细胞以及原核生物出现。这些都是化能生物：以二氧化碳为碳源及氧化无机物 来抽取能量。后来原核生物演化了糖酵解，从如葡萄糖的有机物释出能量。糖 酵解产生了现今所有生物都用到的三磷酸腺苷（ATP）分子来临时储存能量。太古宙 时代事件 35亿年前最后共同祖先出现，细菌及古细菌分裂。细菌发展了光合作用的原始模式，但最初不会产生氧。这些生物透过电化学梯度产生三磷酸腺苷。 33亿年前能进行光合作用的蓝菌出现，它们以水为还原剂，并排出氧。氧首先将海洋中的铁氧化，产生铁矿石。氧在大气层的浓度上升，对很多细菌都有毒。 元古宙 时代事件 25亿年前一些细菌演化到有能力去使用氧来有效的从有机物中抽取能量。差不多所有生物都用相同的三羧酸循环及氧化磷酸化来使用氧。"runawayicehouse" 效应[4]造成休伦系冰期。[5] 21亿年前更多复杂的细胞出现，包括有细胞器的真核生物。最接近的可能就是古细菌。大部份有细胞器的都可能是从共生细菌衍生而来：粒线体会用像现今 立克次体般从有机物抽取能量，而叶绿体则从光及有机物合成能量。这是 共同演化的例子。 12亿年前出现有性生殖，引发更快的演化。[6]大部份的生命于海洋及湖中出现，一些蓝菌已经生活在湿润的泥土中。 10亿年前多细胞生物出现，首先是生活在海洋中的藻及海苔。[7]
生命起源简史与早期生命演化 一、概述 生物演化指生物的族群从一个世代到另一个世代之间，获得并传递新性状的过程。并解释长时段的生物演化过程中，新物种的生成与生物世界的多样性。经历数十亿年的演化与物种形成，现在的各物种之间皆由共同祖先互相连结。 二、冥古宙 开始于地球形成之初，结束于38亿年前。 地球从环绕早期旋转的积吸盘中形成。根据大碰撞假说，原始的地球与忒伊亚相撞，数百万年后形成月球。重力的拉扯使地球自转轴倾斜，建立了地球生命形成的环境。地球原始大气富含甲烷、氨、二氧化碳、水汽等,这些气体在外界高能（紫外线、闪电、高温）的作用下,首先合成氨基酸、脂肪酸等小分子有机化合物.这些小分子有机化合物，在适当的条件下，可以进一步结合成更复杂的蛋白质、核酸等大分子有机物质,经过进一步演化，终于产生了能够不断地进行自我更新的、结构非常复杂的多分子体系，由此产生了原始生命。这些生命的繁殖所需要的资源有限，所以不就之后就开始竞争。由于天择青睐在复制上更有效率的分子，因此DNA逐渐成为最主要的复制物。之后它们开始在膜内发展，形成了原始的细胞。这些都是化能生物：以二氧化碳为碳源及氧化无机物来抽取能量。 三、太古宙 太古宙起始于内太阳系后期重轰炸期的结束（约为38.4亿年前），结束于25亿年前的大氧化事件。 生物的最后共同祖先出现，细菌及古细菌分裂。细菌发展了光合作用的原始模式，但最初不会产生氧。这些生物透过电化学梯度产生三磷酸腺苷。之后逐渐演变出能进行光合作用的蓝菌，它们以水为还原剂并排出氧。氧首先将海洋中的铁氧化，产生铁矿石。氧在大气层的浓度上升，使得地球上原始大气中氧气浓度不断增加。 四、元古宙 元古宙开始于25亿年前，结束于5.3亿年前。 一些细菌演化到有能力去使用氧来有效的从有机物中抽取能量。而且有更多更复杂的细胞出现，包括有细胞器的真核生物。原核细胞没有核膜，没有细胞器，结构简单。真核细胞具有核膜，整个细胞分化为细胞核和细胞质两部分。细胞核内具有染色体，成为遗传中心，细胞质内进行蛋白质合成，成为代谢中心。由于细胞结构的复化，增强了变异性，使得真核生物能够向高级体制发展。最接近的可能是古细菌。大部分有细胞器的都可能是从共生细菌衍生而来。 之后出现有性生殖和多细胞生物，比如生活在海洋中的藻及海苔，引发更快的演化。大部分的生命于海洋及湖中出现，一些蓝菌已经生活在湿润的泥土中。 经历斯图尔特冰期后多孔动物、刺胞动物、扁形动物及其他多细胞生物在海洋出现。刺胞动物及栉水母是最早由神经元的生物，神经元只是一个简单的网，没有脑部或中央神经系统。氧气的积累使臭氧层形成。而臭氧层可阻挡太阳的有害辐射，使生命可以在陆地上发展。寒武纪大爆发产生了现今动物的主要的门。以三叶虫为主的节肢动物是最主要的门。脊索动物的皮卡虫可能是人类的祖先。
第3节地球的演化和生命的起源(见B 本67页) 1．地球的诞生距今约有__46亿__年，地球形成之初是一个由__岩浆__构成的炽热的球。 2．在距今约38亿年前，最原始的生命体在__海洋__中诞生。 3．1953年美国生物学家米勒在实验室用充有甲烷、氨、氢气和水的密闭装置，以加热、放电来模拟原始地球的环境条件，合成了一些__氨基酸__、有机酸和尿素等。由此人们意识到，原始生命物质可以在没有生命的自然条件下产生出来，并推论生命是在此基础上进化而来的。 4．生物起源化学进化过程包括四个阶段：①__无机小分子__生成有机小分子；①有机小分子形成有机高分子——__蛋白质和核酸；①有机高分子物质组成有界膜的多分子体系； ①多分子体系演变成__原始生命__。 A练就好基础基础达标 1．在地球上原始生命的起源过程中，原始生命的物质可能是(B) A. 氨气和氢气 B．原始蛋白质和原始核酸 C．葡萄糖和氨基酸 D．水蒸气和二氧化碳 2．科学家提出原始生命的诞生，运用的科学方法主要是(B) A. 实验B．假说C．观察D．推理 3．地球上原始大气与现在大气的区别是(D) A. 没有氮气B．没有臭氧 C．没有氧气D．以上三项都有 4．大多数人认为原始生命的摇篮是(B) A. 原始陆地B．原始海洋 C．原始大气D．原始土壤 5．目前被广大学者普遍接受的生命起源假说是(A) A. 化学起源说B．自然发生说 C．宇生说D．神创论 6．最初，地球外层的地壳是由岩石组成的，没有土壤。下列生物最早参与土壤形成的是(A) A. 原始苔藓类B．原始蕨类 C．原始两栖类D．原始人类 7．在生命起源的化学过程中所需要的三个基本条件是(A) ①原始大气①宇宙大气①宇宙射线、紫外线、闪电等④原始海洋⑤湖泊、海洋 A. ①③④B．②③④C．①③⑤D．②③⑤ 8．原始地球条件下，最初生成有机小分子物质和有机高分子物质的场所依次是(D) A. 原始海洋、陆地B．原始大气、原始大气 C．原始海洋、原始海洋D．原始大气、原始海洋 9．下列叙述符合生命起源过程的是(B) A. 高温、紫外线、雷电等条件下，水蒸气、氢气、甲烷等气体合成了原始生命 B．各种各样的有机物在原始海洋中逐渐形成了原始生命
生命起源简史与早期生命的演化 生命是世界上很奇妙很独特的东西，不论是古人还是现在的我们都对自己本身的由来以及生命的起源有着浓厚的好奇心，都试图去了解生命起源与进化的全部过程。这学期很荣幸的选上了《生命起源与演化史》这门课，在老师的带领下初步领略了生命起源与演化的神秘过程。 在浩渺无垠的宇宙，地球只不过是亿万星球中的普通的一颗，然而在这个星球上却发生着生命起源与演化的过程。地球诞生于46亿年前，而第一个生命出现在38亿年前，可以看到从地球诞生到第一个生命出现经历了漫长的时间，这是因为地球在其形成的早期，没有适合生命生存的条件，那时地球的大气成分和现在的大不一样，缺氧、缺氮，大部分气体都是二氧化碳、甲烷、氨、硫化氢和氯化氢等，这种条件是不适合生命生存的，而且那时的大气层很稀薄，经常会受到小行星的撞击和宇宙射线的侵扰，再加上当时地球频繁的火山和地震活动，不可能会存在生命的迹象，那时的地球就是个人间地狱。随着地球温度的逐渐降低，大气中的水蒸气陆续凝结，原始海洋的出现为生命的诞生奠定了重要的基础。约在38亿年前，水中开始有了生命的活动，出现了最原始的原核细胞生物——菌类和蓝绿藻，至于最早的生命是如何来的，化学演化说给出了它的说法：原始地球上的某些无机物在来自闪电和太阳辐射的能量作用下，逐渐变成了原始地球上的第一批有机分子。这个理论的依据在于美国一位研究生所做的实验，1953年，美国芝加哥大学的研究生米勒用实验验证了这一假说，米勒将甲烷、氨气、氢气混合在接有正负电极的容器中将加热沸水产生的水蒸气通入容器，通电反应一周用冷凝水冷凝并接收反应产物，结果共生成20种有机物，其中11种氨基酸中有四种是生物蛋白质中所含有的，米勒当时才23岁。于是我们可以知道生命物质化学演化的过程：无机小分子演化为有机小分子演化为大分子演化为多分子体系演化为原始生命。具有原始新陈代谢和自我繁殖能力的原始生命的诞生，标志着生命起源化学进化阶段的结束，生命的演化开始进入生物演化阶段。 然而，地球上的生命由原核细胞生物进化为真核细胞生物却用了18亿年的时间，大约在20亿年前，地球上开始出现了由真核细胞组成的生物。如此漫长的时间令我们无法想象生命的进化竟是如此的艰难。最先出现的真核生物依然是藻类，它们的光合作用能力更加强大，不断地释放氧气和消耗二氧化碳，使得地球上的游离氧不断地增多，地球也开始向富氧的环境发展，绿色藻类的大量繁殖，更加快了大气和海洋环境的变化，地球变得更易于生命生存，生命开始出现欣欣向荣的景象。最早的动物化石出现在前寒武纪晚期。软躯体后生动物在震旦纪冰期之后得到突发性的迅猛发展，在距今7亿～6亿年间成为海洋生物的统治者。进入寒武纪（距今6亿年）后，软躯体后生动物衰退，带壳后生动物随之兴起。这一生物发展阶段出现了发生在澳大利亚著名的埃迪卡拉动物群，作为生物演化的产物，埃迪卡拉动物群可能是一个不成功的例子，因为它的演化只经历了一段时间，
生命的起源与进化 姓名：蒋巍燃 学号：16444025 专业：工程管理 班级：建管161
生命的进化与人类的未来 摘要：早在很多年前人们就不断地探索生物的起源，也同时思考着他们如何进化，但终究没有得出统一的结果，生物的起源与进化一直都是未解之谜！但随着历史的发展和科学的进步,生物进化思想从早期的萌芽,到自然选择学说、新达尔文主义,从现代综合理论,到分子进化的中性学说,再到新灾变论和点断平衡论等。现代的进化生物学研究从宏观的表型到微观的分子,从群体遗传改变的微进化到成种事件以及地史上生物类群谱系演化的宏进化,从直接的化石证据到基于形态性状、分子证据和环境变迁的综合推理,从基于遗传基础的比较基因组学到演化机理的进化发育生物学等。可以说人类的文明进步是很快的，我们可以通过很多种方法来断定生物的进化方向，也给我们提出了很多具有参考价值的文献，给予了我们现代生物技术的飞速发展！ 关键词：生物起源、生物进化、生物技术发展 正文： 一、生物进化理论的发展历史 生物的进化过程是十分令人感兴趣的，其中“进化论”是被誉为十九世纪自然科学的“三大发现”之一，是伟大的生物学家达尔文所提出的，是现在最具权威的理论，也是现在令大多数人信服的理论，达尔文进化论的创立使得人们对纷繁复杂的生物界的发生和发展有了一个系统的科学认识。让我们看看生物进化的研究历史吧： 1、拉马克的用进废退学说：拉马克在1809年发表了《动物哲学》这一书，详细的阐述了生物进化思想，他认为，自然界的生物都具有变异性，主张生物由进化而来，生物的进化是一个连续而缓慢的过程。 2、达尔文的自然选择学说：19世纪中期，达尔文发表了科学巨著《物种起源》一书，提出以自然选择为基础的进化学说。他的发表宣布了科学的生物进化理论的形成，成为现代生物进化研究的主要源泉理论。该学说指出了生物进化的主导力量是自然选择，与达尔文同时提出类似观点的还有著名的地质学家赖尔和自然科学家华莱士。 3、新达尔文主义：该学说的主要代表人是19世纪末的遗传学家孟德尔、魏
地球的演化和生命的 诞生教案
地球的演化和生命的诞生 科学（浙教版）九年级下册第1章第4节 教学目标： 1.了解地球形成初期的形态特点 2?了解25亿年前至今地壳的演变和生物的进化现象 3.了解生命起源的化学进化假说和其它假说。 重点难点： 让学生了解地球和太阳一样，也有自身的演化规律，并且在不同的演化阶段，有不同的生物进化特点。 教学准备：PPT 教学过程 一、短片赏析回望地球 1?教师出示录像片段：以学生最感兴趣的恐龙为题材，展示恐龙时代的地球情景。
2.教师设疑：恐龙时代的地球郁郁葱葱，而在很久前，恐龙就已经灭绝 了，是什么原因造成的呢？ 3.学生讲座学生可能假想出了各种各样的原因。 4教师追问：那我们现今生活的地球到底经历了一场怎样的变故呢？ 二、敢于思考探索新知 1.教师设疑：地球在刚刚诞生的时候是什么样子呢？ 2.学生讨论：小组讨论（教师要尊重学生的各种想法）。 3学生讨论后教师多媒体展示（可对刚刚学生讨论后的观点进行简单的点评） 4.思考：比较下面两幅图，你能想象出46亿?26亿年前地球的外貌和发生的变化吗? 5.学生思考：两图体现了一个逐渐冷却的过程（学生对地球之初有一个初 步的印象） 深化问题追根溯源
1?温度下降使岩浆凝固一一形成固态地壳 ; 岩浆喷发释放的气体一一形成原始大气; TO 1-1 a 芒吁亿~■名辰乙左軒(TO. 畑环上；FFQH 岀IfliVK;片电 g 耳OUJ 缺脣 曲 2.在距今约38亿年前，最原始的生命体在海洋中诞生。 25?6亿年前，地球上开始出现大片陆地和山脉，海洋中的藻类 ，大气中氧气含量逐渐增多。 生代 * MSI* JXU 穴 亚羽g 匕MX 能f 出西汪d* 岀皿*卫” G 缁、两EH” 和!工箱主-SI ，裸子植物和爬行类动物出现。 ■I ?1 i m — . 甘椚二?百f ■ *二=古己吁許」I 寸 人 大岛叶2广冋近n I - 卄和出 -5=5 ■ 1 ??打HE FI.F (4) 0.7亿前年至今，地球在第三纪经历了大规模的造山运动，形成了 喜马拉雅山脉等许多世界上的高大山脉，奠定了现代地球地貌的基础；鸟类、 哺乳类动物和被子植物出现 温度下降使水气凝结——形成原始海洋 (1) (2) 6亿?2.5年前的古生代，地球上的陆地大面积增加，原始的欧亚 2.5?0.7亿年前的中生代，大西洋和印度洋形成，中国大陆轮廓 (3)
生物的起源与进化 基础知识巩固 一、地球上生命的起源 1．多数学者认为:原始大气中的无机物到有机物, 再到原始生命,这一过程是在原始地球上进行 2．原始地球条件:高温、高压、紫外线以及雷电、原始海洋、无氧气 3.原始大气成分来自于火山喷发，有水蒸气、氢气、氨、甲烷、二氧化碳、硫化氢气体构成。原始大气中与现在大气明显的区别是没有氧气。 4.地球上生命的生存需要物质和能量。 5.米勒的实验：米勒将原始大气中的成分充入烧瓶中,通过火花放电,制成了一些有机物。（1）原料：甲烷、水蒸气、氢、氨等。 （2）产物（证据）：氨基酸。 （3）结论：原始地球上能形成简单有机物。 6. 原始大气在高温、紫外线以及雷电等自然条件的长期作用条件下，形成了许多简单的有机物。后来，地球的温度逐渐降低，原是大气中的水蒸气凝结成雨降落到地面上，这些有机物又随着雨水进入湖泊和河流，最终汇集到原始的海洋中。 7. 原始生命诞生于原始海洋。原始海洋就像一盆稀薄的热汤，其中所含的有机物，不断地相互作用，经过极其漫长的岁月，大约在地球形成以后10亿年左右，才逐渐形成了原始的生命。 8．多数学者认为：原始大气中的无机物到有机物, 再到原始生命,这一过程是在原始地球上进行的。 9．原始地球条件: 高温、高压、紫外线以及雷电、原始海洋、无氧气。 10．蛋白质、核酸是生命中重要的物质。 11. 原始生命起源于非生命物质，过程如下：无机物→小分子有机物→大分子有机物→原始生命。（但是从大分子有机物到原始生命的过渡还没有被实验验证） 二、生物进化的证据 1．比较法:根据一定的标准，把彼此有某种联系的事物加以对照，确定它们的相同和不同之处。 2．证据
浙教版科学九年级下册第一章第三节地球的演化和生命的起源同步训练A卷姓名:________ 班级:________ 成绩:________ 一、单选题 (共15题；共30分) 1. （2分）下列说法中正确的是（） A . 原始大气不是由火山喷出的气体组成 B . 原始大气含有氧气 C . 原始海洋中不存在有机物 D . 原始海洋是生命的摇篮 2. （2分）下列不属于生命起源的条件的是（） A . 原始地球上有丰富的氧气供给原始生命进行呼吸 B . 闪电紫外线等 C . 原始海洋 D . 原始大气 3. （2分）原始生命形成的过程中，保护原始生命不受紫外线伤害主要靠（） A . 喷射的火山 B . 原始大气 C . 原始海洋 D . 原始陆地 4. （2分）原始大气在当时的自然条件长期作用下，形成了（） A . 简单的无机物 B . 简单的有机物 C . 复杂的有机物
D . 各种有机物 5. （2分）下列过程是原始生命诞生的标志的是（） A . 有机物→有机小分子物质 B . 有机小分子物质→有机大分子物质 C . 有机大分子物质→相对独立的体系 D . 相对独立的体系→具有原始新陈代谢和个体增殖功能 6. （2分）用实验证明，在类似于原始地球的条件下，无机小分子可以生成有机小分子的科学家是（） A . 巴斯德 B . 海尔蒙特 C . 米勒 D . 雷迪 7. （2分）有关生命起源和生命进化的相关描述错误的是（） A . 原始生命起源于原始海洋 B . 生物进化的直接证据是化石 C . 生存斗争是生物进化的动力 D . 人类起源于类人猿 8. （2分）在原始地球条件下，由无机小分子物质生成有机小分子物质过程中，其所需要的能量来自于（） A . 太阳的辐射能 B . 物质氧化分解提供的能量 C . 新陈代谢释放的能量 D . 宇宙射线、紫外线、闪电等提供的能量 9. （2分）原始生命出现之后，下列哪项顺序最符合生物进化的实际情况？（）
生命发展史 摘要：简要介绍自地球诞生以来的历史中地球生命起源，生物进化 的机制，并选取生命进程中的典型物种作具体说明；以树状图简单 阐述生命发展史的总体结构。 关键字：地球演变、生命起源、生物进化、剑齿虎 地球是太阳系中一颗蓝色的行星, 众多偶然又奇妙的因素, 使其成为孕育生命的摇篮, 更被诗人称作人类的母亲。古往今来, 不知有多少人为认识神秘的地球而苦苦地探索。我 们把地球的演变和伴随的生命起源及发展的历史, 划分为以下五个阶段: 1 地球的诞生和它的童年 地球是太阳系的一个成员, 它跟太阳系的起源有密切的关系。最初地球也是由许多星 云团集聚而成的, 叫原地球,原地球在引力收缩和内部放射性元素衰变产生热的作用下,形 成了一些有机小分子化合物,又在适当条件下, 进一步缩合成结构原始、功能不专一的蛋白质、核酸等生物大分子, 这些生物大分子在原始海洋中积累,浓度不断增加, 凝聚成小滴状, 形成多分子体系。在一定的进化概率和适宜的环境条件下, 大约在35 亿年前终于形成了具有新陈代谢和自我繁殖能力的原始生命体。 2 地球的少年时期 从距今30 亿年左右到5 .7 亿年这段时间。这个时期延续时间十分漫长, 大气、水、 生物圈也都有很大发展, 可生物界的进化却很缓慢, 直到末期, 地球上也还只是有菌类、 藻类和一些低等原生动物、腕足类动物等。在此时期, 生物界相继出现了原核细胞和真核 细胞, 从原核细胞发展到真核细胞是生物界完成的最重要的一次进化。 3 地球的古生代时期 古生代时期的地层可分成早、晚两期。早期分为寒武、奥陶、志留三个纪,晚期包括泥盆、石炭、二叠三个纪。这3.4亿年时间是最古老生命的时代, 地球到这个时期已经历了几十亿年的演变。大气圈、水圈、岩石圈的物质组成和结构跟现在情况已差不多了。生物进 入空前繁盛时期, 数量、种群空前地增长。在前寒武纪末期, 蓝藻和菌类繁盛, 出现了低 等无脊椎动物。进入寒武纪, 红藻、绿藻等开始繁盛, 若干门类无脊椎动物, 尤其是三叶 虫突发性开始繁荣。奥陶纪的海洋里, 藻类广泛发育, 海生无脊椎动物中以头足类居多。 在奥陶纪晚期, 出现了原始的没有颌的圆口鱼形脊椎动物无颌类。真正鱼类出现是在志留 纪晚期, 是当时最高等的动物。其中有一种总鳍鱼, 以后发展成为两栖类。由两栖类进化 来的爬行类也在碳世纪中期出现了。总的来说, 在古生代时期, 植物界从低等的水生藻类 进化成较高等的陆生植物, 动物界从较低等的海洋无脊椎动物进化到鱼类和陆生爬行类动物, 完成了向大陆进军。 4 地球的中生代时期
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生物演化的主要阶段和特征 摘要：如果我们把地层比作一本书，化石则是书中的一种文字，它记载着地球的演化历史。虽然这本“历史典籍”不可避免地有残缺之处，但它仍清楚地向人们展示了生物从简单到复杂的进化过程。而从这本书中体现出来的生物演化的历史，实在是一个十分迷人又令人惊叹的过程。 关键词：生物演化寒武纪古生代中生代新生代 在上了一个学期张建平老师的《生命起源和进化史》的课后，我对生命起源和进化有了更加深刻的了解，在查阅了相关资料后，对生命起源和进化中的一个部分——生物演化的主要阶段和特征做出了以下总结。 1.显生宙以前的化石 根据现今测定的数据，冥古宙、太古宙和元古宙所占时间最长，约为40亿年。冥古宙是地球刚刚形成的时代，生命可能正在开始发生化学进化，所以找不到细胞形态的化石。太古宙时期，地球外周有了大气圈和原始的海洋，在此时期的地层中找到了很原始的生物化石。例如在澳大利亚西部找到的丝状体化石，可能是微生物遗体的化石。在南非的沉积岩中也找到了直径为5微米到25微米的碳质球状体和丝状体，有人认为也是原始微生物化石。此外，在太古宙地层中还发现了很多的称为叠层石的化石，叠层石是蓝藻和光合细菌等原始生命代谢生长产生的碳质和硅质沉积物积累而成的多层结物。叠层石的存在说明了这一时期已经有了原核细胞或光合自养的原核生物了，太古宙之后为元古宙。元古宙的叠层石也很多。说明这一时期的原核生物已经很发达。在元古宙晚期地层中还发现了一些可能是真核生物的化石。例如在澳大利亚的9亿到7亿年前的地层中，发现了保存完好的绿藻化石；在美国的一些8亿到6亿年前的白云石中发现了丝状分化
生命的起源与演化 众所周知，地球诞生于46亿年前。自那时起，地球便做好了迎接新生命的准备。而此后出现的生命体也为了更好地适应地球多变的环境而演化着。 根据科学调查表明，46亿年前的地球上到处在下雨、地震、火山爆发……很难令人置信，这些活动都是原始地球在做着制造生命体的准备。接着，也许经历了几百万年的时间，大气中的无机物结合，再与原始大海中的物质结合，形成了有机物如磷酸、核酸碱基、核糖等等。这些有机物再进行结合，便有了核苷酸、氨基酸这些可以构成生命体的物质。 又是数亿年的时间，很多氨基酸结合在一起形成了蛋白质，而很多核苷酸结合在一起形成了多聚核苷酸，也就是RNA。特别强调，由于RNA有着自我复制功能，所以很多人认为生命活动就是因RNA 开始的，称之为“RNA的世界假说”。 但是凡事都是向着完美来发展的，RNA也是如此，又是几亿年，为了自己的繁衍，RNA和蛋白质进行了结合，出现了DNA的世界！ 在约38亿年前，细胞膜开始包围着比RNA更加稳定的DNA和核糖，便形成了最初的细胞——原核细胞。有人可能说：当时没有氧气，细胞该怎么活下去啊？其实不然，这种不需要氧气的细胞叫做厌氧性原核细胞。 当有光合作用的蓝藻开始制造氧气之后，为了使厌氧的DNA存活下去，细胞用膜包裹住了DNA。于是，真核细胞出现了！
接下来的近10亿年间，真核细胞成为真核生物，又变成了单细胞生物和多细胞生物。看似十分漫长的旅程，但在生物的发展史上却迈出了一大步！ 随着陆地生物的出现，生物变得越来越多样和复杂。为了与越来越复杂的地球气候相抗争与适应，生物也演化得越来越高等，但这往往需要数亿年的时间。相比较而言，人类的文明就显得微不足道了。 真的很难以一己之言把46亿年的进化概括在一篇文章中，我拣出的，也大都是具有代表性的。如此看来，生命也真是宝贵，能在生物演化的漫漫长河中发出一星光，真是多么幸运啊！ 很难想象，在此后的多少一年中，人类，哦不！是生物，会向着怎样的趋势发展…… 本篇为原创，摘录请注明，谢谢~
第一章：地球起源与演化的传奇(7/8) 1.哪些奇迹凑巧不是地球出现的？（B） A. 自转轴倾斜了23.4° B. 有岩石质外壳 C. 身躯不大不小 D. 运行速度很慢 2.月球的年龄比地球（A） A. 相差无几 B. 小5亿年 C. 小得多 D. 大5亿年 3.现今海洋的水主要是（CE）。 A. 慧星撞击带来的 B. 地球刚形成时就有的 C. 火山喷发出的水蒸汽 D. 从月球上吸引形成的 E. 早期地球收缩时排出的气 4.下列哪几项最不可能成为化石。（BC） A. 生物遗体掩埋后经过了1百万年的石化过程 B. 生物死亡后显露在地表让遗体腐烂
C. 生物遗体掩埋后经过了不到1万年的石化过程 生物体本身最好具有骨骼D. 5.宇宙背景中残留下的热辐射是宇宙大爆炸曾经发生过的证据。（A） A. 对 B. 错 6.原始地球没有形成地壳，但形成了地幔和地核。（B） A. 对 B. 错 第二章：生命起源与演化的奥秘(8/8) 1.寒武纪生物大爆发的最主要特点是（D） A. 有三叶虫、海绵、海蜇及一些类似蠕虫的生物 B. 出现了数量众多、种类单一的海洋生物 C. 一个相当混乱的时期 D. 现存生物门类有了各自的祖先 2.下列哪一项不是在早古生代海洋里生活的无脊椎动物。（E） A. 腕足动物 B. 三叶虫 C. 珊瑚虫 D. 软体动物 E. 盾皮鱼 3.为什么前寒武纪的生命演化披上了神秘的面纱？（ABC） A. 化石记录不多
B. 地层发生严重的变质变形 多数是菌藻类C. D. 占了地球历史八分之七的时间 4.澄江动物群令人惊叹的是（ABCD）。 A. 与以前生物稀少贫乏的面貌形成了鲜明的对比 B. 比加拿大布尔吉斯页岩动物群早1000万年 C. 生动地再现了5.3亿年前海洋生命的壮丽景观 D. 出现了巨型食肉动物奇虾 E. 出现了节肢动物、蠕虫和海绵动物 5.常见的珊瑚化石属于四射珊瑚和床板珊瑚。（A） A. 对 B. 错 6.蓝细菌是地球上最早产氧的生物。（A） A. 对 B. 错 第三章：生物进化的规律和证据(8/8) 1.原始生命分化为原始藻类和原始单细胞的原因是（B） A. 运动方式不同 B. 营养方式不同 C. 对外界刺激反应不同 D. 细胞结构不同 2.人体具有恒定的体温、胎生、哺乳等哺乳动物的基本特征，这说明（A）