生命的起源
生命的起源《知识结构》
《重点、难点解析及知识扩展》
化学进化—地球上生命的起源
1、现代化学进化理论的基本观点是什么？
（1）地球上的生命起源于原始地球条件下
（2）由非生命物质通过化学途径演变为原始生命
（3）是经历漫长地质年代逐渐演变的
2、原始地球为生命发生提供了哪些条件？
（1）物质条件—原始地球大气
①来源于41亿年前原始地球内部气体喷射和火山活动
②主要成分有CO、CO2、H2、H2O、NH3、CH4、H2S、HCN等
③原始地球大气属于还原性气体
④原始地球大气是化学进化第一阶段的场所
（2）能源条件——物理性能源
①紫外线可能是主要能源（持续性、无臭氧屏障）
②高温气体蕴含大量的热能
③闪电和各种宇宙射线也是能源
（3）时间条件—原始地球形成
①原始地球形成于46亿年前，早期地球为炽热的球体
②原始地球形成后约5亿年局部降温至100℃以下（生成液态水）
（4）空间条件—原始海洋形成
①原始海洋约形成于38亿年前
②原始海洋是化学进化和生命诞生的摇篮
3、化学进化过程是怎样的？
（1）化学进化的第一阶段，要强调通过各种模拟实验表明从无机物合成有机物的化学过程，很可能发生在原始地球的大气之中，有机小分子物质最后汇集在原始海洋之中。
（2）化学进化的第二阶段，要强调化学变化主要是缩合作用或聚合作用，这一内容同学们可联系旧知识来回忆，即氨基酸缩合蛋白质，核苷酸聚合成核酸。还要强调通过各种模拟实验制造出的高分子物质只是类似蛋白质和核酸的物质，因此，只是为研究生命起源提供了一些线索，表明此阶段的变化在原始地球的条件下也是可能的。
（3）化学进化的第三阶段，要强调多分子体系形成的可能过程，以及推测多分子体系的三个主要特点，即①多分子体系的物质基础是蛋白质、核酸等有机高分子物质；②多分子体系的结构特点是具有最原始的界膜，已经与周围的原始海洋环境分离开了；③多分子体系与外界环境的关系是能够进行原始的物质交换活动。但是同学们要明确，原始的物质交换还不是新陈代谢作用。
（4）化学进化的第四阶段，要强调①此阶段的复杂性、重要性和长期性；②原始生命的两项最重要的特征（原始的新陈代谢、原始的繁殖作用）；③原始生命的产生既是化学进化的结束，又是生物进化的开始。
请同学注意：
①从无机物质生成有机物质；
②从小分子物质形成大分子物质；
③从无生命物质演变为有生命物质。“生成”有从无到有的含义，即原来没有有机物，而现在新生出了有机物。“形成”有从小到大的含义，即有机物从小分子形成高分子。“组成”有从部分构成系统整体的含义，即有机高分子物质组成了多分子体系。“演变”有变化繁多、时间漫长的含义，即演变的过程极其复杂、漫长。通过指导学生分析清楚四个动词的含义，再结合物质变化的规律，识记四个阶段就很容易了。
4、原始生命的新陈代谢类型可能属于哪一种类型？
由于原始生命刚刚诞生，还不可能像绿色植物那样进行光合作用，也不能像硝化细菌那样进行化能合成作用，它只能直接从原始海洋中吸收现成的有机物，因此，从同化作用看，其代谢类型可能是异养型的。由于原始生命所处的原始地球大气是第二代大气，属还原性大气，大气层中没有氧，因此，从异化作用看，其代谢类型可能是厌氧型的。
《典型例题解析》
1、在生命起源的化学进化过程中，第二阶段形成的物质是：
A、NH3、CH4
B、核苷酸、单糖
C、原始蛋白质、核酸
D、嘌呤、嘧啶
[解析]本题考查的是生命起源的化学进化过程的有关知识，属于识记、理解水平的题目，难度不大。生命起源的第二阶段是指从有机小分子形成有机高分子，如原始蛋白质、核酸，故应选C。
2、与现代海洋、大气相比较，原始海洋、大气之所以有利于生命诞生，是因为原始海洋：
A、含丰富的有机物和含游离氧
B、含丰富的无机盐和含游离氧
C、不含丰富的有机物和不含游离氧
D、含丰富的有机物和不含游离氧
[解析]本题侧重于考查生命起源的化学进化过程的第一、二段。考查的能力是根据已有知识进行分析的能力，具有一定的难度。解题思路是：在原始大气中生成的有机小分子物质聚集在原始海洋中，经相互作用形成有机高分子物质，进而形成多分子体系，以至原始生命。所以，在原始海洋中含有丰富的有机物质。大气中的游离氧是在蓝藻和绿藻出现后才现出并逐渐多起来的。所以，原始海洋在生命出现前是不含游离氧的。此外，本题还可以采用分步“淘汰法”求解：（1）由于生命诞生于原始海洋，首先肯定原始海洋含有丰富有机物，可淘汰B、C选项；（2）因原始大气属还原性气体，不含游离氧，则原始海洋也不存在游离氧，从而淘汰选项A，故正确答案为D。
3、结晶牛胰岛素的人工合成是生命科学上的重要成果，它对生命起源问题的哪个阶段提供了有力的证据：
A、从无机小分子生成有机小分子物质
B、从有机小分子形成有机高分子物质
C、从有机高分子物质组成多分子体系
D、从多分子体系演变为原始生命
[解析]此题涉及有关人类在探索生命起源问题上的实验研究证据，解答此题必须明确结晶牛胰岛素是何种物质，继而结合生命起源过程进行判别，具有一定的综合性。结晶牛胰岛素是一种含有51个氨基酸的蛋白质，它属于高分子化合物，因此这一过程与生命起源的第二阶段类似，故应选B。
《单元练习》
1、原始地球上的非生命物质，逐渐演变为原始生命物质的过程，通常称为
A、生物进化Ｂ、物理进化Ｃ、核酸进化Ｄ、化学进化
［答案］Ｄ。
２、作为原始地球上生命起源的原料，原始大气的成分中没有
Ａ、游离态氧Ｂ、游离态氢Ｃ、化合态碳Ｄ、化合态硫
［答案］A。
３、地球上生命起源的最关键阶段是
Ａ、合成氨基酸和核苷酸等有机小分子
Ｂ、生成原始蛋白质和核酸等生物大分子
Ｃ、有原始界膜的多分子体系的形成
Ｄ、多分子体系演变为原始生命
［答案］Ｄ。
４、原始生命个体的原始新陈代谢的类型可能类似于
Ａ、硝化细菌Ｂ、乳酸菌Ｃ、果蝇Ｄ、豌豆
［答案］Ｂ。
５、米勒模拟原始地球上的大气成分，通过火花放电，在密闭的装置中合成了多种有机物，其中有Ａ、核糖核酸Ｂ、氨基酸Ｃ、核苷酸Ｄ、ATP
［答案］Ｂ。
６、在生命起源的化学进化过程中，不在原始海洋中形成的是
Ａ、有机小分子Ｂ、有机高分子Ｃ、多分子体系Ｄ、原始生命
［答案］Ａ。
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（每题２０分）
1、在原始生命形成的过程中，保护原始生命不受宇宙射线和紫外线伤害主要靠（）
A、喷射的火山
B、原始大气
C、原始海洋
D、原始陆地
2、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（）
A、光合作用→厌氧呼吸→有氧呼吸
B、厌氧呼吸→有氧呼吸→光合作用
C、有氧呼吸→光合作用→厌氧呼吸
D、厌氧呼吸→光合作用→有氧呼吸
3、根据现代自然科学新成就对生命起源问题的研究，下列四项不正确的是（）
A、原始生命是在极其漫长的时间内产生的
B、原始生命是由非生命物质产生的
C、原始生命是通过生物化学过程产生的
D、原始生命是经过极其复杂的化学过程产生的
4、下列选项中不属于原始大气成分的是（）
A、氨和氰化氢
B、氢和水蒸气
C、甲烷和硫化氢
D、氧气和二氧化碳
5、地球上生命起源化学进化过程中最关键的一个阶段是（）
A、从无机小分子物质生成有机小分子物质
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体系
D、从多分子体系演变为原始生命
答案和讲解
1、C
2、D
3、C
4、D
5、D
1、在生命起源的原始地球条件下，原始大气中无游离态的氧，因此也无臭氧层吸收宇宙射线和紫外线等。所以原始生命主要靠原始海洋来保护其不受射线伤害。
2、考查原始地球大气成分和生物新陈代谢类型，属理解层次。因原始大气中无氧气，故最早出现的生物呼吸方式是厌氧呼吸；以后出现了能进行光合作用的生物，产生出氧气，才出现了进行有氧呼吸的类型。
3、生命起源是一个化学进化过程，分为四个阶段，极其漫长。这一过程是将非生命物质经复杂的化学反应逐渐形成原始生命，这些化学反应是在原始大气及原始海洋中进行的，不是在当时尚不存在的生物体内进行的。
4、在原始地球条件下，虽然地球表面温度是降低了，但它内部的温度仍然很高，火山的活动仍极为频繁。而由火山喷发出的气体形成了原始大气，原始大气的成分主要包括甲烷、氨、水蒸气、氢、硫化氢、氰化氢等，是还原性大气，不含有游离态的氧。
5、本题的四个选项ABCD分别为生命起源化学进化的四个阶段，而在这四个阶段中最复杂最具决定意义的是第四阶段多分子体系演变为原始生命，因为原始生命具有了生命的基本特征；原始的新陈代谢作用和繁殖能力，所以最关键的应该是第四阶段从多分子体系演变为原始生命。
课外拓展
1、在现今地球条件下，非生命物质能不能再演化为原始生命
生命在地球上的出现是原始地球条件和各种物质相互作用的结果，在现今的地球条件下，作为生命起源的基本条件已不存在了。随着地球上最早的能进行光合作用的原始藻类（如蓝藻）和以后绿色植物的出现，现代大气已成为含氧丰富的氧化性大气，而不再是生命起源所必需的还原性大气。现今地球的大气层中有臭氧层阻挡了大部分的紫外线，没有了强烈的太阳辐射，也没有频繁的闪电，地球的温度也降低了，把无机物合成为有机物必需的自然界的高能作用已不复存在。另外，也不再有含丰富的有机物、含盐量极少的原始海洋那样的环境。现在的地球上，由于存在大量的游离氧（可以氧化有机物）和微生物（可以分解有机物）各种有机物不可能像在原始海洋中那样长期保存和积累。因此，在现在的地球环境条件下，是不可能再产生新的原始生命。正因为地球上不会有新的生命起源，现在地球上生物若灭绝一种，就永远地消失，一去不复返。因此保护环境，保护生物，尤其保护珍稀的野生动植物资源是当务之急。
2、我国在探索生命起源问题上的重大成就
1965年，我国科学工作者首次人工合成了具有生物活性的结晶牛胰岛素，这是一种比较简单的蛋白质分子，分子量约为6000，由51个氨基酸、两条肽链（分别为21肽和30肽）组成，这在当时远远超过国际水平。1981年，我国科学
工作者又人工合成了酵母丙氨酸转动核酸，这是一种RNA，是酵母菌在合成蛋白质时，专门用来运送丙氨酸到核糖体上的t-RNA。它的分子量为26000，比牛胰岛素的分子量约大4倍，结构也复杂得多。结晶牛胰岛素和酵母丙氨酸转动核糖核酸的人工合成，对生命起源化学进化过程第二阶段的研究有着重要的意义，它反映了我国在探索生命起源问题上所取得的重大成就。
3、团聚体和微球体假说
团聚体假说，这一假说是由原苏联学者奥巴林提出的。奥巴林等人把均匀、透明的白明胶（一种动物蛋白质）的水溶液与阿拉伯胶（一种多糖）的水溶液混合在一起。用显微镜观察，可以看到：原来均匀、透明的胶体溶液变得浑浊了，继而出现了具有明显界膜的小滴，奥巴林把这种小滴称为团聚体。由于发现这种团聚体可以表现出合成、分解、生长等生命现象，奥巴林等人认为团聚体可能是原始生命形成过程的一个重要阶段。
微球体假说，这一假说是由美国学者富克斯提出的。福克斯等人把酸性的类蛋白物质用1%的NaCl溶液稀释经加热、溶解、冷却以后，放在显微镜下观察，发现了溶液中有无数的球状小体。福克斯称它为类蛋白微球体。
微球体能保持结构的稳定性，具有双层的界膜，通过这个界膜，微球体能够与周围环境进行有选择的物质交换。它们在高渗透压的溶液中收缩，在低渗透压的溶液中膨胀。福克斯认为，微球体就是最初的多分子系。
以上两种假说颇有争议，正确与否，还有待今后进一步研究。
4、关于生命起源问题的新争论
（1）关于原始大气的成分：前面提到了米勒的著名的原始大气的模拟实验，他用CH4、NH3、H2O及H2在放电情况下合成了20种有机物。最近，米勒的模拟实验受到了怀疑。根据从月球表面及地球表面发现的大量的陨石坑表明，地球形成初期，陨石与彗星还常常撞击地球，到处火山爆发，喷出的气体主要是CO2与H2O（水蒸气），即使有少量的CH4与NH3放出，也立即被极强的紫外辐射离解为H2与CO2，或者H2和N2。因此推测原始大气的成分主要是CO2，N2，H2O （水蒸气）及H2、CO、SO2和H2S，通常没有CH4及NH4，或者只有极微量。这样组成的原始大气的各种自然能源作用下，是不会产生出有机物和氨基酸的。但通过射电望远镜发现宇宙中存在着数十种星际分子，除NH3、HCH等十几种无机分子外，大多是含碳的有机物，如甲醛、甲醇、乙醇、乙醛、丙炔晴等及一些氨基酸。地球上最初的氨基酸可能由星际分子在宇宙射线，紫外线辐射等自然能源作用下而合成，并通过陨石而传到地球上的。
（2）关于生命出现的最早时间：目前发现的最早的化石是格罗夫斯（D.I.Groves）在澳大利亚西部诺思波尔（North Pole）地区发现的36亿年前的可能是蓝藻类的丝状微石。美国微化石权威肖夫（J.W.Schopf）于80年代曾两次前往该地区采集、研究，进一步肯定了这些发现及其年代。这些丝状微化石由多个细胞组成，形态已较复杂，不可能突然出现，需要有一段较长时间的进化过程。由此推测，生命起源很可能在37-38亿年前就已经发生了。