5地质时期气候波动与生物演化简史1.doc

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1、地质时期气候波动与生物演化简史5、生物的起源5.1、生物与生命的基本概念 生物与生命是紧密相联的，不可分割的，但它们不是同一属性的，具有不同含义和定义，不能混为一谈。5.2、什么是生物？ 根据探讨问题的需要我们可将自然界的物体分为两大类：一类是生物，另一类是非生物体。生物与非生物的区别，或说生物体的基本特性；则有： （1）生物体具有严整的化学结构，其化学成分具有同一性。 （2）生物体能进行新陈代谢，这是最基础的特性。 （3）生物体能生长、发育。 （4）生物体具有应激能力和适应能力。 （5）生物体具有繁殖和发育能力。 （6）生物体具有遗传、变异和进化的特性。 （7）生物体能在一定程度上适应环境并

2、影响环境。 在这些基本特性中，首先应是生物的新陈代谢作用，这是生物与非生物体的根本区别。新陈代谢是生命现象最基础的特性，是生物体不断进行自我更新的过程，如果新陈代谢停止了，生物体也将死亡。 生物体具有严整的化学结构，它们的基础都是由细胞组成（病毒除外）。其化学元素主要是：C、 H 、O、 N 、P、S、K、Ca、Mg等；其次是微量元素也是生成中不可缺少的。由主要元素构成的化合物主要为蛋白质与核酸；其中蛋白质是生命活动的主要承担者；核酸是遗传信息的主要功能。这些都是生物体生成中起重要作用的。5.1.2、什么是生命？ 生命就是生物体所具有的存在和活动能力。生物学上认为生命是蛋白质存在的一种形式。它

3、的最基本的特征是蛋白质能通过新陈代谢作用不断地跟周围环境进行物质交换。新陈代谢一停止，生命就停止，蛋白质也就分解了。怎么给生命下一定义，是很难的，目前还没有一个为多数科学家接受的生命的定义。现在仅以从不同学科给予生命的定义，供参考。现代生命科学导论一书中给出的定义：1、生物学的定义：生命是由核酸和蛋白质等物质组成的多分子体系，它具有不断自我更新，繁殖后代以及对外界产生反应的能力。这一定义是生命与生物体的特性紧密相关联的。2、从物理学角度的定义：根据热力学第二定律：任何自发过程总是朝着使体系越来越混乱，越来越无序的方向，即朝着熵增加的方向变化，而生命的演化过程总是朝着熵减少的方向进行，一旦负熵的

4、增加趋近于零时，生命将趋向终结，走向死亡。3、生命的其他定义： （1）生命的物质基础是蛋白质和核酸。 （2）生命运动的本质特征是不断自我更新，是一个不断与外界进行物质和能量交换的开放系统。 （3）生命是物质的运动，是物质运动的高级的特殊实在形式。恩格斯关于生命的定义：恩格斯在批判杜林的生命定义时，提出他的定义：生命是蛋白体的存在形式，这个存在形式的基本因素在于和它周围外部自然界不断地新陈代谢，而且这种新陈代谢一旦停止，生命就随之停止，结果便是蛋白质的分解。恩格斯认为自然界存在五种运动形式：机械运动、物理运动、化学运动、生命运动和社会运动。所以生命是一种运动形式。生命运动是一种高级的运动，它是由

5、化学运动发展而来的，它的物质承担者及其运动规律都不同于化学运动，但生命运动包含化学运动。恩格斯把蛋白体作为生命活动的物质，他说的“蛋白体”不是蛋白质，是广义的，可能是指核酸和蛋白质。 另一种生物学的定义：生物体所表现出来的自身繁殖，生长发育，新陈代谢、遗传变异和进化以及对刺激产生反应等复合现象，以上现象叫“生命”。这种定义与生命是一种运动是相似的。 广义讲万物皆有生命，狭义说生命是生物体所具有的活动能力。生命就是万物活动能力的表现，其内函是极具复杂而丰富多彩的。5.1.3、生物与生命的区别： 生命的哲学定义：生命是生物的组成部分，是生物具有的生存发展性质和能力，是生物的生长、繁殖、新陈代谢、应

6、激、进化、行为表现出来的生存发展的意识，是人类通过认识实践活动从生物中发现界定等抽取出来的的具体事物和抽象事物。这一定义应该描述了生命的本质。 生物是具有生命、生存意识、生存性能的自然物体。生命和生物既相互对立又相互统一，生命是生物的组成部分和组成元素。 生物是有生命的物体，可以说一切生物都是有生命的，但是，有生命的物体不一定是生物，生物有生命，生物的某一部分也可有生命，例如人要移植的心脏、肾脏等器官，鲜血中的红细胞和白细胞都具有生命，但这些有生命的有机物不属于生物。所以说有生命的物体不一定是生物。生物是一个物体的集合，其元素包括：在自然条件下通过化学反应生成的具有生存能力和繁殖能力的有生命的

7、物体，由它们通过繁殖产生有生命的后代；生命仅是生物体的组成部分或组成元素之一。 通过上述的探讨，让我们知道了“生命”和“生物”是有联系而又有区别的，两者不能混为一谈。采用“生物的起源”比用“生命的起源”更为确切一些。所以在本书的讨论中将采用“生物的起源与演化”为题，不用“生命的起源与演化”为题。生命仅是生物的组成元素之一，不能替代生物体。生物的起源与演化是生物集合体在进行着统一的变化，不仅是某一组成部分（如生命）的变化，改进和发展，而是生物的集合体、全部元素在演化之中。5.2、生物起源的假说 生物起源是当代的重大科学课题，也是至今了解甚少的最基本的生物学问题。关于生物的起源，在历史上有多种假说

8、，例如神创造论，自然发生说，化学起源说，宇宙生物说和热泉生态说等。人们对这些说法各持已见，直到现在也在争论之中。但随着认识的不断更新和一些实验和考古的证据，人们对于生物的起源问题有了一些新的更深入的了解。相信随着科学技术的发展，人们对宇宙万物的深入研究，会解决生物起源这一重大课题。现简介几种生物起源的假说。5.2.1、生物起源的神创论 神创论也叫特创论。神创论认为生物界的所有物种，包括人类都是上帝创造出来的。据说地球及万物都是上帝在距今6000年以前，即公元前4004年10月26日上午9时创造出来的。自从上帝创造出来以后，地球上的所有生物都没有变化，即使有变化也仅是在该物种的范围内发生变化，不

9、可能产生出新的物种的。神创造论认为物种之间是孤立的，相互之间没有任何关联，在十八世纪以前，神创论在西方学术界、知识界以及整个西方文化中占着统治地位，现在仍有许多人是相信和坚守神创论的。 关于神创论者中大体可分为两大学派：一是“自然神论”，他们只信仅一个由哲理推论出来的造物主，不相信圣经中的论述的上帝。二是“圣经神创论”，这是真正的神创论，他们相信圣经创世纪是可信的历史，他们只相信圣经，圣经是人类文明和生活经验的结晶，是唯一的。康德说：“世上有圣经这本书，实在是最大的幸福，任何眨底这本书的企图，都违反了人类的利益。”在美国百科全书中有这样叙述：“圣经对人类的响影，不仅限于犹太人和基督徒，这 本书

10、被视为道德和宗教的宝库。它含有取之不尽的教训，有助于促进一个文明的世界。”所以直到现在全球仍有很多人是坚守圣经的，相信圣经中所说的一切。是的，直到现在宇宙万物中我们了解的太少 了，许多问题无法解释清楚，例如：太阳的体积，足以容纳一百万个以上的地球，而太阳仅是银河系中小小的一员，而宇宙中有亿万个以上的像银河系这样的星系。这些星系在运转，在向外推进，做这些运 动的能量来自何方？圣经说：“你们向天举目吧！这一切是谁创造的呢？是上帝创造的，他率领星辰如领大军。”他就是“能力”之源，在圣经创世经中讲述了上帝创造万物的过程。 圣经创世纪中叙述的上帝创造万物的大意是说：第一天，大地混沌，还没有成形，一片黑暗

11、，上帝命令“要有光”，就把光和暗分开，白天光明，夜晚黑暗。第二天，上帝命令：“在众水之间要有穹苍，把水上下分开。”从此有了天空。第三天，上帝命令：“天空下面的水要汇集在一处，好使大地出现。”大地为陆，水体为海。从此有了大陆和海洋。上帝又命令：“陆地要生长各种各类的植物，有产五谷的，也有结果子的。”从此大陆有各种植物，五谷和水果。第四天上帝又命令：“天空要有光体来分别昼夜，作为划分年、月、日和季节的记号，并在天空发光照亮大地。”一切者照着上帝的命令完成了。创造了两个发光体，一个是太阳支配白天，一个是月亮管理黑夜，又造了许多星星。第五天，上帝命令：“水里要有繁殖多种动物，天空要有多种飞鸟。”于是有

12、了种种鸟类和鱼类等动物。第六天，上帝又命令：“大地要繁殖各类动物，牲畜、野兽、爬虫。”一切完成了，上帝又说：“我们要照着自己的形象，自己的样式造人，让他们管理鱼类、鸟类和一切牲畜、野兽、爬虫等各种动物。”为此创造了男人、女人。上帝说：“要生养众多，使你们的后代遍满世界，控制大地。我要你们管理鱼类、鸟类和所有动物。我供给你们五谷和各种果子作为你们的食物。但是所有的动物和鸟类，我给它们青草和蔬菜吃。”一切都照着他的命令完成了。第七天，上帝创造了天地万物，这一天为休息日。并说上帝是用地上的尘土造人，然后把生命的气吹进鼻孔，他就成为有生命的人，这个人是男人，应该是亚当，女人是神用男人的肋骨造出来的，她

13、应该是夏娃。这就是圣经载的世界、人类的延生。 自然界规律、图案、秩序和艺术等都是上帝规定和设计的。神创论者相信上帝，将自然界一切奥妙莫测的一切现象都归因到上帝，一切自然规律和超自然规律都是上帝制定的，故一切都是一致的，没有根本的矛盾。万物均由上帝创造，一切由上帝制定的法则、规律所主宰，是有序、协调、安排给合理，美妙完善且永恒不变的。 最早出了进化论观点的是法国的布丰（George Buffon1707-1788），后来法国的拉马克（1744-1829）更进一步探讨了生物进化问题。达尔文（1809-1882）于1831年进行了环球考察，获得了丰富的地质、古生物、植物、动物等资料，进一步深化了生物

14、进化论的思想。在1858年达尔文与华莱士（1823-1913）同时在伦敦林奈学会上宣读了有关进化说的论文。从此生物进化论逐步形成。进化论探讨的是生物起源以后的演化问题，没有涉及生物的起源。 进化论与神创论，争论了上百年，但直到现在两种观点仍然并存。如何确定真理属于谁？应该说用实践来检验。实践检验真理，那就应该让神创造论者请求上帝来当众表演创造万物的奇能；让进化论者们来表演。猿猴变人的实践过程。这一切双方都无法实现，所以只好一直争论了。 随着时代的变迁，神创造论也出现了新的观点和提法，出现了“智慧设计论”。“智慧设计论”认为宇宙间有许多现象不能用偶然发生论去解释，其背后有一位“超级智慧”的设计者

15、，地球上的生物也都是由“超级智慧”设计师设计的。他们认为比现有各种假说更能合理地解释生物起源问题，为此还成立了专业机构“发现研究院”。据说在2006年9月美国民意调查机构所进行的民意调查显示，有64%的人认为“神创造论”应该和“进化论”一起纳入学校的教学大纲，同时教给广大学生。同时调查显示有42%的人持有类似于“神创论”的观点，这就是“智慧设计论”的现实，而有48%的人不相信有“智慧设计者”存在。在这48%中有26%人认为人类是通过自然选择进化到现在的而有18%的人认为进化这个过程是由某种最高神类操控着的。 这种争论已进行150年之久了，还会争论下去，争论的结果会帮助人们了解谁是谁非，争论的结

16、果会更接近客观真理，让人类弄清楚生物是如何起源的？物种是如何演化的，它的动力是什么？人类是谁？他从何处而来？随着时间的推移，科学技术的发展，实验的完善，资料的集累和深化，不久的将来这些问题会解决的。5.2.2、生物起源的自然发生说： 这是一种古老的观点，我国汉朝董仲舒（公元前179-前104）曾说：“无天而生未之有也，天者万物之祖，万物非天不生。”这与神创论一样古老。人们通过一些表面现象的观察，例如腐肉会生蛆，人不洗澡会生虱子，腐草会生萤光虫，得出“天地合气万物有生”的观点，认为低等生物是由非生物质自然产生的，这也就是所谓的生物起源的自然发生说。在国外的古人中也有这种认识，例如古埃及人认为尼罗

17、河的淤泥经过阳光暴晒，可以生出鱼、青蛙、蛇等。古印度人认为汗液和粪便可以产生虫类。这种生物起源的自然发生说是19世纪广泛流传的观点，认为生物是从非生物的物质自然产生的。在西方，亚里士多德是一个有名的自然发生论者，他曾编制了一个从非生物中自然产生物种的目录，例如粘液能产生蟹、鱼、蛙等，认为针叶树的树脂和海水的盐份结合可产生鹅和鸭等。虽说在那时神创论占统治地位，但自然发生说也有广大的群众基础。他们通过实践来证明自然发生说是真实存在的。例如，荷兰人，丁VanHelmont他是一位生物学家，在光合作用的研究方面有突出贡献。但他是生物起源的自然发生说者，他将谷粒放入瓶中，用旧衣服塞入瓶中，置于暗处，21

18、天后发现产生了老鼠，而且这只鼠与常见的老鼠一样，所以认为是自然产生了老鼠，1745年英国的JT尼达姆，是一位显微镜工作者，他研究微生物，他把羊肉汤（也用植物种子煮汤），将汤煮沸、消毒后封存在瓶中，他做多次实验，都在汤中发现存在大量微生物，所以他坚信这些微生物是自然发生的。尼达姆的实验在当时影响很大，很多人相信微生物能自然发生。1850年法国博物学家，巴黎科学院通讯院士F.A.普歇发表“异源发生论或自然发生论”的论文，他认为在具备有机物、水、空气和适当温度的条件下自然发生就能进行。并设计实验来证明他的观点是正确的。 生物起源自然发生论，主要出现在科学技术较落后的时代，人们的认识太过于形式化了，但

19、它是唯物的，他们的实验过于粗心。法国的微生物学家巴斯德（1820-1895）。他不相信自然发生微生物的说法，他认为是实践中空气进入汤中，而空气中有微生物，在汤中由于环境适宜，微生物得到快速发生。他用实验证明肉汤中不可能自然发生微生物。他把肉汤放入两个烧瓶里，第一烧瓶是普通直形烧瓶，第二个是像鹅颈一样弯曲的曲颈瓶，将瓶中肉汤煮沸，不加瓶塞，瓶口敞开着。过了三天后，他发现第一个瓶里出现了微生物而第二个瓶里没有，据说他的第二个瓶放置了四年都没有微生物。他的解释是：第一个瓶是顶端开口直形放置，空气中的尘埃和微生物可以渗入瓶中，故有微生物。第二个瓶颈虽然与空气相通，但瓶颈拉长且是弯曲的，空气中的微生物仅

20、仅落在瓶颈的弯曲的部份，而没有进入肉汤中，所以汤中没有微生物繁殖。后来巴斯德注意到自然发生论们不完全是实验技术操作，不慎而进入微生物，而可能是所有溶液和器皿中沾有微生物。1879，C.E.钱伯证明：消灭液体内的抗热微生物至少要到115，而消灭不干燥表面的抗热微生物则要180。在反对生物起源的自然发生说方面有许多科学家做了各种很有说服力的实验，证明自然发生说是不可能存在的。5.2.3、生物起源的宇宙说： 生物起源的宇宙说可以分为以下几种不同说法，其中有的是些根据的，有些仅是一些推测。1、泛生说：提倡一切生物来自生物“或说一切生命来自生命”。认为地球上最初的生物来自宇宙间的其他星球，即“地上生物，

21、天外飞来”。这一假说认为宇宙太空中的“生命胚种”可以随着陨石，彗星等途径降落到地球表面，即成为地球上最初生物的起点。美国航空航天局马歇尔航天飞行中心天体生物学家理查德故佛（Richard Hoover）博士，2011年宣布，他在陨石中发现微生物。在过去的十年中他一直在从事该项研究工作，据说在陨石残骸中发现了许多不同的微生物化石，其中一些与地球上微生物颇为相似，另一些则是前所未见的。根据他在宇宙学杂志上发表的研究报，这些是用显微镜观测碳质球粒陨石切片发现的。他发现的微生物化石中一种类似Titanospirillum Velox（巨型细菌）的始祖；另一种是无氧微生物。他的成果引起了一些争议，克罗的

22、亚大学的微生物学家蒂耶匹克戈卢比奇（Stjepko.Golabic）认为，早期化石与地球微生物的类比难以令人信服，研究所用的扫描电子显微镜也并非合适的工具。“我们有理由保持怀疑，但也应当对这一发现的重要性持开明态度”。较多的学者认为这一发现在得到另一个独立实验室的确认之前，我们还无法辨明这些“外星生物标识”的真伪。 据说在2001年1月由印度科学家利用高空气球上的冷冻取样器，收集到距地面41公里高空中样品，部分样品送到英国加地夫大学的微生物教授戴维劳埃德领导的研究小组分析。他们采用只有活细胞才能吸收的荧光花青染料进行检测。在电子显微镜图像中显示，这里发现的细菌像珊瑚虫一样的生物，其大小在5到1

23、5微米之间，这一消息是英国加地夫大学的钱德拉维克拉马辛教授于2001年7月29日，在美国圣地亚哥举行的天文生物会议上宣布的，他们认为在距离地面41公里的高空中不可能有地球表面生成的细菌，这些细菌很可能是从外星来的太空微生物。这一消息引来了许多同行的反对和质疑。维克拉马辛是一位研究约20余年的星际胚种论者。他认为在许多微生物中有极少的微生物可以通过星际物质运送到地球，成为地球生物的胚种。据说印度太空研究人员2000年11月27日，在距地表16公里高度取的样品中没有发现细菌，而2001年1月在41公里处的样品中有细菌，所以维克拉马辛认为这些微生物可能来自彗星。天文学家F.霍伊尔（Fred Hoyl

24、t）于1984年发表了一篇题为“生命源于宇宙”，他认为宇宙中间分布的大量的极小粒子，可能是生命之源。1983年在彗星中发现了某些典型的细菌，可能给地球带来大量的有机物质。因细菌很小，而且在200的高温下也不会死，所以带到地球上是可能的。2.宇生说 构成生物的有机物，可能来自于其他星球或星际尘埃，某些微生物孢子或有机物可以随着星际尘埃颗粒降落入地球，从而使地球有了初始的生物。假如微生物和像微生物孢子这一水平的生物不可能从地球以外，通过大气层，它们在大气层中可能会因高温和放电的作用而被消灭，则构成生物的有机物质有没有可能进入地球表层呢？有些学者认为这些有机物完全有可能从宇宙空间进入地球表层。据说1

25、969年9月28日坠落在澳大利亚麦启逊镇的一颗碳质陨石中发现含有18种氨基酸，其中有6种是构成生物蛋白质分子所必须要的物质。研究认为一些有机分子，例如氨基酸、嘌吟、嘧啶等分子可以在星际尘埃的表面产生，而后由彗星或陨石带入地球表层，并在地球表层演化出原始的生物，可见太空中有可能合成组成生物的有机物质，甚至这些物质有可能演化成生物。现在从事这方面研究的所谓太空生物学，就是研究整个宇宙中生物的起源、演化、分布和终结的学科。我们知道不是所有星球上都会有生物存在，只有那些具有生物生存条件，即对 生物而言有可居住性的星球才是探索生物起源和演化的星球。这些条件只少有： （1）、星球上要有水，特别是液体水，这

26、是前生物的化学演化和生物形成，进化的全过程中必备的条件。从无机分子合成有机物分子，多聚物的形成，直到生物细胞的形成都有水直接参加，没有水溶剂是不可能从无机物演化到有机物，再过渡到生物。生物形成以后没有水就无法进行营养，无法生成下去，总之没有水就不可能有生物。 (2）、环境温度，生物生成的温度范围大致在-5到110，个别细菌能在更低或更高的温度下存活。 (3)、星球的表层和大气层应富含组成生物体所需要的一切化学无素，例如氢、碳、氮、氧、磷、硫、铁、钙、钠、钾等，还有地球生物体中的各种微量元素。 (4)、在星球外层，应有像地球一样有一个大气层，保护星球上的生物不会直接受从太空中来的各种射线和从发光

27、体的恒星射来的光线杀死。 (5)、大气压不能太高或太低估计与地球上大气压相似为宜。 具备上述条件的星球，可能都是行星，而且它们形成后的年龄应在几亿年以上，这些行星上才可能会有生物形成。在现在，科学家们主要是在太阳系内寻找生物，主要有： (1)、火星：火星是太阳系九大行星之一，按离太阳由近而远的次序排为第四颗，半径约为地球的一半，质量仅为地球的十分之一，从地球上看:它的表面呈红色，故称为“红色星球”或叫火星。这种红色是因火星表层含有较多的赤铁矿（三氧化二铁），所以呈现红色。火星是一颗类地球行星，它的外层有一层大气，主要成份为二氧化碳，表面具有类似地球的火山、峡谷、荒漠和极地冰盖，而且它的转动周期

28、和季节轮回也与地球类似。近几年来美国、俄国、欧洲、日本发射了卫星、着陆器和漫游卫星等航天器，进行火星表面、环境和地质研究，已取得了一些成果。例如，2008年，NASA的凤凰号火星登陆器，在火星土壤中发现有水存在，这是一项重大突破性的成果，吸引着科学者去火星上探索生物。 2000年，火星全局探测者号上的热发射光谱仪，在陨石坑等地发现了结晶的赤铁矿，在火星尘粒中发现了碳酸盐。2004年，NASN的火星探险漫游者（MFR）第一次给出了沉积物的图像，检测出了硫酸盐，另外火星特快号上的OME-GA不但检测到了硫酸盐而且还检测到有粘土矿物存在。这些矿物都是在有水存在条下沉积形成的。现在科学工作者们正在加大

29、力度，在火星上探索过去或现在火星上是否有生物？ （2）、木星系统：人们认为木星的卫星中木卫二上有生物存在的可能。根据1979年两艘VOYAGER太空船飞过木星时收集的信息，拍摄了木卫二图像，根据高度清晰的照片，见有少数的火山口，还有深断的裂痕，可能还有内海存在，测定木卫二表层的相对密度（以水的相对密度为1）为3，推测可能主要是由硅酸盐（密度为3.5）和冰（相对密度为0.9）组成。1997年拍摄照片中显示了木卫二表层的板块分离和移动，这与地球的地壳运动和极地冰特征相似。由于推测木卫二上可能有水存在，所以太空生物学者们对木卫二怀有极大的兴趣，将会继续探索木卫二星上的生物起源或有无生物存在过等问题。

30、 （3）、土星系统的土卫六和土卫二：土卫六是1655年荷兰天文学家Christiaan Huygens发现的，它是土星最大的卫星，它的半径为2575km。据观测它的外围有一大气层，大气层的主要组成是氮气，并有少量的甲烷（CH4）。由于土卫六的表面温度很低，估计为94K，所以大气密度很大，约为地球大气密度的五倍。土卫六的平均密度为1.88g/cm3，如此低的密度，推测主要由冰与硅酸盐组成。最近认为土卫六除有甲烷外可能还有氨气（NH3）存在。于1997年发射的卡西尼太空船，栖带着惠更斯土卫六大气探测器，多年来取得了一些有益结果。2004年探测器到达土星，同年7月1日并入土星轨道，成为土星的一颗新的

31、卫星。2005年2月14日惠更斯探测器穿过了土卫六的大气层，进行了近距离的观测。根据探测结果，其中土卫六与太空生物学相关方面有：土卫六的高密度大气延伸到约1500km，主要由氮气（N2）组成，这与地球大气层很相似。其他主要有甲烷（CH4）约为（1.6-2%）和氢气（H2）（约0.1%）。大气层温度，对流层（94-70K）对流层顶（约70K）；同温层（约70-175K），比地球大气层冷些。科学工作者们认为土卫六上的甲烷似乎与地球上水的角色类似，雷达在北极区发现了湖和海的存在，可能为液态甲烷和乙烷。根据惠更斯上的成像光谱辐射仪（DISR）提供的土卫六表面的照片，清楚地显示了类似地球河流网络的树状结

32、构，没有陨石坑，还呈现了火山，构造，沉积物、气象过程与地球上这些过程相类似。 在土卫六的大气中已经探测到了一些有机物，例如氢氰酸（HCN），丙炔腈（HC2N）和氰（C2N2）。这些化合物是与地球前生物化学过程中很关键的有机物。在同温层中探测的有机物主要为碳氢化合物和含氮的有机物组分（主要是腈类）而且复合红外分光计（CIRS）已探测到 了水和苯的存在。在高达1300Km的高空中也探测到有机物存在。探测表明在星体表面可能富含可冷凝的有机物，也可能存在于低层大气中。根据现有探测资料显地示，土卫六可能发生过前生物化学反应，亦可能有过生物存在，现在正在探索中，有望会有更喜人的结果。 土卫二的探测结果也令

33、人惊喜，它是一个半径仅有250Km的小卫星，是目前正在观测的太空生物研究的新目标。卡西尼卫生拍摄的照片中显示了巨大的冰粒组成的羽状物从南极区域连续喷射出来，已从喷射物中检测出氮（N2）、二氧化碳（CO2）、甲烷和乙炔等碳氢化合物。在喷射口的温度较周围高，推测这颗卫生可能有高压液态水。这种液态水提供了发生前生物化学反应的条件，这种环境对合成各种有机成分非常有利，包括了构成生物的所有基础分子。目前正在努力探索之中。（4）、彗星的太空生物学研究： 彗星是太阳系中行星形成的一些残余物，主要由水、冰凝聚物与有机物或矿物质组成的“尘埃”粒子，形成彗星的核，一般大小在1至100Km之间，在1986年根据探测

34、器拍摄照片著名的IP/Halley彗星的体积约为8Kc8Km16Km。 彗星的化学组成：通过大型望远镜得到彗星头部的无线电波及红外图谱，证实水（H2O）是彗星冰的主要成份。其中还有30种含量不等的物质，一氧化碳（CO）约为水的1%到30%，二氧公碳（CO2）约为水的5%，与前生物化学反应相关的分子有：HCN、NH3、H2CO、H2S、HC3N、CH3CN、NH2CHO、CH3CHO、H2CS等，这些物质对前生物化学合成反应有重要意义，不同的彗星的物质组成有些差别，在成份上和含量上都不相同。另外在彗星中发现有镁橄榄石，一种合镁的硅酸盐矿物。在美国星尘号探测器收集彗星样本中（约310-4克），经检

35、测获得结晶硅酸盐、橄榄石和辉石，这是在高温下形成的矿物，还检测出多种有机化合物。详见表5.1。表5.1彗星上探测到分子及一些上限 进行太空生学研究时特别关注彗星对前生物分子的传送。彗星有可能将这些物质传送到地球或类地球地球的星球上促进那里的生物演化，特别是前生物的演化。例如有一些小粒子（约10um）大从太空飘浮到地面，最大的有100-200um，称为微陨石。它们来源于彗星，据估计一年约有1万到2万顿微陨石降落到地球，在一些富含碳的微陨石中发现了两种氨基酸。目前仍在继续研究彗星对地球生物起源所做出的贡献，Rosetta-2014实验室就是正在进行中的研究。Rosetta于2004年3月2日发射，

36、将于2014年8月到达目标67p/Churuymov-Gerasimenko彗星。它由两部分组成，一是绕彗星运转的卫星，另一个是Philae着陆器，Philae预计于2014年11月在67p/Churuymov-Gerasimanko彗星核上着陆。在卫星上装有两台质谱仪，一台是ROSINA卫星离子和中子分析质谱仪；另一台是COSIMA彗星二次离子质谱仪，将能收集和分析距彗核表面1Km处的气体和尘埃。另外还有4台光谱仪，还有一台气相色谱一质谱联用仪（COSAC）。这些仪器获得的数据将传送到地球，有望那时我们会对彗星有进一步的了解，也会对太空生物起源提供新资料，那时也可能会对彗星为地球上生物起源所

37、做出的贡献有更进一步的了解。(5)、陨星与生物起源 陨星是穿越地球轨道，进入地球大气层没有被完全摧毁而降落地面的地外星际物质。这些陨星（陨石）有些是火星、水星、月球等经历撞击后喷射出来的，但是大多数陨星可能是小行星的碎片。这些陨星的大小不等，一般在直径小于100km。根据目前已收集到18000颗以上的陨星，将它分为铁陨石、石陨石和石铁陨石；铁陨石主要为铁和镍的合金；石陨石主要是硅酸盐和其他矿物组成。含碳球粒状陨石是陨石的一个亚类，这类陨石中除硅酸盐物的外还含有1%至4%的有机碳。1969年坠落到地面的Murchison陨石，重量的100公斤以上。这类陨石中有机组分中不可溶的有机碳约65%到80

38、%，可溶的有机成分10%到20%，分布不均，还有2%到10%的碳酸盐类矿物。不溶物在高温（30）和高压（100Mpa）下能分解为单份子。在地球上所有的蛋白质仅由20种氨基酸组成，而且全都是a氨基酸，而在碳质石陨石中现在已经发现有100多种氨基酸，其中有许多含有烃基链，一到两个羟基与一到两个氨基的化学结构。有10种氨基酸在碳质陨石和地球上蛋白质中都有发现，这10种是：甘氨酸、丙氨酸、苏氨酸、缬氨酸、亮氨酸、异亮氨酸、脯氨酸、丝氨酸、天冬氨酸和谷氨酸。另外用氯仿从碳质陨石粉末中还抽提出了，烟碱酸、单羟酸、类糖物质及复杂的两亲物质，这些有机物在水中能形成膜状的囊泡。这类陨石和生物组分最有趣的相似之处

39、是；一些手性氨基酸在陨石中呈对L朠体过量（ee），这与地球上的蛋白质相类似，到目前为止，已经证实015%的分子ee存在于a氨基基a烃基氨基酸这一亚类中，是生物圈外唯一不对称的。在陨石氨基酸中发现的ee似乎说明手性不对称性在前生物化学反应中起了一定的作用。总的说来，陨石中有机组成的分析结果告诉我们：无机物合成有机物的反应或产生更复杂的有机物，其中也包括了与地球生物分子完全对应的有机组分，同时告诉我们地球以外的前生物化学反应的合成体系可以产生生物分子，这将让我们了解到有机物在宇宙中的分布以及地球和地球以外地区生物的起源是有可能性的。5.2.4、生物起源的化学进化论 生物起源的化学进化论，也称为化学

40、起源说。现在存在多种生物起源说中，化学起源说和宇宙起源说是广大有关学者能接受的生物起源说。这一假说认为，地球形成以后，经过几亿年的时间，大约是在距今3840亿年期间，那时地球已经形成了地壳和原始的海洋和大气层。但是那时的水、陆、空的环境与现在不一样，那时是还原环境而现在是氧化环境。就在这段时期地球上开始了生物起源的化学演化过程。那时的大气组成可能全要是氢气、氨气、甲烷和水蒸汽等，属于还原性大气层。 化学起源论者认为在原始的大气组成条件下，地球表层温度冷却到适宜生物存在环境，但比现在要高些，是有陆地有海洋已有沉积岩出现的年代，经过慢长的时间，物质经过由简单到复杂的化学过程，逐步演变而成生物。化学

41、起源说认为生物的形成经过了四个阶段。第一个阶段是从无机分子形成有机小分子物质，这一过程已在室内的化学模似实验实现了，认为是可行的。第二阶段是从有机小分子合成有机高分子。第三阶段是从有机高分子演化成多分子体系生物分子。第四阶段是从多分子体系演化成原始的生物。 前生物化学演化的各阶段是在不同环境和条件下进行的。目前一般认为第一阶段是在大气层中进行的，或在类似地球大气组成的其他星球大气层中生成的。前生物演化的第二、三、四阶段认为是在海洋中进行的，原始海水中有利于生物的演化，首先是海水能阻止紫外线和其他宇宙射线等作用。降低了已形成的有机物，多分子体系，以及原始生物的分解速度和杀伤作用，保护其存在期的延

42、长，有利于演化的进程，其次是形成的原始生物虽要有原始的新陈代谢作用，但不能进行光合作用，而原始海洋中具有各种有机物质可作为原始生物的营养物质，所以原始海洋环境有利于原始生物的形成和演化。最近生物学家测定了海底热泉中细菌的基因，将这些细菌基因与现代陆地环境中细菌基因进行对比，发现他们相同的基因超过60%，所以推断这些细菌可能是古细菌，是原始的生物。 5.2.5 原始大气层的组成和前生物演化的能源。要研究生物的起源，首先必须了解早期地球的环境，尤其是大气、陆地和海洋。对生物的起源地球早期大气组成和原始海洋的性质是十分重要的，是有关学者一直关注的话题。从上世纪二十年代直到现在仍是古老的话题，未解决的

43、课题。1924年俄国生物学家A.奥巴林（Oparin）和1929年J.B.J哈尔坦（Haldane）分别提出一个关于生物起源和早期地球性质的模型，后人称为“OparinHaldane”假说；认为太阳和另一颗恒星的近距离碰撞喷射出的过热气体凝缩而形成了早期地球。地球最早的大气是高度还原性的，其中富含氢气（H2）、甲烷（CH4）、氨气（NH3）。奥巴林的地球形成的假说不能让人信服，但他的还原性的大气模型得到美国芝加哥大学的地球化学家H.尤里（Harold vrey）支持。H.尤里是一位知名的地球化学家，他对木星和土星等的光谱分析，证明了在这些星球大气中富含甲烷和氨气，所以推论地球在还未失去氢气之前

44、，其大气应类似木星和土星，与此同时，另一位地球化学家William Rubey提出了另一个大气模型（1951），认为地球大气主要由火山口放出的气体，其主要由二氧化碳（CO2）和水(HO2)，还有氮气(N2)组成。后来由James walker （1977）等人作了较详细阐述，在Walker（1977）的书中建立了现在称为弱还原性的早期大气模型，认为早期大气主要是二氧化碳（CO2）和氮气(N2)，其次是氢(H2)，在地面上缺乏自由的氧。氢分子浓度大约在101000ppmv（百万分子单位体积）之间。如果Walker的观点是对的，则H.尤里的模型就应修改，他的学生斯坦利.米勒（Stanley Mil

45、ler）的模拟实验虽然能实现，但在大气中合成前生物化合物的效率将非常低。所以有些学者提出了“喷气孔”模型，认为生物起源于大洋中脊热液循环系统中合成的还原性有机化合物；以及“空间起源”模型，认为复杂的有机物来自陨石或星际间尘埃粒子的组分。现在看来，无论是H.尤里，Rubey 还是 Walker 的假说都有一些不确定性，地球的形成是一个非常复杂的过程。现在认为高度还原性的由CH4、NH3组成的大气可能性不大，尤其是NH3不稳定，易光解为N2和H2，所以米勒在大气层合成前生物有机化合物的方法可能不是太有效的。但原始大气中富含CH4 、CO、CO2和N2。大气中的CH4能通过光化学反应生成HCN和H2

46、CO，这些化合物对氨基酸、核酸和糖类合成是非常有益的，而且一氧化碳（CO）也是前古生物的有用组分。前面在介绍彗星中探测出的分子时已见到，其中有CH4、C2H6、NH3、HCN、HNCO等等，可见太空中有NH3存在，其在彗星中含量最高能达4%，一般小于0.21%，可见米勒的模拟实验还是能在大气层中实现的。另外，有些学者认为地球大量的气体是通过火山爆发喷射出来的，一般都认为原始地球的火山活动的次数比现在多许多，喷出的气体也比现在多。根据现在火山喷发出的气体可分为两大类：一是氧化性的，主要气体是水蒸气、二氧化碳(CO2)、二氧化硫(SO2)；二是还原性的，例如意大利的Trachyte火山口，喷出气体

47、除水蒸气外，所溢出气体的体积百分数分别为CO2 92.7%,CH4 0.92%,NH3 1.72%,H2 1.76%,H2S 2.45%。当然这些从火山口喷出的气体不一定都来自地球内部，也可能是地壳岩石熔融后的产物。这些喷发气体与原始地球大气有多少相关性，原始地球火山喷发气体与现在火山喷发气体有多少相同点，目前所知甚少。前生物的化学演化，除了上述的可居住区的存在，大气组成和液态水的存在外还有一个能量问题。我们知道任何化学反应的平衡位置是由反映的动力学决定的。GO1=-RTLNK式中GO1 为PH7时的标准自由能；R为气体常数；T为温度；K为反应的平衡常数。GO1 为负值时反应为放热反应，平衡位

48、置偏向于反应生成产物的方向。GO1 为正值时反应为吸热反应，平衡位置偏向于逆向反应，任何前生物或生物生化系统都依赖于多种吸热反应，即需要有能量供给。例如：2CH4(气)+NH3(气)+2H2O（液）=H2N-CH2-COOH（液）+5H2（气），GO1 =52.2千卡。可见这种反应只有在有能量供给时反应才能生成产物。能量是前生物化学演化的前提，没有能量供给前生物化学演化就难以进行。在原始地球上可用于有机合成的直接能源是日光，放电，火山爆发时的热能，宇宙射线，放射性和冲击波。这些能源的可用能量如表5-2所示。表5-2 现今地球上能源的平均数值能源能量（卡/厘米年）能源能量（卡/厘米年）太阳辐射总能量紫外光放电宇宙射线260.0004005.740.0015放射性（1千米深）火山爆发冲击波0.80.131.1从上表中可见太阳辐射的能量是地球表层的主要能源。易被CH4，NH3和H2O等化合物吸收的是波长在2000至1800米紫外光，其能量为410卡/厘米2年这部分紫外光对前生物化