地球的演化和生命的起源

一.地球的演化46億年前地球剛誕生時(shí),它的模樣和現(xiàn)在一樣嗎？根據(jù)太陽系形成的過程，你能想象地球誕生時(shí)得“模樣”嗎？

地球的年齡約為46億年。太陽系在大約50億年前誕生后，大約經(jīng)過了5億年，地球開始形成。地球是由原始的太陽星云坍縮、凝聚而形成的。由于隕石的轟擊、地球不斷收縮等原因，溫度逐漸升高，地球內(nèi)部出現(xiàn)熔融現(xiàn)象。同時(shí)又在地球自轉(zhuǎn)、重力作用下，發(fā)生了物質(zhì)分異現(xiàn)象，外部密度較大的物質(zhì)和元素向內(nèi)部逐漸下沉，內(nèi)部較輕的物質(zhì)逐漸上升，最后地球就逐漸形成了現(xiàn)在的地殼、地幔和地核等結(jié)構(gòu)。

地球在形成之初是一個(gè)由巖漿構(gòu)成的熾熱的球。隨著地球溫度的不斷下降，固態(tài)的地殼逐漸形成。由高溫巖漿不斷噴發(fā)而釋放的水蒸氣、二氧化碳等構(gòu)成了非常稀薄的原始大氣。高溫巖漿不斷噴發(fā)而釋放的大量水蒸氣，隨著溫度的下降，凝結(jié)成水滴降到地表，匯流成海洋，地球進(jìn)入了海洋時(shí)代?？茖W(xué)家推測(cè)，距今約38億年前，在海洋中誕生了地球上最原始的生命體。地球形成初期的模樣(46億年前)1、地球剛誕生時(shí)是一個(gè)高溫?zé)霟岬娜蹘r球。這是科學(xué)家們的推斷巖漿噴發(fā)形成熔巖流(46億-26億年前)1、地球剛誕生時(shí)是一個(gè)高溫?zé)霟岬娜蹘r球。隨地球溫度的不斷下降，巖漿的冷卻、凝固(46億-26億年前)2、固態(tài)地殼逐漸形成。高溫巖漿不斷噴發(fā)而釋放水蒸氣和二氧化碳等構(gòu)成了非常稀薄的原始大氣(46億-26億年前)3、原始大氣逐漸構(gòu)成(不含氧氣)。4、原始海洋逐漸構(gòu)形成。高溫巖漿不斷噴發(fā)而釋放的大量水蒸氣，隨溫度的下降，凝結(jié)成水滴降落地表，匯流成海洋(46億-26億年前)5、最原始生命體在原始海洋誕生。(38億年前)地球早期的演化過程：熾熱的熔巖球(46億年前)地殼逐漸形成釋放水蒸氣、二氧化碳等原始大氣原始海洋(約38億年前，最原始的生命體出現(xiàn))溫度下降水蒸氣凝結(jié)沉降原始地球(25億年前)6、科學(xué)家們通過對(duì)地層和化石的研究，逐步揭示了：25億年前到現(xiàn)在的變化。6、科學(xué)家們通過對(duì)地層和化石的研究，逐步揭示了：25億年前到現(xiàn)在的變化。1)25億-6億年前：地球上開始出現(xiàn)大片的陸地和山脈，海洋中的藻類釋放出氧氣，原始大氣中氧氣含量增多。7、25億年前到現(xiàn)在的變化2)6億-2.5億年前的古生代：地球上陸地大面積增加，原始的歐亞大陸和北美大陸露出海面，出現(xiàn)昆蟲、魚類、兩棲類和裸蕨類植物。7、25億年前到現(xiàn)在的變化3)2.5億-0.7億年前中生代：大西洋和印度洋形成，中國(guó)大陸輪廓基本形成，裸子植物和爬行動(dòng)物出現(xiàn)。7、25億年前到現(xiàn)在的變化4)0.7億年前至今：地球上在第三紀(jì)經(jīng)經(jīng)歷了大規(guī)模的造山運(yùn)動(dòng)，形成了喜馬拉雅山等大山脈，奠定了現(xiàn)在地球的地貌的基礎(chǔ)，出現(xiàn)鳥類、哺乳類和被子植物。7、25億年前到現(xiàn)在的變化8、現(xiàn)今的地球右圖是記錄地球歷史的”金釘子”。你知道下列現(xiàn)象或生物分別出現(xiàn)在“金釘子”的哪段時(shí)間區(qū)域：原始海洋形成于蕨類植物的繁盛和裸子植物的出現(xiàn)

哺乳動(dòng)物的出現(xiàn)

恐龍生活的時(shí)期

大氣中氧氣的出現(xiàn)和增多

魚類的出現(xiàn)和繁盛

距今25億年距今6億年距今2.5億年距今0.7億年現(xiàn)代距今46億年地球的歷史距今38億年ABCDEF1、隨著藻類的出現(xiàn)，光合作用釋放的氧改變了大氣的成分，生物的代謝方式從無氧生活發(fā)展到有氧生活，促進(jìn)了生物的進(jìn)化。同時(shí)隨著大氣中氧濃度的升高，臭氧層逐漸形成，為陸生生物的出現(xiàn)創(chuàng)造了環(huán)境。2、生物化石為生物的進(jìn)化提供了有力的證據(jù)3、對(duì)于原始生命都是如何誕生的，沒有直接的證據(jù)來證明，只能通過模擬、實(shí)驗(yàn)、和推測(cè)等研究方法，提出各種假說來解釋。說明關(guān)于生命起源的問題，你知道有哪些假說嗎？神創(chuàng)論也叫特創(chuàng)論。神創(chuàng)論認(rèn)為生物界的所有物種（包括人類），以及天體和大地，都是由上帝創(chuàng)造出來的。世界上的萬物一經(jīng)造成，就不再發(fā)生任何變化，即使有變化，也只能在該物種的范圍內(nèi)發(fā)生變化，是絕對(duì)不可能形成新的物種的。神創(chuàng)論還認(rèn)為，各種生物之間都是孤立的，相互之間沒有任何親緣關(guān)系。神創(chuàng)論二.生命的誕生

自然發(fā)生說是19世紀(jì)前廣泛流行的理論，這種學(xué)說認(rèn)為，生命是從無生命物質(zhì)自然發(fā)生的。如，我國(guó)古代認(rèn)為的“腐草化為螢”（即螢火蟲是從腐草堆中產(chǎn)生的），腐肉生蛆等。在西方，亞里士多德（公元前384—公元前322）就是一個(gè)自然發(fā)生論者。有的人還通過“實(shí)驗(yàn)”證明，將谷粒、破舊襯衫塞入瓶中，靜置于暗處，21天后就會(huì)產(chǎn)生老鼠，并且讓他驚訝的是，這種“自然”發(fā)生的老鼠竟和常見的老鼠完全相同。自然發(fā)生說19世紀(jì)法國(guó)著名科學(xué)家巴斯德著名的“肉湯實(shí)驗(yàn)”推翻了這一學(xué)說。巴斯德把煮沸滅菌的肉湯密封起來，發(fā)現(xiàn)細(xì)菌不能在肉湯里自我再生。這個(gè)實(shí)驗(yàn)證明，細(xì)菌等微生物的繁衍需要有母體細(xì)菌的存在，新的生命不可能自發(fā)地從非生命物質(zhì)中產(chǎn)生。那么，最原始的細(xì)菌又來自什么地方?巴斯的并沒有解決生命的起源問題。宇宙胚種說則認(rèn)為，地球上生命的種子來自宇宙，還有人推斷，是同地球碰撞的彗星之一帶著一個(gè)生命的胚胎，穿過宇宙，將其留在了剛剛誕生的地球之上，從而地球上才有了生命。但是，一些科學(xué)家卻對(duì)此類假說持強(qiáng)烈的反對(duì)意見。他們認(rèn)為，彗星是帶來了某些物質(zhì)，但那不是決定性的，產(chǎn)生生命所必需的物質(zhì)在地球上本來就已經(jīng)存在。生命起源問題的另一類觀點(diǎn)——宇宙胚種說

但是，一些科學(xué)家卻對(duì)此類假說持強(qiáng)烈的反對(duì)意見。他們認(rèn)為，彗星是帶來了某些物質(zhì)，但那不是決定性的，產(chǎn)生生命所必需的物質(zhì)在地球上本來就已經(jīng)存在。生命起源問題的觀點(diǎn)之一：化學(xué)進(jìn)化說

化學(xué)進(jìn)化說認(rèn)為，生命起源于原始地球上的無機(jī)物，這些無機(jī)物在原始地球的自然條件作用下，從無機(jī)到有機(jī)、由簡(jiǎn)單到復(fù)雜，通過一系列化學(xué)進(jìn)化過程，成為原始生命體。1、試驗(yàn)條件(大氣成分、反應(yīng)條件和反應(yīng)場(chǎng)所等)：用真空泵將裝置抽成真空后，充入甲烷、氨氣、水、氫氣模擬原始大氣；用電極產(chǎn)生電火花來迷你閃電，作為反應(yīng)條件；用沸水和冷凝后的水模擬原始海洋，作為反應(yīng)場(chǎng)所。2、實(shí)驗(yàn)過程：充入模擬的原始大氣→用水蒸氣驅(qū)動(dòng)混合氣體在玻璃管內(nèi)流動(dòng)→電火花放電7天→有機(jī)物(氨基酸、有機(jī)酸等)出現(xiàn)冷凝3、實(shí)驗(yàn)結(jié)論：原始大氣中的一些小分子無機(jī)物，在一定條件下有可能合成有機(jī)小分子物質(zhì)。1953年美國(guó)生物學(xué)家米勒的模擬實(shí)驗(yàn)1.米勒模擬實(shí)驗(yàn)1)實(shí)驗(yàn)條件：(1)原始大氣：甲烷、氨氣、水、氫氣(2)能量：閃電、紫外線、宇宙射線(3)場(chǎng)所：原始海洋3)實(shí)驗(yàn)結(jié)論：生命起源于原始地球上的無機(jī)物是可能的2)實(shí)驗(yàn)結(jié)果：盛有水溶液的燒瓶代表原始的海洋還原性大氣兩個(gè)電極放電產(chǎn)生電火花，模擬原始天空的閃電冷凝管讓反應(yīng)后的產(chǎn)物和水蒸汽冷卻形成液體，又流回底部的燒瓶，即模擬降雨的過程米勒模擬原始大氣產(chǎn)生有機(jī)物的實(shí)驗(yàn)裝置電極電火花氣體實(shí)驗(yàn)結(jié)果合成了一些氨基酸、有機(jī)酸和尿素等。CH4NH4H2OH2氨基酸單糖核苷酸地球原始海洋

一些現(xiàn)代科學(xué)家相信生命起源的化學(xué)進(jìn)化假說。簡(jiǎn)單的有機(jī)分子，如氨基酸、核苷酸等能結(jié)合形成聚合體。他們推測(cè)一些有機(jī)化合物經(jīng)過長(zhǎng)期而又復(fù)雜的化學(xué)變化，逐漸形成更大、更復(fù)雜的分子，直到形成組成生物體的基本物質(zhì)—蛋白質(zhì)，以及作為遺傳物質(zhì)的核酸等大分子物質(zhì)。但是，關(guān)于生物大分子如何起源于小分子的原理，目前科學(xué)家還不清楚。在一定條件下，蛋白質(zhì)和核酸等物質(zhì)經(jīng)過濃縮、凝聚等作用，可以形成一個(gè)由多種分子組成的體系。這個(gè)體系的外面有一層膜，將內(nèi)部與海水相隔開，在原始海洋中經(jīng)歷漫長(zhǎng)、復(fù)雜的變化，最終形成了原始的生命。2.化學(xué)進(jìn)化學(xué)說：1)無機(jī)小分子物質(zhì)化學(xué)生成有機(jī)小分子。2)有機(jī)小分子形成有機(jī)高分子--蛋白質(zhì)和核酸。3)有機(jī)高分子物質(zhì)組成有界膜的多分子體系。4)多分子體系演變成原始生命。

(最復(fù)雜和最有決定意義的一步)化學(xué)進(jìn)化示意圖：為什么說海洋是生命的搖籃？原始海洋為原始生命的誕生提供了大量的基本條件：生命所需要的水，維持生命所需要的碳、氧、氮等元素及多種鹽類，有適宜的溫度，能有效抵擋紫外線的輻射等。海洋孕育了地球上最初的生命，也完成了一系列動(dòng)植物的演化過程，所以說海洋是生命的搖籃。由地球的演化過程可以發(fā)現(xiàn)生物出現(xiàn)的先后次序由什么樣的規(guī)律？生物的出現(xiàn)的先后次序遵循這樣的規(guī)律：由水生到陸生，由簡(jiǎn)單到復(fù)雜，由低等到高等。原始生命最可能的原始新陳代謝類型是什么？

原始生命雖然具有原始的新陳代謝作用，但其結(jié)構(gòu)十分簡(jiǎn)單，不可能具有進(jìn)行光合作用的結(jié)構(gòu)和條件，而只能以原始海洋中已經(jīng)存在的各種有機(jī)物作為營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)，所以其同化方式應(yīng)該是異養(yǎng)型。原始大氣成分中沒有氧氣，因此其異化方式只可能是厭氧型。所以，原始生命的代謝類型最大可能為異養(yǎng)厭氧型思考：

生命在地球上的出現(xiàn)是原始地球條件和各種物質(zhì)相互作用的結(jié)果，在現(xiàn)今的地球條件下，作為生命起源的基本條件已不存在了。隨著地球上最早的能進(jìn)行光合作用的原始藻類（如藍(lán)藻）和以后綠色植物的出現(xiàn)，現(xiàn)代大氣已成為含氧豐富的氧化性大氣，而不再是生命起源所必需的還原性大氣?，F(xiàn)今地球的大氣層中有臭氧層阻擋了大部分的紫外線，沒有了強(qiáng)烈的太陽輻射，也沒有頻繁的閃電，地球的溫度也降低了，把無機(jī)物合成為有機(jī)物必需的自然界的高能作用已不復(fù)存在。另外，也不再有含豐富有機(jī)物、含鹽量極少的原始海洋那樣的環(huán)境?，F(xiàn)在的地球上由于存在大量的游離氧（可以氧化有機(jī)物）和微生物（可以分解有機(jī)物）各種有機(jī)物不可能像在原始海洋中那樣長(zhǎng)期保存和積累。因此，在現(xiàn)在的地球環(huán)境條件下，是不可能再產(chǎn)生新的原始生命的。正因?yàn)榈厍蛏喜粫?huì)有新的生命起源，現(xiàn)在地球上生物若滅絕一種，就永遠(yuǎn)地消失，一去不復(fù)返。因此保護(hù)環(huán)境，保護(hù)生物，尤其保護(hù)珍稀的野生動(dòng)植物資源是當(dāng)務(wù)之急。在現(xiàn)今地球條件下，非生命物質(zhì)能不能再演化為原始生命？思考：生命起源的化學(xué)進(jìn)化假說1959年9月，人們?cè)诼涞桨拇罄麃喌囊活w隕石中發(fā)現(xiàn)了多種氨基酸和有機(jī)物。由此，有人提出假說，原始生命可能來自外星球。有機(jī)小分子物質(zhì)(存在于原始海洋中)→有機(jī)大分子物質(zhì)(蛋白質(zhì)、核酸