2025年大學《行星科學》專業(yè)題庫——行星生命起源與演化考試時間：______分鐘總分：______分姓名：______一、簡述化學起源理論的主要階段和關鍵化學反應，并說明其面臨的挑戰(zhàn)。二、早期地球大氣成分與現(xiàn)代大氣有何不同？這些差異對生命起源和演化有何重要意義？三、什么是生物標志物？列舉幾種常見的生物標志物，并說明它們在尋找早期生命證據(jù)中的作用和局限性。四、比較并說明熱泉生態(tài)系統(tǒng)和原始海洋環(huán)境作為生命起源場所的異同點。五、地質記錄中的哪些證據(jù)可以指示一個行星（如早期地球或火星）曾經(jīng)具有宜居環(huán)境？簡述分析這些證據(jù)時需要考慮的關鍵因素。六、闡述“蓋亞假說”在行星生命演化中的作用。你如何看待該假說中的“生命影響環(huán)境”這一觀點？七、定義“宜居帶”。評估系外行星Gliese581g（或類似被報道的系外行星）的潛在宜居性時，需要考慮哪些關鍵因素？存在哪些主要的未知和不確定性？八、撞擊事件對行星生命起源和演化可能產(chǎn)生哪些影響？請結合具體例子說明。九、討論火星上尋找過去或現(xiàn)存生命的可能性。當前火星探測任務（如“好奇號”、“毅力號”）提供了哪些證據(jù)支持或反駁了火星生命的存在？十、你認為在太陽系內（除地球外）發(fā)現(xiàn)生命的可能性有多大？在尋找地外生命的過程中，我們需要考慮哪些基本的假設和潛在的偏見？試卷答案一、答案：化學起源理論通常分為三個主要階段：1）無機物生成有機小分子階段，主要涉及從無機前體（如水、甲烷、氨、氮氣等）通過熱化學反應（如閃電、火山噴發(fā)）、光化學反應等途徑合成氨基酸、核苷酸、脂肪酸等有機小分子；2）有機小分子生成大分子有機分子階段，這些有機小分子在特定條件下（如粘土礦物表面、膠體溶液、原始海洋）通過聚合反應等形成蛋白質、核酸、脂質等生物大分子；3）從大分子有機分子形成原始生命（或“獨立系統(tǒng)”）階段，生物大分子在原始海洋或特定場所（如熱泉口）組裝成能夠進行自我復制、新陳代謝和演化的原始生命形態(tài)。面臨的挑戰(zhàn)包括：原始地球大氣成分的確定與還原性環(huán)境證據(jù)的缺乏；從非生命到生命（特別是RNA自我復制的“RNA世界”假說）的巨大能量和結構障礙；早期生命在惡劣環(huán)境中的保護機制；以及實驗模擬結果與地質記錄的某些不符之處。解析思路：本題考察化學起源理論的階段劃分和核心挑戰(zhàn)。答題要點在于清晰列出三大階段及其主要特征（小分子合成、大分子聚合、原始生命形成），并準確描述每個階段的關鍵過程。同時，需要能夠識別并闡述該理論面臨的主要科學難題，如大氣成分爭議、能量障礙、RNA世界實現(xiàn)機制、環(huán)境適應性等。二、答案：早期地球大氣成分與現(xiàn)代大氣顯著不同。早期大氣可能主要由火山噴發(fā)出的水蒸氣、二氧化碳、氮氣、少量甲烷和氨氣組成，氧氣含量極低甚至沒有。可能不存在游離氧氣，因為氧氣會與當時地表的金屬或其他物質迅速反應。與現(xiàn)代大氣相比，早期大氣缺乏足夠的氧氣，且二氧化碳和水蒸氣含量高。這種差異的意義在于：高二氧化碳和水蒸氣可能導致強烈的溫室效應，使早期地球表面溫度較高，適合生命早期形態(tài)（如嗜熱菌）生存；缺乏氧氣限制了依賴氧氣的呼吸作用生命的出現(xiàn)；大氣成分的差異也影響了全球氣候、海洋化學環(huán)境以及隕石物質的分餾和沉積。解析思路：本題要求對比早期和現(xiàn)代大氣成分，并闡述其意義。關鍵在于記住早期大氣的主要成分（還原性氣體為主，無游離氧）和與現(xiàn)代大氣的區(qū)別（低氧、高CO2）。答題時要結合地質學和氣候學知識，說明成分差異對早期地球溫度、化學環(huán)境、生命演化路徑（特別是能量代謝方式）的根本性影響。三、答案：生物標志物是指那些僅在生物體內（或與生物活動密切相關）產(chǎn)生的、具有特定化學或物理性質的分子、結構或信號，可用于識別過去或現(xiàn)在生命的存在。常見的生物標志物包括：1）特定的有機分子結構，如具有特定立體異構的氨基酸（通常為L型）、手性糖類、復雜的碳氫化合物（如卟啉、類胡蘿卜素衍生物）；2）特定的同位素分餾特征，如生物活動導致的碳、硫、氮等元素同位素比率異常；3）微化石或宏化石（盡管題目要求早期生命，通常討論微化石或生物結構印痕）。它們在尋找早期生命證據(jù)中的作用在于，如果能從巖石或隕石中檢測到這些具有生物特異性的標記物，即使生命僅以微生物形式存在，也能為生命的存在提供強有力的證據(jù)。局限性在于：非生物過程也可能產(chǎn)生類似或相似的標志物（假陽性），需要嚴格區(qū)分；生物標志物在地質作用（如氧化、熱變質）下可能被破壞或改造（假陰性）；對于非常早期或簡單的生命形式，可能留下的生物標志物非常微弱或獨特性不高，難以檢測。解析思路：本題考察生物標志物的定義、類型、作用和局限。定義要準確，類型要具體（有機分子、同位素、化石印痕等）。作用在于其“生物特異性”和作為“證據(jù)”的功能。局限性則需從“假陽性”和“假陰性”兩個角度展開，結合地質作用對有機物和同位素的影響進行說明。四、答案：熱泉生態(tài)系統(tǒng)和原始海洋環(huán)境作為生命起源場所的相同點在于：兩者都提供了可能支持早期生命化學合成和能量獲取的化學梯度和環(huán)境條件。它們都存在于早期地球相對穩(wěn)定或受保護的環(huán)境中（如海底熱泉口、特定海洋深淵區(qū)域），擁有豐富的化學物質和能量來源（如熱能、化學能梯度）。不同點在于：1）能量來源不同，熱泉生態(tài)系統(tǒng)主要依賴地球內部的熱能和化學能（無機物氧化還原），形成基于化學合成的食物鏈；原始海洋環(huán)境可能同時利用太陽光能（驅動光合作用，雖然早期效率可能不高）和地熱能、化學能；2）環(huán)境化學性質不同，熱泉口通常具有高溫、高壓、強酸性或堿性、高鹽度以及特定金屬離子和氣體（如硫化氫）的特點，形成獨特的化學環(huán)境；原始海洋環(huán)境則相對溫和，但成分也在不斷變化，受大氣、陸地和生物活動影響。熱泉生態(tài)系統(tǒng)被認為是支持生命早期演化的有力候選場所，因為它能提供相對穩(wěn)定、富含有機合成前體和能量梯度的微環(huán)境。解析思路：本題要求比較兩種環(huán)境的異同。首先要明確各自的定義和主要特征（能量來源、環(huán)境條件）。相同點在于提供支持生命化學和能量需求的共性。不同點則要重點突出能量來源（熱化學vs多樣化）、環(huán)境參數(shù)（溫度、pH、壓力、化學組成）的顯著差異。最后可以簡要評價熱泉生態(tài)系統(tǒng)的地位。五、答案：可以指示一個行星曾經(jīng)具有宜居環(huán)境的地質證據(jù)包括：1）存在液態(tài)水的證據(jù)，如沉積巖層中的層理構造、波痕、泥裂等沉積學特征，三角洲、湖泊、海洋的沉積記錄，水垢或硅質沉淀物；2）存在合適的化學元素和化合物，如沉積巖中的磷、硫、氮、碳等生物必需元素組合，指示有機物存在的生物標志物；3）存在穩(wěn)定或變化的溫度記錄，如冰期-間冰期沉積層序、特定礦物相變溫度指示；4）存在大氣保護層存在的線索，如大氣成分的同位素證據(jù)、行星表面免受過度輻射侵蝕的證據(jù)。分析這些證據(jù)時需要考慮的關鍵因素有：證據(jù)的確實性和普遍性，區(qū)分生物成因與非生物成因（如極端的“生物地球化學假自證”效應），考慮地質記錄的改造和缺失（如選擇性保存），結合多種證據(jù)進行綜合解釋，并評估行星軌道、大氣、磁場等長期穩(wěn)定性的可能性。解析思路：本題考察宜居性的地質證據(jù)及其分析要點。需要列舉能直接或間接證明存在液態(tài)水、必需化學成分、適宜溫度和潛在大氣保護的主要地質記錄類型。分析時則要強調證據(jù)評估的嚴謹性，包括確證性、成因判斷、地質記錄的局限性以及綜合分析的重要性。六、答案：“蓋亞假說”認為，地球是一個自我調節(jié)的系統(tǒng)，其大氣、海洋、陸地、生物圈和地殼之間存在復雜的相互作用，共同維持著行星的宜居狀態(tài)，甚至生命本身參與了這個調節(jié)過程。該假說在行星生命演化中的作用體現(xiàn)在：它提出生命不是被動適應環(huán)境，而是能夠通過其活動（如光合作用改變大氣成分、改變地貌、影響氣候等）主動影響和塑造地球環(huán)境，從而使地球保持或趨向于宜居狀態(tài)。例如，藍細菌的光合作用釋放氧氣，最終形成臭氧層，保護地表生命免受紫外線傷害；植物的生長改變了地表形態(tài)和大氣成分。你如何看待這一觀點：蓋亞假說提供了一個理解行星生命與環(huán)境長期共演化的重要視角，強調了生命的“建設性”作用。支持者認為它解釋了地球生命史上的某些重大轉折點（如大氧化事件）。然而，該假說也存在爭議，一些科學家認為其部分機制過于擬人化或缺乏直接的地質證據(jù)支持，或者難以區(qū)分反饋調節(jié)與簡單的耦合關系。需要謹慎區(qū)分“生命影響環(huán)境”（生物地球化學循環(huán)）與“生命調控環(huán)境”（主動反饋維持宜居性）。解析思路：本題要求闡述蓋亞假說的內容、作用并表達個人看法。內容上要答出地球系統(tǒng)整體性、相互作用以及生命的作用。作用在于說明生命如何通過活動影響環(huán)境。看法應體現(xiàn)客觀性，既要承認其合理性和啟發(fā)性，也要了解其面臨的挑戰(zhàn)和爭議，可以結合具體例子（如氧氣的產(chǎn)生）和對其機制的兩種理解（影響vs調控）來展開。七、答案：“宜居帶”（habitablezone,HZ）通常指圍繞恒星的一個區(qū)域范圍，在這個范圍內，行星的表面溫度可能允許液態(tài)水的穩(wěn)定存在。評估系外行星宜居性時需要考慮的關鍵因素包括：1）行星與恒星的距離（確定表面溫度）；2）恒星的類型、穩(wěn)定性、活動性（影響行星接收到的能量和輻射環(huán)境）；3）行星的質量、半徑和大氣成分（決定其表面壓力、溫室效應、能否維持液態(tài)水）；4）行星的軌道周期和穩(wěn)定性（是否存在共振或劇烈擾動）；5）行星內部的地質活動（如板塊運動、火山活動，維持宜居環(huán)境所需的元素循環(huán)和能量耗散）；6）行星磁場（抵御恒星高能輻射）；7）是否存在生命所需的化學元素和條件。存在的主要未知和不確定性在于：大多數(shù)系外行星是氣態(tài)巨行星或超級地球，我們難以直接探測其大氣成分和表面狀況；我們對行星形成和演化的過程理解尚不完全；液態(tài)水存在的條件可能比我們假設的更寬泛或更苛刻；生命存在的條件可能遠超地球生命，我們目前的標準可能過于狹隘。解析思路：本題考察宜居帶定義及評估系外行星宜居性的要素。首先要給出生宜帶的定義。然后需要從行星本身（軌道、質量、大氣）和恒星環(huán)境（類型、穩(wěn)定性）、行星內部演化（地質、磁場）等多個維度列出需要考慮的關鍵因素。最后要指出當前研究的難點和不確定性，主要集中在對行星大氣和表面狀態(tài)探測的困難、對行星演化過程的認知局限，以及對生命條件本身認識的狹隘性。八、答案：撞擊事件對行星生命起源和演化可能產(chǎn)生重大影響：1）提供原始物質和能量，撞擊早期地球的巨量物質可能帶來了構成生命所必需的有機分子甚至微生物（地外起源假說）；巨大的撞擊能量（熱激波、壓力）可能創(chuàng)造了局部高溫高壓環(huán)境，促進了復雜有機分子的合成；2）改變行星環(huán)境，大型撞擊可能導致全球性災難，如造成大規(guī)?；鹕絿姲l(fā)（引發(fā)“撞擊冬天”）、改變大氣成分、形成大型撞擊坑（如巴林杰隕石坑），這些劇烈的環(huán)境變化可能滅絕生命，但也可能為新的生命形式的出現(xiàn)創(chuàng)造條件；3）觸發(fā)行星演化，大型撞擊可以改變行星的軌道、自轉狀態(tài)，甚至導致行星分層的改變；4）可能作為生命演化的催化劑，劇烈的環(huán)境壓力可能促使生命形式向更復雜、更耐受逆境的方向演化。例如，晚期重轟炸期可能對早期地球生命的演化和滅絕起到了關鍵作用；恐龍滅絕與?？颂K魯伯隕石撞擊有關。解析思路：本題要求列舉撞擊事件的影響，并舉例。影響可分為提供物質能量、改變環(huán)境、觸發(fā)演化、催化演化等幾類。每類影響都需要給出具體機制和后果的說明。例子要能支持所論述的觀點，如晚期重轟炸與生命早期演化、?？颂K魯伯與恐龍滅絕。九、答案：火星上尋找過去或現(xiàn)存生命的可能性是一個活躍的研究領域。當前火星探測任務（如“好奇號”、“毅力號”）提供了以下證據(jù)：1）過去生命的證據(jù)：在蓋爾撞擊坑的泥巖中發(fā)現(xiàn)了有機分子（甲基氯、氯代甲烷等，但非生物成因也可能）、復雜的碳同位素分餾特征、可能由微生物活動形成的微結構（“微化石”或“微層理結構”），表明過去火星環(huán)境中可能存在過支持微生物生命的條件（如液態(tài)水、化學能源）；在耶澤羅撞擊坑（毅力號著陸點）的沉積巖中發(fā)現(xiàn)了古代三角洲沉積物，進一步證實了長期存在液態(tài)水的證據(jù)；2）現(xiàn)存生命的證據(jù)：目前所有探測都未發(fā)現(xiàn)確鑿的現(xiàn)存生命證據(jù)?！昂闷嫣枴睓z測到火星地下存在鹽水并具有適合微生物生存的pH值和溫度范圍，但未發(fā)現(xiàn)生物信號；“毅力號”在巖石中發(fā)現(xiàn)了有機分子，但認為是古代形成的，且其生存環(huán)境（暴露于表面輻射）對現(xiàn)存生命不利。挑戰(zhàn)在于：火星表面輻射強烈，不利于生命生存；大氣稀薄，保護作用差；液態(tài)水可能僅短暫存在或存在于地下深處。未來需要更先進的探測手段（如鉆探取樣、現(xiàn)場實驗室分析）來尋找更確鑿的證據(jù)。解析思路：本題要求討論火星生命尋找的現(xiàn)狀。首先要分別論述過去生命和現(xiàn)存生命的可能性及證據(jù)依據(jù)（來自哪些任務、哪些發(fā)現(xiàn)）。對于過去生命，要強調有機物、同位素、微結構等證據(jù)及其意義。對于現(xiàn)存生命，要說明當前探測的局限性（缺乏直接證據(jù)、環(huán)境挑戰(zhàn)），并提及未來方向?；卮鹦杌诋斍爸髁骺茖W認識。十、答案：在太陽系內（除地球外）發(fā)現(xiàn)生命的可能性，目前尚無定論，是一個巨大的未知數(shù)?？茖W界存在多種觀點，從普遍存在（泛生論）到極其稀有（地球唯一論）。在尋找地外生命的過程中，我們需要考慮的基本假設和潛在的偏見包括：1）假設：生命（至少是碳基、水基生命）遵循某些基本的物理化學規(guī)律；我們所尋找的生命形式需要能量、水、特定元素等基本生存條件；生命可能以我們能夠識別的形式（如有機分子、細胞結構）存在。2）偏見：我們可能基于地球生命的經(jīng)驗，預設了生命必須滿足的過于嚴苛或特定的條件（如需要液態(tài)水、特定大氣成分、復雜分子）；我們可能傾向于尋找與我們自身相似的復雜生命形式，而忽略了簡單生命或非碳基生命的可能性；我們使用的探測技術和方法可能本身就會帶有