第三章生物的進(jìn)化第一節(jié)地球上生命的起源學(xué)習(xí)目標(biāo)1.解釋米勒實(shí)驗(yàn)的設(shè)計(jì)原理及結(jié)果。2.能夠描述“海洋化學(xué)起源說(shuō)”。1984年6月，我國(guó)古生物學(xué)家侯先光來(lái)到云南省澄江縣(今澄江市)，尋找寒武紀(jì)早期的古生物化石。他每天早出晚歸，在采樣點(diǎn)揮動(dòng)著榔頭，劈開了不知多少塊石頭，卻連續(xù)多日一無(wú)所獲。7月1日，他一大早就冒雨來(lái)到帽天山。就在這天下午，他陸續(xù)發(fā)現(xiàn)幾塊新奇的化石，其中一塊讓他驚喜萬(wàn)分。動(dòng)物化石保存的一般是動(dòng)物身體的堅(jiān)硬部分，而這塊化石竟然完整地保存了動(dòng)物的軟軀體和附肢，看上去栩栩如生。他當(dāng)時(shí)初步判斷這種動(dòng)物是以前從未見過(guò)的種類。后來(lái)的研究確認(rèn)，這種動(dòng)物是寒武紀(jì)早期的海洋節(jié)肢動(dòng)物，被命名為長(zhǎng)尾納羅蟲。這一發(fā)現(xiàn)揭開了澄江生物群的神秘面紗，為研究生物的進(jìn)化作出了重要貢獻(xiàn)。內(nèi)陸高原的山上為什么會(huì)有海洋動(dòng)物化石?研究化石有什么意義呢?長(zhǎng)尾納羅蟲化石2013年，“嫦娥三號(hào)”探測(cè)器在月球表面成功著陸并完成了系列任務(wù)。右圖是由“嫦娥三號(hào)”著陸器拍攝的“玉兔號(hào)”月球車的照片。你認(rèn)為月球上有生命存在嗎?生命的存在必須具備哪些條件?月球上不存在生命；生命的存在必須具備的條件包括水和適宜的溫度，大多數(shù)生物還需要氧氣。地球上最初的生命是什么樣的呢?產(chǎn)生的過(guò)程和條件又是怎樣的?關(guān)于這些問題，我們不可能通過(guò)直接觀察來(lái)獲得答案，也難以得到確鑿的證據(jù)。但我們知道，地球上生命的生存需要有機(jī)物和能量，還需要其他一些條件。關(guān)于生命的起源可以通過(guò)有關(guān)研究進(jìn)行科學(xué)的推測(cè)。科學(xué)方法推測(cè)推測(cè)是根據(jù)已知的事物，通過(guò)思維活動(dòng)，對(duì)未知事物的真相提出一定的看法?？茖W(xué)的推測(cè)需要一定的證據(jù)作為基礎(chǔ)，憑空想象往往是站不住腳的。例如，巴斯德(L.Pasteur)推測(cè)使肉湯變質(zhì)的細(xì)菌不是在肉湯中自然發(fā)生的，而是來(lái)自空氣中已有的細(xì)菌，他的推測(cè)因?yàn)橛袑?shí)驗(yàn)證據(jù)的支持而被人們廣為接受。科學(xué)的推測(cè)還需要嚴(yán)密的邏輯，也需要豐富的聯(lián)想和想象。分析·討論原始地球上生命形成的推測(cè)?地質(zhì)學(xué)研究表明，地球大約是在46億年前形成的。那時(shí)候地球表面的溫度很高，環(huán)境與現(xiàn)在的完全不同：天空中或赤日炎炎，或電閃雷鳴；地面上火山噴發(fā)，熔巖橫流。從火山中噴出的氣體，如水蒸氣、氫氣、氨、甲烷、二氧化碳、硫化氫等，構(gòu)成了原始的大氣層。原始大氣中沒有氧氣。原始地球表面想象圖?20世紀(jì)50年代，米勒(S.Miller)模擬了原始地球的條件和大氣成分，將甲烷、氨、氫氣、水蒸氣等氣體通入一個(gè)密封的裝置內(nèi)，通過(guò)進(jìn)行火花放電(模擬閃電)，合成了多種氨基酸。此外，還有一些科學(xué)家模擬原始地球的大氣成分，在實(shí)驗(yàn)室里制成了另外一些有機(jī)物。、水蒸氣米勒設(shè)計(jì)的實(shí)驗(yàn)裝置示意圖?隕石是人類比較容易獲得的、來(lái)自地球之外的巖石樣品，是珍貴的科學(xué)研究資源。1969年，人們發(fā)現(xiàn)，墜落在澳大利亞的隕石中含有多種氨基酸。隕石地球上的隕石坑討論?地球上原始大氣的成分與現(xiàn)在的大氣成分有什么明顯的不同??你認(rèn)為原始地球上存在生命嗎?請(qǐng)說(shuō)出你的理由?，F(xiàn)在的大氣成分中有氧氣，而原始大氣的成分中沒有氧氣。原始地球上不存在生命，因?yàn)樵嫉厍蛏蠜]有生命存在的環(huán)境條件。?根據(jù)米勒及其他科學(xué)家的實(shí)驗(yàn)結(jié)果，可以對(duì)生命的起源作出怎樣的推測(cè)??隕石中含有構(gòu)成生物體所需要的部分有機(jī)物，由此可以作出什么推測(cè)?根據(jù)米勒以及其他科學(xué)家的實(shí)驗(yàn)結(jié)果可以推測(cè)，原始地球上盡管不存在生命，但能產(chǎn)生構(gòu)成生物體的有機(jī)物。因此，生命的起源從無(wú)機(jī)物到有機(jī)物這一階段是完全能夠?qū)崿F(xiàn)的。從隕石中含有構(gòu)成生物體所需要的部分有機(jī)物的事實(shí)，可以推測(cè)構(gòu)成生物體的有機(jī)物可能在地球以外形成并被帶到地球。原始地球想象圖科學(xué)實(shí)驗(yàn)表明，盡管原始地球上不存在生命，但能產(chǎn)生構(gòu)成生物體的有機(jī)物?？茖W(xué)家推測(cè)，原始大氣在高溫、紫外線以及雷電等自然條件的長(zhǎng)期作用下，形成了許多簡(jiǎn)單的有機(jī)物。后來(lái)，地球的溫度逐漸降低，原始大氣中的水蒸氣凝結(jié)成雨降落到地面上，這些有機(jī)物又隨著雨水進(jìn)入湖泊和河流，最終匯集到原始海洋中。原始海洋就像一盆稀薄的熱湯，其中所含的有機(jī)物不斷地相互作用，經(jīng)過(guò)極其漫長(zhǎng)的歲月，在地球形成以后的10億年左右，才逐漸形成了原始的生命。也就是說(shuō)，生命最有可能是在原始海洋中形成的。科學(xué)家認(rèn)為最早出現(xiàn)在地球上的生物很可能是厭氧生物，你認(rèn)為這種推測(cè)有依據(jù)嗎?

原始地球的大氣環(huán)境缺乏氧氣，厭氧生物通過(guò)無(wú)氧呼吸獲取能量，不需要氧氣。氧氣是后來(lái)由光合生物(如藍(lán)細(xì)菌)通過(guò)光合作用逐漸釋放積累的；現(xiàn)代生物中仍存在厭氧微生物(如深海熱泉中的古菌)，它們可能是早期生命的“活化石”。關(guān)于地球上生命起源的問題，目前大多數(shù)科學(xué)家認(rèn)同“海洋化學(xué)起源說(shuō)”，但是也存在不同的看法。一些科學(xué)家認(rèn)為，從原始大氣中的無(wú)機(jī)物到有機(jī)物、從有機(jī)物再到原始生命出現(xiàn)的漫長(zhǎng)過(guò)程，是在原始地球上進(jìn)行的。但是，從有機(jī)物到原始生命這一階段是怎樣進(jìn)行的，目前還只是一些推測(cè)，缺乏實(shí)驗(yàn)證據(jù)。也有一些科學(xué)家根據(jù)對(duì)宇宙空間中物質(zhì)的研究，認(rèn)為原始生命可能來(lái)自其他星球?？傊P(guān)于生命起源的問題，科學(xué)家還在進(jìn)行不懈的探索。1.通過(guò)有關(guān)研究，可以對(duì)原始地球的環(huán)境和生命起源進(jìn)行科學(xué)的推測(cè)。判斷下列相關(guān)表述是否正確。(1)原始大氣中存在氧氣和二氧化碳等氣體。()(2)米勒的模擬實(shí)驗(yàn)展示了原始地球上是如何形成生命的。

()××2.你認(rèn)為在現(xiàn)在的環(huán)境條件下，地球上會(huì)不會(huì)再形成原始生命?為什么?在現(xiàn)在的環(huán)境條件下，地球上不會(huì)再形成原始生命。因?yàn)椴淮嬖谛纬稍忌枰沫h(huán)境條件，如原始大氣、高溫、持續(xù)不斷的雷電等。另外，現(xiàn)在的海洋成分也發(fā)生了變化。

3.科學(xué)家將蛋白質(zhì)、核酸、糖類和脂質(zhì)等物質(zhì)放在一定的溶液中，發(fā)現(xiàn)這些物質(zhì)能夠自動(dòng)濃縮聚集成一個(gè)個(gè)球狀小滴。小滴周圍有類似于膜那樣的邊界，并能從外界吸收某些分子，發(fā)生特定的化學(xué)反應(yīng)。反應(yīng)產(chǎn)物也能從小滴中釋放出來(lái)。據(jù)此，你能對(duì)生命的起源作出怎樣的推測(cè)?在原始地球條件下，有機(jī)分子可能通過(guò)濃縮聚集形成類似“團(tuán)聚體”或“微球體”的結(jié)構(gòu)，為生命的基本單位(細(xì)胞)提供了雛形。這些結(jié)構(gòu)能吸收外界物質(zhì)并釋放產(chǎn)物，說(shuō)明早期生命可能通過(guò)簡(jiǎn)單的化學(xué)反應(yīng)實(shí)現(xiàn)能量與物質(zhì)的交換，逐步演化出更復(fù)雜的代謝功能。邊界的存在表明膜結(jié)構(gòu)的形成是生命起源的關(guān)鍵步驟，它為細(xì)胞內(nèi)外環(huán)境的隔離和物質(zhì)交換提供了基礎(chǔ)。4.20世紀(jì)70年代，科學(xué)家在太平洋底發(fā)現(xiàn)了深海熱泉，熱泉中存在大量的嗜熱生物。這些生物生活在高溫(熱泉噴口附近的溫度可超過(guò)300℃)、高壓、缺氧、偏酸和無(wú)光的環(huán)境中，且海水中存在大量的硫化氫、甲烷、氫氣和一氧化碳等物質(zhì)。(1)深海熱泉中的生物是需氧的還是厭氧的?深海熱泉中的生物是厭氧的。深海熱泉(2)有人認(rèn)為，深海熱泉生物的發(fā)現(xiàn)可以作為研究生命起源的一個(gè)證據(jù)。

你是否認(rèn)同這樣的觀點(diǎn)?請(qǐng)說(shuō)明理由。認(rèn)同；理由如下：深海熱泉環(huán)境與地球早期環(huán)境有相似性。地球早期缺乏氧氣，環(huán)境高溫且充滿各種礦物質(zhì)、化學(xué)物質(zhì)，而深海熱泉區(qū)域同樣處于高溫、高壓的環(huán)境，還存在豐富的硫化氫等化學(xué)物質(zhì)以及多種礦物質(zhì)。在深海熱泉附近，存在著特殊的生態(tài)系統(tǒng)，一些微生物能夠利用熱泉中的化學(xué)物質(zhì)(如硫化氫)進(jìn)行化能合成作用來(lái)獲取能量，這類似于生命起源理論中提到的早期生命可能依靠化學(xué)能而非太陽(yáng)能來(lái)生存和發(fā)展。這種基于化學(xué)能的生命形式的存在，為研究生命最初是如何在類似的極端、化學(xué)物質(zhì)豐富的環(huán)境中起源和演化提供了重要的線索與參考，所以深海熱泉生物的發(fā)現(xiàn)可以作為研究生命起源的一個(gè)證據(jù)。5.我國(guó)古代思想家老子說(shuō)：“天下萬(wàn)物生于有，有生于無(wú)?！边@與現(xiàn)代生物學(xué)中關(guān)于生命起源的觀點(diǎn)是不謀而合還是大相徑庭?說(shuō)說(shuō)你的看法。提示：這一問題的答案取決于對(duì)老子原話的理解。如果理解為“天下的任何事物都是從‘有’(現(xiàn)在已經(jīng)存在的事物)中產(chǎn)生的，而這些事物又是從‘無(wú)(目前不存在的事物)而來(lái)，也就是說(shuō)，這些事物可能是從別的事物中