生命是怎样产生的
我们生活在一个多姿多彩的世界里,从巍峨险峻的山川峡谷,到郁郁葱葱的原始森林,从积雪皑皑的高原之巅,到神秘莫测的大洋海沟,在这个美丽而古老的星球上,人类无时无刻不在感受着生命的存在。
那么,地球上的生命是怎样产生的呢?我们最初从哪里来?可能自从人类诞生以来,就对这两个问题作过无穷无尽的美丽猜想,最著名的应该算是上帝创世的传说了,《圣经》中说上帝在7天里创造了世界上的万事万物,在中国古代也有盘古开天辟地的故事。传说固然美好,但生命究竟是怎样起源的这个问题却还是谜一样困扰着一代又一代的人们。
19世纪以来随着生命科学的发展,人们对于生命本质和起源的认识得到了深化。现代科学认为:生命是物质的运动形态,细胞是生命的基本单位,它是由蛋白质、核酸、脂类等生物大分子组成的物质系统。人们逐步认识到,有生命的物质是由非生命的物质演变来的。在一定条件下,一种生物可以演变成另一种生物,低级生物可以进化为高级生物。人不是上帝创造的,而是由其他生物进化而来的。
凡是有生命的物质,都是由蛋白质和碳氢化合物构成的。生命活动是物质运动的形式之一,它的物质基础是蛋白质、核酸、糖类、脂类、水和无机盐等。其中,蛋白质和核酸是生物体最重要的物质成分,也是区别生命和非生命的分野。蛋白质都含有碳、氢、氧、氨4种元素,由20种氨基酸按不同组合方式构成,是一切生命的基础。有的蛋白质还有硫等其他元素,分子量很大,从几千到百万不等。在蛋白质分子中,都有氨基酸作结构单元,彼此以一种特殊的化学键——肽键相连。蛋白质都具有十分复杂的化学结构和空间结构。恩格斯指出:“生命是蛋白体的存在方式。”在生命活动中,蛋白质起着极为重要的作用,如构成生物体的骨架,催化生物化学过程,调节生长、发育、生殖等生理机能。
核酸同蛋白质一样,也是生物大分子化合物。基本单元是核苷酸,靠磷酸和核糖分子联成长链。核酸有两大类,一叫脱氧核糖核酸,简称DNA,是遗传基因的化学实体,存在于细胞核中,具有特殊的双螺旋结构;另一种叫核糖核酸,简称RNA,存在于细胞质中。
现代科学认为,生命的诞生是物质不断运动变化的结果。这一变化分为两个阶段,一是在生命系统诞生之前的“化学进化”阶段,为生命的诞生准备有机材料;二是生命诞生之后,由低级到高级、由简单到复杂的漫长“生物进化”过程。
人类现在赖以生存的地球大约是在45~60亿年前形成的,那时地球在无际的宇宙中只是沧海一粟,地球上并没有生命,只是一片寂静的世界,有的只是高热的大气、原始海洋和一些无机物。通过长时间的地球演化,含有甲烷、氨、氢气等小分子无机物的气体在紫外光、电离辐射、雷电等能量作用下,逐步生成了有机的小分子物质,如核苷酸、氨基酸,使原始的海洋成为一种“原始汤”。这个过程,是生命形成中漫长历史的第一步,今天已经被科学家用放电实验室重现出来。此后,“原始汤”中的这些有机小分子,历经长期的相互作用,在有硫、磷、金属等土壤的适当条件下进行缩合或聚合反应,逐步形成有机高分子物质,如蛋白质、核酸等的分子。这是生命诞生历程的第二步。人们模拟原始地球的条件,也已再现了类似的过程。随着海洋中的蛋白质、核酸分子越积越多,浓度增加,在某种情况下,又被分离、凝聚成小滴,并脱离原来的海洋环境,构成可与外界进行简单物质交换的多分子体系。由多分子体系逐步演变,特别是由于蛋白质和核酸的相互作用,最终出现了有原始新陈代谢功能并能进行自我繁殖的最早生命。这一阶段是生命形成过程中最关键、最复杂的一个环节。但是至今,科学家尚未通过科学实验获得验证。不过,近来科学家发现,磷在此过程中有着重要的调控作用。地球上生命诞生的最早时间尚不十分清楚,但已在古老的生物化石中发现蓝藻,在38亿年前的岩石中找到过有机分子。
关于地球上生命的起源,除上述来自地球自身的化学进化一说以外,也存在一种所谓的“宇宙胚种说”。有人提出:地球上生命的种子是别的星球上的智能生物带来的;也有人说是彗星以仙女散花方式将有机物播洒在地球上的。当然,这些说法纯属科学幻想,科学根据并不充足,只能说明关于生命起源的探索是项异常复杂的使命,还有漫长而艰苦的道路要走。
(于宁)
生命起源的原核细胞
当今科学认为,原核细胞是生命最初的形式,生命由起源之初的生物大分子进化到具有膜结构,直到具有细胞结构是进化史上的重要阶段,细胞是生命的基本形式,而原核细胞是最早的生命形式,具有代表性的原核细胞有细菌和蓝藻。
原核细胞的结构简单,最主要的特点是细胞内没有由核膜包围的典型的细胞核,遗传物质集中在一个没有明确界限的低电子密度区,称为拟核。DNA为裸露的环状分子,通常没有结合蛋白,环的直径约为2.5纳米,周长约几十纳米。在细胞外有细胞壁和细胞膜,原核细胞的细胞壁和真核细胞的细胞壁成分不同。真核细胞的细胞壁的成分主要是纤维素,而原核细胞的细胞壁的成分主要是肽聚糖。原核细胞的细胞质中只有核糖体一种细胞器,没有其他的细胞器。细胞质中有进行各种生命活动所需的酶。例如,蓝藻细胞中没有叶绿体,有进行光合作用所需的酶和色素。在原核细胞内有一个由DNA组成的核区。核区没有核膜包裹,只有一条裸露的DNA。核区中的DNA一般不含蛋白质,所以原核细胞不存在染色体。
下面就让我们看看原核细胞的代表——曾经让人类谈虎色变的细菌吧。
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