1.3地球的演化和生命的起源

一.地球的演化46亿年前地球刚诞生时,它的模样和现在一样吗？根据太阳系形成的过程，你能想象地球诞生时得“模样”吗？地球的年龄约为46亿年。太阳系在大约50亿年前诞生后，大约经过了5亿年，地球开始形成。地球是由原始的太阳星云坍缩、凝聚而形成的。由于陨石的轰击、地球不断收缩等原因，温度逐渐升高，地球内部出现熔融现象。同时又在地球自转、重力作用下，发生了物质分异现象，外部密度较大的物质和元素向内部逐渐下沉，内部较轻的物质逐渐上升，最后地球就逐渐形成了现在的地壳、地幔和地核等结构。地球在形成之初是一个由岩浆构成的炽热的球。随着地球温度的不断下降，固态的地壳逐渐形成。由高温岩浆不断喷发而释放的水蒸气、二氧化碳等构成了非常稀薄的原始大气。高温岩浆不断喷发而释放的大量水蒸气，随着温度的下降，凝结成水滴降到地表，汇流成海洋，地球进入了海洋时代。科学家推测，距今约38亿年前，在海洋中诞生了地球上最原始的生命体。地球形成初期的模样(46亿年前)1、地球刚诞生时是一个高温炽热的熔岩球。这是科学家们的推断岩浆喷发形成熔岩流(46亿-26亿年前)1、地球刚诞生时是一个高温炽热的熔岩球。地球随温度的不断下降，岩浆的冷却、凝固(46亿-6亿年前2)2、固态地壳逐渐形成。高温岩浆不断喷发而释放水蒸气和二氧化碳等构成了非常稀薄的原始大气(46亿-26亿年前)3、原始大气逐渐构成(不含氧气)。4、原始海洋逐渐形成。高温岩浆不断喷发而释放的大量水蒸气，随温度的下降，凝结成水滴降落地表，汇流成海洋(46亿-26亿年前)5、最原始生命体在原始海洋诞生。(38亿年前)地球早期的演化过程：炽热的熔岩球(46亿年前)地壳逐渐形成释放水蒸气、二氧化碳等原始大气原始海洋(约38亿年前，最原始的生命体出现)温度下降水蒸气凝结沉降原始地球(25亿年前)6、科学家们通过对地层和化石的研究，逐步揭示了：25亿年前到现在的变化。1)25亿-6亿年前：地球上开始出现大片的陆地和山脉，海洋中的藻类释放出氧气，原始大气中氧气含量增多。7、25亿年前到现在的变化2)6亿-2.5亿年前的古生代：地球上陆地大面积增加，原始的欧亚大陆和北美大陆露出海面，出现昆虫、鱼类、两栖类和裸蕨类植物。3)2.5亿-0.7亿年前中生代：大西洋和印度洋形成，中国大陆轮廓基本形成，裸子植物和爬行动物出现。4)0.7亿年前至今：地球上在第三纪经经历了大规模的造山运动，形成了喜马拉雅山等大山脉，奠定了现在地球的地貌的基础，出现鸟类、哺乳类和被子植物。8、现今的地球右图是记录地球历史的”金钉子”。你知道下列现象或生物分别出现在“金钉子”的哪段时间区域：原始海洋形成于蕨类植物的繁盛和裸子植物的出现哺乳动物的出现恐龙生活的时期大气中氧气的出现和增多鱼类的出现和繁盛距今25亿年距今6亿年距今2.5亿年距今0.7亿年现代距今46亿年地球的历史距今38亿年ABCDEF1、随着藻类的出现，光合作用释放的氧改变了大气的成分，生物的代谢方式从无氧生活发展到有氧生活，促进了生物的进化。同时随着大气中氧浓度的升高，臭氧层逐渐形成，为陆生生物的出现创造了环境。2、生物化石为生物的进化提供了有力的证据3、对于原始生命都是如何诞生的，没有直接的证据来证明，只能通过模拟、实验、和推测等研究方法，提出各种假说来解释。说明关于生命起源的问题，你知道有哪些假说吗？二.生命的诞生神创论也叫特创论。神创论认为生物界的所有物种（包括人类），以及天体和大地，都是由上帝创造出来的。世界上的万物一经造成，就不再发生任何变化，即使有变化，也只能在该物种的范围内发生变化，是绝对不可能形成新的物种的。神创论还认为，各种生物之间都是孤立的，相互之间没有任何亲缘关系。神创论自然发生说是19世纪前广泛流行的理论，这种学说认为，生命是从无生命物质自然发生的。如，我国古代认为的“腐草化为萤”（即萤火虫是从腐草堆中产生的），腐肉生蛆等。在西方，亚里士多德（公元前384—公元前322）就是一个自然发生论者。有的人还通过“实验”证明，将谷粒、破旧衬衫塞入瓶中，静置于暗处，21天后就会产生老鼠，并且让他惊讶的是，这种“自然”发生的老鼠竟和常见的老鼠完全相同。自然发生说19世纪法国著名科学家巴斯德著名的“肉汤实验”推翻了这一学说。巴斯德把煮沸灭菌的肉汤密封起来，发现细菌不能在肉汤里自我再生。这个实验证明，细菌等微生物的繁衍需要有母体细菌的存在，新的生命不可能自发地从非生命物质中产生。那么，最原始的细菌又来自什么地方?巴斯的并没有解决生命的起源问题。宇宙胚种说则认为，地球上生命的种子来自宇宙，还有人推断，是同地球碰撞的彗星之一带着一个生命的胚胎，穿过宇宙，将其留在了刚刚诞生的地球之上，从而地球上才有了生命。但是，一些科学家却对此类假说持强烈的反对意见。他们认为，彗星是带来了某些物质，但那不是决定性的，产生生命所必需的物质在地球上本来就已经存在。生命起源问题的另一类观点——宇宙胚种说但是，一些科学家却对此类假说持强烈的反对意见。他们认为，彗星是带来了某些物质，但那不是决定性的，产生生命所必需的物质在地球上本来就已经存在。生命起源问题的观点之一：化学进化说化学进化说认为，生命起源于原始地球上的无机物，这些无机物在原始地球的自然条件作用下，从无机到有机、由简单到复杂，通过一系列化学进化过程，成为原始生命体。1、试验条件(大气成分、反应条件和反应场所等)：用真空泵将装置抽成真空后，充入甲烷、氨气、水、氢气模拟原始大气；用电极产生电火花来迷你闪电，作为反应条件；用沸水和冷凝后的水模拟原始海洋，作为反应场所。2、实验过程：充入模拟的原始大气→用水蒸气驱动混合气体在玻璃管内流动→电火花放电7天→有机物(氨基酸、有机酸等)出现冷凝3、实验结论：原始大气中的一些小分子无机物，在一定条件下有可能合成有机小分子物质。1953年美国生物学家米勒的模拟实验1.米勒模拟实验1)实验条件：(1)原始大气：甲烷、氨气、水、氢气(2)能量：闪电、紫外线、宇宙射线(3)场所：原始海洋3)实验结论：生命起源于原始地球上的无机物是可能的2)实验结果：盛有水溶液的烧瓶代表原始的海洋还原性大气两个电极放电产生电火花，模拟原始天空的闪电冷凝管让反应后的产物和水蒸汽冷却形成液体，又流回底部的烧瓶，即模拟降雨的过程米勒模拟原始大气产生有机物的实验装置电极电火花气体实验结果合成了一些氨基酸、有机酸和尿素等。CH4NH4H2OH2氨基酸单糖核苷酸地球原始海洋一些现代科学家相信生命起源的化学进化假说。简单的有机分子，如氨基酸、核苷酸等能结合形成聚合体。他们推测一些有机化合物经过长期而又复杂的化学变化，逐渐形成更大、更复杂的分子，直到形成组成生物体的基本物质—蛋白质，以及作为遗传物质的核酸等大分子物质。但是，关于生物大分子如何起源于小分子的原理，目前科学家还不清楚。在一定条件下，蛋白质和核酸等物质经过浓缩、凝聚等作用，可以形成一个由多种分子组成的体系。这个体系的外面有一层膜，将内部与海水相隔开，在原始海洋中经历漫长、复杂的变化，最终形成了原始的生命。2.化学进化学说：1)无机小分子物质化学生成有机小分子。2)有机小分子形成有机高分子--蛋白质和核酸。3)有机高分子物质组成有界膜的多分子体系。4)多分子体系演变成原始生命。(最复杂和最有决定意义的一步)化学进化示意图：为什么说海洋是生命的摇篮？原始海洋为原始生命的诞生提供了大量的基本条件：生命所需要的水，维持生命所需要的碳、氧、氮等元素及多种盐类，有适宜的温度，能有效抵挡紫外线的辐射等。海洋孕育了地球上最初的生命，也完成了一系列动植物的演化过程，所以说海洋是生命的摇篮。由地球的演化过程可以发现生物出现的先后次序由什么样的规律？生物的出现的先后次序遵循这样的规律：由水生到陆生，由简单到复杂，由低等到高等。原始生命最可能的原始新陈代谢类型是什么？原始生命虽然具有原始的新陈代谢作用，但其结构十分简单，不可能具有进行光合作用的结构和条件，而只能以原始海洋中已经存在的各种有机物作为营养物质，所以其同化方式应该是异养型。原始大气成分中没有氧气，因此其异化方式只可能是厌氧型。所以，原始生命的代谢类型最大可能为异养厌氧型思考：生命在地球上的出现是原始地球条件和各种物质相互作用的结果，在现今的地球条件下，作为生命起源的基本条件已不存在了。随着地球上最早的能进行光合作用的原始藻类（如蓝藻）和以后绿色植物的出现，现代大气已成为含氧丰富的氧化性大气，而不再是生命起源所必需的还原性大气。现今地球的大气层中有臭氧层阻挡了大部分的紫外线，没有了强烈的太阳辐射，也没有频繁的闪电，地球的温度也降低了，把无机物合成为有机物必需的自然界的高能作用已不复存在。另外，也不再有含丰富有机物、含盐量极少的原始海洋那样的环境。现在的地球上由于存在大量的游离氧（可以氧化有机物）和微生物（可以分解有机物）各种有机物不可能像在原始海洋中那样长期保存和积累。因此，在现在的地球环境条件下，是不可能再产生新的原始生命的。正因为地球上不会有新的生命起源，现在地球上生物若灭绝一种，就永远地消失，一去不复返。因此保护环境，保护生物，尤其保护珍稀的野生动植物资源是当务之急。在现今地球条件下，非生命物质能不能再演化为原始生命？思考：生命起源的化学进化假说1959年9月，人们在落到澳大利亚的一颗陨石中发现了多种氨基酸和有机物。由此，有人提出假说，原始生命可能来自外星球。有机小分子物质(存在于原始海洋中)→有机大分子物质(蛋白质、核酸)浓缩、凝聚→多分子体系(外有一层膜，能进行原始的物质交换)→原始生命(能进行原始的新陈代谢)原始生命物质可能来自外星球无机小分子物质生成形成组成演变有机小分子物质有机高分子物质多分子体系原始生命1953、美国米勒第一阶段场所实验第二阶段过程第三阶段第四阶段原始大气原始海洋聚合、缩合浓缩、凝聚长期演变、相互作用场所原始海洋原始海洋场所场所过程过程