海洋生命的起源和早期進化講述的是海洋生命的進化歷程。
基本介紹
- 中文名：海洋生命的起源和早期進化
- 類別：進化
正文,化學進化,
正文
地球的一個基本特點是有大量的水，有占地球表面積71%的海洋。海水能調節氣候，又能溶解許多化學物質。早期的地球是溫熱的，大氣是還原性的，沒有氧氣，紫外線可以大量地到達地球；常有閃電和火山爆發，為可能發生的化學反應提供了能量。海水開始是淡的，以後逐漸鹹化。
現在地球上的生命與細胞分不開。因為細胞有兩個基本屬性：新陳代謝和生殖作用。新陳代謝是在多種酶的催化下進行的，生殖作用是在核酸分子複製的基礎上進行的。因此，生命起源的主要化學基礎是蛋白質和核酸的出現，以及相互作用。組成細胞的成分的還有脂質和其他若干化學物質。水一般占細胞成分的80～90%。細胞分原核細胞和真核細胞兩大類：原核細胞沒有細胞核和細胞器，比較小，長度大多在60微米以下。真核細胞有細胞核和細胞器，一般比原核細胞大得多。具有原核細胞的生物叫原核生物，真核生物則都由真核細胞所組成。
生命起源和早期進化的過程經歷了化學進化、原核細胞的出現和進化、真核細胞的出現和進化幾個階段。
現在地球上的生命與細胞分不開。因為細胞有兩個基本屬性：新陳代謝和生殖作用。新陳代謝是在多種酶的催化下進行的，生殖作用是在核酸分子複製的基礎上進行的。因此，生命起源的主要化學基礎是蛋白質和核酸的出現，以及相互作用。組成細胞的成分的還有脂質和其他若干化學物質。水一般占細胞成分的80～90%。細胞分原核細胞和真核細胞兩大類：原核細胞沒有細胞核和細胞器，比較小，長度大多在60微米以下。真核細胞有細胞核和細胞器，一般比原核細胞大得多。具有原核細胞的生物叫原核生物，真核生物則都由真核細胞所組成。
生命起源和早期進化的過程經歷了化學進化、原核細胞的出現和進化、真核細胞的出現和進化幾個階段。
化學進化
生命出現以前的物質逐漸複雜化的自然過程。地球上生命起源的基礎是化學進化。它至少包括：①元素的相互作用產生出許多無機化合物，由此又產生多種簡單有機化合物。這些化學反應可以發生在大氣中、陸上的池塘里和海洋中。但由於雨水沖刷，各種化合物最終匯集到海洋中。由於紫外線的穿透力比較弱，海洋表面的有機物被分解，而海洋表面以下的有機物則有條件進一步複雜化。②由簡單的有機物發展出各種生物小分子，如胺基酸、糖分、有機鹼基、嘌呤、嘧啶等。③由生物小分子發展成多種生物大分子，如蛋白質、核酸、脂質等。④有一定結構的隔離系統在水中出現，這隔離系統的逐漸完善化就出現了原始生命──原核細胞。
美國S.L.米勒和H.C.尤里曾設計一種儀器。他們模擬早期地球的大氣條件，把水、氨、甲烷、二氧化碳等放在密閉的儀器里進行熱循環，在容器內不斷地放出閃電。一個星期後，他們從容器內的液體中得到了若干胺基酸和其他有機物。這表明與生命有關的上述重要的有機物，在早期地球條件下自然合成的可能性。
進一步的化學進化就產生出蛋白質和核酸等化學物質。這些物質最終也會匯集於海洋。因為歷時很長，海洋中所貯存的有機物便很多。20世紀20年代，英國J.B.S.霍爾丹和蘇聯А.И.奧巴林都認為當時的海洋是溫熱且富有多種有機物的，是一種“熱湯”。在熱湯里，蛋白質或其他多聚體（如核酸）會偶爾形成小球一類的結構。奧巴林稱它為團聚體(coacervate)，而S.W.福克斯稱它為微小球 (microsphere)。這些微小體跟周圍環境有一定區別，是一種初期的隔離系統。它不溶解於水，能進行類似新陳代謝的一些化學作用。但這樣的結構還不穩定，更不能進行真正的生殖作用。
原核細胞的出現和進化 在團聚體一類的原始結構中，內部含有核酸和蛋白質，這些物質就有機會相互聯繫、相互作用。以後通過核酸的變化，促使對環境有一定隔離作用的團聚體逐漸演變為原核細胞一類的物質體系。在這過程中，由脂質和蛋白質所組成的膜狀構造的出現是重要的一環。於是，由核酸和蛋白質為主要成分的一種特殊的物質體系在模內形成。這就是生命的物質基礎──原生質。在原生質里有一個遺傳系統，它由脫氧核糖核酸(DNA)和幾種核糖核酸(RNA)所組成，又有翻譯遺傳信息的小機器──核糖體。這樣複雜的系統是如何發展起來的，至今還不清楚。
最先出現的原核細胞是異養生物，進行厭氧呼吸。它們從周圍豐富的有機物中得到碳源和能源，直到細菌繁盛而分化成若干類型以後，它們消耗周圍有機物的速度便逐漸超過了有機物的無機自然合成速度，原始生物世界中就逐漸出現了食物問題。大抵在此以前，已由細菌之類的原核生物演變出能進行光合作用的藍藻。藍藻使地球上的食物有了新的來源，同時產生出氧氣。
根據非洲、加拿大、澳大利亞等處材料：最早的岩石約有38億年的歷史；最早的細菌之類的原核細胞大致出現在34億年前；大約在31億年前的時候出現藍藻。這表明地球上的化學進化經歷了10億年以上的時間，才出現了原始生物──原核細胞。在此之前，可能還有更原始的非細胞或前細胞形態的生物，因為原核細胞（象細菌之類）已具有相當複雜的結構和功能。
真核細胞的出現和進化 現在一般認為真核生物可能是由幾種原核生物以內共生方式而形成的。最先出現的是一種原始的真核細胞，體積較大，已有原始的細胞核。原始的真核細胞吞吃了好氧細菌，隨後發生共生作用，細菌便在細胞里轉化成線粒體。原始真核細胞吞吃了藍藻，並發生共生作用，使藍藻就在細胞里轉化成葉綠體。線粒體和葉綠體都有自己的脫氧核糖核酸，大小與原核細胞的脫氧核糖核酸相近。
真核細胞的綠色植物出現以後，光合作用的功能得到了增強，海洋里的生物量逐步增加，大氣中的氧氣也逐漸增多，為真核生物的加速進化提供了條件。真核生物進行的都是有氧呼吸。
現在的化石材料表明，最早的真核生物大抵出現在18～14億年前。這些化石都產於沉積岩，表明真核生物也是在海洋中進化出來的。從34億年前到18～14億年前，是原核生物進化的時期。經過的時間很長，達20億年左右，但進化的速度很緩慢。真核生物出現以後，出現了真正的性別，進化的速度也大大地加快：在大約10億年前開始出現了多細胞的動物；到了距今5.7～5億年的寒武紀，海洋里已長滿了多種海藻，而且帶骨骼的各門類的無脊椎動物也出現了；以後又出現了脊椎動物；在前寒武紀的末期，大氣上層逐步出現和形成臭氧層，為生物上陸生活創造了條件。生物成功地上陸生活大致發生在寒武紀以後。
以上便是生命在地球上的從無到有、從簡單到複雜、從低級到高級的大致進化過程。
美國S.L.米勒和H.C.尤里曾設計一種儀器。他們模擬早期地球的大氣條件，把水、氨、甲烷、二氧化碳等放在密閉的儀器里進行熱循環，在容器內不斷地放出閃電。一個星期後，他們從容器內的液體中得到了若干胺基酸和其他有機物。這表明與生命有關的上述重要的有機物，在早期地球條件下自然合成的可能性。
進一步的化學進化就產生出蛋白質和核酸等化學物質。這些物質最終也會匯集於海洋。因為歷時很長，海洋中所貯存的有機物便很多。20世紀20年代，英國J.B.S.霍爾丹和蘇聯А.И.奧巴林都認為當時的海洋是溫熱且富有多種有機物的，是一種“熱湯”。在熱湯里，蛋白質或其他多聚體（如核酸）會偶爾形成小球一類的結構。奧巴林稱它為團聚體(coacervate)，而S.W.福克斯稱它為微小球 (microsphere)。這些微小體跟周圍環境有一定區別，是一種初期的隔離系統。它不溶解於水，能進行類似新陳代謝的一些化學作用。但這樣的結構還不穩定，更不能進行真正的生殖作用。
原核細胞的出現和進化 在團聚體一類的原始結構中，內部含有核酸和蛋白質，這些物質就有機會相互聯繫、相互作用。以後通過核酸的變化，促使對環境有一定隔離作用的團聚體逐漸演變為原核細胞一類的物質體系。在這過程中，由脂質和蛋白質所組成的膜狀構造的出現是重要的一環。於是，由核酸和蛋白質為主要成分的一種特殊的物質體系在模內形成。這就是生命的物質基礎──原生質。在原生質里有一個遺傳系統，它由脫氧核糖核酸(DNA)和幾種核糖核酸(RNA)所組成，又有翻譯遺傳信息的小機器──核糖體。這樣複雜的系統是如何發展起來的，至今還不清楚。
最先出現的原核細胞是異養生物，進行厭氧呼吸。它們從周圍豐富的有機物中得到碳源和能源，直到細菌繁盛而分化成若干類型以後，它們消耗周圍有機物的速度便逐漸超過了有機物的無機自然合成速度，原始生物世界中就逐漸出現了食物問題。大抵在此以前，已由細菌之類的原核生物演變出能進行光合作用的藍藻。藍藻使地球上的食物有了新的來源，同時產生出氧氣。
根據非洲、加拿大、澳大利亞等處材料：最早的岩石約有38億年的歷史；最早的細菌之類的原核細胞大致出現在34億年前；大約在31億年前的時候出現藍藻。這表明地球上的化學進化經歷了10億年以上的時間，才出現了原始生物──原核細胞。在此之前，可能還有更原始的非細胞或前細胞形態的生物，因為原核細胞（象細菌之類）已具有相當複雜的結構和功能。
真核細胞的出現和進化 現在一般認為真核生物可能是由幾種原核生物以內共生方式而形成的。最先出現的是一種原始的真核細胞，體積較大，已有原始的細胞核。原始的真核細胞吞吃了好氧細菌，隨後發生共生作用，細菌便在細胞里轉化成線粒體。原始真核細胞吞吃了藍藻，並發生共生作用，使藍藻就在細胞里轉化成葉綠體。線粒體和葉綠體都有自己的脫氧核糖核酸，大小與原核細胞的脫氧核糖核酸相近。
真核細胞的綠色植物出現以後，光合作用的功能得到了增強，海洋里的生物量逐步增加，大氣中的氧氣也逐漸增多，為真核生物的加速進化提供了條件。真核生物進行的都是有氧呼吸。
現在的化石材料表明，最早的真核生物大抵出現在18～14億年前。這些化石都產於沉積岩，表明真核生物也是在海洋中進化出來的。從34億年前到18～14億年前，是原核生物進化的時期。經過的時間很長，達20億年左右，但進化的速度很緩慢。真核生物出現以後，出現了真正的性別，進化的速度也大大地加快：在大約10億年前開始出現了多細胞的動物；到了距今5.7～5億年的寒武紀，海洋里已長滿了多種海藻，而且帶骨骼的各門類的無脊椎動物也出現了；以後又出現了脊椎動物；在前寒武紀的末期，大氣上層逐步出現和形成臭氧層，為生物上陸生活創造了條件。生物成功地上陸生活大致發生在寒武紀以後。
以上便是生命在地球上的從無到有、從簡單到複雜、從低級到高級的大致進化過程。
