对生命起源与进化的认识和理解

对生命起源与进化的认识和理解（精选3篇）

对生命起源与进化的认识和理解 篇1

姓名：张晓晓 专业： 生科 序号： 04 摘要：生命起源是一个非生命物质演变成原始生命的过程。生命树之根(LUCA)是现存生物的共同祖先和最原始简单的生命体。通过寻找可能的生命树之根不但有助于揭示从无生命到有生命的演化机制 在对生命现象和规律的研究上也有重要的意义。近年来 许多证据都暗示 极端条件下 如类原始地球条件的高温、高压、高硫、或强辐射等 生存的微生物可能是最接近LUCA的物种。“寒武纪大爆发”是动物进化史上的里程碑 现在生活在地球上的各个动物门类几乎都在早寒武纪相继出现。沉积学和地球化学研究显示 海洋化学和物质循环在寒武纪和前寒武纪之交发生了巨大的变化 这些改变可能为“寒武纪大爆发”提供了有利的环境背景。尽管科学家们对“寒武纪大爆发”的机制提出过很多假设 但目前还没有一个清晰的和令人信服的解释。关键词：生命的起源 生命的进化 寒武纪大爆发 化学进化

从古至今人们都希望了解地球上的生命是从哪里来的？生命究竟是怎样产生的？这不仅是科学家感兴趣的问题，也是普通人们所感兴趣的问题，它已困扰了人类几千年。由于生命现象的复杂性质，直到上世纪初，生命起源的研究才成为科学研究中的一个重要领域。远古的时候，人类的智力还很低下，认识能力也很有限，对世界上千姿万态、繁茂复杂的生物，特别是对人类自身是从哪里来的，充满了困惑和神秘感。因此，人们把这个大千世界中未知的神秘现象，编成了各种各样的神话和传说。我国古代就有女娲造人的神话故事。也有“白羊化石”、“腐草化茧”、“腐肉生蛆”的说法,现在比较多的人相信，生命由无机物形成，起源于约36亿年前。但澳大利亚启逊镇发现的陨石中发现了非地球的氨基酸。甚至有人说陨石中发现了孢子！所以有人说地球生命来自于外太空。

(1)陆相起源。他们认为聚合反应是发生在火山的局部高温地区，聚合生成的生物大分子经雨水冲刷汇集到海洋，并在一定的条件作用下，继续发展成为复杂的有机物质。(2)海相起源。认为在原始的海洋中的氨基酸和核苷酸等小分子有机物可以被吸附于粘土一类的物质的活性表面，而在适当缩合剂（如羟胺类化合物）存在时，可以发生聚合反应。

生物大分子并不能独立表现生命现象，只有形成了众多的、乃至成百万的已蛋白质、核酸为基础的多分子体系时，才能表现生命萌芽。

而生物大分子在溶液中自动聚集，从而形成各种独立的多分子体系，出现团聚体或微球体。由于多分子体系可以起到有机表面的催化作用，而反过来作用于各类单体的聚合，促使产生更高级的蛋白质和核酸，然后通过有序性逐渐提高的长期过程，其结构、机能便愈益复杂和完善，由此产生出原始生命.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。在地球形成之初，原本没有生命，只存在无机物。通过长时间的地球演化，含有甲烷、氨、氢等小分子无机物气体在紫外光、电离辐射、雷电等能量的作用下，逐步生成了有机小分子物质，如核苷酸、氨基酸，使原始的海洋成为一种“原始生命汤”。这个过程，是生命形成漫长历史的第一步，今天已经被科学家用放电实验室重现出来。

此后，“原始生命汤”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、核酸等分子。这是生命诞生历程的第二步。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，并且可以进行自我复制的原始微生物——细菌。这一阶段是生命形成过程中最关键、最复杂的一个环节，但是至今科学家们尚未通过科学实验获得验证。遗传基因的生物学原理，发现生命起源之谜

在我们生活的这个物质世界中，由各种元素和分子构成的物质实体都具有相对的稳定性，其原因就在于原子内部正、负电荷的相互作用力，总是趋向于保持平衡和相对稳定的状态。这是地球上一切宏观物体可以长久保持稳定状态的物理条件。【1】所有的稳定元素都可以转化为巨大的能量，但是它们都不会“主动”释放出内部的能量。天然核能的释放只存在于少量的带放射性的重元素当中，核物理学研究对此已经做出了充分的证明。

物质转化为能量，需要具备一定的条件，在太阳的演化运动中就会将一部分物质质量转化为能量。参与强相互作用的氢核，在太阳的核聚变反应中转变为氦核，消耗一定的质量并释放出巨大的能量。在地球的物理条件下，并不存在自然的核聚变反应能力，作为行星的演化运动，只包含引力作用力、电磁作用力和促使重元素产生放射性衰变的弱作用力。由于构成地球的物质大部分是稳定的元素，因此，引力作用力和电磁作用力，在地球范围内起着主导作用。在我们生活的环境中，原子或分子之间的电磁作用关系总

是趋向于保持相对平衡和相对稳定的状态。如果没有外加能量作用，地球表面的各种客体物质不会持续的产生化学反应。按照相同的原理，由于构成生物分子的各种物质都来自于地球表面，它们的生化反应与其它客体物质在微观或宏观上的电磁作用关系也自然具有统一的物理和化学性质。因此在任何生物体内的正、负电荷都必须保持平衡关系，否则这个生物就无法存活。

地球上一切宏观物体都是由各种各样的元素构成的，使质子、中子结合为原子核的作用力是强核力，各种原子一旦形成就非常稳定很难被破坏。由原子结合成各类分子或固体物质的作用力是电磁力，电磁力虽然比强核力要小得多，但是分子或固体也是十分稳定的。同样的原理，生物分子的结合力也是电磁力。由于原子内部的电磁作用关系具有天然的相对稳定性，所以维持生命的运动就需要有能量的持续输入，而地球上生物活动的能量来源，主要是太阳对地球表面持续不断的光辐射和少量的地热能。植物通过光合作用吸收了太阳辐射的能量，将其转化为机体内分子间的动能，使生物体始终保持活力进行生长和繁殖。动物将植物作为食物获得生长和生存所需的养分，并且通过吸收氧气在体内进行化学反应获得生命运动所需的能量。

生命产生时的这种自然状况，给我们提供了这样一个信息，地球表面的热运动是生命现象产生的必要条件。火山喷发出的大量灰烬在高温的海水中被反复搅拌，空气与水反复融合将地球表面的各种物质反复混合交融在一起，从而使构成生物分子的二十多种元素得以形成必要的联系。虽然我们现在还不能深入地了解在这种条件下的自组织过程是怎样进行的，但是热运动与生命产生的必然联系是非常明确的。让生活在今天的人类难以想象的是，如此有序的生命现象居然产生于自然的混沌之中。自然界的神奇就在于，从表面的无序中自发地蕴藏着有序。

虽然地球形成于大约46亿年前，可地壳内依然是不断滚动着的炽热岩浆，地震、火山喷发等地质构造运动，仍然在持续的进行当中。然而与地球不同的是，水星、金星、火星等其它类地行星，都是早在38～40亿年前，就都完成了地质的演化构造运动，固体核表面的地质状况，数十亿年来也没有多大的改变。

根据行星演化的一般原理，在地球演化的初期，较重的元素在构成原始行星气团中心的引力作用下向内收缩，由重元素放射性衰变产生的能量将气团加热，地球开始进入化合物的产生阶段，并形成高温的液态岩浆。其它一些较轻的元素在高温环境中被逐渐分离出来，它们主要是碳、氢、氧、氮等元素，这些被分离出来的元素在高温高压环境下又很快结合成一些气体化合物，生成气态水、甲烷、二氧化碳、氨等，此后这些气体构成了原始地球大气圈的主要成分。因此，当地球的温度逐步下降以后由于地表的自然

冷却岩石地壳开始形成，在经历一段时间的地质构造运动之后，地球的表面物质运动就会相对稳定下来。但地壳下面仍然是滚动的岩浆，地震和火山喷发还在频繁发生。因此有理由认为，在地球演化的初期就产生了一种抑制地球正常演化的作用力，使地球放缓了演化的进程。那么这种作用力又从何而来呢？它是来自于地球本身还是来自于地球的外部呢？

【2】这种作用力来自地球内部，来自水分子的物理运动与各种有机分子化合运动且对地表的降温起到了促进作用，使地球在早期的演化运动中就形成了相对稳定的地壳。同时也奠定了生命运动的物质基础，形成了生命运动与地球整体之间的作用关系。

随着地壳的逐步稳定、隔热能力的增强、地表温度的下降、地表水圈的形成，悬浮在大气中的各种有机固体物质和尘埃在降雨作用下，纷纷沉降到地球表面与海水融合在一起。一个生命的摇篮，就在各种物质有序与无序的相互作用中被自发的创造出来。地球表面的这种物理和化学状况，不仅延缓了地球的地质构造运动，同时也为生命运动的产生创造了必要的条件。

几十亿年来，地球的地质构造运动、太阳的光辐射和生物活动三者之间复杂的作用关系形成了地球特殊的演化进程，而生命运动始终是地球演化运动的积极推动者，生物活动不仅持续地改造着地质、地貌和大气环境，同时也推动了自身的演化和进化，创建起一个又一个生机勃勃绚丽多彩的大千世界。人类的出现是生命运动最杰出的创造，是无数生物前赴后继的结果。【3】发生在地球上的全部故事，都是由许多复杂条件和偶然性因素构成的，因此善待地球这个唯一的家园也是人类必须要肩负的责任。

纵观生命的起源，生命的发站是一个伟大的工程，是一个惊奇的过程。在生命的起源中，每个元素都是不可缺少的一部分，每个元素都发挥着着各自的作用，缺少了任何一种，地球也不会发展到现在的形态。在这些元素中，地球的地质构造运动、太阳的光辐射和生物活动又是各种元素中最关键的、重要的部分。【4】在生命的运动和发展中起到了关键的作用。生命从开的无机物到合成有机物，再到形成简单的生物，逐渐的由低级到高级的演变。经历漫长的演变过程，地球上的生物逐渐开始丰富起来才有了这绚丽的现代世界。

参考文献：

【1】徐世球、肖诗宇 地球生命的起源与进化 《小学自然教学》 2001年第5期 P39-40

【2】李仁全 “地球原始生命起源学说综述” 《Journal of Sichuan Vocational and Technical College》 2004年11月第14卷第4期 P81、82、94

【3】包华 《文化研究》 “生命漫谈” P174

对生命起源与进化的认识和理解 篇2

关键词：植物分子系统,发育与进化,系统发生树

自达尔文进化论问世以来,植物分类进入一个崭新的阶段———系统发育时期。化石保存的不完整性使由化石记录推导出的谱系树缺乏中间环节,利用现存物种的比较形态学、比较细胞学、蛋白质免疫和比较生理学等途径的研究大致填补了化石谱系树的空缺,但分类单元何时与最近祖先分歧等细节性问题含糊不清。直到30年前,形态性状在进化和系统学研究中仍然占统治地位,但形态性状易受环境影响,普遍存在趋同和平行进化现象,使许多分类群的进化地位难以确定。而DNA序列则不同,它直接反映物种的基因型,并记录进化过程中发生的每一件事,含有极丰富的进化信息。依据DNA序列上的差异比较植物的亲缘和演化关系,可以为植物系统进化研究提供最直接的证据。本文介绍分子进化研究中系统发生树重建和分子进化的若干基础理论问题。

1. 系统发生与系统发生树

系统发生是指一群有机体发生或进化的历史。利用DNA序列进行发育分析就是推断并评价分子水平的进化关系,并用分支图表现出来,这种图就是系统发生树,简称系统树。系统发生树是描述一群有机体发生或进化顺序的拓扑结构。根据系统发生树的具体表达形式,可分为物种(或种群)树与基因树。无论是物种(或种群)树还是基因树,都用树一样的拓扑结构表示,其中将已标明最近共祖分类单元所在位置的树称为有根树,将最近共祖分类单元所在位置未知的树称为无根树。有根树的根节点为全部分类单元最近共同祖先,它反映了分类单元间的进化关系,而无根树仅反映分类单元间的分类关系。无根树可通过加入外类群或利用分子钟理论、DNA不可逆取代模型推导的方法转化为有根树。

2. 分子系统发生树的重建

在现代分子进化研究中,根据现有生物基因或物种多样性重建生物的进化史是非常重要的问题。国内有些学者将利用现有生物的形态或分子生物学数据推断系统发生的过程称为系统发生树的构建,也有学者认为应称为重建。目前,利用分子生物学数据重建系统发生树的方法很多。在重建时,对不同类型的数据应采用不同的重建方法。利用现代分子生物学技术获得的生物多样性的信息,可大致分为以下两大类:

(1)离散特征数据。即获得的两个或更多的离散的值,它是赋给某一具体的运筹分类单位的,可进一步分为二态特征与多态特征。前者的离散特征只有两种可能的状况,即具有与不具有某特征项,通常用“0”或“1”表示,如限制性酶切位点、RAPD数据等。后者的离散特征具有三个或更多的可能状态,如核酸的序列信息,就某一位点来说,组成核苷酸的碱基具有A、T、G或C四种可能。

(2)相似性和距离数据。它并不是某一具体分类单元所具有的,而是用彼此间的相似性或距离表示的各分类单位间的相互关系,如免疫学方法与DNA杂交得到的只有分类单元间相似性信息。

3. 系统发生树的可靠性

在系统发生推断中,统计分析的系统误差和随机误差均影响所建树的可靠性。对随机误差的影响,常采用一定的统计检验分析获得的系统发生树的可靠性。一种是利用某一参量来对所获得的树及其相近树进行结构差异检验。在ML法中常利用似然值,在最小进化法中则利用所有支的总长度。这种方法是一种保守检验方法,检验的程序非常复杂,需要很大的计算机内存。另一种是分析每个内支可靠性,其中常用的方法有:

(1)标准误估计,即计算内支长度及其标准误,检验内支长度与0间的偏差,得到一个置信概率(简称CP),CP值越高,支的长度就越可靠。通常,当CP≥0.95或0.99时,可认为该支的长度在统计上有效。

(2)自举检验是一种重抽样技术,可用来估计在取样分布不知道或难以分析得到的情况下内支与统计有关的变异性。通过自举检验,可得到一个自举置信水平(简称BCL)。计算机模拟已表明当BCL>0.9时,CP值与BCL值非常相近。与自举检验相近的另一种重抽样方法是弃半复制检验。有研究表明,在研究的核苷酸数量较少的情况下,即使CP或BCL值达到95%,获得的结果仍然不十分可信。因此,在研究中应从不同的基因中尽可能分析较多数量的核苷酸,特别在研究不同生物间进化关系时,因为不同基因遭受的进化压力不同。此外,衰退/支持指数和T-PTP检验等方法亦可用来分析所得系统发生树的可靠性。

通常用来降低系统误差对系统发生分析影响,增加所建树可靠性的方法有:(1)重新考虑分析时的假定,变换分析方法;(2)除去树中的长支,因为树中有许多长支,会使分析中的误差复杂化;(3)去除不可靠的数据;(4)对某些特征或某一特征状态进行加权等。

4. 结语

从系统发育生物学的角度看,基因组学的丰富数据既包括了大量序列信息,又蕴藏着有关重复基因、DNA片段缺失插入、转座子丢失/插入等信息,为系统发育研究提供了丰富的资料,使利用大规模基因组水平的数据进行系统发育分析成为可能。系统发育基因组学是利用基因组水平的海量数据信息进行系统发育分析的新兴学科,它是后基因组时代的产物,也是未来进化生物学研究的重要趋势之一。

目前利用DNA测序及分子标记等分子生物学手段进行植物分子系统学研究已经十分普遍。分子数据是独立于形态学性状的数据,易于获取和分析,且排除了主观因素,能有效地弥补形态分类学研究的不足。

参考文献

[1]Boore JL.The use of genome-level characters for phyloge-netic reconstruction.Trends in Ecology&Evolution,2006,21:439-446.

[2]Cummings M P,Otto S P,Wakeley J.Sampling propertiesof DNA sequence data in phylogenetic analysis.Molecular Biologyand Evolution,1995,12:814-822.

从生命的起源看科学进化论 篇3

生命和人类于何时、何地、特别是怎样起源的问题，一直是人们关注和争论的焦点。人类苦苦追寻了几千年，但迄今为止，现代科学也没有吧这两个问题完全解决。

在古代科学还没有建立的时候，对于生命起源和人类起源问题的回答主要依赖于神话和宗教。中国《周易》中描述：易有太极，是生两仪，两仪生四象，四象生八卦；（太极）乃天地未分之前，元气混而为一。西方《圣经》一书则写了上帝七日创世纪。佛教相信：宇宙形态的变化，生命过程的流转，都依从与一个变化；宇宙的元素是永恒的，生命的元素也是永恒的；本来如此，本该如此，本源如此，本身如此。伊斯兰教就更简单了：真主乃万物之源，他创造了万物，又主宰万物，人是真主在大地上的代统治者。当然还有各类神话故事，各个民族可都贡献了极其大的力量，这些都为了一件事，那就是解释生命来自哪里？人类如何而来？而真正从近代科学意义上对生命起源和人类起源的回答则是从达尔文的进化论开始。但是可惜的是，由于研究手段的限制，达尔文的进化论主要是阐述生命形成之后进化的规律，它打破了生物物种的神创论，却并没有特别讨论生命的起源问题，正如达尔文在1882年在给华莱士的答疑信中所言：“你非常正确的表达了我的意图，你说我把‘生命起源’问题作为完全超越了我们目前的知识范围而有意避而不谈，而只是讨论进化的问题。”

那么，地球上的生命究竟是怎么来的？人类是怎么出现的？近一百多年来，广大生命科学工作者从宏观到微观，从细胞生物学到分子生物学，从生物细胞的物质元素构成、细胞结构与功效关系，到生物细胞形成与周围环境的关系，等等，做了大量的艰苦细致的研究工作，无数科技工作者为此献出了自己宝贵的生命。但随着研究的深入，越来越觉得此问题的复杂。

从现代自然科学的角度来讲，应当说是从1665年列文胡克用自制的显微镜发现细胞以后开始，特别是从1838年德国植物学家施莱登和1839年德国动物学家施旺正式提出细胞学说以来，人们加深了对生命本质的认识。1859年，伴随着达尔文《物种起源》一书的问世，生物科学发生了前所未有的大变革，同时也为人类揭示生命起源这一千古之谜带来了一丝曙光，这就是现代的化学进化论。生命起源的化学进化论在1953年首先得到了美国学者米勒实验的部分证实，一度成为主要学说。

关于生命的起源，主要有：特创论（神创论）、自然发生说、化学起源说、宇宙生命论、热泉说。在这之中，只有第一个是完全编撰出来的故事以外，其他的都是得到大家广泛支持的，然而每一个又有自己的缺陷，无法完整的解释生命与人类起源的问题，更有由此带来的新的问题与思考，还需要我们做进一步的探究与实验。目前据我了解，关于生命起源的科学研究领域主要就是三大阵营：以UCSD的Miller为代表的“原始汤”派、以德国化学家Wachtershauser和苏格兰地球化学家Russell为代表的海底生物起源学派、以及美国NASA为主的天体生物学派。可惜的是，虽然都是在生命起源研究领域内摸爬滚打，但上述三个学派看上去是老死不相往来。也许，如果各个学派之间多一些交流，有一些新的发现也说不定。2006年2月，世界著名科学家奥格尔教授在英国《自然》（Nature）杂志上，在为美国《科学探索生命的起源》一书所做的书评中，在综述国际上有关生命起源的“有机汤学说”、“金属催化学说”和“深海地热能学说”三大学说的基础上深刻地指出：“有关生命起源的许多方面仍然使人感到朦胧和模糊不清，有关生命形成的确定的物理条件，以及无生命的化学物质向有生命的生物化学物质过度的详细步骤，所知还是很少。”

有关人类起源的科学研究，最早是从考古开始的。过去一直认为，人类是“多起源”的。也就是说，世界人类没有一个共同的祖先，全世界的人类是分别单独进化的结果。在遥远的古代，他们呈“星状模式”各自在自己占有的区域范围内生息繁衍和进化，互相没有任何血缘关系，因此人类不只是一个物种。这种“多起源说”最大的支撑证据，是已发现的遍布全球的不同年代的猿人遗址和化石。然而这种观点在现实面前遇到了一个无法逾越的障碍，那就是地球的动物物种所体现的进化规律和遗传学特征。遗传学的结论告诉我们“只有同种结合所生育的后代才有继续生育的能力，不同物种结合所生育的后代不再具有生育能力。”或者说，如果雌雄结合所生育的后代不再具有生育能力，说明结合双方不是一个物种——这是检验地球上所有动物是不是一个物种的最简单最直接的方法。作为动物的一种，人类应该也不能违背这一生育规律。然而，今天全世界不同肤色的任何一种人种互相通婚，所生的后代在结婚，都具有正常的生育能力。这说明世界所有人类是同一物种，最早由一个共同的祖先，所以他们只能起源于一处，是从一处的单个个体进化而来的，不是多起源的——“多起源说”对这一问题目前还没有给出满意的解答。其实，早在“多起源说”产生的同时，“单起源说”也就诞生了。只是“单起源说”出去遗传学支撑外，一直没有找到别的更具说服力的证据。近年，就在两大学说互不相让的当口，忽然杀进来一批黑马，及刚刚崛起的边沿科学——分子生物学。分子生物学从基因角度发现，遗传基因有极高的稳定性和遗传标志性，不同物种的基因绝对不相同。因此分子生物学和人类学的成功联姻成为了破解人类起源之谜的有力武器。通过分子生物学，基本上确认了人类有一个祖先，来自非洲。但非洲的祖先怎么来的，是先有“亚当”还是先有“夏娃”还是两人同时出现没有回答。地球上其他的生命又是怎么来的也没有回答。因此，作为对生命起源的研究而言，分子生物学可能也无能为力。