生命的起源

如题所述

生命起源学说:

迄今为止提出了许多关于生命起源的假说——神创论,宇宙发生论,或自然起源论。

在自然起源中,大部分与地点或代谢有关,包括了基于各种科学家自己喜欢的生物分子命名的各种各样的前生物世界。通常来说,“生命来自哪里?”与“生命是怎么来的?”并不是同样的问题。

但是,在生命起源研究群体中,关于最早的自然起源生命是光能自养、还是化能自养、或是异养的问题还未达成共识。此外,生命起源的核心是建立了一套以遗传密码为核心的生化系统,因此,生命和遗传密码的起源是两个紧密联系的问题,对其中一个的了解需要对另一个的了解。 

创造论(或神造说):

创造论认为世界万物都是由神所创造。比如上帝、阿尔修斯。在《圣经》上说,“起初,神创造天地。

创造论的质疑者认为神造说的根源是类比于人的制造能力,以及对概率论的错误应用。比如某宗教徒用手表自我形成的概率为零必然有造表者来证明人是被创造的。

他们认为这种推理的根本错误在于他不懂得自然界普遍存在的自组织现象(如雪花、沙丘在一定条件下自动形成某种规则的形状,这显然不是被某高级主体有意制造的,而且也不能用概率论来推断)。生命体的最根本特征是自组织的,不是被制造的。

宇宙生命论(或生命外来论):

这一假说提倡“一切生命来自宇宙”的观点,认为地球上最初的生命来自宇宙间的其他星球,即“地上生命,天外飞来”。这一假说认为,宇宙太空中的“生命胚种”可以随着陨石或其他途径跌落在地球表面,即成为最初的生命起点。

现代科学研究表明,在已发现的星球上,自然状况下是没有保存生命的条件的,因为没有氧气,温度接近绝对零度,又充满具有强大杀伤力的紫外线、X射线和宇宙射线等,因此任何“生命胚体”是不可能保存的。这个假说实际上把生命起源的问题推到了无边无际的宇宙中去了,同时这个假说对于“宇宙中的生命又是怎样起源”的问题,仍是无法解释的。

自然发生:

又称“自生论”或“无生源论”,认为生物可以随时由非生物产生,或者由另一些截然不同的物体产生。如中国古代所谓“肉腐出虫,鱼枯生蠹”。中世纪有人认为树叶落入水中变成鱼,落在地上则变成鸟等。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年)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。

1860年,法国微生物学家巴斯德设计了一个简单但令人信服的实验,彻底否定了自然发生说。普遍接受的生命起源假说。19世纪时,法国微生物学家巴斯德(LouisPasteur) (1821)—1895)进行了著名的鹅颈烧瓶实验。

鹅颈瓶实验是假设细菌、微生物的移动需要依靠菌毛、鞭毛,并且需要在有液体介质的情况下才能正常移动。他把肉汤灌进两个烧瓶里,第一个烧瓶就是普通的烧瓶,瓶口竖直朝上;而第二个烧瓶,瓶颈弯曲成天鹅颈一样的曲颈瓶。

然后把肉汤煮沸、冷却。两个瓶子都没有用塞子塞住瓶口,而是敞开着,外界的空气可以畅通无阻地与肉汤表面接触。他将两个烧瓶放置一边。过了三天,第一个烧瓶里就出现了微生物,第二个烧瓶里却没有。

他把第二个瓶子继续放下去:一个月、两个月,一年、两年……直至四年后,曲颈颈瓶里的肉汤仍然清澈透明,没有变质和产生微生物。巴斯德认为,肉汤中的小生物来自空气,而不是自然发生的。他的实验为科学家进一步否定“自然发生论”奠定了坚实的基础。

现代生物学,化学的研究结果更加彻底地否认了自然发生论的可能性,生命的创造只能通过遗传物质的复制,以及细胞的分裂过程来实现。我们在生活中所直观观察到的生命“自生”现象,全部都是某种不易发现的复制过程在起作用。

化学起源说:

化学起源说是被很多学者接受的生命起源假说。这一假说认为,地球上的生命是在地球温度逐步下降以后,在极其漫长的时间内,由非生命物质经过极其复杂的化学过程,一步一步地演变而成的。

米勒实验

米勒在他的实验中假设在生命起源之初大气层中只有氢气、氨气和水蒸气等物,其中并没有氧气等,当他把这些气体放入模拟的大气层中并通电引爆后,发现其中产生了些氨基酸,氨基酸是合成蛋白质的基本单元,而蛋白质是生命存在的形式,因此他认为生命从无到有的理论将可以确立了,证明生命是进化而来的。

 但米勒的实验也有很多的疑点,例如所使用的能量大小,不同气体的配合等。虽然都产生了氨基酸、醣类等物质,但仍不能证明这就是生命的起源。因为他所假设的大气层不能证明是原始的大气层,所得的结果就是不确定的。

米勒本身也承认他的实验与自然界生命起源相距仍很遥远。并且现代科学发现在火星上有氧气存在却没有生命,那么米勒假设大气层中没有氧气存在故没有生命之说就不成立,因此无法证明生命起源是由单细胞进化而来的。

化学起源说将生命的起源分为四个阶段(米勒实验)。

第一个阶段,从无机小分子生成有机小分子的阶段,即生命起源的化学进化过程是在原始的地球条件下进行的。需要着重指出的是米勒的模拟实验。在这个实验中,一个盛有水溶液的烧瓶代表原始的海洋,其上部球型空间里含有氢气、氨气、甲烷和水蒸汽等“还原性大气”。

米勒先给烧瓶加热,使水蒸汽在管中循环,接着他通过两个电极放电产生电火花,模拟原始天空的闪电,以激发密封装置中的不同气体发生化学反应,而球型空间下部连通的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。

经过一周持续不断的实验和循环之后。米勒分析其化学成分时发现,其中含有包括5种氨基酸和不同有机酸在内的各种新的有机化合物,同时还形成了氰氢酸,而氰氢酸可以合成腺嘌呤,腺嘌呤是组成核苷酸的基本单位。米勒的实验试图向人们证实,生命起源的第一步,从无机小分子物质形成有机小分子物质,在原始地球的条件下是完全可能实现的。

第二个阶段,从有机小分子物质生成生物大分子物质。这一过程是在原始海洋中发生的,即氨基酸、核苷酸等有机小分子物质,经过长期积累,相互作用,在适当条件下(如黏土的吸附作用),通过缩合作用或聚合作用形成了原始的蛋白质分子和核酸分子。

第三个阶段,从生物大分子物质组成多分子体系。这一过程是怎样形成的?前苏联学者奥巴林提出了团聚体假说,他通过实验表明,将蛋白质、多肽、核酸和多糖等放在合适的溶液中,它们能自动地浓缩聚集为分散的球状小滴,这些小滴就是团聚体。

奥巴林等人认为,团聚体可以表现出合成、分解、生长、生殖等生命现象。例如,团聚体具有类似于膜那样的边界,其内部的化学特征显著地区别于外部的溶液环境。团聚体能从外部溶液中吸入某些分子作为反应物,还能在酶的催化作用下发生特定的生化反应,反应的产物也能从团聚体中释放出去。

另外,有的学者还提出了微球体和脂球体等其他的一些假说,以解释有机高分子物质形成多分子体系的过程。

第四个阶段,有机多分子体系演变为原始生命。这一阶段是在原始的海洋中形成的,是生命起源过程中最复杂和最有决定意义的阶段。目前,人们还不能在实验室里验证这一过程。

该理论也并非被所有人所接受。其质疑者认为,仅仅能够证明蛋白质大分子可以自然形成便宣称生命可以如此自发产生,就好比给猴子一台打印机,就宣称它可以写出一本红楼梦。

形成一个大分子固然简单,但是形成含有生命信息的DNA,蛋白质需要这些有机小分子以一种非常非常特别的方式组合。就好比用打字机打出一本完全随机的书固然简单,写出一本《红楼梦》却难上加难。

仅仅依赖于随机过程,形成有效生命分子的概率可以小到在1亿个宇宙的年龄这么长的时间也不太可能发生。生命的信息是怎样被创造的?在很长时间中,该理论的支持者都没有对这一质疑给出有效的解答。

但是,最近的研究指出,ATP在生命的信息起源中扮演了重要角色(ATP中心假说):

(a)它是光能转化成化学能的终端;

(b)推动了一系列的生化循环(如卡尔文循环等)和元素重组;

(c)它通过自身的转化与缩合将生命过程信息化——筛选出用4种碱基编码20多个氨基酸的三联体密码子系统,构建了一套遗传信息的保存、复制、转录和翻译以及多肽链的生产体系;

(d)演绎出蛋白质与核酸互为因果的反馈体系,并通过自然选择,筛选出对细胞内同步发生的生化反应进行管控的体系与规则,并最终建立起了生命的传递机制——遗传。

 因此,生命的起源是从能量转化到信息化的过程中实现的,在这个过程中产生了记录生命过程的遗传密码子。

如果从能量的普适性以及现代生化系统的结构特征来看,生命最有可能始于光合系统的演化(生命的光养起源假说)。

支持这一观点的一个重要分子证据就是细胞色素(一类以铁卟啉或血红素为辅基的电子传递蛋白),这是一个存在于几乎所有生物之中的电子载体,而血红素可能就是从光合色素——叶绿素衍生而来的(现存生物中两者生物合成途径亦十分相似),只是叶绿素含有镁卟啉环,它可能由卟啉环与长链脂肪酸(可能来自膜)加合而成。

叶绿素与细胞色素的血红素辅基之间在结构上的相似性如下图所示。在从镁卟啉到铁卟啉的转变中发生了去环化作用(红色标记位置)。从进化上来看,膜耦联的叶绿素分子可能由磷脂与卟啉环加合而成。带箭头的蓝色虚线表示可能的演化方向。 [4] 

天体撞击论:

地球经常受到小行星的撞击,带来了原来没有来自地球的氨基酸,经漫长的发展,形成最初始的生命。

以上内容参考:百度百科-生命起源理论

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第1个回答  2020-01-17

人们一直在从不同角度探索生命的起源。地质学家曾艰苦地从地质记录中寻找最早生命的化石证据,生物学家和生物化学家也已经为模拟生命起源进行了多种实验和设想了不同的模型。然而对于生命的出现究竟是开始于地球,还是开始于其他宇宙体、后来被带至地球的问题,迄今仍处于争论之中。最近,美国宇航局埃姆斯研究中心的科学家在模拟太空中低温、没有空气、充满辐射的恶劣条件下的一项实验中发现,一些简单、常见的有机分子自发组装成了能够作为原始细胞壁的膜。这些膜像肥皂泡,具有半渗透性。这种膜容许水和氧气自由进出,它正是生命所需要的那种膜(2001年1月30日出版的美国《国家科学院院报》)。这一成果不仅暗示有可能宇宙中到处都存在着初始生命,而且还有利于地球上的生命是由星际太空有机化合物引发的观点。

人们尚不能确知生命是怎样起源的,但一般认为生命发展最合理的第一步,应是作为生命系统基础的碳的有机化合物通过非生物方式的合成。现在已有相当多的证据可以说明这些有机化合物能通过非生物方式产生。例如,碳质球粒陨石就含有机物质,对这类陨石进行的化学分析发现其中含有多种有机组分,诸如糖类、有机酸和氨基酸等,它们被认为形成于星际空间。最有意义的发现是陨石中的氨基酸含有的左旋(L-)和右旋(D-)立体异构体各占一半,而地球上生物来源的氨基酸则以左旋立体异构体占绝对优势。这为陨石中氨基酸由非生物方式形成提供了进一步的证据,至少可以说明陨石的氨基酸没有受到地球物质的污染。

在20世纪50年代初,Stanley Miller进行了首创性的实验研究,他尝试确定有机化合物是否能在由水和假定的4 Ga前地球大气圈中可能存在的各种气体组分中形成。他按原始大气圈的可能组分为CH4、NH3、H2制成配料,置于烧瓶中,并以放电火花代替闪电效应刺激试料混合物。结果几天后实验产生出氨基酸和一些简单、还原性的有机分子(Miller,1953、1957)。应用放电火花和紫外光照射刺激H2O、CO2、N2和CO气体混合物(更符合地球早期脱气成因大气圈的成分)的类似实验同样产生出一系列有机化合物,诸如氨基酸、HCN和甲醛等(Chang,et al.,1983),甲醛可结合形成糖。加热也可促进类似的反应。然而,在所有加入了自由O2的实验中,均未能合成任何有机化合物,因为在简单有机产物能够聚集之前就已被O2迅速地氧化了。

虽然氨基酸和其他简单有机分子似乎比较容易形成,但这些分子是怎样结合形成第一批像RNA(ribonucleic acids———核糖核酸)那样的复杂分子的仍是未解决的难题。后来的研究表明RNA很可能对于生命起源曾经起了主要作用,因为 RNA分子具有分裂和产生一种能对生物复制过程起催化作用的酶(Zaug and Cech,1986)。在古太古代产生 RNA 分子的必要条件包括:有机分子的供应,一种使分子发生反应以形成 RNA的机制;一种作为容器的矿物,它能保留住RNA的分离部分使之能有助于进一步复制;一种能使某些 RNA免受其他种群混入的机制;以及某些形成一种膜作为包围原始细胞壁的途径(Nisbet,1986)。太古宙期间,海底热液系统可能提供了这些条件(Gilbert,1986)。在实验室进行的实验中,RNA的分裂发生于温度大约为40℃、溶液中 pH值变化于7.5~9和存在Mg+2离子的条件下,这些均与海底热液系统出口附近的条件相似。粘土矿物可能曾起着更重要的作用,并实际上提供了一种复制的方法。第一批基因可能曾形成于粘土的互层位置,并且首次复制可能曾是粘土的无机增生。而后,吸附于粘土上的有机化合物通过反应形成 RNA,经过自然选择,RNA分子最终脱离了它们的寄主粘土(Cairns-Smith,1982)。沸石可能是另一种催化剂,它具有大量不同形状和大小的孔隙,这种孔隙允许微小有机分子通过,而不让大分子通行(Nisbet,1986)。沸石类也是海底热液系统———“黑烟筒”周围特征的次生矿物。沸石类矿物中各种大小孔洞的意义在于,一个分裂出的RNA分子可能被限制于这样的孔洞中,在其中它能有助于母分子的复制。很可能首批多核苷酸链就曾形成于早期海底热液喷口附近的某个地方(Condie,1989)。

生命复制的下一个阶段可能是由氨基酸形成蛋白质,然后DNA(deoxyribonucleic acid——脱氧核糖核酸)必定形成,并且作为原始基因库而盛行起来(Gilbert,1986)。再下一个发展阶段似乎应发展出能起能量供应和新陈代谢作用的细胞膜,这两者对于活细胞的发展是关键性的。遗憾的是对这些发展阶段还未能真正了解。近年,在实验室中产生出了能进行复制的有机分子,暗示着可能存在由非生物合成增强有机分子初始产出的潜在机制(Hong et al.,1992;Orgel,1992;Lee,et al.,1996)。其他实验已合成出被称为微胞(micelles——胶体分子团)的简单有机结构,能复制自己的外部构架(Bachmann,et al.,1992)。现已有较充分的理由相信,控制自我复制的最早遗传物质可能不是DNA,而是有关的分子RNA,后者也能够起催化作用(de Duve,1995;Robertson and Miller,1995)。虽然至今还难以通过实验手段将简单有机分子聚合成能进行自我复制和新陈代谢、并被膜所包围的生命体,但看来很可能在不久的将来会合成出具有上述许多特性的有机物质(Schlesinger,1997)。

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第2个回答  2020-04-17
生命的起源应当追溯到与生命有关的元素及化学分子的起源.因而,生命的起源过程应当从宇宙形成之初、通过所谓的“大爆炸”产生了碳、氢、氧、氮、磷、硫等构成生命的主要元素谈起。
大约在66亿年前,银河系内发生过一次大爆炸,其碎片和散漫物质经过长时间的凝集,大约在46亿年前形成了太阳系。作为太阳系一员的地球也在46亿年前形成了。接着,冰冷的星云物质释放出大量的引力势能,再转化为动能、热能,致使温度升高,加上地球内部元素的放射性热能也发生增温作用,故初期的地球呈熔融状态。高温的地球在旋转过程中其中的物质发生分异,重的元素下沉到中心凝聚为地核,较轻的物质构成地幔和地壳,逐渐出现了圈层结构。这个过程经过了漫长的时间,大约在38亿年前出现原始地壳,这个时间与多数月球表面的岩石年龄一致。
生命的起源与演化是和宇宙的起源与演化密切相关的。生命的构成元素如碳、氢、氧、氮、磷、硫等是来自“大爆炸”后元素的演化。资料表明前生物阶段的化学演化并不局限于地球,在宇宙空间中广泛地存在着化学演化的产物。在星际演化中,某些生物单分子,如氨基酸、嘌呤、嘧啶等可能形成于星际尘埃或凝聚的星云中,接着在行星表面的一定条件下产生了象多肽、多聚核苷酸等生物高分子。通过若干前生物演化的过渡形式最终在地球上形成了最原始的生物系统,即具有原始细胞结构的生命。至此,生物学的演化开始,直到今天地球上产生了无数复杂的生命形式。
38亿年前,地球上形成了稳定的陆块,各种证据表明液态的水圈是热的,甚至是沸腾的。现生的一些极端嗜热的古细菌和甲烷菌可能最接近于地球上最古老的生命形式,其代谢方式可能是化学无机自养。澳大利亚西部瓦拉伍那群中35亿年前的微生物可能是地球上最早的生命证据。
原始地壳的出现,标志着地球由天文行星时代进入地质发展时代,具有原始细胞结构的生命也开始逐渐形成。但是在很长的时间内尚无较多的生物出现,一直到距今5.4亿年前的寒武纪,带壳的后生动物才大量出现,故把寒武纪以后的地质时代称为显生宙
第3个回答  2020-01-30
让你快速理解生命和思想还有基因,其实道理很简单。
简单说,打比方,就是u盘的起源。是一种存储和程序,简单说叫电磁,高级说可能是化学电磁。
这个u盘哪里来的?
无机物通过电激发,转化成基本各种有机物,有机物聚集,具备电磁化学磁的数据存储能力,好比是形成了一个空U盘。
这个u盘数据程序哪里来的?
接下来就是通过电子方式对这个‘磁盘’进行读写操作,可以说是没完没了的读写永不疲惫。直到有一天,神奇事情降临了,这些存储的01010101数据巧合的组成了一个程序。也可以说这就是生命的诞生。
这个程序不断修改完善,,,,,突然变成了一个简单的ai高级程序。这个ai智能程序不断增加数据量,最后形成了一个庞大的智能数据链。
就在上诉同时,这些存储数据其实从一开始就具有双向能力,存储和擦除更新。这个存储过程其实就会发射电信号,反过来电信号可以驱动有机体产生运动。随着程序的逐渐高级化,他可以驱动的生命可以有非常复杂的动态,动态即生命。这时候细胞诞生了,细胞也重复着聚集和数据存储擦写,后面会演化成更高级的ai程序,多细胞诞生了,且有高级的ai程序驱动去运动。再高级就是动植物生命出现,当然ai也更高级了。

简单的说就是生命两个要素或者叫三要素也行
两要素,物质,电磁或化学磁存储能力。无形的东西就是数据和程序偶然的诞生必然的发展
三要素,无机物,有机物,电磁或化学磁存储能力。无形的东西就是数据和程序偶然的诞生必然的发展
那人的大脑里有什么呢?就是就是这些数据,和一些运行的高级ai程序。存储方式可能更接近化学磁的方式。这些程序就来自地球第一个细胞诞生之前有机物那些数据ai
只不多你并不知道你的脑子装了什么程序,其实还有每个细胞其实也是存满了数据和程序。所以你并不清楚你的脑子里装了什么程序,更像是一个电脑病毒在驱动你器官,行为和思想。(有机物也可以存储数据,更别说细胞了)
你的大脑更像是一个大型通讯服务器,而你的细胞可能是无数台小电脑。功能用途不同各有分工,但他们整体是联通的,一个完整的体系。大型服务器负责你的思想和遗传系统构建方法,而小电脑一般只负责你的生命和遗传和健康数据。

引申:

克隆技术就可以通过一个细胞重新复制你,可见细胞存储数据量还是海量的。科学家研究的细胞存储介质细胞硬盘,一个肉眼看不见的东西即可存储几个tb的数据。
你可复制一个爱因斯坦,但是爱因斯坦的大脑,即大型通讯服务器构架却可能复制不出来。你只能复制一个看上去不太聪明的爱因斯坦。要想完全复制,还必须从拷贝爱因斯坦的大脑,这一部分数据和存储与程序必须补上。可惜这些东西可能已经毁坏无法拷贝。
第4个回答  2020-07-19
英国化学家伯纳尔教授在《生命起源》里说:“我们用严谨的科学方法去验证这个理论[生命的自然发生],就很可能在过程中不止一次证明生命根本是无法自行产生的;生命自行产生的可能性实在太低了,机会可说是微乎其微。教人苦恼的是,地上的生物实在千姿百态,于是相信生命可以自然产生的人为了给生命的起源一个解释,只好曲解他们的论据。”