索引：一、从无机物合成有机小分子 1.米勒的实验 2.陨石中的发现 二、生物大分子的合成 三、多分子体系的原始生命的出现 1.奥巴林的团聚体假说 2.福克斯的微球体学说
人类生活的地球，是宇宙众多星体中最普通的一员。但地球又是与众不同的，尽管人类对外星生命的探索始终没有停止过，但迄今为止还没有找到一颗像地球一样有生命存在的星球。现代科学研究已明确地向人们揭示：地球孕育了生命，而生命又创造了地球。
地球上的生物及其栖息的环境共同构成了生物圈（biosphere）。由生物圈、岩石圈、大气圈和水圈组成地球的表层部分，依靠着生物和生命活动转换和储存太阳能，驱动物质循环，形成了一个相对稳定的、远离天体物理巨变的、处于热力学平衡态的巨大开放系统，而生物圈正是这个系统的中心。
生命是在宇宙的长期进化中发生的，生命的起源是宇宙进化到某一阶段之后由无生命的物质所发生的一个进化过程。地球自诞生至今已有46亿年的历史，但并非自诞生之日起人们生存的地球上便有生命的存在，生命在地球上的发生也经历了一个漫长的过程。生命发生的最早阶段为化学进化，即由无机小分子开始，至原始生命形成这一阶段。原始生命则是从细胞的产生开始。细胞的继续进化即由原核细胞进化到真核细胞、由单细胞进化到多细胞等过程都是属于生物进化阶段。
化学进化的全部过程又可以分为几个连续的阶段：从无机物合成有机小分子、生物大分子的合成、多分子体系的原始生命的出现。
一、从无机物合成有机小分子
在生物尚未出现之前，地球大气层的成分与现在的大气层全然不同。原始大气层中含有大量的含氢的化合物（如甲烷、氨、硫化氢、氰化氢以及水蒸气等），这些气体在外界的高能作用（如紫外线、宇宙射线、闪电及局部高温）下，就有可能合成一些简单的有机物，如氨基酸、核苷酸、单糖等。美国著名化学家尤里（H.C.Urey）在20世纪50年代初首先提出了原始地球的大气主要由甲烷、氨气、氢气和水蒸气等成分构成的假说，他根据这一假说进一步提出：在地球的原始大气条件下，碳氢化合物有可能通过化学途径来合成。
1.米勒的实验
在尤里假说的引导之下，美国生物学家米勒（S.Miller）（1953）用模拟实验的方法证明了在原始地球的环境条件下无机物可能转化为有机分子。他在实验室安装了一个密闭的循环装置，其中充以甲烷、氨、氢气和水蒸气来模拟原始大气，在密闭系统的烧瓶中加上水来模拟原始海洋，然后给烧瓶加热使水变成水蒸气并使水蒸气在密闭系统中循环，同时在装置中通入电火花模拟闪电，使密闭系统中的气体发生反应（见图1）个星期以后检测该系统中的冷凝水，发现其中溶解了多种有机物，其中包括氨基酸、有机酸、尿素等，在实验所得到的氨基酸中就有组成天然蛋白质的氨基酸如甘氨酸、谷氨酸、天冬氨酸、氨酸等。此后他又以类似实验得到了其他的小分子有机物，如嘌呤、嘧啶等碱基及核糖、脱氧核糖等。
图1 米勒模拟实验装置
2.陨石中的发现
1959年，在坠落于澳大利亚的一颗陨石上发现多种氨基酸和有机酸，这些氨基酸的构象与目前地球上所存在的不同，而这些有机物却与米勒实验中得到的有机物在种类和数量上都有着惊人的相似。这一巧合给米勒等人的设想提供了有力的证据。
模拟实验结果和陨石中有机物的发现使人们意识到，构成蛋白质、核酸等生命物质的氨基酸、核苷酸等在生命出现之前就可以在地球上合成出来。
二、生物大分子的合成
尽管有实验证明有机小分子可以在生命出现之前的地球上产生，但蛋白质和氨基酸等生物大分子才是构成生命的基石，因此生命起源的关键在于有机小分子如何形成蛋白质及核酸等生物大分子。
在米勒实验之后，研究原始地球条件下有机小分子如何进化到生物大分子便成为生命起源研究中新的课题。在这一研究过程中，相继形成生命的海相起源和陆相起源两个不同学派：海相起源派学者如美国生化学家卡尔文（M.Calvin）和卡恰尔斯基（A.Katchalsky）等人认为生物小分子在氰化氢等的作用之下可以在潮湿的环境中脱水而聚合生成生物大分子，并于1972年用脱水剂进行氨基酸聚合实验获得含有50个氨基酸的肽链，使海相起源论得到了初步证实。有许多实验可以证明，在人工模拟原始地球的条件下，也可以人工合成出核酸和蛋白质。陆相起源派重要的代表人物美国人福克斯（F.Fox）（1958）模拟原始地球的条件，将一些氨基酸溶液混合后倒入160℃~200℃的热沙或黏土中，使水分蒸发、氨基酸浓缩，经过0.5h至3h后就产生一种琥珀色的透明物质，它具有蛋白质的部分特性，因此被称为类蛋白质。福克斯等认为，在原始地球不断有火山爆发的条件下，火山喷出气体中的甲烷、氨气和水蒸气等可能在高温条件下合成氨基酸，而氨基酸又可能通过热聚合反应而缩合为多肽。此外，也有人用模拟实验得到了类似核酸的物质多聚核苷酸。实验表明，在50℃-60℃时，只要有多聚膦酸酯的存在，单个核苷酸就可以聚合为多聚核苷酸。
虽然用模拟实验的方法所得到的类似于生物大分子的产物的结构还比较简单，有序化程度比较低，功能也不够专一，与现代生命中实际存在的蛋白质和核酸相比还有较大的差距，但可以推测，在生命出现之前地球上已经有简单的蛋白质和核酸等生命物质形成了，但这些原始的生命物质也许要经过很漫长的演化历程才能形成更复杂且更有序的结构。
三、多分子体系的原始生命的出现
生物大分子还不是生命，它们只有形成了多分子体系，才能显示出某些生命现象。因此，多分子体系的出现就是原始生命的萌芽。
1.奥巴林的团聚体假说
苏联生物学家奥巴林（A.I.Oparin）（1924）在实验的基础上提出团聚体学说（CoacervateTheory），认为生物大分子蛋白质和核酸的溶液混合在一起时可以形成团聚体，这种多分子体系表现出一定的生命现象。奥巴林将明胶（蛋白质）溶液与阿拉伯胶（糖）溶液两种透明的溶液混合在一起，混合之后溶液变为混浊，显微镜下可以看到均匀的溶液中出现了小滴，即团聚体。用蛋白质、核酸、多糖、磷脂及多肽等溶液也能形成这样的团聚体，这种团聚体直径为1~500μm，外围可形成膜一样的结构与周围的介质分隔开来，其能稳定存在几个小时至几星期，并表现出简单的代谢、生长、增殖等生命现象。
2.福克斯的微球体学说
20世纪60年代美国人S.福克斯（S.W.Fox）提出了微球体学说（microspheretheory），强调了蛋白质在生命起源中的重要作用。他将干燥的氨基酸粉末混合加热后在水中形成了类蛋白微球体，并把它看成是原始细胞的模型。这种微球体直径较均一，在1~2μm之间，相当于细菌的大小。它表现出很多生命特征：其表面具有双层膜，能随着介质的渗透压变化而膨胀或收缩；能吸收溶液中的类蛋白质而生长，并能像细菌那样进行繁殖；在电子显微镜下还可以观察到它具有类似于细菌的超微结构（见图2）。
图2 福克斯实验得到的微球体
奥巴林的团聚体假说和福克斯的微球体假说是海相起源论与陆相起源论在化学演化第三阶段上的集中表现。由于两种假说各自都有一定的实验基础和理论基础，因此，福克斯在20世纪70年代曾著文认为，团聚体和微球体两者都是生物大分子向着原始细胞演化的可能模型。
虽然从团聚体和微球体等多分子体系中还只能看到一些原始的生命现象，但这足以使人们联想到，多分子体系经过一系列的进化就有可能发展成为原始生命。这一系列的进化过程必须包括几个方面：
首先，多分子体系须具有一定的物理化学结构，分子有规律的空间排列，体系更加稳定，体系中的化学反应及体系内外的物质交换更能有条不紊地进行。
其次，多分子体系的主要组成成分中必须包括蛋白质和核酸，有了这两类生物大分子，多分子体系才能逐步建立完善的转录和翻译机制，才能具有遗传功能。
第三，多分子体系的表面还必须形成比较完善的膜结构，这样才能和外界分开，成为相对独立、稳定的体系，有可能选择性地从外界吸收所需要的物质。
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