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第三章 生物的进化
第一节
地球上生命的起源
学习目标
1.解释米勒实验的设计原理及结果。
2.能够描述“海洋化学起源说”。
1984年6月，我国古生物学家侯先光来到云南省澄江县(今澄江市)，寻找寒武纪早期的古生物化石。他每天早出晚归，在采样点挥动着榔头，劈开了不知多少块石头，却连续多日一无所获。7月1日，他一大早就冒雨来到帽天山。就在这天下午，他陆续发现几块新奇的化石，其中一块让他惊喜万分。动物化石保存的一般是动物身体的坚硬部分，而这块化石竟然完整地保存了动物的软躯体和附肢，看上去栩栩如生。他当时初步判断这种动物是以前从未见过的种类。后来的研究确认，这种动物是寒武纪早期的海洋节肢动物，被命名为长尾纳罗虫。这一发现揭开了澄江生物群的神秘面纱，为研究生物的进化作出了重要贡献。
内陆高原的山上为什么会有海洋动物化石 研究化石有什么意义呢
长尾纳罗虫化石
2013年，“嫦娥三号”探测器在月球表面成功着陆并完成了系列任务。右图是由“嫦娥三号”着陆器拍摄的“玉兔号”月球车的照片。
你认为月球上有生命存在吗 生命的存在必须具备哪些条件
月球上不存在生命；生命的存在必须具备的条件包括水和适宜的温度，大多数生物还需要氧气。
地球上最初的生命是什么样的呢 产生的过程和条件又是怎样的 关于这些问题，我们不可能通过直接观察来获得答案，也难以得到确凿的证据。但我们知道，地球上生命的生存需要有机物和能量，还需要其他一些条件。关于生命的起源可以通过有关研究进行科学的推测。
科学方法
推测
推测是根据已知的事物，通过思维活动，对未知事物的真相提出一定的看法。科学的推测需要一定的证据作为基础，凭空想象往往是站不住脚的。例如，巴斯德(L.Pasteur)推测使肉汤变质的细菌不是在肉汤中自然发生的，而是来自空气中已有的细菌，他的推测因为有实验证据的支持而被人们广为接受。科学的推测还需要严密的逻辑，也需要丰富的联想和想象。
分析·讨论
原始地球上生命形成的推测
地质学研究表明，地球大约是在46亿年前形成的。那时候地球表面的温度很高，环境与现在的完全不同：天空中或赤日炎炎，或电闪雷鸣；地面上火山喷发，熔岩横流。从火山中喷出的气体，如水蒸气、氢气、氨、甲烷、二氧化碳、硫化氢等，构成了原始的大气层。原始大气中没有氧气。
原始地球表面想象图
20世纪50年代，米勒(S.Miller)模拟了原始地球的条件和大气成分，将甲烷、氨、氢气、水蒸气等气体通入一个密封的装置内，通过进行火花放电(模拟闪电)，合成了多种氨基酸。此外，还有一些科学家模拟原始地球的大气成分，在实验室里制成了另外一些有机物。
、
水蒸气
米勒设计的实验装置示意图
陨石是人类比较容易获得的、来自地球之外的岩石样品，是珍贵的科学研究资源。1969年，人们发现，坠落在澳大利亚的陨石中含有多种氨基酸。
陨石
地球上的陨石坑
讨论
地球上原始大气的成分与现在的大气成分有什么明显的不同
你认为原始地球上存在生命吗 请说出你的理由。
现在的大气成分中有氧气，而原始大气的成分中没有氧气。
原始地球上不存在生命，因为原始地球上没有生命存在的环境条件。
根据米勒及其他科学家的实验结果，可以对生命的起源作出怎样的推测
陨石中含有构成生物体所需要的部分有机物，由此可以作出什么推测
根据米勒以及其他科学家的实验结果可以推测，原始地球上尽管不存在生命，但能产生构成生物体的有机物。因此，生命的起源从无机物到有机物这一阶段是完全能够实现的。
从陨石中含有构成生物体所需要的部分有机物的事实，可以推测构成生物体的有机物可能在地球以外形成并被带到地球。
原始地球想象图
科学实验表明，尽管原始地球上不存在生命，但能产生构成生物体的有机物。科学家推测，原始大气在高温、紫外线以及雷电等自然条件的长期作用下，形成了许多简单的有机物。后来，地球的温度逐渐降低，原始大气中的水蒸气凝结成雨降落到地面上，这些有机物又随着雨水进入湖泊和河流，最终汇集到原始海洋中。原始海洋就像一盆稀薄的热汤，其中所含的有机物不断地相互作用，经过极其漫长的岁月，在地球形成以后的10亿年左右，才逐渐形成了原始的生命。也就是说，生命最有可能是在原始海洋中形成的。
科学家认为最早出现在地球上的生物很可能是厌氧生物，你认为这种推测有依据吗
原始地球的大气环境缺乏氧气，厌氧生物通过无氧呼吸获取能量，不需要氧气。氧气是后来由光合生物(如蓝细菌)通过光合作用逐渐释放积累的；现代生物中仍存在厌氧微生物(如深海热泉中的古菌)，它们可能是早期生命的“活化石”。
关于地球上生命起源的问题，目前大多数科学家认同“海洋化学起源说”，但是也存在不同的看法。一些科学家认为，从原始大气中的无机物到有机物、从有机物再到原始生命出现的漫长过程，是在原始地球上进行的。但是，从有机物到原始生命这一阶段是怎样进行的，目前还只是一些推测，缺乏实验证据。也有一些科学家根据对宇宙空间中物质的研究，认为原始生命可能来自其他星球。总之，关于生命起源的问题，科学家还在进行不懈的探索。
1.通过有关研究，可以对原始地球的环境和生命起源进行科学的推测。
判断下列相关表述是否正确。
(1)原始大气中存在氧气和二氧化碳等气体。 ( )
(2)米勒的模拟实验展示了原始地球上是如何形成生命的。 ( )
×
×
2.你认为在现在的环境条件下，地球上会不会再形成原始生命 为什么
在现在的环境条件下，地球上不会再形成原始生命。因为不存在形成原始生命所需要的环境条件，如原始大气、高温、持续不断的雷电等。另外，现在的海洋成分也发生了变化。
3.科学家将蛋白质、核酸、糖类和脂质等物质放在一定的溶液中，发现这些物质能够自动浓缩聚集成一个个球状小滴。小滴周围有类似于膜那样的边界，并能从外界吸收某些分子，发生特定的化学反应。反应产物也能从小滴中释放出来。据此，你能对生命的起源作出怎样的推测
在原始地球条件下，有机分子可能通过浓缩聚集形成类似“团聚体”或“微球体”的结构，为生命的基本单位(细胞)提供了雏形。这些结构能吸收外界物质并释放产物，说明早期生命可能通过简单的化学反应实现能量与物质的交换，逐步演化出更复杂的代谢功能。边界的存在表明膜结构的形成是生命起源的关键步骤，它为细胞内外环境的隔离和物质交换提供了基础。
4.20世纪70年代，科学家在太平洋底发现了深海热泉，热泉中存在大量的嗜热生物。这些生物生活在高温(热泉喷口附近的温度可超过300℃)、高压、缺氧、偏酸和无光的环境中，且海水中存在大量的硫化氢、甲烷、氢气和一氧化碳等物质。
(1)深海热泉中的生物是需氧的还是厌氧的
深海热泉中的生物是厌氧的。
深海热泉
(2)有人认为，深海热泉生物的发现可以作为研究生命起源的一个证据。
你是否认同这样的观点 请说明理由。
认同；理由如下：深海热泉环境与地球早期环境有相似性。地球早期缺乏氧气，环境高温且充满各种矿物质、化学物质，而深海热泉区域同样处于高温、高压的环境，还存在丰富的硫化氢等化学物质以及多种矿物质。在深海热泉附近，存在着特殊的生态系统，一些微生物能够利用热泉中的化学物质(如硫化氢)进行化能合成作用来获取能量，这类似于生命起源理论中提到的早期生命可能依靠化学能而非太阳能来生存和发展。这种基于化学能的生命形式的存在，为研究生命最初是如何在类似的极端、化学物质丰富的环境中起源和演化提供了重要的线索与参考，所以深海热泉生物的发现可以作为研究生命起源的一个证据。
5.我国古代思想家老子说：“天下万物生于有，有生于无。”这与现代生物学中关于生命起源的观点是不谋而合还是大相径庭 说说你的看法。
提示：这一问题的答案取决于对老子原话的理解。如果理解为“天下的任何事物都是从‘有’(现在已经存在的事物)中产生的，而这些事物又是从‘无(目前不存在的事物)而来，也就是说，这些事物可能是从别的事物中产生的”，则与现代生物学中关于生命起源的观点不谋而合。如果理解为“有生于无中的‘无’是虚无，是不存在的、什么都没有的状态”，则与现代生物学中关于生命起源的观点大相径庭。(同学们可以各抒已见，练习辩证思维，不必刻意求得统一的答案)
地球上生命的起源
推测
地球上生命起源的推测
原始地球的环境特点
米勒实验
宇宙发生说
海洋化学起源说
原始地球
上生命形
成的推测

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