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在漫长的宇宙历史中，生命的诞生是最神奇的事件之一。在地球这颗原本寂寥的星球上，如此复杂、美丽、多样的生命从何而来？
原始的海洋孕育出了简单的生命；曾经盛极一时的恐龙只能在坚硬的岩石中留下它们的身影；而我们人类的足迹早已遍布地球，开始向往星辰大海。
这一切都在倾述着自然界不断演化的故事：生命如何产生的？生物又怎样进化的？
第4章 生命的起源与进化
4.1 生命的起源
生命是地球上最奇妙、最富魅力的自然现象，然而地球在形成之后的很长一段时间里，却是一个没有生命的荒芜世界。那么，地球上最初的生命是在何时、何地诞生，具体诞生过程又是怎样的呢？
1、地球的起源和演化与太阳系的形成密切相关。
由于陨石等天体撞击、原始地球体积的收缩等原因，地球的温度不断上升，表面覆盖着炽热的岩浆，内部也呈熔融状态。
图4.1-1 科学家推断的地球形成初期的模样
2、原始的地球没有生命存在。
一、地球的演化与生命的起源
太阳诞生之后，外部的星云物质凝聚，诞生了原始的的地球。
①原始地球在自转以及重力作用下，外部密度较大的物质逐渐向内部下沉，内部密度较小的物质逐渐上升，就形成了地球的内部结构。
②随着温度不断下降，固态的地壳逐渐形成。
3、原始地球的演化
⑴固态地球的形成
高温岩浆不断喷发而释放的水蒸气、氢气、甲烷、二氧化碳、氨、硫化氢等，构成了非常稀薄的原始大气。
随着温度的下降，大量水蒸气凝结成水滴降落到地表，汇流成海洋，地球进入了海洋时代。
⑵地球原始大气的形成
⑶地球原始海洋的形成
视频：地球的演化
原始地球上的大气成分与现在的大气成分有什么明显的不同？
主要区别：
原始大气的主要成分：
现在大气的主要成分：
水蒸气、氢气、甲烷、二氧化碳、硫化氢等。
氮气（约78%）、氧气（约21%）和少量的稀有气体、二氧化碳及其他气体。
原始大气中没有氧气，而现在的大气中含有约21%的氧气。
随着地球的冷却以及海洋的形成，原始生命开始出现，目前已知最早的生命痕迹，其生存年代大约在38亿年前。
科学家通过对地层、化石和生物演化的研究，把漫长的地球历史进行系统性编年，划分地质年代。
（1）古生代（5.4亿～2.5亿年前）：
4、原始生命的出现
地球上的陆地大面积增加，原始的欧亚大陆和北美大陆露出海面，出现昆虫、鱼类、两栖类、裸蕨类等生物。
大西洋和印度洋形成，中国大陆轮廓基本形成，裸子植物和爬行类动物繁盛。
（2）中生代（2.5亿～0.66亿年前）：
地球在古近纪、新近纪经历了大规模的造山运动，奠定了现代地球地貌的基础，鸟类、哺乳类动物和被子植物出现，人类诞生。
（3）新生代（0.66亿年前至今）：
很早以前，人们基于生活经验，认为生命可以直接由非生命物质自然地产生。“腐草化萤”
“腐肉生蛆”等就是我们的祖先对生命产生的认识。那么，生命真的能够“自然发生”吗？
地球最初的生命是如何产生的呢？产生生命的过程和条件是怎样的？
关于这些问题，虽然我们没有直接的证据可以作出回答，但科学家一直在孜孜不倦地探索，通过模拟、实验和推测等研究方法，提出各种假说来解释生命的起源。
二、生命起源的假说与证据
腐草化萤
腐肉生蛆
1、生命的自然发生说
1.准备两只干净的广口瓶，分别放入一块新鲜的猪肉。
2.将一只广口瓶用纱布封口，另一只保持敞口。
3.将两只瓶放在同一个地方，并每天观察。数日后我们将看到
如图4.1-6所示的结果。
4.对于这样的结果，你能得出
什么结论
无蛆
有蛆
结论：
蛆是由苍蝇产的卵发育而来的，并非由肉产生。
1668年，意大利医生雷迪（F. Redi）用实验证明了腐肉生蛆是蝇类产卵繁殖的结果，对生命的“自然发生说”提出了异议。
2、科学家对“生命的自然发生说”的质疑
（1）雷迪的“腐肉生蛆”实验
无蛆
有蛆
1862年，法国科学家巴斯德（L. Pasteur）设计了著名的“鹅颈瓶”实验，如图4.1-4，证明是空气中的微生物使肉汤腐败，而不是肉汤腐败产生了微生物。
（2）巴斯德的“鹅颈瓶”实验
图4.1-4，巴斯德实验
1. 鹅颈瓶中的肉汤为什么要先加热煮沸？
2. 为什么鹅颈瓶中的肉汤静置后不发臭，而将瓶颈打断后肉汤就会
变质发臭？
高温杀死肉汤中原有的微生物。
鹅颈瓶的瓶颈又细又长又弯，空气中的细菌很难进入瓶中；而打断瓶颈后，空气中的细菌可在重力作用下进入瓶中。所以鹅颈瓶中的肉汤静置后不发臭，而将瓶颈打断后肉汤很快就会变质发臭。
①巴斯德实验的结论：
巴斯德的实验结果使人们坚信：生物只能来自生物，即使最简单的生命也不可能自发地从非生命物质中产生。
至此，生命的“自然发生说”被彻底推翻。
那么，原始地球上最初的生命究竟是怎么产生的呢？
空气中的微生物使肉汤腐败，而不是肉汤腐败产生了微生物。
②巴斯德实验的意义：
1953年，美国科学家米勒（S. L. Miller）在实验室模拟原始地球的条件和大气成分进行模拟实验。
模拟原始高温环境
模拟原始大气
模拟原始高温海洋
模拟水蒸气遇冷形成降雨
一段时间后其中产生了氨基酸。
模拟闪电
3、米勒实验
将甲烷、氨、氢气、水蒸气等气体加入一个密闭的装置中，经过加热、放电(模拟闪电)，一段时间后发现其中产生了氨基酸。
②加热：
③放电：
①甲烷、氨、氢、水蒸气等气体：
④沸水：
⑤冷凝器：
实验结果：
图4.1-5 米勒设计的实验装置示意图
后来，科学家用同样的方法证明，构成生物体的约20种氨基酸，以及其他一些有机酸和尿素等，均可在类似于原始地球条件下通过多种方法产生。
米勒实验是否能证明原始生命物质是由原始地球条件下的非生命物质产生的？
可以证明原始生命物质可以在原始地球条件下的非生命物质产生。
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。
根据实验结果，科学家可以作出怎样的推测？
4、海洋化学起源说
——原始生命的起源地：
原始海洋
①科学家推测，原始大气在高温、雷电以及紫外线等作用下，经过长期的化学变化，形成了许多简单的有机物。
②后来，随着地球的温度逐渐降低，这些有机物随着原始大气中的水蒸气凝结成雨，降落到地面，最终汇集到原始海洋。
图4.1-6 地球原始大气和海洋成分想象图
③原始海洋就像一锅稀薄的热汤，其中所含的氨基酸、核苷酸等简单有机物，经过长期不断的相互作用，逐渐形成更大、更复杂的分子，直到形成组成生物体的基本物质一蛋白质与核酸等。
④这些大分子有机物经过浓缩、凝聚等作用，形成一个由多分子组成的体系。这个体系的外面有一层膜，将其内部与海水隔开，在原始海洋中经历漫长、复杂的变化，最终形成了原始生命。这就是生命起源的"海洋化学起源说”。
氨基酸、核苷酸等简单有机物
蛋白质与核酸等大分子有机物
多分子组成的体系
原始生命
长期不断的相互作用
更大、更复杂的分子
组成生物体的基本物质
浓缩、凝聚等作用
外面有一层膜将内部与海水隔开
经历漫长、复杂的变化
长期不断的相互作用
简单的有机物
原始海洋
原始大气
高温、雷电、紫外线
降雨
含氨基酸、核苷酸
海洋化学起源说:
目前大多数科学家认同生命起源的“海洋化学起源说”。原始生命是由原始地球上的非生命物质通过化学作用，由简单到复杂，经过一个极为漫长的自然演化过程形成的。
总之，关于生命起源的问题，我们对其依旧缺乏了解，至今没有确切的答案。
图4.1-7 海洋化学起源说
1.下列有关地球演化史的叙述中正确的是 (　　)
A.地球固态的地壳一形成便奠定了现代地球地貌的基础
B.科学家是通过对世界历史的长期研究来了解地球的演化史的
C.地球出世之初是一个由岩浆构成的炽热的球
D.地球原始大气的主要成分是水蒸气、氧气和氮气
C
2.证据和逻辑是科学思维的基础。依据“米勒模拟原始地球
条件”实验结果，通过推理得出的结论是( )
A.原始大气中存在着氧气和二氧化碳等气体
B.原始地球条件下，简单无机物可以生成简单有机物
C.原始地球条件下能够形成生命
D.非生命物质演变为原始生命要经过漫长的时间
B
3.图为生命起源与进化时间轴简图，下列叙述错误的是( )
A.原始生命早期无细胞核
B.细菌的出现早于真核生物
C.蕨类植物有了根、茎、叶的分化，完全摆脱了对水环境的依赖
D.被子植物的适应性更强，是当今最繁盛的植物类群
C
再见

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