生命科學(xué)導(dǎo)論課程論文

1、生命科學(xué)導(dǎo)論課程論文學(xué)號(hào)：1104330121姓名：雷茗專業(yè)：化學(xué)化工學(xué)院林產(chǎn)化工2012年5月生命的起源論摘要：依據(jù)更多的實(shí)驗(yàn)的科學(xué)依據(jù)和現(xiàn)代科學(xué)的研究手段，產(chǎn)生了幾種關(guān)于生命起源的新學(xué)說，其中化學(xué)進(jìn)化說收到了科學(xué)家的支持。通過化學(xué)進(jìn)化階段，原始生命產(chǎn)生，并且進(jìn)入了生命起源的生物進(jìn)化階段細(xì)胞起源。研究生命起源和細(xì)胞起源，對(duì)實(shí)現(xiàn)生命科學(xué)的最終目標(biāo)，控制生命和改造生命，具有重要意義。（1） 生命的起源學(xué)說地球是在46億年前，有太陽星云中的物質(zhì)凝聚而成的。地球在宇宙中形成之初，不斷地受到大量彗星和隕石的撞擊，而且溫度高達(dá)數(shù)千度，因而一直到36億年前，原始的地球依然是沒有生命的洪荒世界。大約在地球1

2、0億年之后，似乎才出現(xiàn)了極其簡(jiǎn)單的藍(lán)藻類微生物。那么，地球上的生命是如何起源的，這是人類自古以來一直在探索、一直想弄清楚的問題。但是，在歷史上，由于受到當(dāng)時(shí)認(rèn)識(shí)水平和自然科學(xué)發(fā)展水平的限制，人們不可能認(rèn)識(shí)到生命起源的基礎(chǔ)乃至生命物質(zhì)的起源，所以曾先后提出過各種各樣不正確活不完善的假說。最早出現(xiàn)的家鄉(xiāng)是所謂的神創(chuàng)學(xué)，認(rèn)為地球上的生命是由神或上帝創(chuàng)造出來的。古希臘的柏拉圖就認(rèn)為，世界上存在的一切都是造物主創(chuàng)造出來的。公元前6世紀(jì)到公元前4世紀(jì)的古希臘時(shí)期，又產(chǎn)生了“水是萬物的起始與基礎(chǔ)”的思想，認(rèn)為生命來源并依賴于水；還有人提出生命起源與泥澤之中。自然發(fā)生說是在與神創(chuàng)說的論戰(zhàn)中產(chǎn)生的。從17世紀(jì)到

3、19世紀(jì)前后300年間，自然發(fā)生說的支持者們做了許許多多的實(shí)驗(yàn)，但是都未能證明自然發(fā)生時(shí)可能的。倒是19世紀(jì)下半期法國微生物學(xué)家巴斯德所做的否定自然發(fā)生說的一個(gè)重要的實(shí)驗(yàn)，迫使許多原來相信自然發(fā)生說的人紛紛放棄了自己的觀點(diǎn)。巴斯德的實(shí)驗(yàn)證明，如果把肉湯放在一個(gè)密閉的容器中，加熱到足以殺死里面的一切生物而又能做到防止一切生物再進(jìn)入，那么在這種情況下，容器中就不再也不會(huì)出微生物；食物的腐敗和變性是因存在微生物造成的，容器中不在出現(xiàn)微生物，所以其中的肉湯就再也不會(huì)腐敗變性了。連結(jié)構(gòu)很簡(jiǎn)單的微生物都不能自然發(fā)生更何況結(jié)復(fù)雜的動(dòng)物呢！有了確實(shí)的實(shí)驗(yàn)證據(jù)證明生命不能自然發(fā)生，自然發(fā)生說也就被徹底否定了。（

4、2） 化學(xué)進(jìn)化說化學(xué)進(jìn)化說認(rèn)為，生命起源于在原始地球條件下從無機(jī)到有機(jī)、有簡(jiǎn)單到復(fù)雜的一系列化學(xué)進(jìn)化過程。前面已經(jīng)提到，核酸和蛋白質(zhì)等生物分子是生命的物質(zhì)基礎(chǔ)。生命起源首要的是生命物質(zhì)的起源，即在沒有生命的原始地球上，在自然條件下，非生命的物質(zhì)要先通過時(shí)候化學(xué)作用產(chǎn)生出多種有機(jī)物和生物分子。生命的起源首先是原始有機(jī)物的起源與早期演化，這應(yīng)該是一種化學(xué)過程，即化學(xué)進(jìn)化?；瘜W(xué)進(jìn)化的作用是造就一類化學(xué)材料，這些材料構(gòu)成了為氨基酸等通用的結(jié)構(gòu)單元，蛋白質(zhì)等生命物質(zhì)就是有這些結(jié)構(gòu)單元組合而成的。有了生命物質(zhì)，才能進(jìn)一步組裝成原始的生命體。這就是生命起源的化學(xué)進(jìn)化學(xué)說。在自然科學(xué)中，要證明一個(gè)學(xué)說的合理性

5、，最根本的一條是要得到實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證。然而，能夠得到實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證還只是問題的一個(gè)方面，關(guān)于生命起源問題，還要在自然環(huán)境中找到其他證據(jù)。1922年，蘇聯(lián)生物化學(xué)家奧巴林第一個(gè)提出一種關(guān)于從無機(jī)物到有機(jī)物的化學(xué)進(jìn)化假說，認(rèn)為原始地球上的某些無機(jī)物，在來自閃電和太陽輻射的能量作用下，變成了第一批有機(jī)分子。時(shí)隔31年后的1953年，美國化學(xué)家米勒首次通過實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證了奧巴林的這個(gè)假說。米勒的實(shí)驗(yàn)裝置是在一個(gè)容量為5升的燒杯中加入200毫升的水，算是建立原始的地球上的海洋；然后將該裝置的內(nèi)的空氣抽空，再通入氫、甲烷、氨氣等氣體，模擬原始地球上的大氣成分；此后加熱燒杯使水沸騰，讓水蒸氣在裝置中循環(huán)，并對(duì)此封閉系統(tǒng)連續(xù)進(jìn)

6、行火花放電一周時(shí)間，模擬原始地球上的閃電。結(jié)果，在這套實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)里合成出了11種氨基酸，其中有四中存在于天然蛋白質(zhì)中，它們是甘氨酸、丙氨酸、天冬氨酸和谷氨酸。繼米勒試驗(yàn)成功之后，不少人又相繼做了模擬原始地球條件下物質(zhì)合成的實(shí)驗(yàn)，陸續(xù)合成了重要生物分子的其他組成材料，如嘌呤、嘧啶、核糖、脫氧核糖、核苷、核苷酸、脂肪酸、和脂質(zhì)等等。那么化學(xué)進(jìn)行說描述的生命起源經(jīng)歷了怎樣的過程，一般認(rèn)為，這一過程包括了4個(gè)階段：（1） 從無機(jī)小分子物質(zhì)生成有機(jī)小分子物質(zhì)。45億年前，在原始地球條件下，某些無機(jī)小分子物質(zhì)在閃電和太陽照射的能量作用下，生成了第一批有機(jī)小分子物質(zhì)，如何算是我組成成分核苷酸和蛋白質(zhì)的組成成分

7、氨基酸。他們?cè)谠嫉暮Ｑ罄镄纬梢环N原始湯。（2) 從有機(jī)小分子物質(zhì)生成有機(jī)大分子物質(zhì)。在原始海洋里，“原始湯”中氨基酸、核苷酸等有機(jī)小分子物質(zhì)，經(jīng)過長(zhǎng)期的積累和相互作用，在適當(dāng)?shù)臈l件下通過縮合或聚合作用，形成最重要的生命物質(zhì)，原始的蛋白質(zhì)分子和原始的核酸分子。它們都是有機(jī)大分子物質(zhì)。這一階段的變化，也得到了試驗(yàn)驗(yàn)證。(3) 從有機(jī)大分子組成能自我維持穩(wěn)定和發(fā)展的多分子發(fā)展。據(jù)推測(cè)，原始海洋的蛋白質(zhì)和核酸的進(jìn)一步演化提供了有力的條件。有機(jī)大分子物質(zhì)不斷累積，濃度不斷增加，又由于海水蒸發(fā)、粘土吸附和膠體顆粒凝聚作用等原因，再進(jìn)一步濃縮，最終是大分子物質(zhì)分離出來；它們相互作用，又凝聚成多個(gè)蛋白質(zhì)和核

8、酸分子構(gòu)成的小滴。原始海洋中蛋白質(zhì)和核酸的相互作用這一個(gè)步驟十分關(guān)鍵，這是實(shí)現(xiàn)生命現(xiàn)象的前提。那些含有蛋白質(zhì)和核酸大分子的小滴，漂浮于原始海洋上，漸漸地在其外部形成一種“界膜”，從而與周圍的海水分開來，成為一種獨(dú)立的多分子體系。這種多分子體系又漸漸地開始與外界環(huán)境進(jìn)行原始的物質(zhì)交換活動(dòng)，從而維持自身的穩(wěn)定與發(fā)展。(4) 從多分子體系演變?yōu)樵忌?。這是生命起源過程中最為復(fù)雜和最有決定意義的一個(gè)階段，目前還不能在實(shí)驗(yàn)室里全面驗(yàn)證這一過程?；瘜W(xué)進(jìn)化說推測(cè)，這一過程是有多分子體系經(jīng)過漫長(zhǎng)的完善、發(fā)展、與演變，特別是由于體系中蛋白質(zhì)和核酸這兩種重要生命物質(zhì)的相互作用，從而使其內(nèi)部逐漸趨于復(fù)雜，功能趨于

9、完善，終于形成了具有原始的新陳代謝活動(dòng)并能國進(jìn)行自我繁殖的原始生命形態(tài)。關(guān)于原始生命出現(xiàn)的過程，多分子體系如何出現(xiàn)與演化，奧巴林曾提出了團(tuán)聚體假說，把團(tuán)聚體作為生命發(fā)展過程中一種可能的模型，并用實(shí)驗(yàn)方法得到了這種團(tuán)聚體小滴。它們有明顯的界限與周圍溶液分開。實(shí)驗(yàn)證明，能夠組成團(tuán)聚體的物質(zhì)很多，如蛋白質(zhì)、核酸、多糖、磷脂以及人工合成的多肽、多核苷酸等等。甚至把細(xì)胞弄碎，其中的原生質(zhì)也可以形成團(tuán)聚體。團(tuán)聚體具有合成分解生長(zhǎng)和生殖等生命現(xiàn)象。這種學(xué)說有一定的合理性，然而它畢竟還只是一種設(shè)想，很難說原始生命一定就是通過這種方式形成的。關(guān)于地球上生命起源的地點(diǎn)，一直是科學(xué)家討論研究的問題，多數(shù)科學(xué)家認(rèn)為是

10、在海水中?，F(xiàn)在人體體液的成分與原始海洋海水相似，高等動(dòng)物的胎兒在母體中孕育在羊水之中，也許給生命衍生于海水提供了某些線索。但也有一些科學(xué)家認(rèn)為，地球上生命也有可能起源與地下，他們提出的證據(jù)是：在地表下甚至幾千米深處，也有大量的細(xì)菌在無盡的黑暗之中自由自在地生活，毫不在意地下世界的巨大壓力，由此，他們提出，地球上生命也許是地下的微生物開始，經(jīng)過幾十億年演變而來的。（3） 細(xì)胞的起源具有原始的新陳代謝和自我繁殖能力的原始生命的誕生，標(biāo)志著生命起源化學(xué)進(jìn)化階段的終結(jié)，并且進(jìn)入了生命起源的生物進(jìn)化階段細(xì)胞起源。生命活動(dòng)的基礎(chǔ)是一系列化學(xué)變化，而這些化學(xué)變化都是在酶的催化作用下完成；生命繁殖功能要依靠遺

11、傳作用，而遺傳則依賴DNA的復(fù)制過程，以及遺傳信息的轉(zhuǎn)錄與翻譯。原始生命起先是非細(xì)胞形態(tài)的，而后不斷演化和發(fā)展成為細(xì)胞形態(tài)，這又是一次質(zhì)的飛躍，這一過程就是生命起源中的細(xì)胞起源，是生命起源的重要一環(huán)。細(xì)胞是構(gòu)成生物體的基本結(jié)構(gòu)和功能單位。在現(xiàn)在的生命世界里，無論是動(dòng)物、植物或微生物，都是由細(xì)胞組成的。它們的區(qū)別僅僅在于有些生物是由單個(gè)細(xì)胞、有些是有多個(gè)細(xì)胞構(gòu)成，有的生物的細(xì)胞結(jié)構(gòu)復(fù)雜，有的簡(jiǎn)單一些。根據(jù)形態(tài)結(jié)構(gòu)不同，細(xì)胞可以劃分為兩大類：原始細(xì)胞和真核細(xì)胞。原核細(xì)胞結(jié)構(gòu)比較簡(jiǎn)單，由細(xì)胞壁、細(xì)胞膜、細(xì)胞質(zhì)和核區(qū)組成核區(qū)是一些核物質(zhì)，包含染色體，但外面沒有界限。真核細(xì)胞由細(xì)胞核組成，其結(jié)構(gòu)比原核細(xì)

12、胞復(fù)雜，具備了由核膜包圍著的真正的細(xì)胞核，核內(nèi)有核仁、核液和染色體，細(xì)胞質(zhì)中有了各種細(xì)胞器，如線粒體、葉綠體、內(nèi)質(zhì)網(wǎng)、高爾基體、核糖體和溶酶體等。細(xì)胞起源的問題，就是非細(xì)胞形態(tài)的原始生命如何演變?yōu)樵技?xì)胞形態(tài)的生命，然后又如何發(fā)展進(jìn)化為現(xiàn)在的原核細(xì)胞和真核細(xì)胞。當(dāng)原始地球上出現(xiàn)非細(xì)胞形態(tài)的原始生命時(shí)，大氣中是缺乏氧氣的。因此，非細(xì)胞形態(tài)的原始生命是在不需要氧、不能自己制造食物而靠外界來源的異氧條件下生存的。在以后的長(zhǎng)期演變過程中，原始生命的內(nèi)部結(jié)構(gòu)逐漸復(fù)雜起來，特別重要的是原始生命的界膜演化成了細(xì)胞膜，從而形成了具有原始細(xì)胞形態(tài)的生命。又經(jīng)過多少億年，隨著原始海洋中有機(jī)物已大部分消耗，逐漸改變

13、了不需氧的厭氧和異氧狀態(tài)，原始細(xì)胞形態(tài)的生命演化成為好養(yǎng)的細(xì)胞。在此過程中，由于太陽光中的紫外線使水分解而產(chǎn)生了氧，同時(shí)細(xì)胞中也產(chǎn)生了色素，而這種色素能利用光能合成有機(jī)物，即具備了原始的光合作用能力，因此這種細(xì)胞可以自己制造食物。光合作用產(chǎn)生了氧氣，是大氣中氧氣的濃度不斷增加，是需要養(yǎng)的細(xì)胞利用氧氣來進(jìn)行呼吸、獲得能量。隨著獲得能量的不斷增加，細(xì)胞的進(jìn)一步向高級(jí)階段進(jìn)化，在這一過程之中，也漸漸發(fā)展形成了真核細(xì)胞。（4） 研究生命起源的意義生命起源的研究是要弄清楚幾十億年前地球上生命誕生的歷史，然而其意義遠(yuǎn)不止追根溯源。生命起源和細(xì)胞起源，是自然科學(xué)中的一個(gè)重大理論問題。闡明生命起源和細(xì)胞起源問題，有賴于細(xì)胞生物學(xué)、分子生物學(xué)、古生物學(xué)、化學(xué)、物理學(xué)、地質(zhì)學(xué)和天文學(xué)等學(xué)科的協(xié)作。另一方面，通過生命起源和細(xì)胞起源的研究，又必將促進(jìn)上述各個(gè)學(xué)科的發(fā)展。其研究成果實(shí)現(xiàn)生命科學(xué)的最終目標(biāo)控制生命和改造生命。參考文獻(xiàn)：1 杭東. 地球生物知“多少”J. 青蘋果, 2010,(12)2 陳文海. 科學(xué)家眼中的“地球末日”J. 科學(xué)大眾(中學(xué)版), 2009,(11)3 劉舒暢. 地球極限J. 小學(xué)生時(shí)空, 2010,(Z1)4 徐璇. 我想讓山更綠水更清J. 初中生優(yōu)秀作文, 2010,(05)5 冬雪. 生命之