现代生命科学导论

米勒实验模式图
➢ 1959年，德国科学家格罗特和维斯霍夫设计了一个用 紫外线代替放电的实验，同样得到了氨基酸；
➢ 1961年，美 国的生物化学家奥洛把氰化物加入实验混 合物中，得到了很多种氨基酸及一些短链的肽，还制成 了一种重要的生命物质——嘌呤；
➢ 1962年，奥洛又制成了核糖和脱氧核糖；
➢ 1963年，美国人波南佩鲁马做了同米勒相似的实验， 他用电子作能源，制成了腺嘌呤；
尤里－米勒实验展示了这个演化的模拟过程。
米勒
著名化学家尤里
（1893-1981）的研究生
1953年，23岁的他在实验室中模拟原始地球的大气成 分和电闪雷鸣的自然环境，将甲烷、氨气、氢气、水蒸气 等泵入密闭容器，进行连续一个星期的火花放电，得到了 组成生命不可缺少的蛋白质原料———氨基酸。
米勒实验表明，在原始地球的条件下，大气中的无机 小分子完全可能生成有机小分子物质。
➢ 19世纪70年代，组成蛋白质的20种氨基酸已能够全部 通过人工模拟自然条件的方法合成。
➢ （2 ）起始于宇宙空间的前生命化学演化
现在科学界达成的一个共识是，生命 出现在地球上的时间可能要比原先知 道的早。地球在45亿年前形成，大约 7亿年后地球上出现了生命，虽然这 看似一段不短的时间，但却是生命起 源的最快极限，生命的起源可能比科 学家所能想象的快得太多。所以，尽 管越来越多的科学家倾向于“化学进 化论”，但仍有不少科学家试图从另 一个视角解释生命起源问题。
➢ 大量海底调查发现，黑烟囱周围广泛存在 古细菌，它们极端嗜热，可直接生存于８ ０～１２０摄氏度的环境中。这种细菌最 初发现于美国黄石公园的高温热泉中。
➢ 它们在现在海底生存的环境，类似地球早 期环境的极端高温环境：热泉水温可达３ ５０摄氏度，周围为２摄氏度海水、水深 两三千米，缺氧，遍布还原性的有毒气体 和金属离子。
➢ 奥巴林假说中关于生命起源的有机物产生阶 段已多次为实验所证实，大的分歧出现在蛋 白质与生命物质产生阶段。
➢ 在奥巴林生命起源假说中，海水是不可或缺 的，它被认为是生命的摇篮。奥巴林派坚持 认为，如果没有原始海洋，有机物质难以储 存聚集，最终形成有自我复制功能的生命单 体。
➢ 基因组测序发现，这些黑烟囱周围的古细菌非常原 始，处于生命树源头的位置上。科学家因此提出原 始生命起源于海底黑烟囱周围的理论，认为地球早 期的生命可能就是嗜热微生物。正因为如此，寻找 古老的海底“黑烟囱”，将可能为生命演化提供重 要的科学证据。
➢ 我国首次环球科学考察的“大洋一号”科考船， 航行期间中国将对西、中太平洋海山区的富钴 结壳和全球三大洋洋中脊上几个关键热液活动 区的海底硫化物系统及其周边的极端生命现象 开展考察。（2005.4.2青岛）
化石生物残留中没有氮的痕迹或者说氮的含量低于检测范围
➢ （3） 在地球原始海洋中的前生命化学演化
最早的生命可能产生于水热环境，例如，人 们发现的深海洋脊的水热喷口，温度很高， 有大量的硫、硫化物、氢、甲烷、二氧化碳 等为早期的生命行硫呼吸所必需的元素。
➢ 由于新生大洋地壳或海底裂谷地壳的温度 较高，海水沿裂隙向下渗透可达几公里， 在地壳深部加热升温后，淋滤并溶解岩石 中多种金属元素后，又沿着裂隙对流上升 并喷发在海底。由于矿液与海水成分、温 度的差异，形成浓密的黑烟，海底及其浅 部通道内则堆积这些硫化物的颗粒沉积。
➢ 1969年9月28日，一块陨石在 澳大利亚墨尔本的默奇逊小镇 上空解体，它改变了我们对宇 宙有机分子的认识。
➢ 首次找到了氨基酸可产生于地 球之外的有力证据，它所含有 的氨基酸竟然以左手型的占多 数，与地球生命现象类似。而 米勒的实验中是左手型与右手 型氨基酸几乎等量。
理查德·胡佛博士通过对一种名为“CI1碳基球粒陨石”的罕见陨石 进行研究（这种陨石在地球上仅有九枚），他发现这种陨石上竟然 有微生物的化石痕迹。
第二章 生命的起源与早期演化
主要内容
➢ 1、前生命物质的演化过程 （元素的诞生）
➢ 2、从化学演化到生物学演化的过渡 （细胞的诞生）
➢ 3、早期的生物学进化与地球生物圈的形成 （多细胞生物体的诞生）
➢ 4、生命与地球的相互依存、和谐同一
➢ 生命是怎样产生的？ ➢ 人并不是上帝以自己为模子造出来的，构成我
➢ 从广义的角度讲，生命的起源实际还包括元素 的起源，甚至可以追溯到宇宙的起源。
➢ 目前，一般把生命起源的过程划分为两个阶段： 化学演化（大分子生命物质的形成
➢ 前生命物质的演化过程是指物质的元 素演化和生命分子形成的演化阶段。
➢ 物质的元素演化可以追溯到宇宙的形 成之初，即所谓的宇宙“大爆炸” （big bang )。
➢ 根据现代物理学的观点： 现在的宇宙处于急剧膨胀的状态，膨胀之 初是很小的，通过大爆炸开始漫长的宇宙 演化历史。
在漫长宇宙的演化进程中，经过核力、电 磁力、重力的共同反复作用，逐渐产生了 现代世界上的各种元素，包括C、H、O、S、 P等构成生命的基本元素。
➢ 元素诞生后，在宇宙空间的复杂因素作用 下，不断发生物理学的变化和化学反应， 产生了新的物质分子，包括生命小分子， 如氨基酸、嘌呤、嘧啶、糖类、脂类等。
➢ 生物小分子在合适的条件下逐渐聚合为生 命大分子，如多肽、多糖、多核苷酸等， 为生命的诞生奠定了物质基础。
宇宙起源 （大爆炸）
生物构 成元素
生物 单分子
元素演化
化学演化
生物学演化
生物 大分子
遗传信 息载体
前生物 系统
原始生 物系统
复杂先 进的生 物系统
生命起源的四种模式
➢ （1） 发生在地球大气圈的前生命化学 演化
们肉体的元素可能是几十亿年前在恒星的热核 反应炉里产生的，曾经历过超新星爆发等种种 剧烈的天文事件。 ➢ 生命的种子也可能是天外来客播洒到地球上的， 这个听上去很科幻的假说近年来正越来越受到 科学家的认真对待。播种的使者可能是陨石、 彗星，甚至可能是地外智慧生命派遣的飞船。
➢ 生命起源于非生命物质，构成生命的基 本元素与非生命物质的基本元素是同一 的，所不同的是生命物质在长期演化进 程中具有了不同于非生命物质的结构。