化学摇篮 - 生命起源简述
引言:化学摇篮
关于地球上生命起源的推测是最令人好奇的谜团之一。神创论认为,一个更高的存在创造了我们今天所知的生命形式,这个理论自古以来就存在。然而,这个理论在科学界并没有得到认可。古希腊思想家如亚里士多德、柏拉图、泰勒斯等,主张自然发生说,即生命可以从非生命物质中自发产生。这被称为非生物发生。然而,在斯帕兰扎尼、雷迪和巴斯德进行的单独实验后,这一理论被抛弃了。生物发生说引起了广泛关注。然而,生物发生说仍然无法解释地球上最初的生命痕迹是如何出现的。这一理论也被抛弃了。
那么,生命究竟是如何在地球上开始的呢? 抛开宗教信仰,科学主张生命起源的化学基础。是什么导致了这种理论的形成,以及这种起源是如何发生的?让我们在这里探索一下!
网络的化学起源
地球目前是近830万种物种的家园。考虑到如此巨大的多样性和地球上的生命网络,人们不禁要问这一切是如何开始的。
这些物种在细胞排列、细胞成分、基因构成、繁殖能力、营养方式、生长发育方式等方面存在差异。除了这些种类繁多的变化和多样性之外,能量也一直在不同生命形式之间传递。
然而,所有生命形式都有一点是共同的——细胞。细胞本身包含大量不同的分子,包括生物大分子和无机分子。所有功能都由生物聚合物操作,包括RNA、DNA、蛋白质、碳水化合物、磷脂等。
这促使科学家们推测生命起源的化学基础。
通常认为,这些重要成分的前体是无机地合成的,积累起来,浓缩成聚合物,相互作用,并最终通过发生在生命起源前的原始地球上的自然现象进化成一个自我维持的系统。
奥巴林-霍尔丹理论
这一理论尤其受到奥巴林和霍尔丹的倡导和实验验证。
根据这一生命起源的化学基础理论,地球上的生命起源于非生物物质,特别是有机化学物质。有机化学物质随着时间的推移,在物理和化学力的影响下,结合地球化学力,导致了地球表面最初生命痕迹的形成。
A·I·奥巴林于1923年首次提出了原始(或生物前)汤理论,该理论认为,有机化合物最初是由无氧的还原性大气中无机分子自发产生的,这是由阳光和闪电的作用造成的。
由此形成的化合物溶解在原始海洋中,在那里它们浓缩并聚合,形成凝聚层液滴。
J·B·S·霍尔丹(1928年)大约在同一时间发表了一篇论文,在论文中他提出,地球的生物前海洋会形成一种热而稀薄的汤,有机化合物可以在其中形成。
奥巴林-霍尔丹理论被称为生命起源的生物化学理论。根据这一理论,地球上的生命开始于一系列化学反应——
原始地球的大气中含有氢、氮、碳、氧、硫等元素。这些元素相互结合,形成简单的无机物质,如氨、水蒸气等。
在热量、阳光、闪电等存在的情况下,简单的无机化合物逐渐发生反应,产生简单的有机物质,如糖、氨基酸和含氮碱基。
这些简单的有机化合物进入原始海洋环境并发生反应,形成更复杂的有机大分子,如核酸、蛋白质等。这些分子构成了生命起源的基础。
由于分子间力,由此形成的大分子聚集成了膜包裹的液滴(即凝聚层)。如果你仔细想想,这些液滴确实与一些生命系统的特性相似,例如组织、选择性渗透性和能量利用。
在下一步中,凝聚层可能产生了更具组织性、膜结合的自主结构,其中包含自我复制的RNA分子。这些组合被称为原细胞。
米勒-尤里实验:对生命分子起源的研究
生物化学进化理论或奥巴林-霍尔丹假说已通过实验室实验进行探索,其中模拟了有机单体合成、积累和聚合的最合理条件。
奥巴林-霍尔丹假说于1953年由斯坦利·米勒和哈罗德·尤里进行了检验。
他们试图根据奥巴林-霍尔丹理论创造早期地球条件的模拟。
他们在封闭的容器中装满水,然后加入认为存在于早期地球原始大气中的分子。
甲烷、氢和氨是原始大气中的主要气体。提供电流来模拟原始的闪电放电。
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几天之内,在容器中观察到氨基酸、尿素、乳酸、乙醇酸、丙酸等有机分子。
进一步的化学进化导致这些单体聚合或缩合形成肽、多糖等大分子。
因此,米勒-尤里实验表明,一些生物分子,如氨基酸和其他有机酸,可能在原始地球普遍存在的条件下无机地产生。
结论
为了解释地球上生命的开始,提出了各种推测性的理论。一些提出的理论有:非生物发生、神创论、生物发生和宇宙胚种论。然而,由于缺乏科学依据,这些理论被抛弃了。奥巴林和霍尔丹提出了生命化学起源理论。这一理论于1953年由米勒和尤里进行了实验验证。根据这一理论,地球上的生命开始于一系列化学反应,其中无机分子发生反应形成复杂的有机分子。这些分子最终被包含在一个双层结构中并形成了原细胞。原细胞最终进化成繁殖生物。
常见问题
Q1. 什么是宇宙胚种论?
A1. 根据这一理论,地球上的生命实际上起源于其他地外生命来源,这些生命可能通过陨石等天体运输到地球。
Q2. 在生物前地球上,核酸的形成是如何发生的?
A2. 据推测,腺嘌呤是由HCN的缩合形成的,HCN在生物前大气中含量丰富。据推测,该反应由氨催化。其他碱基也以类似的方式合成。
Q3. 从进化的角度来看,LUCA是什么?
A3. 最近的共同祖先是一种基于RNA的生物,古菌(后来是真核生物)和真细菌从中进化而来。
Q4. 第一个生物膜是如何形成的?
A4. 第一个生物膜是源自原始汤中自发组装的磷脂的结果。这些膜包围了自我复制的RNA和其他分子。
Q5. 什么是RNA世界假说?
A5. RNA世界假说提出,RNA是地球上第一个遗传物质和第一个生命形式,这得到了它能够存储、传递和复制遗传信息以及能够充当催化剂的能力的支持。