生命的化学进化.doc

生命的化学进化
　　指化学物质的进化，是由无机小分子物质一直到原始生命的出现。这是一个漫长的过程，是在地球形成以后十亿年内才完成的。一般把这个过程分为四个阶面，即（一）由无机小分子物质生成有机小分子物质；（二）由有机小分子物质形成生物大分子，如蛋白质、核酸、多糖、类脂等；（三）由生物大分子组成多分子体系；（四）由多分子体系演变为原始生命。对于四个不同的阶段，世界各国学者有的进行过模拟实验，取得了较一致的结果，关于多分子体系的形成提出了一些假说，如苏联学者奥巴林的团聚体学说和美国学者福克斯的微球体学说。
原始地球
　　一般指约在46亿年前刚从太阳星云形成的地球。初生的地球，在继续旋转和凝聚的过程中，由于本身的凝聚收缩和内部放射性物质（如铀、钍等）的蜕变生热，温度不断增高，其内部甚至达到炽热的程度，于是重物质就沉向内部，形成地核和地幔，较轻的物质则分布在表面，形成地壳。初形成的地壳较薄，而地球内部温度又很高，因此火山爆发频繁，从火山喷出的气体，构成地球的还原性大气。水是原始大气的主要成分，原始地球的地表温度高于水的沸点，所以当时的水都以水蒸气的形态存在于原始大气之中。地表不断散热，水蒸汽被冷却又凝结成水。以后地球内部温度逐渐降低，地面温度终于降到沸点以下，于是倾盆大雨从天而降，降落到地球表面低凹的地方，就形成了江河、湖泊和海洋。科学家称那时的海洋为原始海洋。原始海洋盐分较低，而有机物质却异常丰富。当时由于大气中无游离氧，因而高空中也没有臭氧层阻挡，不能吸收太阳辐射的紫外线，所以紫外线能直射到地球表面，成为合成有机物的能源。此外，天空放电、火山爆发所放出的能量、宇宙间的宇宙射线，以及陨星穿过大气层时所引起的冲击波等，也都有助于有机物的合成。但其中天空放电可能是最重要的，因为这种能源所提供的能量较多，又在靠近海洋表面的地方释放，在那里它作用于还原性大气，所合成的有机物质，很容易被雨水冲淋到原始海洋之中，使原始海洋富含有机物质，成了“生命的摇篮”。
宇宙射线
一般认为是主要来自太阳或太阳系外星球的一种射线。它的成分主要是高能质子，也有从氦（原子序为2）到镍（原子序为28的各种元素的原子核。它的最显著特点是能量高，已发现的最高能量可达1019电子伏特。因为它有较高的能量，所以与紫外线等共同作用，可以将无机物气体分子，如H2、CH3、NH3等合成简单的小分子有机物。当然，这种射线还可以引起核蜕变。
原始高分子物质的形成
　　指在原始地球条件下如何形成蛋白质与核酸。原始地球条件任何人都没经历过，所以实验都是模拟实验。普遍认为形成的方式主要是聚合作用或缩合作用，有人实验证明，可以在粘土表面吸附作用下发生聚合作用，因为粘土可以排除某些化合物间的电荷排斥作用，使氨基酸、核苷酸等发生聚合反应或缩合反应，如：有人用甘氨酸为原料，在氢氧化氨条件下，密闭加热至140°C，经十几小时得到多聚甘氨酸，多聚甘氨酸加甲醛在粘土吸附的作用下，得到含有丝氨酸或苏氨酸的复杂多肽链。还有人认为在较高温度条件下海洋蒸发量高，海洋中氨基酸溶液可以十分浓缩，这种浓缩的溶液，在高温条件下，可以直接形成多肽类似的实验，有人用核苷酸与多聚磷酸脂混合，在50°C—60°C时进行反应，可得到多聚核苷酸，这样合成的核酸分子量可达15000到50000左右。总之，生物高分子物质，在模拟原始地球条件下都已能合成，但它和现代的蛋白质与核酸相比还有一定的距离。
多分子体系
　　指在原始海洋中生物大分子相互结合，形成能显示一些生命现象的体系，这种体系就是原始生命的萌芽。该体系内部具有一定的物理、化学结构，这种独立的结构，可以脱离外界环境的影响，不容易被外界条件破坏，在这种体系中有蛋白质和核酸同时存在，核酸不具有酶的催化作用，蛋白质不具有复制性能，二者配合形成完整的调节系统，至于核酸密码的形成（核苷酸与氨基酸形成的相应关系），可能是长时期的偶然配合及选择的结果。其它的大分子象多糖、脂肪等是被动吸收进原始生命的多分子体系中。在多分子体系中外面还有原始的膜，它使多分子体系与原始海洋隔离，成为独立的体系，这样通过原始膜的控制与周围环境发生物质交换，如：原始膜控制了某些物质能否进入，控制了环境对生物系统的作用。正因为如此，在自然选择中，多分子体系能不断进化，结构、功能不断完善，不断复杂化，为原始生命的诞生打下了基础。
原始界膜
　　是指团聚体外面的界膜。一般认为该界膜为双层的，它的形成有人认为是多分子体系吸收了类脂，类脂吸附在以上的界面上，蛋白质分子又和类脂相互作用，吸附于类脂上，形成类脂蛋白质层，这一层在物理条件作用形成双层，它可以吸收一些其它化合物，包在膜内。我国学者研究认为，这种原始界膜的形成是极为可能的，但它怎样发展为现在的细胞膜还不了解。
团聚体模型
　　奥巴林将白明胶水溶液和阿拉伯胶水溶液混在一起，在显微镜下看到了无数的小滴即团聚体。后来发现蛋白质与糖类、蛋白质与蛋白质、蛋白质与核酸相混，均可能形成团聚体。团聚体既能合成物质，又能分解，如合成速度大于分解速度，团聚体就能“生长”，并通过分裂而“繁殖”，由于团聚体模型能表现出这些最简单的生物学特性，所以引起人们的注意。
微球体模型
　　福克斯等将酸性蛋白放到稀薄的盐溶液中溶解，冷却后在显微镜下观察到无数的微球体。微球体有两层膜，较稳定，在高渗溶液中收缩、在低渗溶液中膨胀，能通过“出芽”和分裂方式进行“繁殖”，并表现出水解、脱羧、胺化、脱氨和氧化还原等类酶活性。但类蛋白还不是蛋白质，因它除有一定量肽键外，还有大量其他化学键，故不能被蛋白酶完全水解。它的类酶活性很低，并且几乎全是分解性的，而在进化上更有意义的是合成酶的活性。但类蛋白是以20种天然氨基酸为原料、模拟原始地球的干热条件产生出来的，较之团聚体来自生物体产生的现成物质（如白明胶、阿拉伯胶等）有更大的说服力，所以受到广泛的重视。
原始生命
　　生命起源的化学进化过程的产物。有些多分子体系经过长期不断地演变，特别是由于核酸和蛋白质这两大主要成分的相互作用，终于形成了具有原始新陈代谢作用和能够进行繁殖的物质，这就是原始生命。
生命
　　自然界物质运动的一种高级形式，是地球上化学进化到一定阶段才出现的，主要由蛋白质和核酸组成，具有新陈代谢和自我繁殖能力的、复杂而有序的开放系统。这种“开放系统”与非生物的“关闭系统”相区别的是：它能与外界环境不断地进行物质交换和能量交换，以保持自身的稳定和发展。地球上原来并无生命，从46亿年前地球形成后，经过近10亿年的化学进化，才于约35亿年前演变出了原始生命；以后又经过30多亿年的生物进化，才形成了今天这样千姿百态、绚丽多彩的生命世界。
结晶牛胰岛素
　　牛胰岛素的晶状体，牛胰岛素是牛胰脏中胰岛细胞所分泌的一种调节糖代谢的蛋白质激素。其一级结构由英国桑格等用了10年时间于1955年才搞清楚的。中国科学院上海生物化学研究所、有机化学研究所、北大化学系等单位通力合作，经过数年的努力，于1965年9月获得了用人工方法合成的结晶牛胰岛素，其晶体形状及几项主要数据均与天然牛胰岛素的相同，其生物活力与天然牛胰岛素的相仿，在世界上第一次实现了人工合成蛋白质的创举。此项工作表明，只要合成出正确的一级结构，就能得到有正确空间结构的蛋白质，这对于研究生命起源有重要意义。
酵母丙氨酸转移核糖核酸
　　是分子量最小的一种核酸。从不同生物中可以分离出六十多种tRNA。它们一般包含76—87个核苷酸，自动折叠成三叶草形图形，在蛋白质合成中，能专门转运二十种氨基酸到核糖体上。最初这种核酸是赞米尼克在1958年把家兔肝细胞分解物超速离心，在上清液中发现的，至1965年，美国科学空霍利等，第一个确定了酵母丙氨酸tRNA的全部核苷酸顺序。1981年，我国生物化学工作者王德宝等合成了酵母丙氨酸tRNA，它由七十六个核苷酸组成，并含有9个稀有核苷酸，它不仅具有接受丙氨酸的活力，而且还具有把所携带的丙氨酸掺入蛋白质多肽链的活力。它的分子量约为26000，比牛胰岛素的分子量大四倍，结构当然比胰岛素复杂得多。我国这一研究成果，是人工合成核酸大分子的先声，是我国科学家对分子生物学的又一贡献。

米勒的模拟实验
　　美国学者米勒等人，于1953年首次模拟原始地球的大气成分，用甲烷（CH4）、氨（NH3）、氢（H2）和水蒸气（H2O），通过火花放电合成了氨基酸。米勒等人设计的火花放电装置如图所示，首先把水加入到500毫升的烧瓶中，抽出空气，加入甲烷、氨、氢的混合气体。然后把烧瓶内的水煮沸，使混合气体进入容积为5升的烧瓶中，在这些气体中连续进行火花放电一周。结果得到20种有机化合物，其中有11种氨基酸。这11种氨基酸中有4种氨基酸——甘氨酸、丙氨酸、天门冬氨酸和谷氨酸，是天然蛋白质中所含有的。其他实验室也模拟原始大气成分，通过各种途径，如利用紫外线、电离辐射、冲击波等能源，合成出各种氨基酸。现在，天然蛋白质所含的各种氨基酸，基上都能用模拟原始地球条件的方法合成了。