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第三章 黎明前的黑暗
—生命起源的细胞前阶段
三黎明前的黑暗
各章概要
第一章 绪论：生命的基本特征
第二章 迟来的胜利：达尔文的生物进化论
第三章 黎明前的黑暗：生命的物质基础
（逆向思维）
三黎明前的黑暗
本章主要内容
生命起源与宇宙演化
寻求生命起源的轨迹
生命组成的物质基础
有关天外生命问题的探讨
三黎明前的黑暗
150亿年前-宇宙大爆炸
45亿年前- 太阳系形成，地球形成
35亿年前- 化石记录
生命起源于45-35亿年之间
生命起源与宇宙演化
三黎明前的黑暗
宇宙大爆炸
——“大爆炸理论”(伽莫夫,1946)
• 宇宙是广漠空间和其中各种天体以及弥漫物质的总称。
• 通常认定，宇宙是150亿年前一次大爆炸形成的。
• 爆炸发生前，宇宙内的所存物质和能量都聚集到了一起，浓缩成很小的体积。
• 大爆炸使物质四散，宇宙空间不断膨胀，温度也相应下降，相继出现强作用力、弱作用力、电磁力和引力。
• 作用力出现时，夸克、重子、轻子、原子、
分子相继出现；
• 在引力的作用下，宇宙中相继出现所有星
系、恒星、行星。
• 在温度降至摄氏100度时，地球上出现生命。
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太阳系形成：宇宙大爆炸形成尘埃云，尘埃云收缩集合，旋转运动形成扁平的星云，其中密度最大的形成太阳。星云物质之间互相碰撞、吸引、聚合，形成包括地球在内的太阳系行星。
地球的形成：原始地球是一个炽热的球体，火山爆发频繁，原始大气中含有甲烷、二氧化碳、氨、氢、水蒸气等，没有游离氧。同位素测得地球年龄为50~60亿年，。
太阳系形成、地球的形成
三黎明前的黑暗
生命起源的条件和场所——原始海洋
美国霍普金斯大学斯坦利（1985）提出，深海烟囱与温度高达1000℃的炽热岩浆直接连通，冒出的滚滚浓烟里富含金属、硫化物，热水中富含CO2、NH3、CH4和H2S，这是一个既有能量又有生命起源所必需的物质的还原环境——原始海洋。
鉴于现代深海还存在硫细菌的事实，斯坦利推想，生命化学合成的一系列反应就在那里发生，在紫外线、闪电、辐射下，生物有机高分子在那里缩合而成，最后原始生命就在那里诞生。
三黎明前的黑暗
1953年，米勒的模拟实验用无机物(如氨、甲烷、氢气等)制造出11 种氨基酸。
其他研究者陆续又用不同配方的原始大气混合物，合成了所有20种氨基酸、以及嘌呤、嘧啶、脱氧核糖、脂肪酸等，若加磷，ATP也能产生。
米勒的试验开辟了生命
起源研究的新途径
生命形态出现在38亿年前；细胞出现在32亿年前
三黎明前的黑暗
寻求生命起源的轨迹
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生物演化过程中，遵循下列规则选择元素：
①丰度和生物利用度:人体内常量、微量元素都是与海水中元素浓度成正相关性。如：构成骨骼材料的Ca，在海水中有较高的钙丰度。
②基本适宜性：一种无机元素(通常为金属元素)若被选择，它就具有某一特定的功能。
③有效性和特异性的进化规则：生物体选择较有效的化合物加以利用。例如：选择铁作为人体的氧载体(血红蛋白) 与此蛋白的演化有关，这一特定结构保证了活性或特异性。
元素的自然选择
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