地球上生命的起源

地球被认为是由4.5 -46亿年前,随着太阳系中其他行星,从原生行星盘周围的气体和尘埃太阳(图7.1)。从陨石激烈碰撞,小行星和其他原行星,被地球的引力,会阻止生命初期的形成。生活和4.0之间出现38亿年年前的事了。有令人信服的生活35亿年前的化石证据,似是而非的证据,生活在38.5亿年前。这表明,地球上的生命发达只要有条件适用于它的存在。主要的系统需要开发,以生产我们会承认作为一个有机体是:一些可用的方法获取能量的来源,形成复杂的有机分子中发现生物无机或简单的有机分子,一个信息编码的发展和自我复制的分子能够支持一个进化的过程(如DNA或RNA)和膜的形成包含生物体。

复杂的有机分子能够在地球形成本身或从其他地方进行地球。人们认为第一个生物异养生物,利用这些已有的有机化合物作为能量的来源,而非自养生物,产生有机化合物无机化合物使用能量从o o 2 < 2

显生宙

原生代

第一个动物真核生物光合作用有氧气氛

太古代

古老的化石形成的地球生命的起源

	新生代
	多样化的哺乳动物
	白垩纪
IC OI	恐龙、哺乳动物的传播
Z
年代	侏罗纪
	恐龙,第一个鸟
	三叠纪恐龙、哺乳动物
	二叠纪
	类似哺乳类爬行动物
	石炭系
集成电路	第一次爬行动物
	泥盆世
O Z O	第一个陆栖脊椎动物
J	志留纪第一节肢动物
	奥陶系第一脊椎动物
	寒武纪
	许多无脊椎动物类群的起源

图7.1地质时间尺度显示的主要地质时期和一些重大事件在地球上生命的历史。

阳光或化学物质的氧化。第一次尝试模拟早期地球上的有机化合物的形成是由斯坦利·米勒在1953年,然后研究生化学家哈罗德尤里的监督下工作。尤列实验由一个密封的玻璃仪器,水库的水被加热存在的“大气”组成的氨、甲烷、水蒸气、氢气(图7.2)。能量提供给气相通过放电模拟闪电的影响。运行几周后,装置被发现含有多种复杂的有机分子,包括羟基酸、脂肪酸、尿素和氨基酸。氨基酸是蛋白质的基石,他们占大约4%的有机化合物形成的实验。其他来源的

热

产品溶于水

热

图7.2产品溶于水图解表示尤列实验。

能源,如紫外(UV)光,产生类似的结果。有机化合物的生产,然而,在船舶低如果条件不是强减少(高氢、低氧)。如果存在碳排放二氧化碳(而非甲烷)和氮氮气体(而非氨),有机化合物的产量减少了1000倍。如果地球早期环境的强烈减少,一个人可以想象海洋中有机化合物的积累形成了著名的“原始汤”的生命发展。近年来,最普遍持有的观点,然而,是早期的气氛并不强烈减少但弱减少主要是二氧化碳、氮气、水蒸气。更强烈降低条件更本地化的基础上仍有可能存在,或有限的一段时间,使有机化合物的积累。

深海的发现热液喷口在1970年代末(见第二章)提出这些网站作为一个潜在的有机化合物的生产。从海上进入这些系统的水渗透裂缝形成地壳冷却并远离中期海洋传播中心。它被加热到高温在这些系统中,它帮助溶解材料周围的岩石。水注入回海洋在喷口温度高达370°C,但迅速冷却,因为它与海水混合。几种机制的有机化合物在这些系统已经被提出,实验中,据称,模拟条件产生了有机化合物形成的类似尤列实验。然而,一些怀疑这些实验模拟生命起源以前的条件,指出高温的喷口可能摧毁,而不是创建、有机化合物。

有潜在的外星有机化合物的来源。彗星、小行星和陨石与地球的影响在一个较高的率在其早期历史和材料现在还继续这样做,幸运的是在一个较低的利率。各种各样的有机化合物在星际中发现尘云射电天文,已发现近100个不同的分子在这些云。这些包括氨基酸甘氨酸。有机化合物在陨石中发现彗星也收集在地球上,包括嘌呤和嘧啶核酸的组成部分。一个类称为碳质球粒陨石的陨石可以包含超过3%碳化合物与各种各样的有机化合物,包括氨基酸和多环芳烃。它可能会在陨石有机分子,和其他外星身体,产生的热量会被在进入地球大气层。陨石(半毫米直径)和灰尘从彗星尾巴可能软着陆,这将保护他们的有机化合物。这些被认为集体材料交付100倍地球比大,但少见,陨石。他们一起幸存的部分更大的身体与地球灾难性的影响,可以提供大量的有机化合物。

因此有一些早期地球的潜在来源的有机化合物。很难判断他们的相对重要性。如果气氛强烈减少,所反映出的各种机制尤列实验是可能的。在弱还原或氧化条件下,热液系统和外星来源可能是更重要的。无论其形成的机理,这些相对简单的有机化合物需要互动形成了更复杂的生物中发现的化合物。

有机化合物溶解在早期地球的海洋可能相当弱解形式。为了相互作用形成复杂的分子,他们需要变得更加集中。一种可能性是,他们被吸收到粘土的表面或其他矿物质。假设地球是没有完全被海洋覆盖,土地的利润将为池的形成提供了大量的机会或泻湖的有机物质可能成为集中的水的蒸发。斯坦利•米勒一直保持他对生命起源的问题的兴趣因为他的研究生在1950年代,支持这种“生命起源以前的海滩”假说。月球和地球一起更早在他们的历史和潮汐可能是比现在更大的30倍。这将允许大量的潮汐池的形成生命的开始。

RNA可能是先于DNA自我复制的信息分子的生活,因为它是一个简单的分子和催化性质,可能帮助其功能。在现代细胞RNA催化剂称为核糖酶,促进形成新的RNA和各种反应参与蛋白质合成。由于RNA可以促成自己的形成,它可以自我复制的分子形成的时候没有DNA和蛋白质酶(称为“RNA世界”)。RNA本身可能是之前简单的自我复制的有机分子和/或自我复制的无机系统,如粘土或矿物质。膜可能由泡沫或泡沫形成的原始汤,由热液系统中气泡或脂类的倾向,和其他amphi-philic分子(water-attracting和研发部分),将自发地组装成膜状般的结构。这种结构已由两亲性化合物从陨石中提取。限制通过膜材料通过他们和生物体复杂的交通系统,控制细胞和周围环境之间的交流。原始细胞可能有膜,比发现今天或更渗透可能允许加入材料的环境在干燥周期和补液。

您将收集,有很多相互竞争的理论科学家之间的生命的起源(除了宗教解释!)。我们的生物的生物学知识吗极端的环境条件在这一领域的任何线索?”地球早期环境的可能比现在更极端。大气中的氧气缺乏,第一个生物需要在厌氧条件下代谢。大气中高浓度的氧气只有发达光合生物的进化后,负责生产。今天厌氧细菌被发现,但仅限于网站氧气缺席因为不能处理一个氧代谢的潜在的有毒产品(见第6章)。也许他们的幸存者preoxygen世界。

早期的地球上的气温可能比现在更热。分子系统学的技术给了我们生命之树的整体视图(见第1章)。最古老的细菌和古生菌hyperthermophilic组。这意味着第一个生物(最后一个共同祖先)也是一个hyper-thermophile。这要求热生命起源和早期的地球上的热条件。当然,这不是接受一些,一个很酷的人生命起源,如潮汐池所设想的“生命起源以前的海滩”假说。

低湿休眠也可能是一种原始的生命的财产。原始海滩假说设想材料在干燥的池塘和泻湖的浓度。这些可能会经常完全变干。干燥/补液周期已建议在允许重要的条目通过原始的膜材料。低湿休眠的参与在生命的起源不是一个新想法。在1960年代早期,已故的霍华德•辛顿(布里斯托尔大学昆虫学教授一次)建议低湿休眠是细胞质的原始属性。他认为生命诞生以来在陆地上而不是在海里不仅浓缩干燥材料,但它发生在无数的小池塘。这将允许更多的变化在两个物理条件和化学物质的混合物中包含比可能更加统一的条件。这样池塘可以提供了大量的实验,只是其中一个可能导致生命的起源。

生命在地球上开始一次的重型轰炸停止。即使这样,偶尔影响大的小行星,或其他的身体,可能消毒所需的地球和生命重新开始。极端微生物cryptobi-otes可以生活在极端条件下,处于干燥状态,可以极端环境压力完全水化的有机体是致命的。极端的生物会有更多的机会幸存的大的影响和可能提供了一个遗迹能够占领地球下面这样的灾难性事件。生物也可能被保护大海的底部,在热液喷口,地球深处或覆盖下的冰。

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