地球在宇宙中形成以后,開始是沒有生命的.經(jīng)過了一段漫長的化學(xué)演化,就是說大氣中的有機(jī)元素氫、碳、氮、氧、硫、磷等在自然界各種能源（如閃電、紫外線、宇宙線、火山噴發(fā)等等）的作用下,合成有機(jī)分子（如甲烷、二氧化碳、一氧化碳、水、硫化氫、氨、磷酸等等）.這些有機(jī)分子進(jìn)一步合成,變成生物單體（如氨基酸、糖、腺甙和核甙酸等）.這些生物單體進(jìn)一步聚合作用變成生物聚合物.如蛋白質(zhì)、多糖、核酸等.這一段過程叫做化學(xué)演化.蛋白質(zhì)出現(xiàn)后,最簡單的生命也隨著誕生了.這是發(fā)生在距今大約36億多年前的一件大事.從此,地球上就開始有生命了.生命與非生命物質(zhì)的最基本區(qū)別是：它能從環(huán)境中吸收自己生活過程中所需要的物質(zhì),排放出自己生活過程中不需要的物質(zhì).這種過程叫做新陳代謝,這是第一個區(qū)別.第二個區(qū)別是能繁殖后代.任何有生命的個體,不管他們的繁殖形式有如何的不同,他們都具有繁殖新個體的本領(lǐng).第三個區(qū)別是有遺傳的能力.能把上一代生命個體的特性傳遞給下一代,使下一代的新個體能夠與上一代個體具有相同或者大致相同的特性.這個大致相同的現(xiàn)象最有意義,最值得我們注意.因?yàn)檫@說明它多少有一點(diǎn)與上一代不一樣的特點(diǎn),這種與上一代不一樣的特點(diǎn)叫變異.這種變異的特性如果能夠適應(yīng)環(huán)境而生存,它就會一代又一代地把這種變異的特性加強(qiáng)并成為新個體所固有的特征.生物體不斷地變異,不斷地遺傳,年長月久,周而復(fù)始,具有新特征的新個體也就不斷地出現(xiàn),使生物體不斷地由簡單變復(fù)雜,構(gòu)成了生物體的系統(tǒng)演化.
地球上早期生命的形態(tài)與特性.地球上最早的生命形態(tài)很簡單,一個細(xì)胞就是一個個體,它沒有細(xì)胞核,我們叫它為原核生物.它是靠細(xì)胞表面直接吸收周圍環(huán)境中的養(yǎng)料來維持生活的,這種生活方式我們叫做異養(yǎng).當(dāng)時它們的生活環(huán)境是缺乏氧氣的,這種喜歡在缺乏氧氣的環(huán)境中生活的叫做厭氧.因此最早的原核生物是異養(yǎng)厭氧的.它的形態(tài)最初是圓球形,后來變成橢圓形、弧形、江米條狀的桿形進(jìn)而變成螺旋狀以及細(xì)長的絲狀,等等.從形態(tài)變化的發(fā)展方向來看是增加身體與外界接觸的表面積和增大自身的體積.現(xiàn)在生活在地球上的細(xì)菌和藍(lán)藻都是屬于原核生物.藍(lán)藻的發(fā)生與發(fā)展,加速了地球上氧氣含量的增加,從20多億年前開始,不僅水中氧氣含量已經(jīng)很多,而且大氣中氧氣的含量也已經(jīng)不少.細(xì)胞核的出現(xiàn),是生物界演化過程中的重大事件.原核植物經(jīng)過15億多年的演變,原來均勻分散在它的細(xì)胞里面的核物質(zhì)相對地集中以后,外面包裹了一層膜,這層膜叫做核膜.細(xì)胞的核膜把膜內(nèi)的核物質(zhì)與膜外的細(xì)胞質(zhì)分開.細(xì)胞里面的細(xì)胞核就是這樣形成的.有細(xì)胞核的生物我們把它稱為真核生物.從此以后細(xì)胞在繁殖分裂時不再是簡單的細(xì)胞質(zhì)一分為二,而且里面的細(xì)胞核也要一分為二.真核生物（那時還沒有動物,可以說實(shí)際上也只是真核植物）大約出現(xiàn)在20億年前.性別的出現(xiàn)是在生物界演化過程中的又一個重大的事件,因?yàn)樾詣e促進(jìn)了生物的優(yōu)生,加速生物向更復(fù)雜的方向發(fā)展.因此真核的單細(xì)胞植物出現(xiàn)以后沒有幾億年就出現(xiàn)了真核多細(xì)胞植物.真核多細(xì)胞的植物出現(xiàn)沒有多久就出現(xiàn)了植物體的分工,植物體中有一群細(xì)胞主要是起著固定植物體的功能,成了固著的器官,也就是現(xiàn)代藻類植物固著器的由來.從此以后開始出現(xiàn)器官分化,不同功能部分其內(nèi)部細(xì)胞的形態(tài)也開始分化.由此可見,細(xì)胞核和性別出現(xiàn)以后,大大地加速了生物本身形態(tài)和功能的發(fā)展.
生命的起源
關(guān)于生命起源的問題,很早就有各種不同的解釋.近幾十年來,人們根據(jù)現(xiàn)代自然科學(xué)的新成 就,對于生命起源的問題進(jìn)行了綜合研究,取得了很大的進(jìn)展.
根據(jù)科學(xué)的推算,地球從誕生到現(xiàn)在,大約有46億年的歷史.早期的地球是熾熱的,地球上的一切元素都呈氣體狀態(tài),那時候是絕對不會有生命存在的.最初的生命是在地球溫度下降以后,在極其漫長的時間內(nèi),由非生命物質(zhì)經(jīng)過極其復(fù)雜的化學(xué)過程,一步一步地演變而成的.目前,這種關(guān)于生命起源是通過化學(xué)進(jìn)化過程的說法已經(jīng)為廣大學(xué)者所承認(rèn),并認(rèn)為這個化學(xué)進(jìn)化過程可以分為下列四個階段.
從無機(jī)小分子物質(zhì)生成有機(jī)小分子物質(zhì) 根據(jù)推測,生命起源的化學(xué)進(jìn)化過程是在原始地球條件下開始進(jìn)行的.當(dāng)時,地球表面溫度已經(jīng)降低,但內(nèi)部溫度仍然很高,火山活動極為頻繁,從火山內(nèi)部噴出的氣體,形成了原始大氣(下圖).一般認(rèn)為,原始大氣的主要成分有甲烷（CH4）、氨 原始地球的想象圖
(左)原始大氣(右)有機(jī)物形成
（NH3）、水蒸氣（H2O）、氫（H2）,此外還有硫化氫（H2S）和氰化氫（HCN）.這些氣體在大自然不斷產(chǎn)生的宇宙射線、紫外線、閃電等的作用下,就可能自然合成氨基酸、核苷酸、單糖等一系列比較簡單的有機(jī)小分子物質(zhì).后來,地球的溫度進(jìn)一步降低,這些有機(jī)小分子物質(zhì)又隨著雨水,流經(jīng)湖泊和河流,最后匯集在原始海洋中.
關(guān)于這方面的推測,已經(jīng)得到了科學(xué)實(shí)驗(yàn)的證實(shí).1935年,美國學(xué)者米勒等人,設(shè)計了一套密閉裝置(下圖).他們將裝置內(nèi)的空氣抽出,然后模擬原始地球上的大氣成分,通入甲烷、氨、氫、水 米勒實(shí)驗(yàn)的裝置
蒸氣等氣體,并模擬原始地球條件下的閃電,連續(xù)進(jìn)行火花放電.最后,在U型管內(nèi)檢驗(yàn)出有氨基酸生成.氨基酸是組成蛋白質(zhì)的基本單位,因此,探索氨基酸在地球上的產(chǎn)生是有重要意義的.
此外,還有一些學(xué)者模擬原始地球的大氣成分,在實(shí)驗(yàn)室里制成了另一些有機(jī)物,如嘌識、嘧啶、核糖,脫氧核糖,脂肪酸等.這些研究表明：在生命的起源中,從無機(jī)物合成有機(jī)物的化學(xué)過程,是完全可能的.
從有機(jī)小分子物質(zhì)形成的有機(jī)高分子物質(zhì) 蛋白質(zhì)、核酸等有機(jī)高分子物質(zhì),是怎樣在原始地球條件下形成的呢?有些學(xué)者認(rèn)為,在原始海洋中,氨基酸、核苷酸等有機(jī)小分子物質(zhì),經(jīng)過長期積累,相互作用,在適當(dāng)條件下（如吸附在粘土上）,通過縮合作用或聚合作用,就形成了原始的蛋白質(zhì)分子和核酸分子.
現(xiàn)在,已經(jīng)有人模擬原始地球的條件,制造出了類似蛋白質(zhì)和核酸的物質(zhì).雖然這些物質(zhì)與現(xiàn)在的蛋白質(zhì)和核酸相比,還有一定差別 ,并且原始地球上的蛋白質(zhì)和核酸的形成過程是否如此,還不能肯定,但是,這已經(jīng)為人們研究生命的起源提供了一些線索；在原始地球條件下,產(chǎn)生這些有機(jī)高分子的物質(zhì)是可能的.
從有機(jī)高分子物質(zhì)組成多分子體系 根據(jù)推測,蛋白質(zhì)和核酸等有機(jī)高分子物質(zhì),在海洋里越積越多,濃度不斷增加,由于種種原因（如水分的蒸發(fā),粘土的吸附作用）,這些有機(jī)高分子物質(zhì)經(jīng)過濃縮而分離出來,它們相互作用,凝聚成小滴.這些小滴漂浮在原始海洋中,外面包有最原始的界膜,與周圍的原始海洋環(huán)境分隔開,從而構(gòu)成一個獨(dú)立的體系,即多分子體系.這種多分子體系已經(jīng)能夠與外界環(huán)境進(jìn)行原始的物質(zhì)交換活動了.
從多分子體系演變?yōu)樵忌?從多分子體系演變?yōu)樵忌?過是生命起源過程中最復(fù)雜和最有決定意義的階段,它直接涉及到原始生命的發(fā)生.目前,人們還不能在實(shí)驗(yàn)室里驗(yàn)證這一過程.不過,我們可以推測,有些多分子體系經(jīng)過長期不斷地演變,特別是由于蛋白質(zhì)和核酸這兩大主要成分的相互作用,終于形成具有原始新陳代謝作用和能夠進(jìn)行繁殖的原始生命.以后,由生命起源的化學(xué)進(jìn)化階段進(jìn)入到生命出現(xiàn)之后的生物進(jìn)化階段.
關(guān)于生命起源的化學(xué)進(jìn)化過程的研究,雖然進(jìn)行了大量的模擬實(shí)驗(yàn),但是絕大多數(shù)實(shí)驗(yàn)只是集中在第一階段,有些階段還僅僅限于假說和推測.因此,在對于生命起源,問題還必須繼續(xù)進(jìn)行研究和探討.
蛋白質(zhì)和核酸是生物體內(nèi)最重要的物質(zhì).沒有蛋白質(zhì)和核酸,就沒有生命.1965年,我國科學(xué)工作者人工合成了結(jié)晶牛胰島素（一種含有51個氨基酸的蛋白質(zhì)）.1981年,我國科學(xué)工作者又用人工的方法合成了酵母丙氨酸轉(zhuǎn)運(yùn)核糖核酸（核糖核酸的一種）.這些工作反映了我國在探索生命起源問題上的重大成就.