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生物的进化
生命的化学进化过程包括四个阶段。:
第一阶段原始大气中的无机小分子合成有机小分子;
第二阶段:原始海洋中的有机小分子形成有机大分子,如蛋白质、核酸等。
第三阶段,有机大分子聚集成能维持稳定和发展的有膜多分子体系。
第四阶段,经过漫长,复杂的变化多分子体系演变为原始生物。
地球形成于46亿年前,那么就从46亿年开始讲述。
岩浆的形成(地球形成46亿年———39亿年前)这个过程形成了单质小分子和化合大分子。
1、单质小分子形成(46至43年前)
46亿年前太阳是一个燃烧的中子,同时也在不断地喷发。喷发出无数个大大小小的行星。这些行星最初都由中子组成的。无数行星呈球形包裹整个太阳。
地球和月球也是同时从太阳喷射而出,也就是说地球和月球在46亿年前从太阳中喷发诞生。
地球在离开太阳就开始燃烧中子,由中子裂变产生大量的质子电子和各种热辐射。开始地球由于温度太高,质子和电子只能结合为氢,氦气体。随着地球温度的下降,地球内部质子、电子和中子开始结合出各种分子量更大的原子,使岩浆的成份更复杂,主要成分是0、si、al、fe、ca、mg、na、k、mn、p等等元素还有其他各种原子。在地球内部形成了一大团一大团的各种单质原子。是随机的,又受温度控制。由于中子裂变产生大量的热辐射,使形成的各种原子以熔融的形态存在。
2、化合大分子的形成(43亿一一39亿年前)
地球燃烧中子从46亿年前到41亿年,大约用了5亿年时间。地球岩浆还在化学反应。大量的单质原子向复杂的岩浆过渡。月球的潮汐力搅动着岩浆。加速了岩浆的流动。岩浆中的各种元素相互混合,相互化合反应形成了大量的化合物。也产生了大量的气体喷出地表。同时产生了大量的热能,维持着岩浆的炽热。从46亿年后地球就有了大气圈。由开始的氢气,变成氦气。最后是复杂的各种气体。主要是从岩浆不断喷出各种气体如水蒸气、氢气、氨、甲烷、二氧化碳、硫化氢等构成了原始的大气层,此外,还含有hci、hf、h2、n2、ar、ch4、cco2、h2s和so2,当时的地球原始大气非常复杂。但主要是以水蒸气和二氧化碳为主。因为这两种气体比重最大,沉淀在地球的大气圈中。其他气体很多都排出地球。
地壳形成(39亿年一一38亿年前)有机小分子的形成。
生命起源的第一个阶段,在原始大气中化合分子合成有机小分子。即生命起源的有机小分子是在原始的地球大气中形成的。
米勒的模拟实验。在这个实验中,一个盛有水溶液的烧瓶代表原始的海洋,其上部球形空间里含有氢气、氨气、甲烷和水蒸气等“还原性大气”。米勒先给烧瓶加热,使水蒸气在管中循环,接着他通过两个电极放电产生电火花,模拟原始天空的闪电,以激发密封装置中的不同气体发生化学反应,而球型空间下部连通的冷凝管让反应后的产物和水蒸气冷却形成液体,又流回底部的烧瓶,即模拟降雨的过程。经过一周持续不断地实验和循环之后。米勒分析其化学成分时发现,其中含有包括5种氨基酸和不同有机酸在内的各种新的有机化合物,同时还形成了氰氢酸,而氰氢酸可以合成腺嘌呤,腺嘌呤是组成核苷酸的基本单位。米勒的实验试图向人们证实,生命起源的第一步,从无机小分子物质形成有机小分子物质。人工可以合成有机小分子,那么原始的大气是否可以形成有机小分子。
46亿年前中子开始燃烧,经过二到三亿年的时间后形成了岩浆,岩浆中各种元素持续地相互化学反应,产生了更复杂的化合大分子。施放出大量的热量,使地球又保持了几亿年的炽热岩浆火球,地球依然无法冷却形成地壳。直到39亿年前,岩浆化学反应减弱许多。地表喷发的气体减少了,热辐射也减少了。地表开始降温,大气开始冷却,这是一个非常漫长的过程。随着地表的冷却,地表炽热流动的岩浆也慢慢凝固。形成了一层薄薄的地壳。把岩浆封在了地壳中,地球由一个大火球,慢慢变暗,地球再也不向外辐射热量。地球变成一个不发光的黑暗行星。地表的光明只有靠太阳的照射。
地壳的形成使地球大气温度骤降。特别是大气上空温度最低,使大气中的水蒸气开始凝聚,天空中终于开始产生云。随着大气温度的下降,云层越来越厚。由于当时的地壳很薄,地表到处是火山喷发。加上大气以二氧化碳为主。而二氧化碳有温室效应。所以天空中虽然乌云密布,云层很厚,但形成的雨水还没有到地表又蒸发了。虽然当时的天空电闪雷鸣,但地表水还没有形成。
地球在地壳变厚的过程中,月球引力又使地表上下起伏不断破坏,使地表火山频发。喷出大量的各种气体。远比"米勒实验"的气体复杂得多。而天空中云层又远比我们现在的云层厚得多。形成的闪电比现在的闪电强十倍不止。整个地球没有四季之分,大气压强比现在大数倍。大气温度也非常高。这种气候大气中已经开始产生了有机小分子了。
随着地球地壳增厚,形成了七大板块。地表温度逐渐变冷,大气中的雨水降落到地面,地表开始逐渐有了积水。整个地球到处是倾盆大雨,电闪雷鸣如人间地狱。38亿年前地球才形成了相对稳定的地壳。地球形成了稳定的水圈。形成了厚达二千多米的水圈。大气中主要以二氧化碳为主,和现在的金星大气差不多。由于大气的降温,大气中的水蒸气已经形成了雨水变成了地表水。
地表从岩浆到地壳,从无水圈到有水圈,从39亿年至38亿年,经历了差不多一亿年。这一亿年是火山气体,雨水,闪电,与复杂的大气成分交集在一起的地狱般环境。如此漫长而又复杂分子的"米勒实验"效应,大气中形成的各种氨基酸,远比我们人类想象复杂得多。庞大得多。当时的环境非常恶劣。现在金星的恶劣大气环境,还没有火山喷发,我们人类都不敢涉入。原始的地球下有火山喷发各种气体,中有倾盆大雨,上有电闪雷鸣。大气中充满了甲烷,氨,水,等等各种复杂气体,二氧化碳又有温室效应。空气温度极高。构成生命的氨基酸也都在那时大量的形成,比如色氨酸、蛋氨酸、苏氨酸、缬氨酸、赖氨酸、组氨酸、亮氨酸、异亮氨酸、丙氨酸、苯丙氨酸、胱氨酸、半胱氨酸、精氨酸、甘氨酸、丝氨酸、酪氨酸、谷氨酸、天门冬氨酸、脯氨酸、羟脯氨酸、瓜氨酸、鸟氨酸等,当时都会形成。还包括各种有机小分子。毕竟经过一亿多年的狱练,形成的有机分子种类和数量是非常庞大的。原始环境中形成的大量氨基酸,大量的有机分子溶解在海水里。沉积到海底的淤泥中,使淤泥的化学成份更加复杂,为生命起源创造了条件。