地球物质多少种

第三节　地球上的生命

一、生命的起源

自宇宙诞生以来，它就按照一定的规律运行，并在不断创造出具有新的属性的物质。宇宙中出现原子、分子之后，物质结构演化的进程并没有停止下来，宇宙规律决定了必然有新的更复杂的物质结构会出现。因此，生命的出现是一个必然的事件，而我们要解答的问题只是生命会在哪里以及什么时候出现。

那么，在浩瀚的宇宙中，哪里适合生命这种物质结构产生和存在呢？产生生命的条件是相当苛刻的。首先，那里需要有液态的水，并且有适宜的水温，水温太低会结成冰，太高就变成了水蒸气。另一项重要的条件是要在一个有适当引力的地方，有一定的引力才能形成大气层，同时保证水蒸气这样的物质不逃逸到大气层外面去。同时那里还要有碳、氢、氧、氮等构成生命的基本元素，以及其他条件。由此看来，宇宙中生命的产生是一件相当不易的事。

对于地球来说，它是一个具有满足产生生命各种条件的地方。地球是在宇宙演化过程中形成的，宇宙演化创造出具有不同属性的元素，并将这些元素组合在地球这样一个物质体系中。同时地球围绕着太阳这颗恒星在运转，太阳放射出能量，照耀在地球表面，使地球有了适宜生命存在的温度。当各种有利条件聚合在一起，通过不同属性的物质元素之间的相互作用，这样，生命这种复杂的物质结构便在地球上产生了。地球上出现生命看似偶然却有着必然因素，因为宇宙的演化造就了地球这个适宜生命产生和生长的环境。

尽管生命在地球上产生和发展的趋势得到大部分人的认同，但还有个生命起源的问题一直困扰着人们，即非生命物质与生命体之间是如何过渡的。

在探讨这个问题之前，需要先解释一下什么是环境。简单地说，环境可以被理解为各种物质的存在，也可理解为各种作用力的关系结构，即环境是各种物质存在及作用力关系表现的总和。

环境与物质存在结构之间有什么关联？或环境与新的物质结构之间有什么关联？不同的环境实际上表现为不同的物质作用力关系结构，物质的存在结构或形态受到环境的影响。在不同的环境条件下，物质会表现出不同的存在形态，这些条件可表述为温度、压力、引力、辐射等。环境变化实际就是物质存在条件或相互作用关系发生改变，在新的环境条件下，会出现新的物质形态或结构，也可以理解为，新的物质形态反映了新的环境状况。而在另一方面，新的物质形态出现又会影响环境，即新的物质结构及其关系体系构成了新的环境，或新的作用力关系体系。

对于生命起源问题，我们可以从地球环境的演变来理解。自地球形成以来，地球环境在不断改变，这种改变受到宇宙中各种力以及地球内部物质相互作用的影响。在地球演化过程中，每当环境处于一种相对的稳定状态，与此种环境相适应的物质结构就会得到扩张和蔓延。随着新物质的积累，又逐渐形成了新的环境或新的作用力关系体系，而新的环境又为更新的物质形态出现和存在提供了条件，地球上物质结构的变化不断地进行着这样循环推进的过程。

在物质演化过程中，物质结构或形态和外在的环境状况之间有着紧密的联系，也即在一定环境条件下会出现某种相应的物质结构。影响物质结构的因素有温度、压力、辐射等物理作用，还有环境中其他介质的成分、浓度等的化学作用，各种因素的综合决定了某种新物质结构的形态。地球物质结构演化经历了无机物、有机物、复杂有机物这样逐步递进的过程，这些物质结构都是在一定条件下形成的，而生命是在地球上形成了复杂有机物基础上产生的，它是对应于地球某一阶段特定环境的一种物质结构。

所以，生命的产生也和无机物、有机物的形成一样，是宇宙作用力结构及关系不断演化的结果。生命产生的过程没有超出宇宙物质演化规律的范畴。

今天，我们虽然不能精确描述生命演化的每个细节，但以现有知识是可以对生命的演化过程进行认识的。地球上生命的出现不是像有些人认为的那样，产生于物质随机或偶然的组合，也不太可能中途有了外来者的介入，而是遵循一定的规律，并且是一个循序渐进的过程。简单地说，生命的产生经历了由无机物到有机小分子，再由有机小分子到有机大分子，然后由有机大分子到具有简单生命特征的生物有机体这样的过程。

生命起源大致经过这样几个阶段。

第一个阶段是从无机小分子物质形成有机小分子物质。地球形成之后，经过了一段漫长的化学演化，大气和水体中的元素氢、碳、氮、氧、硫、磷等，为以后生命的产生提供了化学基础，为下一步有机体的出现做好了准备。当物质演化到一定阶段，这时地球大气中富含了甲烷、二氧化碳、一氧化碳、水、硫化氢、氨等物质，它们构成了原始地球环境，这些物质在自然界各种能源（如闪电、紫外线、宇宙线、火山喷发等）的作用下，合成出氨基酸、糖、腺苷、核苷酸等小分子有机化合物，自此开始了由简单有机物向复杂有机体的演变。

第二个阶段是从有机小分子物质生成有机大分子物质。随着氨基酸、核苷酸这类有机小分子物质的不断产生和聚集，它们构成了一种新的物质环境。这些有机物分子根据其特性，在适当条件下（如在某个多种有机物富集区域）通过缩合作用或聚合作用，它们进一步结合成更复杂的有机分子，形成了原始的蛋白质分子、多糖和核酸分子。有机物的反应过程比无机物的要复杂得多，温度、压力、介质浓度等细微条件变化可能会产生不同性质的物质。

第三个阶段从有机大分子物质组成多分子体系。有机大分子的不断形成也为更加复杂物质结构的出现提供了条件，这些有机大分子构成了新的环境，不同的有机大分子相互之间形成更加复杂的关系形式。随着蛋白质和核酸等有机高分子物质的聚集，由于种种原因（如水分的蒸发，催化剂的作用、黏土的吸附作用），这些有机高分子物质经过浓缩而分离出来，它们相互作用，凝聚成新的物质关系结构，这种新的物质结构具有了新的属性。有些大的有机分子虽然还不能被定义为生命体，但它们也具有某种活性，这种活性表现出对环境变化的高度敏感度，或者说能对环境变化作出简单的解读。

第四个阶段出现了能够进行自我复制的多分子体系。这是介于生物与非生物之间的一种物质结构，或者说有了部分生命特征的物质。自我复制不是生物体独有的特性，一些无机物和有机物在一定条件下也会进行复制。复制表现为以一种结构为蓝本，在一定的环境条件下，利用环境中存在的物质（养分）进行相同物质结构的组合。其实，多分子结构类似我们所知的病毒，它们有规则地排列，呈某种规则的几何结构，它们依附于营养体，不断进行自我复制。能够自我复制有机大分子的出现将物质演化又向前推进了一步。

第五个阶段为多分子体系新陈代谢能力的出现。如果说具有了自我复制功能还不能被定义为生命，那么在多分子体系基础上产生的具有新陈代谢功能的物质结构就开始无限接近生命的存在了。最初的生物特征表现为某种多分子体系具有与外界进行物质和能量交换的能力，通过物质和能量的交换来达到维持整个分子系统稳定的目的，或者说与周围特定环境达成某种平衡。这些多分子体系中的功能团对环境变化有极高的敏感度，或者说是表现出了生物活性。多分子体系与外界的物质和能量交换是通过特定的功能性大分子的化学属性来实现的，此时出现了生物特征分子开始运转的迹象。

从多分子体系演变为原始生命，这是生命起源过程中最复杂和最有决定意义的阶段，它直接涉及到原始生命的诞生。我们可以推测，生命体是在有机大分子聚集的环境下发生生化反应的结果，这样的反应已不同于一般的化学反应，反应条件包括适宜的温度、压力以及一些复杂有机大分子存在的情况，特别是由于蛋白质和核酸这两大细胞中主要成分之间的相互关联和作用，终于形成具有原始新陈代谢作用和能够进行自我复制的原始生命，产生了能够不断地进行自我更新的、结构更加复杂的分子体系，这就是具有初步生命特征的原始生命。因此说，生命体是在特定条件下复杂的多分子体系之间的相互作用过程中产生的，是一种对复杂环境进行解读的结构。

简述一下生命的形成过程，生命是由一些相关的物质元素（基于这些物质元素自身的物理化学特征），在地球形成过程中各种环境条件下逐渐形成复杂的有机结构，即生命相关物质元素在适应周围环境情况下逐渐相互结合形成了糖、核酸、蛋白质，这些有机体因其结构显现特殊的属性，生命的“大厦”就依靠这些生物大分子构建而成，物质运动就是这样逐步由无生命的物质元素运动转变为有生命的生物化运动。

这里有一点需要解释一下，即由多分子体系到原始生命的过渡或跨越的实现。过去一些人在此问题上的认知存在偏差，他们总是试图把与生命有关的化学组件一次性组合来合成出生命体，这种急于求成的做法难以达到预想的结果。其实，从非生命体到生命体的过程不是在一个短暂瞬间完成的，非生命体与生命体之间还存在着过渡结构，这些过渡结构包含部分生命特征，然后由这些被称为“前生命体”的结构再向原始生命演化。

说到底，生命是一种力学结构对于环境的表达，它形成于复杂有机物存在的系统中，由具有不同属性的生物分子结合起来，这些生物大分子根据其属性相互结合构成某种动态关系，形成了对应于特定环境的解读或表达机制。换句话说，就是特定环境（也可称作特定的模板）让不同属性的物质结合到了一起，并形成了被称为生命的生物体。

生命体与非生命体之不同归根结底在于结构及其所表现出的属性，生命体是一种动态结构，是一种可以对环境变化作出反应和调整的结构，相对来说非生命体是一种静态结构，它只是被动地反映环境的变化。生命的属性是通过生命体的复杂结构来表达的，这种复杂结构具有自我复制、新陈代谢以及能够应对环境进行自我调整的能力。

对于生命这种现象，现代人已经能够从生物分子结构的层面加以认识，其中遗传物质DNA结构的阐明揭开了生命科学的新篇章。DNA是由一些基本化合物构造而成的，这些化合物根据其属性按照一定的规则组合在一起，形成了对应于环境状况的一种力学结构模式，它具有对环境的无限表达或解读能力。

DNA的结构是由四种脱氧核苷酸连接成两条多核苷酸链；脱氧核糖与磷酸交替排列构成主链，排在外侧；内侧碱基以氢键连接成对，碱基以互补原则配对；双链反向平行右旋成规则的双螺旋。DNA结构中碱基对的排列千变万化，实际上是对各种环境状况进行描述的力学语言，碱基对特定的排列顺序包含了特定的生命信息。我们通常说的基因是指携带遗传信息的DNA片段，基因控制蛋白质的合成，生物体的性状主要通过蛋白质来体现。

DNA不是一种静态的结构，它是一种对自然状况的表达机制，或者说是表达复杂环境状况的一种自组织结构，这种机制（或结构）是以物质力学为基础的。生命基本构造是不同属性的物质通过无数化学键之间的关联所构成的，这种力学结构在低层次上能够对冷暖、压力、辐射等的变化作出反应，再进一步有了维系自身存在需要的能力，更深层次就是能对其他物质存在及相互关系（包括非生物与生物）的机制作出反应。我们知道的各种生物功能，如触觉、视觉、嗅觉、听觉等，它们的出现并非偶然，而是DNA这种物质力学结构对于环境的解读。

生命的出现和无机物以及有机物的出现一样，是宇宙作用力结构及关系不断演化的结果，新的物质会表现出一些新的属性，这就如同无机物和有机物有不同于其他物质的属性一样。生命产生于由复杂有机体组成的环境中，这种环境不同于一般无机物和有机物的环境，复杂有机体有着更加复杂的物质属性，具有生命特征的分子结构就对应于这种特定的环境，或者说是一种复杂有机体相互关联的结构。这种结构的属性建立在复杂有机体的属性之上，它具有与外界进行物质和能量交换，并且能够自我复制这些新的物质属性，最重要的是它能够通过自身结构的调整来对各种环境及变化进行表达。

从宏观上讲，生命的起源与演化是和宇宙的起源与演化密切相关的。

如果对生命产生过程作一个简单梳理，可以发现宇宙物质的演化具有目的性，而这种目的是通过物质演化规律去达到的。宇宙物质结构处在一个不断演变的过程中，也就是不断有新的物质结构的出现，这些新的物质结构表现出新的属性。譬如，无机物有不同于单质的属性，有机物有不同于无机物的属性，而生物体有不同于有机物的属性。同时，处在不同物质演化阶段的物质之间有着关联关系，物质结构是一个连续渐变的过程，无机物的存在为有机物的出现创造了条件，有机物的存在又为生物有机体的出现创造了条件，生命是宇宙物质演化到一定阶段的一种存在形式。

二、五彩斑斓的生命世界

在地球这个美丽的蔚蓝色星球上，处处都是生机勃勃，洋溢着生命的光环，大到体型庞大的鲸鱼，小到那些肉眼所看不见的微生物，千姿百态。据联合国环境署最新发布的一份报告，地球上共有约870万种生物，其中包括约650万种陆地生物和约220万种海洋生物，这只是一个估计的数字，还有很多生物未被发现、归类和记录。

海洋生物

根据生物学家的划分，已被发现的生物被分在原核生物界、原生生物界、真菌界、植物界和动物界中。为了方便人们认识种类繁杂的生物，生物学家又将同一界中的生物划分为不同的门，例如将植物界分为苔藓植物门、蕨类植物门、种子植物门等；动物界分为肛肠动物门、节肢动物门、脊索动物门等。然后，门里又划分纲，比如，脊索动物门分为鸟纲、哺乳纲、爬行纲等。由于划分得更加细致，同纲的生物比同门不同纲的生物亲缘更近，共同点更多。纲下面还分为不同的目，哺乳动物就分为灵长目和食肉目等，人和猴子等都属于灵长目。每个目又分为几个科，比如灵猫科和犀科等。依此类推，每个科分为不同的属，其中有通过牙齿的关系，还有一些通过毛、角以及更微小的关系组合在了一起。每个属又分为几个不同的种。同一种中的生物可以繁殖产生后代，不同种的生物不能繁殖出有生育能力的后代，例如，马和驴由于属于不同的种，产生的骡子是没有生育能力的。这样的划分使得几乎每个动物都有自己的所属范围，如猫就属于动物界脊索动物门哺乳纲食肉目猫科猫属。

各种生物之所以有序地生活在地球这个大环境中，离不开生物圈和各种错综复杂的食物链的作用。每个生物个体都是生物圈中最小的生物单位，若干个生物个体生活在一起形成种群，若干个种群构成群落，一定空间内的生物群落及所处非生物环境组成一个生态系统，地球上最大的生态系统就是生物圈。各种不同的生物由于食物关系连接起来形成食物链。由于食物链中各种动植物的相互制约才使得各种生物的数量能维持在一个平衡稳定的状态。

三、人 类

如果说动物是大自然的完美作品的话，人类就是作品中的精品。人类作为这个地球上具有相对较高智慧的生物，可以说是现代地球的统治者，不仅可以制造工具，而且还具有丰富的情感、较高的道德意识和行为规范，并且创造了不朽的文明。但是“我们到底从哪里来”这个问题一直引导着人们不停地去探索和研究。古代由于人们的认知范围和认知能力的限制，曾出现了上帝造人等美丽的传说。随着科学技术的发展，考古学家不断有了新的发现。

古人类学家指出，人类和现代类人猿的共同祖先是生活在距今2000万～3000万年前的森林古猿，它们的个体大小类似黑猩猩，依靠四肢行走。新生代第三纪中期后，强烈的造山运动促成了喜马拉雅山和非洲大裂谷的出现，引起了气候及生态的变化，这些变化进一步促进古猿的进化，森林古猿的一支演变为腊玛古猿，现今，人们已经在肯尼亚、印度、巴基斯坦、土耳其和中国等地区发现了腊玛古猿的化石。腊玛古猿已经可以用手使用工具进行取食和防御，并且下肢可以直立行走。稍后，距今约500万年前，腊玛古猿分化出的一支发展成为南方古猿，这也被人们认为是从猿到人进化的晚期代表。南方古猿臂长于腿，可以使用树枝等现成的工具，善于直立行走。

随着古人类化石的不断发现，可以将南方古猿之后的人类进化分为早期猿人、直立人、早期智人和晚期智人四个阶段。

人类进化的四个阶段

远古的先民们慢慢发现，自然界是有规律的，太阳的出没、白天和黑夜的交替、季节的变更都是有规律的，最初，人们只是尽力顺应自然去发展，后来转为利用自然界的规律为人类服务。比如，吃不完的牛羊可以圈养，让马来驮东西，让狗来帮助人打猎等。在人类漫长的发展史中，在濒临河流的平原地区，河流带来了丰富的矿物质，使得土壤肥沃，适合人类生存繁衍，首先创造了璀璨的古代文明。

四大古文明

（一）古埃及

提起古埃及的文明，我们首先会想到的是雄伟的金字塔和狮身人面像以及木乃伊。迄今发现的埃及金字塔有110座，其中建于公元前2123年的埃及第四王朝的胡夫大金字塔是最大的金字塔，它是由230万块平均重2．5吨的角锥体石块砌成的，高146米，堆砌后的缝隙连小刀都插不进去，由塔北面正中央的隧道入口进入金字塔的中心眺望北方夜空，正对着的是北极星，与地平线成27°左右，这条隧道也是以27°的倾斜度设计的。狮身人面像在胡夫大金字塔的旁边，是用整块石头雕刻而成的。生前和死后相比，古埃及人更注重死后，因为他们认为人死后灵魂还会依附于肉体，所以制作了木乃伊。这当然是没有道理的，但是他们在此过程中学习到了解剖知识，因此古埃及的医学是相当发达的。

胡夫大金字塔

此外，古埃及还把天狼星和太阳同时在地平线升起时定为一年的开始，而且定出太阳历：一年为365天，一年为12个月，一个月包括30天，年底再加5天。由此可见，古埃及的数学也相当发达。

（二）古巴比伦

与古埃及人注重死后相比，古巴比伦人更加关心现实的幸福，所以古巴比伦天文学和占星术相当发达，他们系统观察太阳和行星的视运动，按照太阳、月亮和当时已知的五个行星（水、金、火、木、土星）来命名一星期的7天，他们首先把一星期定为7天，把一天定为24小时。公元前2000年发现了金星运动的周期性后，他们编制了日月运行表，并且可以预报日食和月食。他们把太阳经过的区域分为“黄道十二宫”，每月对应一个宫，认为是太阳每月换一个宫殿住，把每个宫殿根据星座形状和想象的神话故事命名为白羊座、金牛座、双子座、巨蟹座、狮子座、处女座、天秤座、天蝎座、人马座、摩羯座、宝瓶座和双鱼座。占星术认为每个人出生时，太阳处于哪一个星座与这个人的性格甚至命运有很大关系。

公元前2000年左右，古巴比伦的数系发展出了10进制和60进制，60进制凭借其分数运算的简单在记时制和计角制中被保存下来并沿用至今。

（三）古印度

古印度也是人类文明和智慧的发祥地之一，世界三大人种在此交汇，民族繁多，种姓制等级森严，婆罗门、刹帝利、吠舍、首陀罗四个等级之间不准通婚，并且宗教气氛浓郁，没有统一的语言和中央集权。

（四）古中国

古代中国绵延了两千多年的封建制度，拥有统一的文字和中央集权，究其原因，李约瑟在《中国科学技术史》中写道：中国北部、西部和西南部有戈壁、沙漠、干旱的草原和高山阻隔，东部和东南部有辽阔的大海，这给古代中国与外界的交流造成不便，当然也就形成了中国独特的文化传统和科学技术状况。中国的四大发明——造纸术、指南针、火药、活体印刷术也是中华民族智慧的集中体现，曾让所有的炎黄子孙引以为豪。

实践馆：

1.去野外实地考察，观察地球上植物的种类和生存本领。

2.试着去动物园观察动物的生活习性。

3.有条件的话，寻找一些地球化石，从中发掘地球变迁的相关知识。

4.尝试利用所学的知识和网络资源，自制一台小型望远镜，并用以观察月球表面的环形山。