化学进化的各个阶段产物和作用

化学进化的各个阶段产物和作用

原始生命是生命起源的化学进化过程的产物。有些多分子体系经过长期不断地演变,特别是由于核酸和蛋白质这两大主要成分的相互作用,终于形成了具有原始新陈代谢作用和能够进行繁殖的物质。

氨基酸、核苷酸、单糖、脂肪酸等有机小分子物质形成之后,在适当的条件下,它们可以进一步形成复杂的有机物质。例如蛋白质、核酸、多糖、类脂等大分子物质。其中蛋白质和核酸的形成对于生命现象具有非常重要的作用。对于它们的形成主要有两种观点:

(1)陆相起源。他们认为聚合反应是发生在火山的局部高温地区,聚合生成的生物大分子经雨水冲刷汇集到海洋,并在一定的条件作用下,继续发展成为复杂的有机物质。

(2)海相起源。认为在原始的海洋中的氨基酸和核苷酸等小分子有机物可以被吸附于粘土一类的物质的活性表面,而在适当缩合剂(如羟胺类化合物)存在时,可以发生聚合反应。

生物大分子并不能独立表现生命现象,只有形成了众多的、乃至成百万的以蛋白质、核酸为基础的多分子体系时,才能表现生命萌芽。

而生物大分子在溶液中自动聚集,从而形成各种独立的多分子体系,出现团聚体或微球体。由于多分子体系可以起到有机表面的催化作用,而反过来作用于各类单体的聚合,促使其产生更高级的蛋白质和核酸,然后通过有序性逐渐提高的长期过程,其结构、机能便愈益复杂和完善,由此产生出原始生命。

在原始地球条件下由无机物逐渐演变为原始生命体的过程。这个化学进化过程大致可分为下列四个阶段。

2进化过程

(1)

由无机小分子物质(如氢、氨等)生成有机小分子物质(如氨基酸、含氮碱基、核糖或脱氧核糖等)。

这个方面已为越来越多的模拟原始地球条件的实验所证明(见米勒模拟试验)。

(2)

从有机小分子物质形成生物大分子物质。在原始还原性大气中生成的生物小分子(如氨基酸等)被雨水冲淋,溶解于原始海洋中,这些生物小分子要进一步变为生物大分子(如氨基酸变为蛋白质),就必须脱水缩合而在原始海洋中进行脱水缩合,就像要使泡在水中的葡萄变干那样困难。

科学家提出种种假说试图解决这个难题,比较可信而又可用实验证明的主要有两种:①以色列科学家卡特恰尔斯基(A。 Katchalsky)认为,原始海洋中的氨基酸是在某些特殊的粘土(原始地球和如今地球都有这样的粘土)上缩合成多肽的。

他们在实验室内先将氨基酸与腺苷酸起反应,生成“活化的”氨基酸即“氨基酰腺苷酸”,后者在某些片层状粘土如蒙托土(montmorillonite)上,就能缩合成长短不一的多肽链。 ②日本科学家赤崛四郎等提出一个能绕过“脱水缩合”这道难关的“聚甘氨酸理论”来说明多肽链的形成。

他们认为,在原始大气中产生的甲醛与氨和氰发生反应,能生成一种名叫“氨基乙酰氰”的有机物,这种物质能够聚合,然后水解,生成聚甘氨酸(即多个甘氨酸聚合在一起所形成的多肽链),最后经过侧基(R)的变化而得到由各种氨基酸残基组成的蛋白质。

(3)

从有机高分子物质组成多分子体系。可以想象,蛋白质和核酸等有机高分子物质,在原始海洋中越积越多,在一定条件下(如高温和适当的pH等),它们相互作用,能形成多分子体系,有界膜与周围环境隔开,呈大、小不等的球状,在原始海洋中漂浮。

这种设想亦已得到了初步的实验证明。

(4)

从多分子体系演变为原始生命。这是生命起源最关键的一步,还未能在实验室里验证这一过程。

从理论上讲,这一步的实质就是以蛋白质和核酸为主要成分的多分子体系,如何“由死变活”的问题,即新陈代谢和自我增殖能力是如何发生的从生物学的角度看,这里有两个重要问题要解决:一是生物膜的产生,二是遗传机构的起源。

归结起来,化学进化大体可以分为四个阶段:

第一,从无机小分子物质生成有机小分子物质第二,从有机小分子物质形成有机高分子物质第三,从有机高分子物质组成有机多分子体系第四,从有机多分子体系演变为原始初级的生命。

物质的运动形式永远不会停止在一个水平上。当原始生命出现以后,物质形态的变化就从化学进化过程进入了生物的进化过程