1、第七單元 第三章 生物的進化第一節 地球上生命的起源教學目標：知識目標：描述生命起源的過程； 關注生命起源的不同觀點；能力目標：學會分析資料；情感、態度和價值觀：理解科學推測還需要有嚴密的邏輯，也需要有豐富的聯想和想象教學重點：生命起源的過程；教學難點：生命起源的過程；教學方法：講述法、討論法；教學準備：錄像資料：地球上生命的起源課時安排：1課時；教學過程：【新課講授】師：如今的地球，生物種類繁多，這些都是由于生物的變異產生的。幾億年前乃至幾十億年前，地球上的生物又是怎樣的呢？師：地球上最早的生物是如何出現的？這個問題我們現在沒有辦法通過親自觀察來解決，也沒有發現直接的證據。關于生命的起源，現

2、在有很多的推測。每個人都有自己關于生命起源的想法，怎樣的推測才能讓人們信服呢？學生討論。師：憑空想象是站不腳的。只有具有嚴密邏輯的推測，才能被大多數人接受，這樣的推測就是科學推測。師：請同學們看書P4749資料分析。做討論題1、2、3、4。資料分析1.現在的大氣成分中有氧氣，而原始大氣的成分中沒有氧氣。2.原始地球上不存在生命。因為原始地球上沒有生命存在的環境條件。3.根據米勒以及其他學者的實驗結果可以推測，原始地球上盡管不能形成生命，但能產生構成生物體的有機物。因此，生命的起源從無機物生成有機物，這一階段是完全能夠實現的。4.隕石中含有構成生物體所需要的有機物的事實，可以推測構成生物體的有機

3、物能夠從地球以外形成并被帶到地球。師：關于生命起源的問題，科學家們還在進行不懈的探索。師：現在較普遍為人們接受的觀點，是原始的生命來自于原始的海洋當中。師：原始生命是如何出現在原始海洋中的呢？生：在原始地球上，原始大氣在高溫、紫外線以及雷電等自然條件的長期作用下，形成了許多簡單的有機物。后來，地球的溫度逐漸降低，原始大氣中的水蒸氣凝結成雨降落到地面上，這些有機物又隨著雨水進入湖泊和河流，最終匯集到原始海洋中。原始海洋中的有機物不斷地相互作用，經過極其漫長的歲月，大約在地球形成以后的10億年左右，才逐漸形成了原始的生命。師：同學們還可以通過互聯網、報刊等媒體搜集有關生命起源的最新報道。師：你認為

4、在現在的環境條件下，地球上會不會再形成原始生命？為什么？生：在現在的地球環境條件下，地球上不會再形成原始的生命。因為現在不存在原始生命形成時所需要的環境條件，如原始大氣、高溫、持續不斷的雷電等。另外，現在的海洋的成分與原始海洋相比也發生了改變師：請同學們做書技能訓練。學生討論。觀看錄像資料：地球上生命的起源師：下課。板書設計：第一節 地球上生命的起源一科學推測需要有嚴密的邏輯，也需要豐富的聯想和想象二地球上生命的起源原始海洋教學后記：附：背景材料：地球上生命起源的幾種學說及其爭議生命何時、何處、特別是怎樣起源的問題，是現代自然科學尚未完全解決的重大問題，是人們關注和爭論的焦點。歷史上對這個問題

5、也存在著多種臆測和假說，并有很多爭議。隨著認識的不斷深入和各種不同的證據的發現，人們對生命起源的問題有了更深入的研究，下面介紹幾種著名的假說，以備教學時參考。1.自然發生說自然發生說是19世紀前廣泛流行的理論，這種學說認為，生命是從無生命物質自然發生的。如，我國古代認為的“腐草化為螢”（即螢火蟲是從腐草堆中產生的），腐肉生蛆等。在西方，亞里士多德（公元前384公元前322）就是一個自然發生論者。有的人還通過“實驗”證明，將谷粒、破舊襯衫塞入瓶中，靜置于暗處，21天后就會產生老鼠，并且讓他驚訝的是，這種“自然”發生的老鼠竟和常見的老鼠完全相同。18世紀時，意大利生物學家斯巴蘭讓尼（1729179

6、9）發現，將肉湯置于燒瓶中加熱，沸騰后讓其冷卻，如果將燒瓶開口放置，肉湯中很快就繁殖生長出許多微生物；但如果在瓶口加上一個棉塞，再進行同樣的實驗，肉湯中就沒有微生物繁殖。斯巴蘭讓尼認為，肉湯中的小生物來自空氣，而不是自然發生的。斯巴蘭讓尼的實驗為科學家進一步否定“自然發生論”奠定了堅實的基礎。1860年，法國微生物學家巴斯德設計了一個簡單但令人信服的實驗，徹底否定了自然發生說（詳見義務教育課程標準實驗教科書生物學八年級上冊）。2.化學起源說化學起源說是被廣大學者普遍接受的生命起源假說。這一假說認為，地球上的生命是在地球溫度逐步下降以后，在極其漫長的時間內，由非生命物質經過極其復雜的化學過程，一

7、步一步地演變而成的。化學起源說將生命的起源分為四個階段。第一個階段，從無機小分子生成有機小分子的階段，即生命起源的化學進化過程是在原始的地球條件下進行的，這一過程教材中已有敘述，這里不再重復。需要著重指出的是米勒的模擬實驗。在這個實驗中，一個盛有水溶液的燒瓶代表原始的海洋，其上部球型空間里含有氫氣、氨氣、甲烷和水蒸汽等“還原性大氣”。米勒先給燒瓶加熱，使水蒸汽在管中循環，接著他通過兩個電極放電產生電火花，模擬原始天空的閃電，以激發密封裝置中的不同氣體發生化學反應，而球型空間下部連通的冷凝管讓反應后的產物和水蒸汽冷卻形成液體，又流回底部的燒瓶，即模擬降雨的過程。經過一周持續不斷的實驗和循環之后。

8、米勒分析其化學成分時發現，其中含有包括5種氨基酸和不同有機酸在內的各種新的有機化合物，同時還形成了氰氫酸，而氰氫酸可以合成腺嘌呤，腺嘌呤是組成核苷酸的基本單位。米勒的實驗試圖向人們證實，生命起源的第一步，從無機小分子物質形成有機小分子物質，在原始地球的條件下是完全可能實現的。第二個階段，從有機小分子物質生成生物大分子物質。這一過程是在原始海洋中發生的，即氨基酸、核苷酸等有機小分子物質，經過長期積累，相互作用，在適當條件下（如黏土的吸附作用），通過縮合作用或聚合作用形成了原始的蛋白質分子和核酸分子。第三個階段，從生物大分子物質組成多分子體系。這一過程是怎樣形成的呢?前蘇聯學者奧巴林提出了團聚體假

9、說，他通過實驗表明，將蛋白質、多肽、核酸和多糖等放在合適的溶液中，它們能自動地濃縮聚集為分散的球狀小滴，這些小滴就是團聚體。奧巴林等人認為，團聚體可以表現出合成、分解、生長、生殖等生命現象（圖7）。例如，團聚體具有類似于膜那樣的邊界，其內部的化學特征顯著地區別于外部的溶液環境。團聚體能從外部溶液中吸入某些分子作為反應物，還能在酶的催化作用下發生特定的生化反應，反應的產物也能從團聚體中釋放出去。另外，有的學者還提出了微球體和脂球體等其他的一些假說，以解釋有機高分子物質形成多分子體系的過程。圖7團聚體簡單代謝示意圖第四個階段，有機多分子體系演變為原始生命。這一階段是在原始的海洋中形成的，是生命起源

10、過程中最復雜和最有決定意義的階段。目前，人們還不能在實驗室里驗證這一過程。3.宇生說這一假說認為，地球上最早的生命或構成生命的有機物，來自于其他宇宙星球或星際塵埃。持這種假說的學者認為，某些微生物孢子可以附著在星際塵埃顆粒上而落入地球，從而使地球有了初始的生命。但我們知道，宇宙空間的物理條件，如紫外線等各種高能射線以及溫度等條件對生命都是致命的，而且，即使有這些生命，在它們隨著隕石穿越大氣層到達地球的過程中，也會因溫度太高而被殺死。因此，像微生物孢子這一水平的生命形態看來是不大可能從天外飛來的。但是，一些學者認為，一些構成生命的有機物完全有可能來自宇宙空間。1969年9月28日，科學家發現，墜

11、落在澳大利亞麥啟遜鎮的一顆炭質隕石中就含有18種氨基酸，其中6種是構成生物的蛋白質分子所必須的。科學研究表明，一些有機分子如氨基酸、嘌呤、嘧啶等分子可以在星際塵埃的表面產生，這些有機分子可能由彗星或其隕石帶到地球上，并在地球上演變為原始的生命。4.熱泉生態系統生命的起源可能與熱泉生態系統有關，這是20世紀70年代以來，部分學者提出的觀點。20世紀70年代末，科學家在東太平洋的加拉帕戈斯群島附近發現了幾處深海熱泉，在這些熱泉里生活著眾多的生物，包括管棲蠕蟲、蛤類和細菌等興旺發達的生物群落。這些生物群落生活在一個高溫（熱泉噴口附近的溫度達到300 以上）、高壓、缺氧、偏酸和無光的環境中。首先是這些

12、化能自養型細菌利用熱泉噴出的硫化物（如H2S）所得到的能量去還原CO2而制造有機物，然后其他動物以這些細菌為食物而維持生活。迄今科學家已發現數十個這樣的深海熱泉生態系統，它們一般位于地球兩個板塊結合處形成的水下洋嵴附近。熱泉生態系統之所以與生命的起源相聯系，主要基于以下的事實：（1）現今所發現的古細菌，大多都生活在高溫、缺氧、含硫和偏酸的環境中，這種環境與熱泉噴口附近的環境極其相似；（2）熱泉噴口附近不僅溫度非常高，而且又有大量的硫化物、CH4、H2和CO2等，與地球形成時的早期環境相似。由此，部分學者認為，熱泉噴口附近的環境不僅可以為生命的出現以及其后的生命延續提供所需的能量和物質，而且還可

13、以避免地外物體撞擊地球時所造成的有害影響，因此熱泉生態系統是孕育生命的理想場所。但另一些學者認為，生命可能是從地球表面產生，隨后就蔓延到深海熱泉噴口周圍。以后的撞擊毀滅了地球表面所有的生命，只有隱藏在深海噴口附近的生物得以保存下來并繁衍后代。因此，這些噴口附近的生物雖然不是地球上最早出現的，但卻是現存所有生物的共同祖先。原始大氣成分的爭議和地球上最早出現的生物原始地球大約形成于46億年以前。科學家根據火山噴發所噴出的氣體，以及遠離太陽、變化較小的木星、土星，它們現在的大氣成分主要是甲烷、氨氣和氫氣的事實，推測原始地球的大氣也是這樣的強還原性大氣。他們認為，原始地球的大氣成分中沒有氧氣，而有氫氣

14、、二氧化碳、氨氣、甲烷、硫化氫和氰化氫等還原性氣體。但20世紀80年代以來，有的學者對此產生了懷疑。他們認為，原始大氣中沒有氨氣、甲烷和硫化氫氣體，因為這些氣體很容易被紫外線輻射所分解，所釋放的氫氣多數也會逃逸到太空中，因此，早期原始大氣的主要成分是水蒸汽、一氧化碳、二氧化碳、氮氣等氣體，可能還有一些游離的氫氣。如果按照原始大氣中沒有氨氣和甲烷，或者只有極微量，由這樣的氣體所組成的地球原始大氣，在各種自然條件的作用下是不可能產生出有機物和氨基酸的，那么米勒的實驗就令人懷疑。所以，這種觀點又為“宇生說”提供了間接的支持。另外，還有一些學者對原始大氣的成分提出了其他的觀點。有關生命起源的爭論還會持續下去，因為生命起源是一個復雜的問題，人類不可能一下子就認識清楚，又不可能回到原始地球的狀態。