第2章 原始地球与生物进化(1)
生命的起源是地球早期进化的结果，生命的诞生、演化离不开地球环境，地球环境是生命的生存之地、生存之本。火山喷发、大气圈的产生、地壳冷却以及海水的形成等都为地球生命的发生、发展创造了必要的条件。在这些必要条件齐备的情况下，原始生命才最终诞生，开始了漫长的进化过程。
原始地壳与生命孕育
原始地壳是地球上生命得以孕育成功的必要条件之一，没有地壳的形成，生命孕育就无从谈起。原始地壳的出现，标志着地球由天文行星时代进入地质发展时代，具有原始细胞结构的生命逐渐形成。
原始地壳初形成
生命的起源应当追溯到与生命有关的元素及化学分子的起源。因而，生命的起源过程应当从宇宙形成之初、通过所谓的“大爆炸”产生了碳、氢、氧、氮、磷、硫等构成生命的主要元素谈起。
大约在66亿年前，银河系内发生过一次大爆炸，其碎片和散漫物质经过长时间的凝集，大约在46亿年前形成了太阳系。作为太阳系一员的地球也在46亿年前形成了。接着，冰冷的星云物质释放出大量的引力势能，再转化为动能、热能，致使温度升高，加上地球内部元素的放射性热能也发生增温作用，故初期的地球呈熔融状态。
在旋转过程中高温的地球中的物质发生分异，重的元素下沉到中心凝聚为地核，较轻的物质构成地幔和地壳，逐渐出现了圈层结构。这个过程经过了漫长的时间，大约在38亿年前出现原始地壳。
原始地壳的出现，标志着地球由天文行星时代进入地质发展时代，具有原始细胞结构的生命也有可能逐渐形成。
孕育生命的条件形成
刚刚诞生的地球十分寒冷、荒凉，没有结构复杂的物质，也没有任何生命。生命是随着原始大气的诞生开始孕育的。
在早期太阳系里，一些处于原始状态的天体频繁地和幼小的地球相撞，这一方面增大了地球体积，另一方面运动的能量转化为热能贮存在了地球内部。撞击不断地发生，地球内部蓄积了大量热能。地球的平均温度高达摄氏几千度，内部的金属和矿物变成了炽热岩浆。岩浆在地球内部剧烈运动着，不时冲出地球表面形成火山爆发。在原始地球上，火山爆发十分频繁。随着火山爆发，地球内部一些气体被源源不断地释放出来，形成了原始大气。不过，这时的地球上仍然没有生物分子。
生命的诞生与原始大气十分有缘。据推测，原始大气的主要成分是一氧化碳、二氧化碳、甲烷、水蒸气、氨气。这些简单的气体分子要想成为生物分子，就必须变得足够复杂。
合成复杂物质需要消耗能量。值得庆幸的是，在原始地球上有各种形式的能量可供利用。首先，原始大气没有臭氧层，阳光中的紫外线可以毫无顾忌地进入大气，这为地球带来了能量。其次，原始大气中会出现闪电，闪电是一种能量释放现象。再次，原始地球上火山活动频繁，火山喷发可以释放大量热量。
简单的气体分子在吸收了能量之后，变得异常的活跃，进而产生化学反应，形成复杂的生命物质。
在以后的岁月里，由于日积月累，原始大气中的水蒸气越来越多，地球表面温度开始降低。当降低到水的沸点以下时，水蒸气就化作倾盆大雨降落到了地面上。倾盆大雨不分昼夜地下着，约在40亿年前，形成了最初的海洋，这为生命的诞生准备了摇篮。
宇宙大爆炸学说
宇宙大爆炸是根据天文观测研究后得到的一种设想。大约在150亿年前，宇宙所有的物质都高度密集在一点，有着极高的温度，因而发生了巨大的爆炸。大爆炸以后，物质开始向外大膨胀，就形成了今天我们看到的宇宙。大爆炸的整个过程是复杂的，现在只能从理论研究的基础上，描绘过去远古的宇宙发展史。在这150亿年中先后诞生了星系团、星系、我们的银河系、恒星、太阳系、行星、卫星等。现在我们看见的和看不见的一切天体和宇宙物质，形成了当今的宇宙形态，人类就是在这一宇宙演变中诞生的。
“原生体”的出现
据科学家分析，生物体都是由碳、氢、氮、氧等元素组成的物质构成的，而这些元素在非生物环境里都能找到。也就是说，组成生物体物质的元素，没有一种是生物体本身独有的。这说明了组成生物和非生物物质的元素都是共通的。
生命的起源是一个长期的演化过程，这个过程是在原始地球条件下开始进行的。原始大气成分中由碳、氢、氮、氧等元素组成的甲烷、氨和水汽等物质，在大自然各种射线和闪电等因素的作用下，形成了许多与生命有关的较为简单的有机物，并通过雨水作用，经湖泊、河流最后汇集到原始海洋中。
原始海水开始几乎完全是淡水，后来逐渐溶入了大量的有机质，如氨基酸、核苷酸等。一些有机质形成了蛋白质。在随后的几亿年中，这些蛋白质越来越复杂，终于在34或33亿年前原始生命开始出现了。
生命的产生过程可以概括为四个阶段：
第一阶段，有机小分子的形成。原始海洋中的氮、氢、氧、一氧化碳、二氧化碳、硫化氢、氯化氢、甲烷和水等无机物，在紫外线、电离辐射、高温、高压等一定条件的影响和作用下，形成了氨基酸、核苷酸及单糖等有机化合物。
美国的一位年轻学者米勒用自己设计的实验装置证明，在原始地球条件下有可能形成有机化合物。米勒的报告引发世界许多科学实验室重复和发展类似的实验，总的目标是模拟原始大气、海洋、江水和雷电。在水溶液中——相当于原始海洋的海水中——先后找到了20种氨基酸，各种单糖、脂酸、脂类分子，甚至是核苷酸分子。
第二阶段，生物大分子的形成。氨基酸、核苷酸等有机物可能因吸附作用，在原始海洋岸边的岩石或黏土表面浓集，受到热的催化，进而合成为生物大分子。
美国科学家福克斯做过这样的实验：把氨基酸混合物倒在160℃～200℃的热沙土或黏土上，随着水分蒸发，氨基酸浓缩并化合，经0.5～3.0小时，生成类似蛋白质的大分子。
第三阶段，多分子体系形成。许多生物大分子聚集、浓缩形成以蛋白质和核酸为基础的多分子体系，它既能从周围环境中吸取营养，又能将废物排出体系之外，这就构成了原始的物质交换活动。
前苏联学者奥巴林做了一系列实验，证明如何由生物大分子形成团聚体小滴。他把蛋白质（白明胶）溶液和多糖（阿拉伯胶）溶液混合，产生出团聚体小滴。
第四阶段，“原生体”的形成。在多分子体系的界膜内，蛋白质与核酸的长期作用，终于将物质交换活动演变成新陈代谢作用并能够进行自身繁殖，这是生命起源中最复杂的最有决定意义的阶段。技术改造构成的生命体，被称为“原生体”。
这种“原生体”的出现使地球上产生了生命，把地球的历史从化学进化阶段推向了生物进化阶段，对于生物界来说更是开天辟地的第一件大事，没有这个变化过程，就不可能有生物界。
原核单细胞的出现
有生命的“原生体”是一种非细胞的生命物质，有些类似于现代的病毒，它出现以后，随着地球的发展而逐步复杂化和完善化，演变成为具有较完备的生命特征的细胞，到此时才产生了原核单细胞生物。最早的原核单细胞细菌化石发现于距今33亿年前的地层中，那就是说非细胞生命物质出现的时间，还要远远地早于33亿年以前。
地球上最初出现的生命是一些生活在海洋中的原核单细胞生物。它们结构简单，没有细胞核，与今天的蓝菌（也称蓝藻）和细菌在形态上很相似，在生物学上统称为原核细胞生物。它们还没有真正分化出细胞核和细胞器，只能进行无性繁殖，因此它们的遗传变异和进化过程十分缓慢。
开始的原核细胞生物是以环境中的有机物质为食，属于异养生物。由于地球早期有机物质来源极为有限，因此会对生物进化产生选择性压力，使部分生物在进化中演化出了利用周围环境中丰富的无机物合成自己所需食物的能力。这种能自己制造食物的生物称为自养生物。根据获取营养方式的不同，生物的自养又可分为化学自养和光合自养，代表了生物早期演化的分异。
光合自养生物是通过光合作用分解二氧化碳获得能量。由于光合作用生物的出现和发展，大量的自由氧释放到环境中，使地球早期的环境和大气性质开始发生变化，从无氧环境向有氧环境转变，为生物进化的下一个重要阶段创造了环境条件。
生命起源的假说
水是一切生命的源泉，现在已经知道，最初的生命诞生于原始海洋中，没有原始海洋也就没有生命。目前关于地球最初生命起源主要有以下四种假说，即陆地起源说、空中起源说、深海烟囱起源说、宇宙起源说。这四种假说各有各的一套理论，并各圆其说。客观地说，这四种假说都有其自身的一定道理，但也都有各自解释不清的生物学现象，因此，时至今日，这四种假说也还只是假说。
原始海洋形成
在地球刚刚形成地表时，地表是没有水的，因为当时地壳的温度还很高。在距今40亿年到38亿年时，地表气温仍在100摄氏度以上。尽管火山喷发吋产生了大量的水蒸气，而水蒸气在高空冷却后变成雨，雨降落到地表时，由于地表温度高，它又变为水汽而进入大气层。同时水汽蒸发时也带走地表的大量热量，使地表不断变冷。当地表温度低于100摄氏度时，降落到地表的雨水就会停留下来而形成地表水。随着火山喷发出大量水汽，这些水汽在高空冷却后变成雨水不断加入地表水，使地表水越聚越多。大约在距今40亿年时，地球上形成了原始的海洋。
有了海洋才会出现生命，而早期生命对水的积累也起到了重要的作用，尤其是最低等的菌藻类。藻类的光合作用会释放出大量氧气，它与甲烷、氨气等结合会形成一部分雨水而落到地球表面。除此之外，彗星路过地球时，也会给地球带来一些水。彗星主要是由大量间杂着冰粒的冷气和宇宙尘所组成，是太阳系中最大的天体。有的彗星比太阳还大，而太阳的体积相当于130万个地球，所以彗星的一些冰粒落到地球上，其数量是很可观的。
海水最初是淡味的。由于海水蒸发而变成雨水落到陆地，这些雨水最后又流回大海，在流回大海的过程中，它会把陆地上的矿物质带至海里，常年累月，致使海里的矿物质越来越多。此外，海底的火山喷发也会给海水增添一些矿物质，使海水渐渐变得又咸（因含氯化钠）又苦（因含氯化镁）。海水占到地球水总量的97%，其余3%是陆地的冰川、湖泊、江河及地下所拥有的淡水。
陆地起源说
陆地形成的氨基酸经脱水结合而成高聚合物，被流水带入海洋后，在海里进一步聚合成蛋白质和核酸等，之后产生了生命。
空中起源说
空气中的水、甲烷、氨气等形成了合成物，在阳光作用下形成复杂的氨基酸和蛋白质。当它落入海里后，海洋中有机物可能在它周围形成一层薄膜，并与它原来的薄膜共同构成了双分子膜。这类似生物细胞膜，进而形成了细胞。
深海烟囱起源说
在太平洋和大西洋等深海的大洋中脊，由于地底下的岩浆不断在此溢出，促使洋壳不断地向两侧移动。其间形成了一些地壳裂隙，海水可从裂隙渗入到炙热的地壳深处，然后变热的海水与地内喷出的硫化氢（H₂S）及各种金属元素，如铁、铜、锰、金等结合形成含硫化物的热泉。
由于周边海水很冷，喷出的热泉会迅速降温，使热泉中的黑色硫化物在热泉旁沉淀下来。随着沉淀物围绕喷泉周围不断增高，它们成了一个个黑色“烟囱”。尽管这里海水温度很高，没有任何阳光，硫化物又是有毒物质，却成了喜硫细菌的天堂，大量细菌在这里繁衍。更奇特的是，一些贝壳类和虾类竟靠吃细菌得以存在，还有一些管形的软体虫也大量繁衍，靠吃细菌和虾类而生。这些管形软体虫成群地盘绕在一起，有的竟长达2米。
此外，还有些鱼类等，它们共同构成了一个极为奇特的海底生物世界。显然，黑色烟囱喷出的甲烷（CH₄）、氨（NH₃）等在高温和硫化物催化剂的作用下，也可形成嘌呤、核苷酸等有机物，进而形成有生命的团聚物，最后成为原核细胞的细菌。
当这些细菌因某种原因进入浅海时，由于环境的极大变化，促使细菌变化并能生活于浅海里，甚至发生变异而含有叶绿素，最终成为能吸收阳光、二氧化碳并制造有机物的蓝菌（也称蓝藻），从而完成了最初生命的创造过程。