生物细胞分子的组成成分

水：生命活动的介质环境

水是生物体的第一大化合物，含量在50%以上，甚至可达99%。人体的含水量随年龄增长而减少，从新生儿80%到老年的55%。

地球表面的70%为水覆盖，水是地球表面最丰富的物质，水在地球表面以三种状态同时存在。液态水是良好的极性溶剂，很多物质都能溶于水中，众多的化学反应在水中能非常好的进行。生命现象主要是生物体内一系列生物化学反应的外部体现，因此，水是生命存在的介质环境，没有水就没有生命。

水分子的形状是一个等腰三角形，分子内O-H间的键长约为00965nm，H-O-H键角为1045°。氢原子的电子由于氧原子核的强力吸引而偏向氧，结果使氢被氧化而呈正电，氧呈负电。由于氧原子只有两对电子是与质子（氢原子核）共享的，在8电子壳层中还有两对电子暴露在O-H的外部，这两对电子吸引相邻水分子上的正电，从而形成氢键。因此，水分子通过氢键而相互连接起来。水与其他分子的负电性原子形成键能大致相同的氢键，例如羧基中的-OH基团中的氧或蛋白质-NH基团中的氮都可与水分子的氢形成氢键。在分子中如果含有-OH、-NH等极性基团的分子与电负性强的原子也能形成氢键。在蛋白质分子中，存在着大量的氢键，从而使蛋白质的结构得到加固。氢键在加固核酸的特殊结构中也起着重要的作用。此外，水还能够和一些小分子有机化合物形成氢键。氢键的键能大约只有共价键的十分之一，幅度较小的温度变化就可以使氢键断开。这就使得带氢键的结构具有显著的柔顺性，使它们能随着内外环境的变化而变化。

生物体内物质的运输是依赖水良好的流动性完成的，另外水还有恒温、润滑等多种作用。

无机盐：参与和调节新陈代谢

无机盐在细胞里含量很小，人体内的无机盐大约占5%左右，种类很多，含量最多的无机盐是钙和磷盐约占无机盐含量的一半左右，主要沉积在骨骼和牙齿中，无机盐的另一半大多以水合离子状态存在于体液中。由于无机盐的种类多样，因此功能不一。总体来说，无机盐有如下功能：

1．构成骨骼和牙齿的无机成分，对身体起支撑作用。骨骼中无机物约占1/3，有机物占2/3。存在于骨骼中的无机盐主要是钙和磷，有机物主要是蛋白质。有机物使骨骼具有韧性，无机盐使骨骼具有硬度。骨骼中的钙磷盐是体液中钙磷盐的贮存场所（钙磷库）。

2．维持生命活动的正常生理环境。Na+、Cl-、K+、HPO42-在维持细胞内外液的容量方面起着重要的作用。体内各种酶的作用需要相对恒定的pH，体液的缓冲系统由这些盐类构成，发挥稳定氢离子浓度的功能。同样，无机盐对肌肉、心肌的应激性的维持也有重要的作用。

3．参与或调节新陈代谢。体内很多酶需要离子结合才具有活性，有些离子可以增强或抑制酶的活性。某些离子参与物质转运、代谢反应、信息传递等多种功能。

无机盐是机体新陈代谢的重要调节和参与因素。

蛋白质：生命活动的主要表现者

蛋白质是生物体的第二大化合物，在细胞的干重中，约一半以上是蛋白质，在活细胞中的含量在15%以上。蛋白质是大分子物质，分子量在6000至百万道尔顿。蛋白质的英文名叫做protein，源自希腊文προτο，它是“最原初的”，“第一重要的”意思。“朊”这个词就是根据protein的原意翻译的，但由于蛋白质一词沿用已久，所以“朊”并未被广泛采用。蛋白质在生物体内占有特殊的地位。蛋白质和核酸构成原生质中的主要成分，而原生质是生命现象的物质基础。

蛋白质是生命的结构基础和功能基础。蛋白质广泛地存在于细胞膜、液态基质、细胞器、核膜、染色体等结构中，蛋白质中的一半左右是酶-生物催化剂，细胞中众多的化学反应由酶分子催化。蛋白质种类众多，功能各异，总体来说，蛋白质具有下述功能：

1．催化和调控：体内物质代谢的一系列化学反应几乎都是由酶催化的。体内各组织细胞各种代谢的进行和协调，都与蛋白质的调控功能密切相关。

2．在协调运动中的作用：肌肉收缩是一种协调运动，肌肉的主要成分是蛋白质，肌肉收缩是肌肉中多种蛋白质组装成的粗丝、细丝完成的，从微观上看是细胞内微丝、微管的活动，精子、纤毛的运动等都与蛋白质的作用有关。

3．在运输及贮存中的作用：蛋白质在体内物质的运输和贮存中起重要作用。例如，全身各组织细胞时刻不能缺少的氧分子，就是由血红蛋白运输的；氧在肌肉中的贮存靠肌红蛋白来完成。铁在细胞内需与铁蛋白结合才能贮存。

4．在识别、防御和神经传导中的作用：体内各种传递信息的信使需与特异的受体相互识别，受体多为蛋白质，可见蛋白质在信息传递过程中起重要作用，另外，抗体对抗原的结合，神经冲动的传递等也是蛋白质参与完成的。

因此，蛋白质是生命过程中的主要分子，是生命现象的主要“演员”，蛋白质-生命的体现者。

糖：生命活动的主要能源物质

糖在动物体内是四大类生物分子中含量最小的，但糖类是草食动物及人体消化吸收最多的食物成分（不计水），原因在于吸收的糖类消耗很快（能源物质）、可大量转化为脂肪贮存及糖原贮存量较小造成的。

糖是多羟基醛或多羟基酮类化合物。糖的基本单位是单糖，如葡萄糖、果糖等。多数单糖有链式和环式两种结构，并且环式结构存在α和β两种异构体，三者之间可以相互转化。由单糖可以聚合成双糖、寡糖、多糖。双糖如蔗糖（葡萄糖-果糖二聚体）、麦芽糖（葡萄糖二聚体）和乳糖（半乳糖二聚体），多糖的典型代表是植物中的淀粉和动物体的糖原。

糖在植物体中贮存较多，在动物体相对含量较小。动物体不能由无机物合成糖，动物体内的糖最初都是由植物提供的，植物通过光合作用能将二氧化碳和水合成为糖。

糖在体内有以下两方面的功能：

1．细胞的重要能源物质：动物体摄取糖后，大量的糖是作为能源物质被使用。糖在体内氧化，释放能量，释放的能量以热散发维持体温和贮存于ATP、磷酸肌酸中以供生命活动所用。动物体摄取的糖如果有剩余，能够合成肝糖原和肌糖原以贮存糖，但量相对较小，一个中等身材的人只能贮存约500g左右的糖原。糖在身体内很容易转化为高度还原的能源贮存形式脂肪，贮存于脂肪组织，以供糖缺乏的时候给身体提供能量。

2．糖在细胞内与蛋白质构成复合物，形成糖蛋白和蛋白聚糖，广泛地存在与细胞间液、生物膜和细胞内液中，它们有些作为结构成分出现，有些作为功能成分出现。因此，糖蛋白和蛋白聚糖也是生命现象的“演员”。

核酸：生命活动的主宰者

核酸在体内含量很少，分为两类：脱氧核糖核酸（DNA）和核糖核酸（RNA）。DNA主要存在于细胞核中，RNA主要存在于细胞质中。RNA主要有信使核糖核酸（mRNA）、转运核糖核酸（tRNA）和核糖核蛋白体核糖核酸（rRNA）三种。

核酸是重要的生物大分子，是生物化学与分子生物学研究的重要对象和领域。生物的特征是生物大分子决定的。生物大分子有四类：核酸、蛋白质、多糖和脂质复合物。糖和脂质的合成由酶（蛋白质）催化完成，它们与蛋白质在一起，增加了蛋白质结构与功能的多样性。蛋白质的合成取决于核酸；然而生物功能通过蛋白质来实现，包括核酸的合成也需要蛋白质的作用。因此，生物体内最重要的大分子物质是DNA、RNA和蛋白质。由生物大分子和有关生物分子与无机分子或离子共同构成生物机体不同层次的结构；生物大分子之间以及与其他分子之间的相互作用决定了一切生命活动。概括地说，核酸（主要是DNA）是生命的操纵者，蛋白质是生命的表现者，糖和脂肪是生命的能源物质，磷脂是生物膜的结构基础，水是生命存在的介质环境，无机盐参与和调节新陈代谢。

G Mendel于1865年发现豌豆杂交后代性状分离和自由组合的遗传规律。F Miescher于1868年发现核酸（当时称核素），细胞学家和遗传学家曾猜测核素可能与遗传有关。19世纪开始知道有两类核酸，直到20世纪40年代才了解DNA和RNA都是细胞的重要组成物质，前者可引起遗传性状的变化，后者可能参与蛋白质的生物合成。50年代初生物学家开始接受DNA是遗传物质的观点。1953年，Watson和Crick提出DNA的双螺旋结构模型，才从分子结构上阐明了其遗传功能。半个世纪以来，核酸研究已经成为生物化学与分子生物学研究的核心和前沿，其研究成果改变了生命科学的面貌，也促进了生物技术产业的迅猛发展，充分表明这类物质有重要的生物功能。

核酸的功能主要有以下三点：

1．DNA是主要的遗传物质：DNA分布在细胞核内，是染色体的主要成分，而染色体是基因的载体。细胞内的DNA含量十分稳定，而且与染色体数目平行。基因是染色体上占有一定位置的遗传单位。基因有三个基本属性：一是可通过复制，将遗传信息由亲代传给子代；二是通过转录表达产生表型效应；三是可突变形成各种等位基因。但有些病毒的基因组是RNA，基因是RNA的一个片段。一些可作用于DNA的物理化学因素均可引起DNA突变从而引起遗传性状的改变。DNA的突变是生物进化的基础，即突变的累积导致生物进化。

2．RNA参与蛋白质的生物合成：实验表明，由3类RNA共同控制着蛋白质的生物合成。核糖体是蛋白质合成的场所。过去以为蛋白质肽键的形成是由核糖体的蛋白质所催化，称转肽酶。1992年H F Noller等证明23S rRNA具有核酶活性，能够催化肽键形成。rRNA约占细胞总RNA的80%，它是装配者并起催化作用。tRNA占细胞总RNA的15%，它是转换器，携带氨基酸并起解译作用。mRNA占细胞总RNA的3~5%，它是信使，携带DNA的遗传信息并起蛋白质合成的模板作用。

3．RNA功能的多样性：20世纪80年代RNA的研究揭示了RNA功能的多样性，它不仅是遗传信息由DNA传递到蛋白质的中间传递体，虽然这是它的核心功能，。归纳起来，RNA有5类功能：①控制蛋白质合成；②作用于RNA转录后加工与修饰；③基因表达和细胞功能的调节；④生物催化与其他细胞持家功能；⑤遗传信息的加工与进化。病毒RNA是上述功能RNA的游离成分。

生物体通过DNA复制，而使遗传信息由亲代传给子代；通过RNA转录和翻译而使遗传信息在子代得到表达。RNA具备诸多功能，无不关系着生物机体的生长和发育，其核心作用是基因表达的信息加工和调节。

脂类：生命的备用能源和生物膜的结构基础

脂类是动物体内的第三大类物质。脂类大都是非极性物质，很难溶于水，脂类分为脂肪和类脂两大类。脂肪是由甘油和脂肪酸缩合而成，类脂有磷脂、胆固醇及胆固醇酯等形式。脂肪的含量不稳定，是体内贮存的能源物质，变化很大，称为可变脂或贮脂，一般成年男性脂肪占体重的10~20%。磷脂由于是细胞的结构成分，因此含量是稳定的，称固定脂或膜脂，约占体重的5%。

1． 三脂酰甘油（脂肪）的丙三醇头部是亲水的，而3条脂肪酸尾部是疏水的。

2． X基团是极性的，常见的有胆碱、乙醇胺、丝氨酸等。

3． 磷脂和糖脂只有2条或1条疏水性尾部，其余都是亲水的，因此磷脂和糖脂很容易形成油与水的分界膜。

脂类的主要作用有以下三点：

1．脂肪是贮存的能源物质：脂肪是高度还原的能源物质，含氧很少，因此相同质量的脂肪和糖相比氧化释放的能量很多，可达糖的两倍以上，并且由于脂肪疏水，因此可以大量贮存，但脂肪作为能源物质的缺点也是明显的，因为疏水，所以脂肪的动员速度比亲水的糖要慢。脂肪主要的贮存部位是皮下、大网膜、肠系膜和脏器周围，贮存量可达15~20kg，足以维持一个人一个月的能量需要。

2．磷脂是生物膜的结构基础：磷脂是脂肪的一条脂肪酸链被含磷酸基的短链取代的产物，因为这条磷酸基链的存在，使磷脂的亲水性比脂肪的大，能够自发形成磷脂双分子层膜。生物膜的骨架就是磷脂双分子层，再加上一系列的蛋白质和多糖就构成生物膜。生物膜在细胞中是广泛存在的，因此，一个细胞的膜表面积很大。膜分隔细胞的空间使不同类的化学反应可以在不同的区间完成而不互相干扰，很多化学反应在膜的表面上进行。神经元细胞由于树突轴突的存在，细胞膜面积十分巨大，因此神经组织是体内含磷脂最丰富的组织。

3胆固醇的衍生物是重要的生物活性物质：胆固醇可在肝脏转化为胆汁酸排入小肠，胆汁酸可以乳化脂类食物而加速脂类食物的消化；7-脱氢胆固醇可在皮肤中（日光照射下）转化为维生素D3，然后在肝脏和肾脏的作用下形成1，25-（OH）2-D3，通过促进肠道和肾脏对钙磷的吸收使骨骼牙齿得以生长发育；胆固醇可在肾上腺皮质转化为肾上腺皮质激素和性激素；胆固醇可在性腺转化为性激素。另外，不饱和脂肪酸也是体内其他一些激素或活性物质的代谢前体，胆固醇也作为生物膜的结构成分出现。

脂类物质是贮存的能源物质、生物膜的结构成分和体内一些生理活性物质的代谢前体。

DNA分子

DNA即脱氧核糖核酸（英文Deoxyribonucleic acid的缩写）,又称去氧核糖核酸，是染色体的主要化学成分，同时也是组成基因的材料。有时被称为“遗传微粒”，因为在繁殖过程中，父代把它们自己DNA的一部分复制传递到子代中，从而完成性状的传播。原核细胞的染色体是一个长DNA分子。真核细胞核中有不止一个染色体，每个染色体也只含一个DNA分子。不过它们一般都比原核细胞中的DNA分子大而且和蛋白质结合在一起。DNA分子的功能是贮存决定物种性状的几乎所有蛋白质和RNA分子的全部遗传信息;编码和设计生物有机体在一定的时空中有序地转录基因和表达蛋白完成定向发育的所有程序;初步确定了生物独有的性状和个性以及和环境相互作用时所有的应激反应除染色体DNA外，有极少量结构不同的DNA存在于真核细胞的线粒体和叶绿体中。DNA病毒的遗传物质也是DNA,极少数为RNA

DNA分子就是带有以上特征结构的分子。DNA结构的发现是科学史

DNA结构的发现是科学史上最具传奇性的“章节”之一。发现DNA结构是划时代的成就，但发现它的方法是模型建构法，模型建构法就像小孩子拼图游戏一样的“拼凑”法。而在这场“拼凑”中表现最出色的是沃森和克里克。

1928年4月6日，沃森出生于美国芝加哥。16岁就在芝加哥大学毕业，获得动物学学士学位，在生物学方面开始显露才华。22岁时取得博士学位，随后沃森来到英国剑桥大学的卡文迪什实验室，结识了早先已在这里工作的克里克，从此开始了两人传奇般的合作生涯。克里克于1916年6月8日生于英格兰的北安普敦，21岁在伦敦大学毕业。二战结束后，来到剑桥的卡文迪什实验室，克里克和沃森一样，对DNA有着浓厚的兴趣，从物理学转向研究生物学。

当时人们已经知道，DNA是一种细长的高分子化合物，由一系列脱氧核苷酸链构成，脱氧核苷酸又是由脱氧核糖、磷酸和含氮碱基组成，碱基有4种。在1951年，很多科学家对DNA的结构研究展开了一场竞赛。当时有两个著名的DNA分子研究小组，一个是以著名的物理学家威尔金斯和化学家富兰克林为首的英国皇家学院研究小组，他们主要用X射线衍射来研究DNA结构。一个是以著名化学家鲍林为首的美国加州理工大学研究小组，他们主要用模型建构法研究DNA结构，并且已经用该方法发现蛋白质a螺旋。

1951年2月，威尔金斯将富兰克林拍的一张非常精美的DNA的X光衍射照片在意大利举行的生物大分子结构会议上展示，一直对DNA有浓厚兴趣的沃森看到这张图时，激动得话也说不出来，他的心怦怦直跳，根据此图他断定DNA的结构是一个螺旋体。他打定主意要制作一个DNA模型。他把这种想法告诉了他的合作者克里克，得到了克里克的认可。

沃森和克里克构建DNA分子结构模型的工作始于1951年秋。他们用模型构建法，仿照著名化学家鲍林构建蛋白质α螺旋模型的方法，根据结晶学的数据，用纸和铁丝搭配脱氧核苷酸。

他们构建了一个又一个模型，都被否定了。但沃森坚持认为，DNA分子可能是一种双链结构。因为自然界中的事物，很多是成双成对的，细胞中的染色体也是成对的。之后他们分别完成了以脱氧核糖和磷酸交替排列为基本骨架，碱基排在外面的双螺旋结构(如图一)，和以脱氧核糖和磷酸交替排

列为基本骨架，碱基排在内部，且同型碱基配对的双螺旋结构（如图二）。

1952年，生物化学家查伽夫访问剑桥大学时向报道了他对人、猪、牛、羊、细菌和酵母等不同生物DNA进行分析的结果。查伽夫的结果表明，虽然在不同生物的DNA之间，4种脱氧核苷酸的数量和相对比例很不相同，但无论哪种物质的DNA中，都有A=T和G=C，这被称为DNA化学组成的“查伽夫法则”。1952年7月，查伽夫访问卡文迪什实验室时，向克里克详细解释了A:T=G:C=1:1的法则。之后，克里克的朋友，理论化学家格里菲斯通过计算表明，DNA的4种脱氧核苷酸中，A必须与T成键，G必须与C成键。这与查伽夫法则完成一致。随后，鲍林以前的同事多诺告诉沃森，A-T和G-C配对是靠氢键维系的。以上这些工作，就成了沃森和克里克DNA分子模型中A—T配对、G—C配对结构的基础。

至此，DNA模型已经浮现。2月28日，沃森用纸板做成4种碱基的模型，将纸板粘到骨架上朝向中心配对，克里克马上指出，只有两条单链的走向相反才能使碱基完善配对，这正好与X光衍射资料一致。完整的DNA分子结构模型完成于1953年3月7日。根据这个模型，DNA分子是一个双螺旋结构，每一个螺旋单位包含10对碱基，长度为34埃（1埃=10-10米）。螺旋直径为20埃。4月15日，沃森和克里克关于该模型的第一篇论文在《自然》（Nature）杂志上发表。

DNA分子双螺旋结构模型的发现，是生物学史上的一座里程碑，它为DNA复制提供了构型上的解释，使人们对DNA作为基因的物质基础不再怀疑，并且奠定了分子遗传学的基础。DNA双螺旋模型在科学上的影响是深远的。

人类在地球上生存了500万年，而至今人们都没有找到其他的智慧生命，为何只有人类一种，人们找不到答案，人们也不知道什么时候可以找到答案。科学家不断往外太空发射探测器，目前火星或者月球轨道上的探测器不计其数，科研人员每一天也可以接收到很多关于外太空的消息，但大多数时候都是一个又一个迷圈。

除了观测外太空，科研人员对于来自外太空的陨石也很有兴趣。陨石在一定意义上，属于外太空中的某一个行星，如果可以在陨石当中检测到可观的成分，那么对于研究外太空也是十分有利的。之前有科学家就检测到陨石当中含有氨基酸和核碱基，中所周知，这两种成分都是生命构成的基本物质。既然陨石当中含有的话，那么或许就可以假定生命之源在外太空了。

美国和日本科学家从一颗陨石中发现了核糖成分，或许能够刷新人们对地球生命起源的认识，但不能得出地球生命一定是从外太空起源的结论。这颗陨石是上世纪60年代末期坠落在澳大利亚的，因为体积较大、含有一些有机物质，一直以来成为很多研究人员关注的陨石之一。这颗陨石据判断来自火星，与别的陨石外观并无太大差别，但这次研究人员利用专门仪器从陨石内部获取了部分粉末状物质，在排除地球环境的影响后，发现里面含有微量核糖成分，以及一些别的糖类，令科学界为之一振。

核糖是RNA的重要组成部分，而糖类也是生命体组成的重要物质

当把RNA进行水解后，会生成核糖、磷酸和腺嘌呤、鸟嘌呤、尿嘧啶、胞嘧啶4中碱基物质。通过多年的太空探索，我们还没有发现火星上存在着生命形式，但这个陨石的研究，则反映了火星上至少存在简单的有机物，在小行星撞击火星后，包裹在飞溅出去的碎片上，脱离火星引力来到了地球。

之前科学界一直以为地球的生命起源，是纯粹的自然萌生于海洋内，这颗陨石内部核糖的发现，为探索地球生命的真正起源带来了另外一个途径，那就是有可能组成地球生命的原材料来自于外太空，然后在漫长的历史时期，于地球海洋中逐渐合成简单的有机物，从而再逐渐演化发展。至于可能性有多大，还得科学家们再深入地进行研究和论证。

科学家们首先发现了富含碳的陨石样品中生命构造块的衍生物。他们还展示了生物化合物如何在星际空间中形成，这些新发现支持了地球上的生命起源于宇宙影响的理论，

糖和糖的衍生物对地球上的生命至关重要，它们以及氨基酸和其他有机分子，也可以在太空中的小行星和彗星上找到。科学家们已经提出，太空中的物体可能落到地球上并传递了能够激发地球上生物过程的化合物。

糖和冰

在这项新的研究中，科学家分析了在模拟太空星际介质的条件下，暴露于紫外线辐射的冰混合物中的五个残留物，目标是看看地球上生命中发现的有机分子是否会在模拟的空间环境中形成。在这些残留物中，他们发现了2-脱氧核糖，和构成DNA中“D”的糖成分。他们还发现了2-脱氧核糖的衍生物，这些化合物具有一个原子或一组不同的原子。

“天体化学冰光解实验，如我们论文中描述的那些，为这些化合物如何在这样的天体物理环境中形成提供了令人信服的解释，”美国宇航局艾姆斯研究中心的首席研究员在一封电子邮件中谈到了这些实验。

关于地球上生命起源的理论有很多。科学家们认为像2-脱氧核糖这样的生物化合物可能在地球上第一个生物体的形成过程中发挥了作用。有些人甚至认为这些生物化合物在太空的非生物环境中形成，在诸如彗星，小行星，流星体和行星际尘埃粒子等物体上形成。以前的研究表明生物化合物可能在太空中形成，并且在小行星和彗星的撞击中更为常见的情况下，它们可能很久很久以前就已经落到地球上。

简而言之，这项研究表明，像2-脱氧核糖这样的生物化合物可以在非生物环境中形成。

“我们的论文连同其他几篇论文描述了过去25年左右发表的类似的天体化学实验，表明在天体物理环境中可以在非生物条件下形成各种各样的具有生物学意义的化合物， “米切尔纽瓦说。

“由于小行星和彗星经常以陨石的形式撞击行星表面，包括地球，很明显大量的有机化合物，包括生物学上感兴趣的化合物，经常被倾倒在我们的大陆和海洋中，同样地，他们可能被倾倒在太阳系的其他行星上，“他说。“这并没有解释40亿年前生命如何来自我们的星球，因为没有人知道这些有机化合物如何与生命开始所需的更复杂的结构相结合。但它表明糖衍生物和其他具有生物学意义的化合物存在，并可能被倾倒在银河系的各个行星上。“

地球大气的演化经历了原始大气、次生大气和现在大气三代。

　　原始大气

　　原始大气的形成与星系的形成密切有关。宇宙中存在着许多原星系，它们最初都是一团巨大的气体，主要成分是氢。以后原星系内的气体，团集成许多中心，在万有引力作用下，气体分别向这些中心收缩。出现了许多原星体，愈收缩则密度愈大，密度愈大则收缩愈快，使原星体内原子的平均运动速率愈来愈大，温度也愈来愈高。当温度升高到摄氏1000万度以上时，原星体会发生核反应，出现四个氢原子聚变为一个氦原子的过程。较大的原星体的核反应较强，能聚变成较重的元素。按照爱因斯坦能量（E）和质量（m）方程E = mc2（c为光速），这些聚变过程会伴生大量辐射能，使原星体转变为发光的恒星体。恒星体内部存在复杂的核反应，在氢的消耗过程中，较重元素的丰度渐渐增多，并形成一些更重要的元素，光谱分析的结果是，原子丰度随原子序数增大而减少。

　　特别巨大的星体，内部核反应特强，能使星体爆裂，形成超新星，它具有强大的爆炸压强，使其中已形成的不同原子量的元素裂成碎片，散布到星际空间中去，造成宇宙尘和气体云，随后冷却成暗云。这样，超新星的每一次爆炸，都进一步使星系内增加更多的较重元素，使星际空间内既有大量气体（以氢、氦为主），又有固体微粒。太阳系是银河系中一个旋臂空间内的气体原星体收缩而成的，因此它包含有气体和固体微粒。太阳系的年龄估计为46～50亿年，银河系的历史约比太阳系长2～3倍。　原太阳系中弥漫着冷的固体微粒和气体，它们是形成行星、卫星及其大气的原料。在原太阳系向中心收缩时，其周围绕行的固体微粒和气体，也分别在引力作用下凝聚成行星和卫星。关于太阳、行星、卫星是否同时形成，尚有不同意见：有的认为是同时形成的，有的认为是先形成太阳，后形成行星及卫星，有的认为卫星是行星分裂出的，也有认为行星和卫星的形成早于太阳。但对地球的形成约在距今46亿年前，则是比较一致的看法。原地球是太阳系中原行星之一。它是原太阳系中心体中运动的气体和宇宙尘借引力吸积而成。它一边增大，一边扫并轨道上的微尘和气体，一边在引力作用下收缩。随着“原地球”转变为“地球”，地表渐渐冷凝为固体，原始大气也就同时包围地球表面。

　　次生大气

　　地球原始大气的消失不仅是太阳风狂拂所致，也与地球吸积增大时温度升高有关。温度升高的原因不仅是吸积的引力能转化为热能所致，流星陨石从四面八方打击固体地球表面，其动能也会转化为热能。此外，地球内部放射性元素如铀和钍的衰变也释放热能。上述这些发热机制都促使当时地球大气中较轻气体逃逸。　发热机制除使当时大气中较轻气体向太空逃逸外，还起到为产生次生大气准备条件的另外两种作用。①使被吸积的C1型碳质球粒陨石中某些成分因升温而还原，使铁、镁、硅、铝等还原分离出来，由于它们的比重不等，造成了固体地球的重力不稳定结构。但由于它们都是固体，没有自动作重力调整的可能。②使地球内部升温而呈熔融状态。这一作用十分重要。因为它使原来不能作重力调整的不稳定固体结构熔融，可通过对流实现调整，发生了重元素沉向地心、轻元素浮向地表的运动。这个过程在整个地质时期均有发生，但在地球形成初期尤为盛行。在这种作用下，地球内部物质的位能有转变为宏观动能和微观动能的趋势。微观动能即分子运动动能，它的加大能使地壳内的温度进一步升高，并使熔融现象加强。宏观动能的加大，使原已坚实的地壳发生遍及全球的或局部的掀裂。这两者的结合会导致造山运动和火山活动。在地球形成时被吸积并锢禁于地球内部的气体，通过造山运动和火山活动将排出地表，这种现象称为“排气”。地球形成初期遍及全球的排气过程，形成了地球的次生大气圈。这时的次生大气成分和火山排出的气体相近。而夏威夷火山排出的气体成分主要为水汽（约占79%）和二氧化碳（约占12%）。但根据HD霍兰（1963）的研究，在地球形成初期，火山喷发的气体成分和现代不同，他们以甲烷和氢为主，尚有一定量的氨和水汽。　次生大气中没有氧。这是因为地壳调整刚开始，地表金属铁尚多，氧很易和金属铁化合而不能在大气中留存，因此次生大气属于缺氧性还原大气。次生大气形成时，水汽大量排入大气，当时地表温度较高，大气不稳定对流的发展很盛，强烈的对流使水汽上升凝结，风雨闪电频仍，地表出现了江河湖海等水体。这对此后出现生命并进而形成现在的大气有很大意义。次生大气笼罩地表的时期大体在距今45亿年前到20亿年前之间。

　　现在大气

　　由次生大气转化为现在大气，同生命现象的发展关系最为密切。地球上生命如何出现是长期争论的问题。АИ奥巴林（1924）最早提出生命现象最初出现于还原大气中的看法，其后有SL米勒（1952）等人在实验室的人造还原大气中，用火花放电的办法制出了一些有机大分子，如氨基酸和腺嘌呤等。腺嘌呤是脱氧核糖核酸和核糖核酸的主要成分。所以这种实验有一定意义。但20世纪60、70年代人们利用射电望远镜发现在星际空间就有这些有机大分子，例如氨亚甲胺(CH2NH）、氰基(CN）、乙醛(CH3CHO）、甲基乙炔(CH3C2H）等。他们又曾将陨星粉末加热，发现有乙腈(CH3CN）等挥发性化合物和腺嘌呤等非挥发性化合物。于是认为生命的根苗可能存在于星际空间。但无论如何，即使“前生命物质”来自星际空间，但最简单的最早的生命，仍应出现于还原大气中。这是因为在氧气充沛的大气中，最简单的生命体易于分解、难以发展。

　　氮和氩的形成

　　正如现在大气中的二氧化碳，最初有一部分是由次生大气中的甲烷和氧起化学作用而产生的一样，现在大气中的氮，最初有一部分是由次生大气中的氨和氧起化学作用而产生。火山喷发的气体中，也可能包含一部分氮。在动植物繁茂后，动植物排泄物和腐烂遗体能直接分解或间接地通过细菌分解为气体氮。氧虽是一种活泼的元素，但是氮是一种惰性气体，所以在常温下它们不易化合。这就是为什么氮能积集成大气中含量最多的成分，且能与次多成分氧相互并存于大气中的原因。至于现在大气中含量占第三位的氩，则是地壳中放射性钾衰变的副产品。

　　氧和二氧化碳的形成和变化

　　在绿色植物尚未出现于地球上以前，高空尚无臭氧层存在，太阳远紫外辐射能穿透上层大气到达低空，把水汽分解为氢、氧两种元素。当一部分氢逸出大气后，多余的氧就留存在大气中。在此过程中，因太阳远紫外线会破坏生命，所以地面上就不能存在生命。初生的生命仅能存在于远紫外辐射到达不了的深水中，利用局地金属氧化物中的氧维持生活，以后出现了氧介酶(Oxygen-mediating enzymes），它可随生命移动而供应生命以氧，使生命能转移到浅水中活动，并在那里利用已被浅水过滤掉有害的紫外辐射的日光和溶入水中的二氧化碳来进行光合作用以增长躯体，从而发展了有叶绿体的绿色植物。于是光合作用结合水汽的光解作用使大气中的氧增加起来。大气中氧的组分较多时，在高空就可能形成臭氧层。这是氧分子与其受紫外辐射光解出的氧原子相结合而成的（见大气臭氧层）。臭氧层一旦形成，就会吸收有害于生命的紫外辐射，低空水汽光解成氧的过程也不再进行。于是在低空，绿色植物的光合作用成为大气中氧形成的最重要原因。这时生命物因受到了臭氧层的屏护，不再受远紫外辐射的侵袭，且能得到氧的充分供应，就能脱离水域而登陆活动。总之，植物的出现和发展使大气中氧出现并逐渐增多起来，动物的出现借呼吸作用使大气中的氧和二氧化碳的比例得到调节。此外，大气中的二氧化碳还通过地球的固相和液相成分同气相成分间的平衡过程来调节。

　　一般在现在大气发展的前期，地球温度尚高时，水汽和二氧化碳往往从固相岩石中被释放到大气中，使大气中水汽和二氧化碳增多。另外大气中甲烷和氧化合时，也能放出二氧化碳。但当现在大气发展的后期，地球温度降低，大气中的二氧化碳和水汽就可能结合到岩石中去。这种使很大一部分二氧化碳被锢禁到岩石中去的过程，是现在大气形成后期大气中二氧化碳含量减少的原因。再则，一般温度愈低，水中溶解的二氧化碳量就愈多，这又是现在大气形成后期二氧化碳含量比前期大为减少的原因之一。因为现在大气的温度比早期为低。

　　大气中氧含量逐渐增加是还原大气演变为现在大气的重要标志。一般认为，在太古代晚期，尚属次生大气存在的阶段，已有厌氧性菌类和低等的蓝藻生存。约在太古代晚期到元古代前期，大气中氧含量已渐由现在大气氧含量的万分之一增为千分之一。地球上各种藻类繁多，它们在光合作用过程中可以制造氧。在距今约 6亿年前的元古代晚期到古生代初的初寒武纪，氧含量达现在大气氧的百分之一左右，这时高空大气形成的臭氧层，足以屏蔽太阳的紫外辐射而使浅水生物得以生存，在有充分二氧化碳供它们进行光合作用的条件下，浮游植物很快发展，多细胞生物也有发展。大体到古生代中期（距今约4亿多年前）的后志留纪或早泥盆纪，大气氧已增为现在的十分之一左右，植物和动物进入陆地，气候湿热，一些造煤树木生长旺盛，在光合作用下，大气中的氧含量急增。到了古生代后期的石炭纪和二叠纪（分别距今约3亿和25亿年前），大气氧含量竟达现有大气氧含量的3倍，这促使动物大发展，为中生代初的三叠纪（距今约 2亿年前）的哺乳动物的出现提供了条件。由于大气氧的不断增多，到中生代中期的侏罗纪（距今约15亿年前），就有巨大爬行动物如恐龙之属的出现，需氧量多的鸟类也出现了。但因植物不加控制地发展，使光合作用加强，大量消耗大气中的二氧化碳。这种消耗虽可由植物和动物发展后的呼吸作用产生的二氧化碳来补偿，但补偿量是不足的，结果大气中二氧化碳就减少了。二氧化碳的减少必导致大气保温能力减弱、降低了温度（见温室效应），使大气中大量水分凝降，改变了天空阴霾多云的状况。因此，中纬度地带四季遂趋分明。降温又会使结合到岩石中和溶解到水中的二氧化碳量增多，这又进一步减少空气中二氧化碳的含量，从而使大气中充满更多的阳光，有利于现代的被子植物（显花植物）的出现和发展。　由于光合作用的原料二氧化碳减少了，植物释出的氧就不敷巨大爬行类恐龙呼吸之用，再加上一些尚有争议的原因（例如近来有不少人认为恐龙等的绝灭是由于星体与地球相碰发生突变所致），使恐龙之类的大爬行动物在白垩纪后期很快绝灭，但能够适应新的气候条件的哺乳动物却得到发展。这时已到了新生代，大气的成分已基本上和现在大气相近了。可见从次生大气演变为现在大气，氧含量有先增后减的迹象，其中在古生代末到中生代中期氧含量为最多。

　　人类活动对大气成分的影响

　　地球自形成到现代，经历了原始大气、次生大气和现在大气三个阶段。但现在大气的成分，也不是永不再变的，它将随着今后自然条件的变化及人类活动的影响而发生变化。例如自然界的氮在一定时期内近似地保持平衡。但是人畜的大量繁殖，使大气中自由氮转变为固定态氮的量不断增加。又根据统计，自1950年到1968年，为了生产肥料，每年所固定的氮量约增加5倍，这必然会影响大气中氮的含量。大气中氧和二氧化碳也受到人畜繁殖和人类活动的影响。例如人畜的增多，必增加大气中的二氧化碳而减少大气中的氧。人类砍伐林木必将减弱全球光合作用的过程，从而减少大气中的氧含量，而燃烧和工业活动又有消耗大气中的氧并增加大气中二氧化碳的作用。此外，人类的工业活动还增加了大气中一些前所未有的污染物，它们也影响了大气的组分（见空气污染气象学、人类活动对气候的影响）。

35亿年前，地球出现了单细胞生物，生命计划在这颗岩石行星上延续下去，今天看来，计划成功了，以人类为首的智慧生物高高站在物种顶端，然而一个根本问题困扰着我们，生命起源何处？是地球自身环境从无到有诞生了生命，还是另有它径？

最近这个问题似乎有了可能的答案，根据国际权威学术期刊《自然·通讯》杂志在4月26日发表的一篇论文《Identifying the wide persity of extraterrestrial purine and pyrimidine nucleobases in carbonaceous meteorites》（识别碳质陨石中外星嘌呤和嘧啶碱基的广泛多样性），日本科学家及其合作团队在陨石中发现了DNA和RNA主要成分的五种碱基，可能是由富碳陨石带来地球的。

团队研究了三块陨石，分别是默奇森陨石（70亿年前形成，比太阳系还古老）、默里陨石和塔吉什湖陨石，他们利用专门针对碱基进行优化的小规模量化先进分析技术，除了此前就发现的三种碱基：鸟嘌呤、腺嘌呤、尿嘧啶，还首次检测到了剩余的两种碱基存在：胞嘧啶和胸腺嘧啶（这也标志着DNA和RNA包含的五种碱基全部在陨石中被发现了）

研究人员表示：DNA不太可能直接在陨石本身形成，它们应该是在星际介质中经光化学反应产生，其后融入了小行星，最后降落地球，这些物质可能有助于地球早期生命分子的发展，对于早期生命出现的遗传学功能可能起到了一定作用。

因此从这个层面来讲，地球现有的生物有可能都是依靠陨石携带的物质和地球自身环境物质共同发展起来的，所以说我们都是外星后代，并不是没有这种可能性的。

实际上这个问题，咱们在中学生物课上都学过，首先关于DNA和RNA，这两种物质的基本单位分别叫做脱氧核糖核苷酸和核糖核苷酸，这些核苷酸又是由碱基、五碳糖以及磷酸三种物质组成的化合物，而由这些核苷酸单体聚合形成的大分子化合物就被称为核酸（核酸是刚才说的脱氧核糖核苷酸和核糖核苷酸的总称）

这两种核苷酸的区别可见上图，形式上一个带核糖，一个带脱氧核糖（两个五碳糖中有个少了一个氧原子），其余都一样。但在碱基种类上有差别，因为各自的碱基并不完全相同，脱氧核糖核苷酸的四种碱基分别为：腺嘌呤（A）、鸟嘌呤（G）、胸腺嘧啶（T）和胞嘧啶（C），而核糖核苷酸的四种碱基不包含胸腺嘧啶，取而代之的是尿嘧啶（U）。

其次在提到DNA、RNA这些东西时，想必大家就会很自然地想到基因、遗传等等名词，简单来讲DNA提供合成RNA和蛋白质的必要遗传信息，而RNA则主要负责引导蛋白质的合成（有些病毒则完全是由RNA携带遗传信息，不过大多数生物的基因都由DNA构成），而蛋白质则是各种生命活动的参与者，总的来说，一个生物个体的形成，其根源就是从DNA和RNA的运作开始的。

作为科普而言，上述知识也都是中学生物的重述，不再多言，总之只需明白一句话：碱基是构成DNA和RNA的重要成分，而且在DNA和RNA的复制、转录、翻译过程中都要遵循碱基互补配对原则。

因而科学家们在陨石身上能发现五种碱基，而这些陨石有的年龄已高达70亿年之久，这比将近50亿岁高龄的太阳系还要古老，这件事本身就让人感到激动，所以科学家才会说这些太空的外来物很可能帮助了地球早期生命分子的发展。

为何说是帮助了地球生命发展呢？因为曾有一项非常著名的实验，模拟了地球早期环境下能够诞生一些诸如氨基酸等有机物质（蛋白质的基本组成单位就是氨基酸），这就是“米勒—尤里实验”。

我们知道地球的年龄与太阳系相仿，大约为46亿岁，然而早期地球环境却与今天有着天壤之别，为了验证地球早期生命诞生的可能，在上世纪50年代，由美国科学家哈罗德·尤里以及斯坦利·米勒，设计了这样一个实验：

将甲烷、氢气、氨气等物质放在一个含水的密闭容器内，通过在内部不断放电（模拟闪电），以此来还原地球早期大气环境，在持续一周实验后，科学家们在底部液体中发现了大量有机物存在，比如氨基酸，甚至是糖类等一些能构成核酸的物质也出现了，因此他们认为在原始地球的环境下，是可以产生一些有机小分子物质的。

而之后这些物质在原始海洋中经过亿万年的时间，最终诞生出了生命，这一假说又被称为化学起源说（人们至今还没在实验室造出生命）。

实际上有关生命起源的假说还有不少，排除一些明显不符合科学的，比如神创说、自然发生说（物体之间的变化，比如落叶落地变成鸟，入水变鱼），剩下的基本上也就是两类，一个是化学演变，另一类是地外物体携带。

但综合来讲，化学演变和地外物体携带是可以融合在一起的，因为在地球这46亿年的 历史 中，像如今稳定的地表地外环境是少有的，因为早期的地球时刻面临陨石袭击、地震火山频发等内外部因素，而米勒—尤里实验验证了原始地球能够产生有机小分子，而陨石袭击很可能会加速这个什么生命诞生过程，因为陨石也能携带有机分子，甚至是5种类型的碱基（这就是开头给出的结论）。

以具有70亿年 历史 的默奇森陨石为代表，这颗于1969年在澳大利亚维多利亚州默奇森附近发现的陨石，是目前世界上被研究最多的陨石之一，其自重超过100公斤，目前已经在其内部发现了超过一百种氨基酸（看见没，不但原始地球环境能自己生成氨基酸，陨石也能携带多种多样的氨基酸）。

也就是说在这些基础上，自然环境中已然具备蛋白质和核酸出现的条件，那么生命的诞生可能就仅仅是时间问题了（最好的证据就是现在地球上生机勃勃的景象），最好可能会有朋友要问，为什么不能是陨石上面直接带来了生命体呢？

简单来讲，这实际上还是涉及了生命起源，毕竟陨石上原有的生命体又是哪来的呢？

人类追溯生命的起源，在另一个角度上也是为了在宇宙中寻找生命，然而这也对“何为生命”这样一个似乎很简单的事实带来了思考。

无论如何，我们必须承认这样一个事实，现有的所谓的生命的定义都是基于地球模式得出的，也就是所谓的“具有能量代谢功能，能回应刺激及进行繁殖的开放性系统”，也就是能吸收环境养分，对环境刺激作出回应，最后还能进行繁殖。

然而宇宙那么大，单单是可观测宇宙，其直径就在920亿光年，虽然物理上有物理规律普适性的先提设置，但我们似乎也将生命规律普适性强加到了整个宇宙，即便这是在当前 科技 水平下能够最准确寻找到生命存在的标准。

但遗憾的是，就和梦境一样，人类一般是不会在梦境中出现具体的未知事物，就比如你让古人梦到手机电脑一样，因此“何为生命”，似乎就成了人类基于现有事实或科学基础原理发现或推演才能得出的结论。

这样的问题似乎成了一个哲学问题，举个例子，比如恒星的一生，如果依照地球生命的定义，也会有下面三个过程：

吸收环境养分阶段：一团星际分子云受周围宇宙环境的变化，触发了引力坍缩过程，其中一部分形成了我们的太阳系这样的行星系统，而太阳自身也吸收了整个太阳系绝大部分物质

对环境刺激作出回应：最终引发核聚变，直到内部压力的动态平衡，进入了主序星，最后因内部氢元素不足，而出现外壳膨胀内核收缩现象（外层氢在燃烧，而内核氦还不够点燃核聚变，只能在引力作用下收缩直至点燃核聚变），最终在自身质量的决定整个过程会发生几次，上限是聚变至铁元素结束

能够进行繁殖：最后会在一场爆发中死亡，留下的残骸就是白矮星、中子星或黑洞，而爆发的物质则为下一代星系提供原料

但你会说恒星是生命吗？显然不会，因为它没有自由意识，但何为自由意识，地球生物难道都具备？所以超出地球生命而言，生命原本就是一个极广泛的定义。

此外我们还要记住，科学从来不是为了解释世界而存在的，它只是人类更好地描述世界的存在，因为宇宙的存在是一个客观事实，不论什么科学都无法改变的事实，因此科学只是为了更好更准确的描述它。

地球人都知道,

可乐的配方

　　

　　一份7x 配方可以制作3份可乐糖浆, 或近54升可乐

　　

　　第一步: 7x 配方:

　　

　　使用食品级挥发油(香精油), 混合375ml 橙油; 3ml 石灰油(lime oil); 1ml 柠檬油; 1 ml 肉桂油 (nb 下次生产减少肉桂含量); 075ml 肉豆蔻; 025ml 胡荽油 (6 滴); 025ml 熏衣草油(6滴); 025ml 橙花油 (高成本，可选用或去除)

　　

　　使用测量用注射器, 量取油至一玻璃或陶瓷容器。加盖保存防止挥发。然后溶解10g 方便阿拉伯树胶（相当于22ml）与1滴伏特加（Cube酒吧使用的是Zubrowka牌）于20ml水(低钙/低镁的软水，Volvic牌)。（小心，伏特加总量将会是00007/升 Cube可乐）。

　　

　　将树胶/水/伏特加混合物加入高沿搅碎机（不锈钢或玻璃的最好）里。使用大功率冲击钻连接烹调用搅拌器，以最高速搅拌树胶混合物，同时让你助手滴加挥发油。以测量注射器缓缓注入。继续高速搅拌5-7分钟, 直到油和水乳化。

　　

　　最终混合物是浑浊的。把一滴混合物加入一杯水中测试乳化效果。水面应不见油花。你现在成功制备了调味乳液, 它可保存数月。

　　

　　第2步:混合物

　　

　　该步骤制作两种共同浓缩液， 成分A 和成分B，它们在用额外的水和白糖混合成可乐糖浆前，可以分开存放。

　　

　　成分A

　　

　　混合 30 ml double strength 焦糖色 (DD Williamson Caramel 050) 和10 ml水。搅拌过程中，加入10ml 7x调味乳液（油/树胶/水混合物）。

　　

　　成分B

　　

　　Mix 3 茶匙 (10ml) 柠檬酸和 5-10ml水, 然后筛入075 茶匙 (275ml) 咖啡因 用研钵彻底混合直至咖啡因颗粒不可见。混合物有可能为白色或澄清。如为白色，加入更多的水。通过细纱布或果汁滤布出去一切异物。

　　

　　现在, A+B 可以分别包装，稍后重溶为可乐糖浆

　　

　　第3步: 可乐糖浆

　　

　　2升水; 2kg 白糖

　　

　　成分 A 和 B

　　

　　用15升水和所有的白糖制作糖浆（在蒸煮壶里混合，低热，加快溶解）。如不放心则过滤。在剩下的500ml水中混合成分A。依次加入成分B和糖浆。你得到了3升 Cube-Cola 糖浆或近似 18 升可乐。

　　

　　第4步: 可乐

　　

　　需要时, 按1:5配制可乐, 5份苏打水对应1份可乐糖浆。Cube用Tesco Ashford Mountain Spring的2l瓶子混合350ml 糖浆。