1、公共选修课,现代物理概论,第二讲 宇宙、地球、生命的起源与演化,第一节 宇宙概观，宇宙的起源与演化 宇宙:泛指天地万物.中文宇指空间,宙指时间. 在过去的几十年中，天文学家们已逐渐认识到现在宇宙的年龄约为100亿至150亿年之间，这段时间若与人类历史或者地质年代相比简直太长了。但从某种意义上说，宇宙仍然是个新生儿，人生历程才刚刚开始，宇宙自身许多的神奇故事还没有上演呢！ 在天文学家们的日常工作中，经常讨论一些也许多少亿年也不会发生的事情。比如，根据恒星演化的理论，在大约11亿年以后，我们的太阳将变得非常热，被煎熬的地球由于不再适于生命的存在而变得一片荒凉。70亿年以后，它将成为一个庞大的红巨星
2、。接着在随后的几亿年的时间里，它将耗尽自己的核能，外壳变暗成为一颗白矮星，进而开始了一个漫长的逐渐暗淡的过程。,这些严肃的事实让人不禁会问，是不是天上所有的星星都有一天会走到自己生命的尽头？是否有一天每颗星都已熄灭而又灭有更多的产生出来？如果所有的星都已逝去了，宇宙中将会发生什么事情？生命会在以个无星的环境中存在吗？生命是否还有其它奇怪的形式？并且很快我们就会问到这样一个终结问题：宇宙是否存在一个最终状态，在此以后又重新开始的可能也没有？ 以上这些问题中部分问题的答案正在逐渐变得清晰。大致而言，宇宙的前途有三种可能：封闭、平直和开放。对封闭宇宙猛烈的攻击始于1969年Martin Rees（现
3、在是英国皇家天文学家）的一篇开创性的文章。而后，Iamal Islam 和Freeman Dyson推动了开放和平直宇宙模型的长远发展。 在此，根据Rees, Islam, Dyson 的理论以及现在人类对物理和天文的最新理解，为大家描绘出遥远未来宇宙的一幅图象。正象我们的描述与前人的描述在一些细节上有所不同一样，随着天文学和物理学的发展，这些描述同样也会被重写。,一个开放的宇宙 大爆炸理论空前成功地解释了我们现在的宇宙及其特性，特别是在 有关宇宙膨胀、微波背景辐射及各种轻元素的不同丰度等方面，而几乎所有的通常意义上的 物质都是由这些轻元素组成的。 始自大爆炸的宇宙将面临三种不同的命运：一个封
4、闭的宇宙将由于自身引力作用而最终走向塌缩，开放的宇宙将永远膨胀下去，平直宇宙则介于二者之间，它也会永远膨胀下去，膨胀速度不断减慢，但永远不会达到静止。 最后的结局从宇宙开始就已决定了。它取决于宇宙的总体密度，一个被宇宙学家称之为的值。平直宇宙，处于准确的平衡状态，其值被定义为1。如果大于1，哪怕仅超过一点点，宇宙就会拥有足够的质量也可以说是能量，从而靠其自身引力阻止膨胀的趋势，把所有的物质拣回到一个难以想象的奇点，如果小于1，宇宙正以快与其“逃逸速度“的速度在膨胀，且会继续膨胀下去。,我们到目前还没有完全确定哪一种可能性是正确的。但一个最终判决正在到来，基于近来几种方式的天文观测表明在0.2至
5、0.3之间。这么低的值的可能性很大。许多理论学家倾向于等于1。但不论观测还是理论都没有得出过大于1的结论。 如果小于或等于1，那么宇宙将回存活足够长的时间以允许许多有趣的事件发生。封闭的宇宙则不会让所有激动人心的事件全部发生。在这篇文章中，我们暂且认为宇宙会永远膨胀，并可以持续到无穷的时间。 暴胀时代 对于宇宙的极早期，我们知之甚少，虽然如此，现代物理还是把答案归咎于大爆炸。 大爆炸宇宙学模型： 1948年，伽莫夫等在美国物理评论杂志上发表了关于大爆炸宇宙学模型的文章：提出宇宙是由甚早期温度极高且密度极大，体积极小的物质迅速膨胀形成的，这是一个由热到冷、由密到稀，不断膨胀的过程，尤如一次规模极
6、其巨大的超级大爆炸,根据这一学说，在宇宙的最早期，即距今大约150亿年前，今天所观测到的全部物质世界统统都集中在一个很小的范围内，温度极高，密度极大大爆炸开始后0.01秒，宇宙的温度约为1000亿摄氏度，其物质的主要成分为轻粒子(如光子、电子或中微子)，而质子和中子只占十亿分之一所有这些粒子都处于热平衡状态由于整个体系在快速膨胀，因此温度很快下降大爆炸后0.1秒，温度下降到300亿摄氏度，中子与质子之比从原来的1下降到0611秒钟后，温度已下降到100亿摄氏度随着密度的减小，中微子不再处于热平衡状态，开始向外逃逸电子棗正电子对开始发生湮没反应，中子与质子之比进一步下降到0.3但这时温度还太高，
7、核子仍不足以把中子和质子束缚在一起大爆炸后13.8秒，宇宙温度下降到30亿摄氏度这时质子和中子已可形成像氘、氦那样稳定的原子核化学元素从这时候开始形成 35分钟后，宇宙温度进一步下降到3亿摄氏度，核形成停止了氦和自由质子的质量之比大致保持在0.220.28这一范围内由于温度还很高，质子仍不能和电子结合起来形成中性原,子中性原子大约是在大爆炸发生后30万年才开始形成的，这时的温度已降到3 000摄氏度，化学结合作用已足以将绝大部分自由电子束缚在中性原子中到这一阶段，宇宙的主要成份是气态物质，随着温度的进一步降低，它们慢慢地凝聚成密度较高的气体云，到109年后，进一步形成各种星系，1010年形成恒
8、星系统这些恒星系统又经历了漫长的演化，才形成了我们今天所看到的宇宙 大爆炸宇宙学模型发展至今，特别是关于轻元素丰度的解释和微波背景辐射的测量，说明大爆炸宇宙学模型正在走向成熟但这并不能说明该理论无可挑剔相反，大爆炸理论存在诸多包括视界问题、平坦性问题(现已被暴涨理论所解释)、奇性问题、磁单极子问题、重子不对称问题、暗物质问题和宇宙常数等困难，这些有待于进一步研究相信对这些问题的不断解决，必将进一步完善大爆炸宇宙学模型 理论物理学家已经提出了一些看似可行的观点来解释宇宙的开始。一般认为存在许多次大爆炸，而非一次，不断地从以前形成的时空中产生出来，每次大爆炸，宇宙都迅速涨大，并从产,生它的母体中分
9、离，这个新的宇宙与其它宇宙相互隔离并且是以其自有的方式演化。 对于我们存在的这个宇宙，对数时间轴有一个确切的始点：10E-44秒，这个时间称为普朗克时间，被认为是时间的量子单位，不能把时间划分得比这儿再小了，正如一种基本粒子电子不能再分割成更小的成分一样。 根据现有理论，时间轴上下一个重要的事件于发生于10E-7量级之后，即10E-37秒的时候，在此时新生的宇宙具有难以置信的高温和密度。超高能量的量子场使空间以很大的加速度在膨胀。与此同时，产生了非常小的密度起伏，否则这个微小寂寞的宇宙将充满光滑又毫无特征的能量场。这些微小的变化随空间的膨胀而保留了下来。他们以后便成为了我们现在所看到的星系、星
10、系团和大尺度结构的种子。在10E-32秒的时候，这样的暴涨停止了，随后宇宙膨胀的步子温和多了。 这里要提醒大家注意的是：暴胀理论预言的宇宙0等于1，至少也是理论的最简单情况。物理学家正设法使这种理论能产生出开放的宇宙来。,辐射为主的时代 下一个不断冷却且不断膨胀的时代持续了10E43个数量级，直至宇宙的年龄为一万年，在这段时间里，宇宙中除了光滑单一的辐射海洋外，几乎一无所有，我们熟悉的天体，如恒星和星系，现在还没有诞生。 在一辐射为主的时代中，许多重要的时间奠定了我们现在所知宇宙的性质，例如：复杂粒子的相互作用使得正物质比反物质稍稍多了一点。反物质和几乎所有的正物质都相互湮灭了。残留下来的一些
11、正物质便形成了我们知道的这个宇宙。 大爆炸后数分钟时，冷却的物质开始形成轻元素的核，包括氢、氘、氦和锂。核物理定律对标准大爆炸模型在这时期的温度、压强和密度已经开始适用。因此我们可以准确地计算所应产生的原物质的成分。计算结果与我们实际所观测到的宇宙中最古老的物质的成分是相等的。,当不断减少的辐射能量密度低于物质的能量密度时，辐射为主的时代结束了。 以上情况不久，另一有划时代意义的事件便发生了。在宇宙年龄为30万年时，宇宙的温度第一次下降到了可以让整个原子（特别是氢原子）得以形成并保持下来的程度。在此之前，温度太高了，即使有一电子与原子结合在一起也会很快被撞为自由电子的。宇宙转化为由中性氢构成的
12、这一时期被称为“复合时期”。 这个过程很重要，因为这是第一次把宇宙从辐射中解放出来，还之以透明。在此之前，宇宙是不透明的辐射不断地与物质粒子相互作用。由于气体氢是透明的，所以这时的辐射可以自由飞翔了。首次一自由光的形式传播。今天我们观测到的微波背景辐射就是复合时期遣留下来的。由于其强度大大减弱，该辐射已经产生了很大的红移。 由此开始，那些没有被漫步宇宙的辐射之海所平滑掉的物质密度的起伏开始产生结构，我们熟悉的天体，像恒星和星系开始形成。,恒星时代 恒星时代意味着这是一个“充满恒星“的时代，在该时代中，宇宙中产生的大部分能量来自于普通恒星的核聚变。恒星不断地形成、演化和死亡。我们目前就生活在恒星
13、时代中期。 第一代恒星可能形成于宇宙仅有几百万年历史的时候（虽然这类属于“星族“的恒星到目前还没被证实）。在随后的几十亿年间，最初的星系开始出现，并逐渐形成星系团、超大星系团和大尺度结构。在很多星系内部，恒星形成过程以惊人的速率发生。许多年轻的星系还经历着与其贪婪的中心黑洞有关的剧烈过程。黑洞会把魔爪的恒星撕裂，并把它们变成由热气体组成的围绕其自身的吸积盘。在时间的长河中，大多数的类星体和活动星系核逐渐死去。我们的太阳和太阳系形成得稍晚，大约在45亿年前，这时银河系已经存在了相当长的一段时间了。 在我们太阳系演化的过程中，不能不提的一个事件是当太阳耗尽其氢燃料后，重新调整自身结构并形成一颗红巨
14、星。计算机模拟结果表明太阳表面将会令人伤心地膨胀到几乎足以吞,没我们的地球，强大的热量将使地壳熔化，毁灭所有曾经存在于这个行星表面的生物和文明留下的证据。 然而，地球也在以各种可能的方式脱离这场灾难。成为红巨星的太阳将以很强的太阳风的形式抛弃大量物质。随着胀大的太阳把它的物质丢弃在太空，地球的轨道也会逐渐扩展一些，到一个稍安全些的地方，也许会变得和目前火星轨道大小差不多。 与此同时，在更大的尺度上，星系之间的碰撞和合并也在继续，然而这对星系中的单个恒星或行星并没有多少影响。据估计，60亿年后，我们的银河系将与M31，即仙女座大星云产生相互作用，即使那次不会合并，在更久远的未来这种命运也是难以逃
15、脱的。这两个星系是很明显地由引力作用束缚在一起的一对儿，两者合并为一个更大的系统仅是一个时间问题。 对很多存在与星系团中的星系来说，相似的命运在等待着它们。在以后几个宇宙时代里，当时间以太年（即10E12年）来计算时，星系团也将合并，并让位于更大的不定型的类星系系统，在一些富星系团中，这样的过程已经开始上演了。,随着恒星时代的继续，一个关键性的角色将落到一类最不起眼、最通常的星体上，这就是红矮星。这类星的质量不足太阳质量的一半，但由于其数量庞大，它们的总质量很容易就超过其他星体质量的总和。尤其需指出的是，这些红矮星在把他们的氢燃烧成氢的过程中，可是真正的吝啬鬼。它们节省着自己的燃烧，以至于在九
16、太年之后它们中的最节俭的成员还在闪闪发光。到那时，所有大一些的星都早已燃尽而变成象冰冷的白矮星这样的残渣或者以超新星的形式炸毁了。红矮星的长期演化与太阳这样更重些的恒星是不同的。最小的恒星在把自身的氢燃烧成氦的过程中，其亮度和温度都增加得非常缓慢，而不是很快膨胀并变成红巨星。一个很有趣的巧合：一个0.2太阳质量的恒星将经历一个相对平淡的人生，直到将近生命的尽头。在这期间，它的大小、温度、光度都几乎不变，其数值与今天的太阳差不多。 小质量星将在遥远的未来经历长时间的逐渐加热过程。在以后的某阶段，它们将比现在这种虚弱状态明亮得多。这也许需要几十亿年的时间，比如，一个0.16太阳质量的恒星在以后55
17、亿,年期间，其亮度将从现在太阳亮度的10%增加到25%，这段时间已足够在所有合适的行星上产生生命，比如我们的地球。在此之前，这些行星将在寒冷的状况下呻吟，以为这需要最小的恒星花几太亿年的时间在低温的主序阶段缓慢的进化。我们大胆地设想假如我们能达到这样一个遥远的未来中的行星，我们会发现一个和现在地球差不多的世界被照耀在阳光下，但那时的夜晚的空间将是一片空白，好象没有一颗星。 最后，即使是最小质量的红矮星也燃尽了它的氢，而一低质量的白矮星的形式结束它的生命。今天处于主序最低层的星，其质量仅有太阳的百分之八，它的主序阶段将持续10太年，而以后又该如何呢？ 一个星系只要它能不断地得到星际气体这种原料，
18、它就能维持星系内恒星的不断产生，随着恒星时代星风的减弱，恒星形成率也在不断下降。虽然这种趋势相当缓慢，10太年到100太年之后（这段时间相当于最长寿命的恒星的生命期），宇宙中的氢将耗尽，普通恒星的形成过程也永远不会再有了。,最后阶段产生的恒星们将是经历过许多代恒星演化循环的气体聚合而成的。因此，在这些后天恒星中，比氢和氦中的元素的含量会很高。当氧在恒星混合物中的含量足够高时，具有0.04个太阳质量的天体会在它的上层大气中形成厚厚的冰云，从而停止自身的收缩。核心因微量的核聚变而产生的热与从表面散失的能量保持平衡，使云层保持温热。这是些很怪异却真的很冷具有冰大气的天体。 当最后一颗红矮星也暗淡后，
19、恒星时代也就结束了，这时宇宙的年龄大约是10E14年，天空中已没有一颗闪亮的恒星了。,第二节 地球的起源与演化关于太阳系的起源的学说已有40多种。本世纪初期迅速流行起来的灾变说，是对康德拉普拉斯星云说的挑战；本世纪中期兴起的新的星云说，是在康德拉普拉斯学说基础上建立起来的更加完善的解释太阳系起源的学说。人们对地球和太阳系起源的认识也是在这种曲折的发展过程中得以深化的。 地球起源问题自18世纪中叶以来同样存在多种学说。目前较流行的看法是，大约在46亿年前，从太阳星云中开始分化出原始地球，温度较低，轻重元素浑然一体，并无分层结构。原始地球一旦形成，有利于继续吸积太阳星云物质使体积和质量不断增大，同
20、时因重力分异和放射性元素蜕变而增加温度。当原始地球内部物质增温达到熔融状态时，比重大的亲铁元素加速向地心下沉，成为铁镍地核，比重小的亲石元素上浮组成地幔和地壳，更轻的液态和气态成分，通过火山喷发溢出地表形成原始的水圈和大气圈。从此，行星地球开始了不同圈层之间相互作用，以及频繁发生物质-能量交换的演化历史。,形成原始地球的物质主要是上述星云盘的原始物质，其组成主要是氢和氦，它们约占总质量的98。此外，还有固体尘埃和太阳早期收缩演化阶段抛出的物质。在地球的形成过程中，由于物质的分化作用，不断有轻物质随氢和氦等挥发性物质分离出来，并被太阳光压和太阳抛出的物质带到太阳系的外部，因此，只有重物质或土物质
21、凝聚起来逐渐形成了原始的地球，并演化为今天的地球。水星、金星和火星与地球一样，由于距离太阳较近，可能有类似的形成方式，它们保留了较多的重物质；而木星、土星等外行星，由于离太阳较远，至今还保留着较多的轻物质。关于形成原始地球的方式，尽管还存在很大的推测性，但大部分研究者的看法与戴文赛先生的结论一致，即在上述星云盘形成之后，由于引力的作用和引力的不稳定性，星云盘内的物质，包括尘埃层，因碰撞吸积，形成许多原小行星或称为星子，又经过逐渐演化，聚成行星，地球亦就在其中,诞生了。根据估计，地球的形成所需时间约为1千万年至1亿年，离太阳较近的行星（类地行星），形成时间较短，离太阳越远的行星，形成时间越长，甚
22、至可达数亿年。 至于原始的地球到底是高温的还是低温的，科学家们也有不同的说法。从古老的地球起源学说出发，大多数人曾相信地球起初是一个熔融体，经过几十亿年的地质演化历程，至今地球仍保持着它的热量。现代研究的结果比较倾向地球低温起源的学说。地球的早期状态究竟是高温的还是低温的，目前还存在着争论。然而无论是高温起源说还是低温起源说，地球总体上经历了一个由热变冷的阶段，由于地球内部又含有热源，因此这种变冷过程是极其缓慢的，直到今天地球仍处于继续变冷的过程中。,地球的历史有46亿年。如果把这46亿年比作人类的1年，那么，在这一“年”中，地球形成于1月，地壳于2月凝结，原古海洋在3月产生；最早的生命诞生于
23、4月，留下化石则已是5月间了；12月“中旬”时，恐龙成为当月的主宰；而灵长类的足迹晚至12月26日才开始出现；作为一代天骄的人的历史，如以300百万年计，则直到这一“年”的12月31日“下午”的6“点”24“分”，方才姗姗来迟。但却恰好赶在“除夕”之日的新闻联播之前，成为这一“年”内最具爆炸性的新闻。,第三节 生命的起源 关于生命起源的几个假说： 1特创论（或神造说）。这一假说认为，现在地球上的各种生物都是由神创造出来的，生命是上带或神按照一定的目的，一次性地创造出来的。这一假说极为简单地把生命的起源推到了一个不可知、也无法证明的上帝和神的身上，这是在有科学之前，由于人类的愚昧无知而提出的。这
24、一假说把生命起源的问题，划归神学的范围，因而是极不科学的。 2自生论（或自然发生说）。这一假说是很多人根据一些错误的观察而提出的，认为生命是自然而然地由非生命物质产生的，而且是从非生命物质中突然产生出来。例如，中国古代有“腐革化萤”、“朽木化蝉”、“白石化羊”等说法；希腊有“泥土变鱼”的传说；17世纪欧洲有“腐肉生蛆”的说法等。这一假说本来出自原始社会人类的自然观，认为生命来自非生命物质，具有朴素的唯物主义因素，但因为是观察粗糙、错误而得出的结论，所以这一假说实际上又否认了生物与非生物之间的转化条件，因而否认了生物与非生物之间的界限。,3生源论（或生生说）。法国微生物学家巴斯德用一系列实验证明
25、了，生命是不可能自然发生的，生命只能由同类生物通过繁殖而产生。这一假说虽然证明了“自生论”是错误的，但又否认了非生物转化为生物的可能性，从而否认了生物与非生物之间的联系。按这一假说的看法，生命不能自然发生，只能以繁殖的方式产生，那么地球上最初的生命又是怎样产生的呢？这一假说是无法解释的。 4宇宙生命论（或泛生说）。这一假说提倡“一切生命来自生命”的观点，认为地球上最初的生命来自宇宙间的其他星球，即“地上生命，天外飞来”。这一假说认为，宇宙太空中的“生命胚种”可以随着陨石或其他途径跌落在地球表面，即成为最初的生命起点。现代科学研究表明，在已发现的星球上，自然状况下是没有保存生命的条件的，因为没有
26、氧气，温度接近绝对零度，又充满具有强大杀伤力的紫外线、X射线和宇宙射线等，因此任何“生命胚体”是不可能保存的。这个假说实际上把生命起源的问题推到了无边无际的宇宙中去了，同时这个假说对于“宇宙中的生命又是怎样起源”的问题，仍是无法解释的。,5.新自生论（或化学进化说）。这个假说也主张生命是由非生命物质产生的，但与“自生论”不同，认为生命是在漫长的宇宙进化中发生的，是宇宙进化到某一阶段的产物，不是现在条件下由非生命物质产生的。近几十年来，随着现代科学技术的发展，对于生命起源的化学进化问题，从天文学、地质学、物理学、化学、生物学、古生物学、古生物化学等多学科，进行了综合研究，取得了很大进展。这一假说
27、提出：在几十亿年的漫长岁月中，地球上由没有生命的无机物逐步发展成今天的生命世界。这一化学进化的说法，已经为广大的学者所接受、所承认。 生命的本质生命起源历来与宇宙成因、物质结构共同成为自然科学三大基础理论问题之一。有史以来人们一直在孜孜不倦地进行探讨，迄今并未终了。到底什么是生命？不同人有各种理解。信奉宗教者笃信“神的创造”和“灵魂”的存在，机械论者将生命现象与非生命现象视作完全等同，都不可能真正了解生命的,本质。人类历史上第一个从辨证唯物主义观点揭示生命本质属性的是德国的恩格斯，他在反杜林论中指出：“生命是蛋白体的存在方式，这种存在方式本质上就在于这些蛋白体的化学组成部分的不断的自我更新”。
28、简而言之，生命的基本特征就在于蛋白体（目前的理解为类似于原生质的核酸-蛋白质体系）具有的新陈代谢能力。这种能力是任何非生命不具备的，所以生命是物质运动的最高形式。生命现象的本质特征是核酸和蛋白质化学成分的自我更新(新陈代谢,包括同化和异化),生命现象最本质的内容是生物大分子的自我复制(DNA的复制;基因与人类基因组;蛋白质合成的控制;遗传密码)和生命体的自我组织. 生命（生物）与非生命（非生物界）之间并不存在不可跨越的鸿沟，构成生物体的50多种元素在非生物界里同样存在，说明两者有着共同的物质基础。生物是非生物演化到特定阶段的产物。,生命起源的机制20世纪60年代以来射电望远镜搜索宇宙空间的结果
29、，已经发现星际空间存在大量有机分子，至80年代初已累计达到55种，其中最重要的有15种。星际有机分子的存在说明，构成生命物质基础的有机物可在宇宙空间的自然过程中产生，并分布于银河系、河外星系的星球上和星际空间。但从无生命的简单有机物小分子（氨基酸、核苷酸、单糖等）复杂有机物大分子（类蛋白质、核酸、甘氨酸等）许多大分子聚集而形成以蛋白质和核酸为基础的多分子体系（呈现初步的新陈代谢生命现象），需要经过由化学演化生命演化的连续序列和重大飞跃。在已知宇宙空间或存在热核反应的恒星条件下，是不可能实现的。因此，地球上的生命起源应当从地球早期地表环境，以及物质系统自身的演化过程中去寻找原因。,地球完成初始圈
30、层分异后，随着地表温度下降到300，地球表层已经存在原始地壳（硅镁质玄武岩为主）、原始水圈（呈强酸性）和原始火山气圈（以大量水蒸汽、H2、CO、NH3、CH4H2S等为主，属于还原环境）。英国人米勒通过玻璃容器中上述混合气体的放电实验，获得了氨基酸等简单有机物。原始地球表面在紫外线、电离辐射和雷电作用下也可完全可以形成，已经不再有人怀疑。这些有机物汇聚到原始海洋之中，有人比喻为“生命培养汤”。在经过地壳环境的热聚合等作用促进下，逐渐由氨基酸类蛋白质蛋白质，这个过程始终具有化学开放系统特征，能与周围环境不断发生物质-能量交换；在此系统内部，随着化学反应速度提高，其有序性和方向性也相应加强，终于出
31、现真正蛋白质合成，完成了向原始生命进化的飞跃。有生命的原生质是一种非细胞的生命物质，进一步的演化是形成具有保护功能的外膜，成为具有更完备生命特征的细胞，从而进入了地球历史中生物界和非生物界共同发展的新时代。,生命出现的时间地球上最古老生命的记录（化石），已在南非巴布顿地区和澳大利亚西部的燧石（一种与海底热液喷发有关的SiO2胶体在海洋中沉淀形成的岩石）层中发现，主要是球状和棒状的单细胞细菌化石（图2-12）。由于燧石的同位素年龄测定前者为38108年，后者为35108年，可推论当时地球上的单细胞生物已经出现（地质学上称为太古宙早期）。在此发现之前有人从地球化学角度依据12C、13C碳同位素比率
32、（仅13C与生命物质有关），也推论地球上生命过程开始于38108年前。上述两个渠道所获结论一致，比较可信。 原始地球为生命起源提供的三方面的条件：物质条件即原始大气的主要成分；能量条件即宇宙射线、紫外线、闪电等；场所条件即原始海洋。,生命的起源,无机小分子物质,生成,形成,组成,演变,有机小分子物质,有机高分子物质,多分子体系,原始生命,有原始界膜 原始物质交换,第四节 人类的起源及其智力的发展 距今65百万年前的白垩纪、第三纪之交，出现了地球内外圈层多种重大灾害群发事件，地球上生物界面貌又一次经历巨大变化。新生代起开始了以哺乳动物和被子植物为主宰的阶段。新生代生物界演化中最重要的事件是距今2
33、50万年前后（第四纪）人类的出现。人类起源自古以来一直被当作一个奥秘而长期存在。宗教界的“上帝造人”、“特创论”和科学家提出的“由猿到人”、“进化论”进行过长期激烈争论。1860年6月30日赫胥黎在英国牛津大学举行的辩论会上挺身而出，勇敢地宣称：“人类没有理由因为他的祖先是猴子而感到羞耻，与真理背道而驰才是真正的羞耻。”迄今传为佳话。1891年印尼爪哇梭罗河畔发现了180万年前的爪哇直立人化石，1929年裴文中在北京周口店发现了50万年前的北京直立人（俗称北京人）化石，以及以后在欧洲、非洲等地古人类化石的陆续发现，都以可靠的科学依据证明了人猿同祖论的预言。60年代后期起开展的人类与黑猩,猩、大
34、猩猩血液蛋白质、遗传物质DNA分子等对比研究，也证实人与猿的亲缘关系最近，再次从高科技研究角度提供了新的佐证。 在从猿到人演化的动力机制方面，恩格斯首先提出劳动在从猿到人转变过程中的关键作用。他明确指出：“首先是劳动，然后是语言和劳动一起，成了两个主要的推动力，在它们的影响下，猿的脑髓就逐渐地变成人的脑髓。”精辟地说明了从猿到人演化过程中最关键环节的奥秘。达尔文也强调“两足行走，（使用工具）技能和扩大的脑”是人类的重要特征。原始人类与古猿的实质区别在于，后者仍停留在动物本能的劳动形式，只会使用天然工具；而前者已经有意识地能够自己制造工具。按照制造工具的工艺水平和相应的身体结构特征（如骨骼粗壮程
35、度、脑容量大小、直立行走姿态等），史前人类可以区分为猿人（含早期猿人，又称能人和晚期猿人，又称直立人），古人（早期智人）和新人（晚期智人），共3类，4个阶段。猿人阶段创造了旧石器早期文化，古人阶段发展为旧石器中期文化，新人阶段则从晚期旧石器转入新石器时期文化。,地球上已知最早的猿人化石及其制造的石器，出现在250万年前的东非的坦桑尼亚、埃塞俄比亚和肯尼亚地区。因为欧亚大陆等地迄今尚未发现早于250万年的猿人化石和石器，国际上一般认为非洲是人类起源的唯一发祥地。我国云南元谋县境内，1956年发现了175万年前已学会用火的元谋直立人，19861987年发现了250万年前东方人的牙齿和共生的骨器，1
36、988年又发现300万400万年前的人猿类头骨化石。滇中高原会否是另一个人类起源发祥地，中国科学家很可能在21世纪内揭示这个举世瞩目的问题。早期人类生存的地球表层环境是一片洪荒世界，既有大型凶猛野兽的攻击，又有自然灾害的肆虐，生活条件十分艰苦。以50万年前的北京直立人为例，在已发现的40个左右男女不同个体中，死于14岁以下的儿童占39.5，30岁以下的青年占7，4050岁和5060岁的中年分别占7.9和2.6，其余死亡年龄不明者占43。无独有偶，欧洲早期智人阶段的尼安德特人（10万3.5万年前）死亡年龄统计中，11,岁上下的儿童占40，大于40岁者约5（贾兰坡，1950）。上述两种统计结果极为
37、相近，显然早期人类短命的原因并不是“互相残食”，主要原因可能是：常被巨大肉食动物侵害，近亲繁殖，食物摄取的有限性，无力对付自然灾害和疾病。 即使到了号称“大同世界”的原始公社制度时期（黄帝至尧、舜、禹，约30002100BC），当时的生产工具仅仅是石器和弓箭，生活资料仅仅是粗布衣、糙米饭，野菜根不加调味，衣履不到破烂不换。虽然当时不存在阶级分化和剥削现象，也并不是令人羡慕的“大同世界”。,达尔文进化论,近代提出具体进化学说的首推18世纪法国博物学家布丰。他在1766年提出，不同物种可能由共同祖先通过变异而形成，认为生活环境的改变可以引起生物有机体的改变。,第一个提出系统的生物进化学说的学者是法
38、国生物学家拉马克，他提出了两条著名的法则：用进废退和获得性状遗传。用进废退指生物使用得多的器官会变得发达，用得少的器官会逐渐退化。此外，拉马克认为生物进化是有方向性的单线渐变过程，即每种生物都由各自比较低等的祖先逐渐向高级发展而来。,另一位对达尔文进化论的产生有过重要影响的学者是马尔萨斯。他在人口论中提出了人口增长过剩引起人类生存斗争的观点。 达尔文进化论的核心正是他在大量观察证据的基础上精心构思形成的自然选择学说。1858年7月，达尔文和华莱士同时发表了各自关于自然选择学说的论文。,达尔文：英国博物学家，18311836年随“贝格尔”号做环球考察，在动植物和地质等方面进行了广泛的观察，并采集
39、了大量的生物标本和矿物标本，经过深入研究，形成了以自然选择学说为基础的生物进化学说，并于1859年出版了震动当时学术界的巨著物种起源。,过度繁殖,遗传和变异,生存斗争,对长颈鹿进化的解释,适者生存,内容,实例,科学性与局限性,自然选择学说,科学性与局限性,自然选择,小 结,地球上的各种生物普遍具有很强的繁殖能力，能产生很多后代。这就是生物的过度繁殖现象。,过度繁殖,遗传和变异,生物都有遗传和变异现象。,遗传和变异具有普遍性；变异具有不定向性。,遗传和变异的特性,生物个体之间进行的相互斗争，以及生物与无机自然环境之间的斗争，赖以维持个体生存并繁衍种族的自然现象。,生存斗争,生物为争夺有限的生活条
40、件。,产生生存斗争的原因,生物大量死亡，少量存活。对生物个体往往有害，但对生物物种是有利的。,产生生存斗争的结果,适者生存,生存下来的生物都是对环境能适应的，而被淘汰的生物都是对环境不适应的，这就是适应生存。,在生存斗争中，适者生存，不适者被淘汰的过程，就是自然选择。,过度繁殖产生大量的后代； 生物的变异提供原始选择材料。,自然选择通过生存斗争的方式来实现。,自然选择的条件,自然选择的方式,自然选择的结果是适应（适者生存）,自然选择的结果,自然选择学说的科学性与局限性,能科学地解释生物进化的原因；也能科学地解释生物的多样性和适应性。,自然选择的科学性,对生物遗传和变异的性质，自然选择对遗传和变异如何起作用等问题，不可能做出本质上的说明。,自然选择的局限性,遗传和变异,生存斗争,定向的自然选择决定,生物进化的内在因素,生物进化的动力,生物进化的方向,生物进化的历史,谢 谢！,THANK YOU!,
