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国家职业教育水环境监测与治理专业教学资源库

《水环境化学》教案

知识点水是生命之源学时0.5学时

教学

生命起源生命与水

内容

教学生命与水的关系

教学难点米勒实验

重点

中国数字科技馆

百度文库

参考

崔玉川,饮水、水质、健康[M].北京：中国建筑工业出版社,2009

资料

王占生等.生命之水[M].北京：中国环境出版社，2001

一、生命起源

（一）米勒实验

长期以来，对地球生命的起源，科学家们普遍持两种不同的观点。一些学者认为，

地球上最初的生命来自地球之外的宇宙空间。而更多的人则认为，生命完全起源于地

球，地球早期环境中常见的火山喷发和电闪雷鸣现象就是生命诞生的催化剂。

1953年，美国芝加哥大学学生米勒在实验室中完成了一次震惊世界的试验。

米勒试验的装置是一个完全密闭的气体环路。首先，他将地球原始大气的主要成

份甲烷、氨、氢气和水蒸汽按比例注入试验装置，从而再现了原始地球的大气环境。

然后，用紫外线持续照射试验装置并对混合气体进行放电操作，以模拟早期地球环境

中强烈的宇宙辐射及电闪雷鸣等自然现象。试验持续几天后，米勒在装置内的水溶液

中检测到了多种形式的氨基酸。

米勒试验的原料是地球原始大气中最基本的无机成份，而氨基酸则是构成生命所

必需的有机物质。米勒试验证明了生命物质完全可能在原始地球的大气环境中通过简

单的化学反应形成。可以看出，水在这一化学过程中的重要作用。可以说，正是水与

其它物质一起，造就了地球生命的奇迹。

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米勒实验示意图地球早期环境示意图

（二）生命物质

米勒试验证明了无机物质可以在原始大气环境中通过简单的化学反应生成有机

单分子，但这还仅仅只是生命演化历程中最初的一步。氨基酸、嘌呤、嘧啶、糖等有

机单分子还必须通过缩聚反应才能生成蛋白质、核酸等生物大分子。在原始地球环境

中，火山充当了缩聚反应的催化剂。

原始地球表面，火山活动频繁，能够在局部地区形成高温缺氧的环境。在这种环

境中，简单的氨基酸类小分子有机物能与地壳表面的水体作用，形成含有机化合物的

水溶液，称为“有机汤”。“有机汤”因高温蒸发而逐渐干涸，在这一过程中，有机分

子浓度不断增加。最终，氨基酸通过缩聚反应形成多肽等高聚物，进入海洋，成为生

命起源所必需的有机大分子。在这一过程中，水同样起到了关键作用，它是生命分子

演化过程中的唯一载体。

二、生命与水

（一）最早的生命

1.生命痕迹

地球上最早的生命出现于何时？这至今仍是一个未解的谜。

1983年，古生物学家在澳大利亚西部皮尔巴拉的瓦拉乌纳岩层内，发现了一些

呈丝状和放射状的细菌化石。经过研究发现，这些毫不起眼的小颗粒竟然已有35亿

年的历史。

目前，人们发现的地球上最古老的岩石年龄约为38亿年。也就是说，至少在固

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体表面形成3亿年后，地球生命即已诞生。科学家们还在南非发现了距今33亿至34

亿年前的生命痕迹，这些都是迄今为止在地球上发现的最古老生命。

2.藻类时代

早期地球大气的成份与今天完全不同，游离状态的分子氧非常稀少，也没有能够

阻挡宇宙辐射的臭氧层。强烈的紫外辐射直达地表。为避免紫外线的侵害，最初的地

球生命只能栖身于深海之中。海洋成为早期地球生命的摇篮。

距今约28亿年前，海洋中诞生了一类被称为蓝绿藻的生物。与几亿年前的祖先

相比，蓝绿藻多出了一个进行光合作用的器官。这是地球生命史上一个划时代的事件。

蓝绿藻的光合作用不仅为自己提供了能量，更改善了地球大气的成份。随着大气中氧

含量的增加，生物的有氧呼吸成为可能，逐渐形成的臭氧层也阻挡了绝大部分来自宇

宙空间的紫外辐射，为以后陆地生命的繁荣奠定了基础。

在距今10亿至20多亿年前的地层中，科学家们发现了一些由高价铁离子构成的

条带状铁建造。经研究发现，条带状铁建造是由光和微生物周期性地释氧引起亚铁离

子氧化为高价铁离子而沉