气的本质与物质、能量、信息

气是中国古代一个朴素的唯物主义哲学概念,并被广泛地应用于解释万物的变化.当气的概念渗透于中医学之后.就把它用来说明人体的各种生命活动,成为生命得以存在的物质基础.但气的本质是什么?迄今尚无确切的科学论证.随着现代自然科学的发展和渗透,越来越多的科学工作者从生物大分子体系的物质、能量、信息三方面探讨生命的本质.如果说气是一种具有生命特征的概念,那么它就应具有物质、能量、信息三种存在形式.因此,我们应该以辩证唯物主义为指导,按照物质结构、能量形式和信息作用三个方面对气的     

二十一世纪面临的九大科学难题

1:生物学难题———生命是怎样开始的地球上一切生命最古老的共同祖先,第一个能够复制自身的原始细胞,是由构成宇宙间98%的物质六大元素,即氢、氦、碳、氮、氧、氖组成的。然而,这些无机元素是怎样形成具有生命的原始细胞的,至今仍是一个谜。1922年,苏联生物化学家亚历山大·奥巴林提出一个著名的假说:生命来自闪电。太阳和地球自身的放射性能量作用于大气层中的无机分子,使之变成有机分子。有机分子在地球湖泊、海洋提供的“原始汤”中“定居”,发展成为原始的生命。1950年,美国芝加哥大学第一次用实验来验证奥巴林假说。他们模拟“原始汤…     

生命起源应该如何认识与研究

1993年，笔者曾在《世界科学》（1993．[2]）上发表了“地球原始有机圈与生命起源同源说”一文，其中重点有三：一是将地球上生命的起源与原始有机圈的起源联系起来作为一个主题进行研讨，即‘以“地球原始有机物（圈）及生命的起源”这一命题来代替传统提法“地球生命的起源”’；二是提出“地球作为一个行星的诞生不仅仅是原始（太阳系）尘云物质的凝聚、集结，而且是自前地球尘云时期起，到地球形成，直至生命出现，形成生物圈，其中有机物与无机物都是同源共生、同步演化和相关发展的”，即“地球由原始弥漫态星云到凝聚态星球体的形成…     

人工法生产酶

西里尔·波纳马用了30多年的时间,最近终于将甲烷、氮气、水、某些微量的无机物等混合成一种特殊的原始生物汤,从每次取样的检测中都表明,形成了一些生命化学的基本物质,即构成蛋白质的氨基酸。在探索地球上生命产生的过程中,他和其他研究者均证实了在这些原始生物汤中,几乎所有的20种     

地球原始大气中氧气起源的新发现

正地球上氧气(即稳定的氧分子O2)的起源有许多未解之谜.不同于现在所熟知的光合作用产生氧,生命物质存在之前的地球原始大气中就存在氧气,它们是如何产生的呢?已广泛认可的途径是三体复合反应:即两个来自二氧化碳(CO2)光解的O原子和一个媒介体原子分子M,三者共同作用而生成氧气分子O2;最近的一个研究认为CO2在能量范围为11.686~12.145 e V的真空紫外光作用下可以直接     

生物的光能转化

物质、能量与信息的传递、贮存与转化及其相互间的协调,构成了整个生命活动。生物的能量转化是生命的基本特征之一。它是生物学中的基础理论问题之一,也是与一些重大实际问题密切有关的问题。生物维持其生命的最基本的需要就是物质与能量,但是各种生命活动又需要不同的能量形式,所以能量转化在生物中不仅普遍存在而且形式也是多种多样。如肌肉收缩时的化学能转化为机械能;神经兴奋过程中的化学能转化为电能;视觉过程中的光能转化为电能;物质     

海底热液活动与生命起源

现代海底热液活动及有关的生命现象是最近三十年来自然科学最重要的发现之一,给地质学、地球化学和生物学的研究提供了全新的视野。通过对地球早期环境条件及其演化的研究,结合地质历史上最早生命的记录,一些科学家意识到,海底热液活动完全具备地球上生命起源必需的物质、能量和环境条件。在热液条件下,不仅一些有机物能通过无机合成得以生成,喷口/海水界面上剧烈的物理和化学梯度为嗜热化能自养微生物提供了能量。嗜热化能自养微生物是热液生态系统的初级生产者,在生物进化历史上也最接近“最后的共同祖先”。文章对“生命起源于海底热液活动”这一科学假说作了比较系统的介绍。     

昆虫蜕皮物质,在生命活动中扮演什么角色?

昆虫蜕皮物质,是调控昆虫蜕皮过程的激素(ecdysone),它不但存在于昆虫蜕皮过程之中,也存在于昆虫的其他生理节律变化时期;而且在低等植物蕨类、裸子植物、被子植物等众多植物类群中也有存在,并且其含量远高于昆虫中;在哺乳动物甚至人类某些特殊情况下也发现了这类物质.昆虫蜕皮物质,在生命活动中起什么样的作用?在生物界是不是蕴藏着一些共同的生命活动信息,这是一个很有趣的问题,它们具有怎样的生物学意义,已有一些学者提出过不少的假说.我们试图分析昆虫蜕皮物质存在或作用的种种现象,以及发生的变化,探讨这类神奇的物质在生命活动中究竟扮演什么角色.为此提出它们是具有"更生诱导物质"(revive inducer)作用的假说,认为"更生诱导物质"有可能是几个类型的物质协同作用,共同起效的结果.但我们可以通过一些对DNA的合成和有丝分裂等生物体发育和生殖诱导起共同作用的蜕皮甾酮物质,在宏观上对在生命现象中起调控或诱导作用的物质基础进行了解.     

他感,竞争和信息的植物生态学挑战

自海克尔(E. Haeckel) 1866年提出ecology一词后,生态学便开始在物质水平上茁壮成长。1935年坦斯来(A. G. Tansley)将系统概念引入生态学,创造出ecosystem术语,稍后,1942年林德曼(R. Li-ndeman)又将能量从生命现象中抽象出来,从而使生态学迈入系统能量研究的新纪元,引起了生态科学的第一次大革命。而仙农(C. E. Shannon)的《信息论》(1948),瑞斯(Rice)1974、1984年两版《植物他感作用》和哈勃伦(Harborne)1977, 1982年两版     

生命诞生早期的物理与化学过程

正在地球生命诞生早期的物理化学过程中,出现了非生命物质一有机小分子一生物大分子一原核细胞的进程,因为这一进程的完成,原始生命才有可能诞生于地球的原始海洋中。随之,才出现了以自然选择为机制、漫长的、至今仍在继续的生命演化。     

生物电化学

一、生命现象和电化学1.生物电化学哺乳类生物的体内各种场所都存在着电位差,这种电位差及其他一些电现象都与生命现象密切相关。生物电化学作为生命科学的一个分支,就是从电化学的角度来研究和揭示生命现象。例如生物体内的氧化还原、能量变换和     

深海热液区化能自养微生物多样性、代谢特征与环境作用

热液生态系统是如何形成的?深海热液活动在地球生命起源与演化中贡献是什么?作为深海热液生态系统初级生产者,化能自养微生物在热液区从无机到有机的物质能量转化、元素生物化学循环、热液生命起源演化、热液共生体与生态系统形成发挥着重要作用.深海热液生态系统的能量来源主要是地幔岩浆房水岩反应所产生的还原性物质,包括氢气、硫化氢、甲烷以及还原性金属离子等.化能自养微生物广泛分布于羽流、烟囱壁及热液沉积物等各种热液区生境,通过氧化热液中所携带的还原性物质获得能量、固定二氧化碳,形成热液生态系统初级生产力.通过长期的生物与非生物过程的交互作用,演化形成独特的深海暗能量生态系统.热液微生物的多样性分布特征与影响因素、热液区极端环境适应性机制与环境作用,以及热液生物共生机制等仍是目前重要研究内容,相关研究将有助于认识深海暗能量生态系统的形成机制以及深部生命过程.     

问：生命是如何起源的？

1953年，科学家通过一系列实验演示了在地球演化的初始阶段构成生命体的基本化学物质(如氨基酸等)自发形成的过程。人们进而猜测原始的海洋可能就是孕育生命的摇篮。这种观点受到许多人的支持。然而50年过去了，这个观点仍因缺少相应的论证而显得缺乏说服力。日寸至今日科学家也无法解释原始海洋自发生成的基本生命物质是如何转化成记录生命构成的脱氧核糖核酸DNA和蛋白质。     

分子生物学的发展

分子生物学,与其说是生物科学的一个新的分支学科,毋宁说是生物科学发展的一个新的历史阶段;是在对生命物质运动特殊规律与生物高分子结构和功能两种水平研究之间开始接壤的广阔领域;是用基础学科的技术与观点谋求深入了解生命现象本质的一种态度和趋势;是生物学的一个生长点;是现代化学、物理学和数学向生物学渗透的一种必然的结果。分子生物学的观点主要是分析。在生物科学发展的现阶段,多进行一些分析是必要的,但停留于此是不够的。事实上,在生物科学的发展中综合的过程也随时在进行着。学科的互相渗透串连,意味着科学的成长与     

中国的绕月探测工程

人类认识月球,从对月的原始崇拜和流传神话开始,继之以天文观测,到20世纪后半叶,人类已经实现了对月的近距离接触和探测.总结人类对月球的探测活动,可以划分为探、登、驻(住)三个阶段:探是指对月球情况进行近距离或有接触的无人探测;登是指人登上月球,与月球直接接触,进行有人直接操作的探测;驻(住)分两个层次,一是驻,即人携带设备登陆月球后很快返回,设备仪器长期驻留月球开展探测活动;二是住,即人在月球上长期居住和工作.     

地球生命的起源

宇宙创生于大爆炸,在其后的恒星形成和星系演化过程中各种生命所需的元素不断合成.45.6亿年前,太阳系在银河系的宜居带形成并开始演化,与此同时,地球在太阳系的宜居带上开始朝宜居行星演化.在地球的前生命演化阶段水的海洋已经形成,且拥有丰富的简单有机碳化合物、具催化功能的过渡金属化合物及携带能量的氢气、硫化氢和甲烷等.上述各种物质聚集在近地球表面高能、专门化的、封闭的微小地球化学单元中逐渐演化为初步具有生化功能的单元,最终脱离地球化学反应空间的约束而形成能够独立进行能量代谢和遗传物质合成的生命个体.从能量和地球化学的角度看,将氢气/甲烷合成为有机质的生化过程在早期和现代地球上均不难发生,这也是生命自养起源说的基本假设.地球早期还原大气可经由太阳辐射形成简单有机分子,而陨石和彗星也可将星际有机分子输送到地球,因此地球早期的海洋可能是充满简单有机分子和营养盐的环境,此环境支持生命异养起源假说.从前生命有机化学演化到第一个细胞的形成可能只需要很短的时间.虽然目前已知的地球上最古老的微生物化石是35亿年前形成的叠层石,但在地球的海洋形成之时,即38.5亿年前,生命就可能已经存在于地球上了.     

细胞核和其他细胞器遗传系统间的关系

目前在许多生物科学的领域中都涉及到遗传方面的问题,谈到了基因的作用,这是很自然的。在有机体中构成它自身组成部分的物质的分解和合成以及在这些过程中包含的能量形成和转移,还有生物信息的调节和控制,这三者是生命活动的主要内容。但生命决不限于这些,生命的特征是适应和进化,因此离开了环境条件,离开了突变和自然选择就谈不到生物。如果我们认为在生命形成的过程中,由最原始的多核甙酸含有最基本的对生命活动所必需的蛋白质     

探索复杂性,探索生命的奥秘

探索极端小的粒子世界,探索极端大的天体和宇宙,探索极端复杂的生命系统,是当代自然科学振奋人心的三个前沿阵地.和前两个前沿不同,支配复杂系统的基本力只是电磁作用,这里没有超出宏观物理学和微观原子理论的规律.然而正是这个前沿对人类生活产生了极其重大的影响.薛定谔在对量子力学的创建立下了不朽功勋之后,他的兴趣转向了生命现象.1943年2月薛定谔在英国三学院作了一系列讲演.据这些讲演,1944年出版了《生命是什么?——活细胞的物理观》的名著.在这本著作中薛定谔讲了三个问题.一是论述生命的热力学基础,提出生命是非平衡开放系,靠负熵为生的概念.二是论述生命的分子基础,     

超越线粒体：细胞如何获得那些复杂组件

<正>于细胞而言,线粒体可不止是“能量工厂”。约15亿年前,一件影响深远的重大事件发生了：两个小小的原始细胞合二为一。这一融合从根本上改变了我们星球的演化进程,其影响程度也许超越了除生命诞生以外的任何事件。一枚细胞进入另一枚细胞并留于其内,最终演化为线粒体——一个连小学生都会学习并知晓是“细胞的能量工厂”的结构。这一新结构为其宿主提供了巨大的能量优势,即为后来复杂的多细胞生命演化提供了先决条件。     

RNA世界

“ＲＮＡ世界 (即核糖核酸界 )”这一短语是由沃尔特·吉尔伯特 (ＷａｌｔｅｒＧｉｌｂｅｒｔ)于 1 986年在对当时观察到的不同ＲＮＡ具有催化性质的连续报道时创造出的新词 ,它是指地球上生命起源过程中的一个假设的阶段。在这一阶段 ,生命是一个非常原始的自我复制系统 ,蛋白质还没有卷入生化反应 ,核糖核酸ＲＮＡ承担着基因信息的信息储备任务和自我复制系统所必需的全程催化作用。吉尔伯特指出 ,如果ＲＮＡ能用作催化剂 ,那么 ,蛋白质和ＤＮＡ在这样一个原始系统中都不需要。在那时 ,仅仅证实了ＲＮＡ可以切断或连接磷酸二酯的键。但是 …