原生代

冥古宙的一个代

原生代，属于冥古宙，上一个代是隐生代，时间大约在42—40亿年前。当时地球出现了第一批生物，但并未留下化石。在原生代，地球上出现了第一个生物-细菌。现代科学家研究，原生代中期，地球则是处于“雪球”状态，但在这种状态下，仍有最早的生物生存下来。并且当时火山爆发所产生的二氧化碳，由于地球冰封而无法释放，于是在地球内部形成了温室效应。

名称来源

地球经历了诞生的初期——隐生代三亿年左右的漫长时期，生命的演化也终于经过了如下的三个阶段，进入了第四个阶段时期，出现了最早的有机生命——原核生物——细菌，而得名。

生命的进化，在化学进化论中，已经可以证明的东西，又可以分为四个阶段。

第一阶段

生命从无机小分子，进化成为有机小分子，即生命起源的化学进化过程是在原始的地球条件下进行的，这一过程已经被米勒的实验大致上证实了。

在这个实验中，一个盛有水溶液的烧瓶代表原始的海洋，其上部球型空间里含有氢气、氨气、甲烷和水蒸汽等“还原性大气”。米勒先给烧瓶加热，使水蒸汽在管中循环，接着他通过两个电极放电产生电火花，模拟原始天空的闪电，以激发密封装置中的不同气体发生化学反应，而球型空间下部连通的冷凝管让反应后的产物和水蒸汽冷却形成液体，又流回底部的烧瓶，即模拟降雨的过程。经过一周持续不断的实验和循环之后。米勒分析其化学成分时发现，其中含有包括5种氨基酸和不同有机酸在内的各种新的有机化合物，同时还形成了氰氢酸，而氰氢酸可以合成腺嘌呤，腺嘌呤是组成核苷酸的基本单位。米勒的实验向人们证实，生命起源的第一步，从无机小分子物质形成有机小分子物质，在原始地球的条件下是完全可能实现的。

第二阶段

从有机小分子物质生成生物大分子物质。这一过程是在原始地球上的原始海洋中发生的，即氨基酸、核苷酸等有机小分子物质，经过长期积累，相互作用，在合适的条件下：比如，黏土的吸附作用、引力之下，通过了综合作用和聚合作用，就形成了原始的蛋白质分子和核酸分子。

蛋白质分子和都核酸分子是生命形成的最重要基础。

蛋白质是生命形成的必要物质之一，可以说没有蛋白质，就可能没有生命的形成，也就没有了我们人类。因为，蛋白质是与生命及各种形式的生命活动紧密联系在一起的物质。人体中的每一个细胞和所有的重要组成部分都有蛋白质的参与，在人体的各种物质比重中，蛋白质大约占人体重量的16.3%，就是一个体重100千克的人，在他的身体中，蛋白质就要占有16.3公斤。人体中的蛋白质通过缩合作用或聚合作用，就形成了人体内的原始的蛋白质分子与核酸分子。人们还根据蛋白质的种种特性，开始了一个名叫《蛋白质组学》的学派，这个学派，是源于蛋白质与基因组学，这两个词的组合，意思就是：“一种基因基因组，所表达的全套蛋白质”，简单来说，就是扬一种细胞乃至一种生物所表达的全部蛋白质。这个蛋白质组学的意义，就在研究蛋白与蛋折之间相互作用等等，由此获得蛋白质水平上的，关于疾病发生、细胞新陈代谢等过程的，整体的、全面的认识，这个概念最早是在1995年提出的。

第三阶段

从生物大分子物质组成多分子体系。

这一过程是怎样形成的呢?前苏联学者奥巴林提出了团聚体假说。

他通过实验表明，将蛋白质、多肽、核酸和多糖等放在合适的溶液中，它们能自动地浓缩聚集为分散的球状小滴，这些小滴就是团聚体。奥巴林等人认为，团聚体可以表现出合成、分解、生长、生殖等生命现象。例如，团聚体具有类似于膜那样的边界，其内部的化学特征显著地区别于外部的溶液环境。团聚体能从外部溶液中吸入某些分子作为反应物，还能在酶的催化作用下发生特定的生化反应，反应的产物也能从团聚体中释放出去。另外，有的学者还提出了微球体和脂球体等其他的一些假说，以解释有机高分子物质形成多分子体系的过程。

第四阶段

就是有机多分子体系，演变为原始生命。这一阶段是是生命起源过程中最复杂和最有决定意义的阶段。人们还不能在实验室里验证这一过程。

生命的进化是从最原始的无细胞的原核生物，进化为真核单细胞生物；然后，又按照不同的方向发展、进化，向着真菌界、植物界、动物界发展。

生态系统

原生代的海洋生态系统

氧气含量的上升标志着时间长达25亿年、以低氧含量海洋为主导的时期的结束。根据地球化学证据，科学家普遍认为，尽管在随后的原生代中期（距今42亿-40亿年前）氧含量也上升了，但海洋基本保持缺氧的、多硫的状态，这种状态被认为对很多生命形式是不适合的。在来自澳大利亚北部一个海盆的16亿年前的沉积岩中分子化石（碳氢化合物的生物标记物）的发现，为了解那个时期的海洋生态系统提供了线索。这些生物标记物记录了一个缺氧、多硫的世界，它不适合产生氧气的藻类的生存，但却适合产生硫化物的绿色和紫色细菌的大量繁殖。作为一个整体，这些生物标记物提供了关于原生代海洋状况的生物学证据，那个时期海洋中的氧含量远远低于今天。

在原生代中期沉积物中，丰富的黄铁矿和稳定的硫磺同位素使得硫酸盐含量比现代含量高，硫化物遍布水中。在原生代中期，生物学上重要的金属，如铁和钼被从海水中剥离，形成不能溶解的硫化物。对浮游生物真核细胞，含硫化物的水是有毒的，并且可能抑制浮游生物的种群繁殖。原生代中期，深海缺氧和有限的生产力结束了硫化物氧化、风化的增加速率，加速了硫酸盐形成，并且导致了含硫化合物水的退却。在原生代中期的沉积岩中，生物标志沿一个向着海岸近海处的轴描绘，可更完全地重建海岸古地理学。

在原生代后期，地球赤道附近仍有开阔的水面，未被冰封，生物赖以生存，乃逃过最后一次冰封期。在原生代晚期中，地球发生了雪球事件，原已很坚实的冰冻了像一个 “雪球般的地球”。由太空望去，地球上已看不到蓝色和绿色，只见珍珠般的白色。纵是在雪球般的地球上，在赤道附近仍有一条水域未被冰封而仍保有开宽的水面。使原始的海洋生物得以逃过封冻的厄运，而生存下来。在冰冻的地球表面上，应当没有生物可以存活。但由火山喷出温室气体二氧化碳化解了此种危机。在正常的地质演化进行中，常会将大气中的二氧化碳移出并使之再循环。可是地面上冰封的外壳却阻绝了此种循环。到后来，会产生强力的温室效应，熔化冰原。多细胞动物首次在该期化石中发现，在原生代晚期生物有显着的进化与发展。

生物进化

原生代古细菌散布图科学家发现的最早的古生物化石是32亿年前的细菌化石。实际上，这些最早的原核细胞生物，即原始的细菌类在地层中留下许多的活动痕迹。在非洲、澳大利亚和加拿大等地都发现了一些称为叠层石的岩石层，其中含有远古的原核细胞生物活动的痕迹。从这些岩层的地质年龄推算，最早的原核细胞生物在35亿年前就已经出现，属原生代。其后种类越来越多。在最早的原核细胞生物分化过程中，最重要的是古细菌与真细菌的分化。

在现代生物中，由于细菌类都是最简单的无核单细胞生物，因此人们一般都认为它们是低级、原始的生物。其实，它们都是已经进化了几十亿年的现代生物了。对不同种类现代细菌的分子进化研究发现，在一类能够利用二氧化碳和氢气产生甲烷的厌氧细菌以及生长在极浓的盐水中的盐细菌、可以在自然的煤堆里生长的嗜热细菌、在硫磺温泉中或是海底火山区生长的嗜硫细菌等类群中，核糖体RNA（rRNA）的分子序列与一般细菌的rRNA分子序列十分不同，其相差程度比一般细菌rRNA分子序列与真核生物（细胞中含有细胞核的生物）的rRNA分子序列的差异还要大。科学家认为这些“不一般”的细菌应该代表一个即不同于一般细菌也不同于真核生物的生物类群，因此把它们称为古细菌（或古核生物），而把一般的细菌称为真细菌（或原核生物）。由于现代的古细菌的生活环境相对来说比较接近原始地球的环境，因此可以认为它们是地球上最原始的生物的比较直接的后代；地球上最初的原核细胞生物是古核生物而不是原核生物。

古细菌的其它一系列分子生物学特性都与真核生物有不少相似之处；而真细菌却在很多其它的分子生物学和细胞生物学性状上与古细菌相差甚远，它们拥有不少进化或是特化的性状。因此，真核生物的祖先应该是远古的古核生物而不是原始的原核生物。由于迄今所知最古老的真核生物化石已有近21亿年的历史，最早的真核生物可能早在30亿年前就出现了。真核细胞的直接祖先是一种巨大的具有吞噬能力的古核生物，它们靠吞噬糖类并将其分解来获得其生命活动所需的能量。

当时的生态系统中存在着另一种需氧的真细菌，它们能够更好地利用糖类，将其分解得更加彻底以产生更多的能量。在生命演化过程中，这种古核生物将这种原核生物作为食物吞噬进体内，但是却没有将其消化分解掉，而是与之建立起了一种互惠的共生关系：古核细胞为细胞内的真细菌提供保护和较好的生存环境，并供给真细菌未完全分解的糖类，而真细菌由于可以轻易地得到这些营养物质，从而产生更多的能量，并可以供给宿主利用。在古核细胞内共生的真细菌由于所处的环境与其独立生存时不同，因此很多原来的结构和功能变得不再必要而逐渐退化消失殆尽；结果，细胞内共生的真细菌越来越特化，最终演化为古核细胞内专门进行能量代谢的细胞器官-线粒体。同时，一方面原来的古核细胞的能量代谢越来越依赖于内共生的真细菌的存在，另一方面为了避免自身的一些细胞内结构、尤其是遗传物质被侵入的真细菌“吃掉”，它们也产生了一系列应激性的变化。首先是细胞膜大量内陷形成了原始的内质网膜系统，限制了线粒体前身真细菌的活动；而后，原始的内质网膜系统中的一部分进一步转化，将细胞的遗传物质包在一起形成了细胞核，这一部分内质网就转化成了核膜。从此，一种更加进步的生命型式诞生了，这就是真核细胞，也就是最初的真核原生生物。细胞核的产生使真核细胞的细胞核和细胞质相对分离，遗传信息的转录与翻译分别在核内和细胞质中进行，因此提供了一种有利于基因组向更加复杂化和多功能化发展的环境。

假说

雪球地球

“地球曾是雪球”假说最早由美国地质学家约瑟夫·可西文克博士1992年首先提出，当时并未引起学术界和公众的普遍关注。1998年美国科学院院士、哈佛大学地质系教授鲍尔·霍夫曼对这个假说进行了系统的阐述并提供了更多的证据，并将其发表在著名的科学期刊-《科学》上，从而引起了国际学术界和新闻媒体的广泛关注。

霍夫曼提出这个假说并不是空穴来风，它是试图解释一些客观存在的事实。第一，地球在距今6亿到8亿年间广泛发育了一层或多层称为“冰积岩”的冰川沉积，它代表了全球性的寒冷气候。最著名的一次冰期发生在距今6亿年左右，几乎在现今所有大陆上都留下了可靠的记录，地质学上称为瓦伦格冰期。当然也不是现今地球上的所有区域都能找到该冰期的沉积，这主要是因为：在距今6亿到8亿年间，一些地方处于冰川剥蚀区，并没有沉积；另一些地方远离剥蚀区，没有沉积具有明显冰川痕迹的岩石；另外，有些“冰积岩”经历了再剥蚀，同样也不能得以保存。不管怎样，在地球上很好保存了距今6亿到8亿年的地层中，几乎都能找到同期的冰川沉积。很显然，这个寒冷气候是一个全球性事件。第二，地球具有一个巨大的磁场，磁场的南北极靠近地球的南北极。地球在距今6到8亿年间，冰积岩大多沉积在中、低纬度附近。广泛的寒冷气候发生在地球的赤道及其附近区域。这的情况大相径庭，因此，特别的现象需要一个特别的解释。第三：地质学研究成果表明，地球在8亿到10亿年前构造运动异常活跃，并广泛发生了一次全球性的造山运动，地质学上称为“格林威尔造山运动”，在中国称为“四堡运动”。“雪球假说”认为，造山运动引起了地球上大面积的剥蚀和沉积，化学剥蚀和有机物的沉积导致大气中二氧化碳的消耗量超过火山运动释放的二氧化碳，从而使大气中的二氧化碳失去平衡。与“温室效应”正好相反，二氧化碳从空气中大量消失，导致“冰室效应”，全球气温迅速降低，首先在地球两极的海洋上形成冰盖，当冰盖的面积扩大到中纬度时，就形成一个恶性循环，大部分的太阳光被冰面反射出地球，储存到地球上的能量越来越少，从而使得地球表面更加寒冷，全球都被冰雪覆盖，形成了“大雪球”，当时地球的平均气温可能与现代的南极相当或者更冷。

“大雪球”持续的时间应该相当于冰川沉积所代表的时间，用同位素年龄测定，这段时间可能有几百万年。在这冰天雪地的年代，火山活动并没有停止，然而化学剥蚀和有机物的沉积速度却明显减慢，因而大气中二氧化碳的补给量超过消耗量。经过数百万年的日积月累，二氧化碳达到一定浓度时，“温室效应”就发生了，其结果是地球温度迅速升高，“大雪球”融化，地球又恢复到它的本来面目。尽管“大雪球”假说对部分现象的解释合情合理，这个假说还遇到了一些不太容易解释的问题和有待于解决的问题。6亿到8亿年间地球上是否真的经历了多次全球性的大冰期，这还需要更多的地质资料和地球化学证据。

火山运动

赞比亚中央东部地区是一条东北到西南走向的Irumide地质带。它型成于中元古代到古元古代之间，其中最古老的岩石是在最底层包含朝向西南的姆库希片麻岩和朝向东北的花岗岩区域，不规则的分布于属于目瓦岩群的泥质岩和石英沉积物中并且于酸性火山物相交。

锰矿的形成主要是在13亿到18亿年以前的原生代火山活动时期，这段时期地壳中的锰含量大大增加。由于整个地区的地壳运动和上亿年的腐蚀作用整个锰矿重新分部，有在地层表面出现的，也有呈血管状分部的。这些浅层矿藏被认为是在白垩纪早期伴随着冈瓦纳大陆分裂和非洲大陆的形成这段时期发生的。

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