上海交通大学：《海洋世界探秘》教学资源（课堂讲稿）生命起源与生物大灭绝

上游充通大￥ Shanghai Jiao Tong University 生命起源与生物大灭绝

Shanghai Jiao Tong University 生命起源与生物大灭绝

上游充通大￥ Shanghai Jiao Tong University 宇宙中趋向生命的化学进化 大爆炸：形成宇宙及H元素和He元素. 进化形成第一代星体：形成重元素. 聚集并形成太阳星云 形成行星和太阳(5.0Ga). 小行星及彗星撞击(4.5-3.9Ga)并形成宇宙. 最早的生命被检测到(3.85Ga)

Shanghai Jiao Tong University 宇宙中趋向生命的化学进化 大爆炸: 形成宇宙 及 H元素 和He元素. 进化形成第一代星体: 形成重元素. 聚集并形成太阳星云 形成行星和太阳 (5.0 Ga). 小行星及彗星撞击 (4.5 – 3.9 Ga) 并形成宇宙. 最早的生命被检测到 (3.85 Ga)

上游充通大￥ Shanghai Jiao Tong University 地球上生命的形成 形成生命的重要步骤： ©在非氧化大气中，通过非生物过程形成有机物 ©有机物单体聚合形成多聚体. 国形成多聚体的源细胞保存它们的优势 圈化学反应前后连接形成代谢链 ©自然选择遗传标记以记录代谢密码并将遗传物质传递给子细胞。 进化出重要的性交配过程、真核细胞以及细胞分化。 生命曾可贵，爱情价更高。…

Shanghai Jiao Tong University 地球上生命的形成 形成生命的重要步骤: 在非氧化大气中，通过非生物过程形成有机物 有机物单体聚合形成多聚体. 形成多聚体的源细胞保存它们的优势 化学反应前后连接形成代谢链 自然选择遗传标记以记录代谢密码并将遗传物质传递给子细胞。 进化出重要的性交配过程、真核细胞以及细胞分化 。 生命曾可贵，爱情价更高…

上游充通大￥ Shanghai Jiao Tong University 生命之迷1： 为什么是碳？

Shanghai Jiao Tong University 生命之迷1： 为什么是碳？

宇宙、太阳系、地球系统与人类中基本元素的比例 Element Universe Solar Crust River Ocean Marine Micro Plants Animals Human %[1] system[4] %[1/618] ppm[5] ppm [2] org%[2/8] org%[7☑ %[1/718] [7 food[3] space sun+plan mantle water water tissue tissue tissue tissue food/day H 87 32000 3/.14 110000 110000* 9.9 16/8.7 9.3 He 12 2600 L 38ppm 0.003 0.17 B 6ppm 0.001 0.001 4.45 /0.002 10.002 C 0.03 16.6 .1/.032 58.4 28.0/0.5* 12.1 11.0-21.0 19.4 100g N 0.008 0.000110.1 0.23 15.5/0.67* .15 0 10.812 5.1 0 0.06 29 49/45 883000/6.0* 73.7 59/78 62.8 Na 0.0001 0.0418 0.7/2.3 6.3 10800* 0.01 3000mg Mg 0.0003 1.046 8/2.810.5 4.1 1290 5.4/0.4 0.0410.2 300mg Si 0.003 14/27 1.32 2.9 0.1 P 0.00003 0.00932 0.0710.07 0.02 0.088 /0.6 0.6 0.03/0.710.2 0.6 1000mg S 0.002 0.6 0.710.07 6.0-11.0 904 /1 0.3 0.02/0.1 0.6 CI 0.001836 1.410.01 7.8 19400* ./4 10.01 3000mg K 0.000007 0.00158 0.1/1.7 2.3 392 /1 0.11 3000mg Ca 0.0001 0.045 2/511.4 15 411 18.6/0.5 0.111 1000mg Cr 0.005 0.001 0.0002 20-800ppm/ 0.005mg Mn 0.0025 0.09 0.007 0.0004 10-600ppm/ 0.005 5-10mg Fe 0.002 0.117 18/63.8 0.7 0.0034 10.04 0.00510.01 15mg Ni 0.026 0.0066 Cu 0.0035 10.002 0.007 0.0009 ./0.005 .6ppm 1-2mg Zn 0.0008 0.005 0.02 0.005 ./0.02 10.02

Element Universe Solar Crust River Ocean Marine Micro Plants Animals Human % [1] system[4] % [1/6|8] ppm[5] ppm [2] org %[2/8] org %[7] % [1/7|8] [7] food [3] -- space sun+plan mantle water water tissue tissue tissue tissue food/day H 87 32000 3/.14 110000 110000* . 9.9 16/8.7 9.3 . He 12 2600 . . . . . . . . Li . 38ppm . 0.003 0.17 . . . . . B . 6ppm .|0.001 0.001 4.45 ./0.002 . .|0.002 . . C 0.03 16.6 .1/.032 58.4 28.0/0.5* . 12.1 11.0-21.0 19.4 100g N 0.008 3 0.0001|0.1 0.23 15.5/0.67* ./5 3 ./0.8|2 5.1 . O 0.06 29 49/45 * 883000/6.0* . 73.7 59/78 62.8 . Na 0.0001 0.0418 0.7/2.3 6.3 10800* . . 0.01 . 3000mg Mg 0.0003 1.046 8/2.8|0.5 4.1 1290 5.4/0.4 . 0.04|0.2 . 300mg Si 0.003 1 14/27 1.32 2.9 . . 0.1 . . P 0.00003 0.00932 0.07|0.07 0.02 0.088 ./0.6 0.6 0.03/0.7|0.2 0.6 1000mg S 0.002 0.6 0.7|0.07 6.0-11.0 904 ./1 0.3 0.02/0.1 0.6 . Cl . 0.001836 .|1.4|0.01 7.8 19400* ./4 . .|0.01 . 3000mg K 0.000007 0.00158 0.1/1.7 2.3 392 ./1 . 0.1|1 . 3000mg Ca 0.0001 0.045 2/5|1.4 15 411 18.6/0.5 . 0.1|1 . 1000mg Cr . 0.005 . 0.001 0.0002 20-800ppm/ . . . 0.005mg Mn . 0.0025 .|0.09 0.007 0.0004 10-600ppm/ . .|0.005 . 5-10mg Fe 0.002 0.117 18/6|3.8 0.7 0.0034 ./0.04 . 0.005|0.01 . 15mg Ni . 0.026 . . 0.0066 . . . . . Cu . 0.0035 .|0.002 0.007 0.0009 ./0.005 . .|6ppm . 1-2mg Zn . 0.0008 .|0.005 0.02 0.005 ./0.02 . .|0.02 . . 宇宙、太阳系、地球系统与人类中基本元素的比例

上海充通大￥ Shanghai Jiao Tong University 独一无二的碳 ·据我们所知，碳是宇宙中生命的基石。 ·最重要的生物化学物质是-OH(alcohol),-CHO(aldehyde),-COO- R-(ester),-COOH(carboxylic acid),-PO(organic phosphate),and- NH2(amine). ·碳形成的大量的多样性结构在很宽的温度范围内保持稳定。 ·在非金属物质中C-C键的能量是最高的，与C-H键andC-O键相当. Chirality手性.只有右手性的碳水化合物及左手性的氨基酸在地球 生物钟有代谢活性。 ·碳形成的长链分子是其保持生命系统化学复杂性的关键

Shanghai Jiao Tong University • 据我们所知，碳是宇宙中生命的基石。 • 最重要的生物化学物质是–OH(alcohol), -CHO(aldehyde), -COO￾R-(ester), -COOH(carboxylic acid), -PO4 (organic phosphate), and – NH2 (amine). • 碳形成的大量的多样性结构在很宽的温度范围内保持稳定。 • 在非金属物质中C-C 键的能量是最高的，与C-H 键and C-O键相当. • Chirality手性. 只有右手性的碳水化合物及左手性的氨基酸在地球 生物钟有代谢活性。 • 碳形成的长链分子是其保持生命系统化学复杂性的关键 独一无二的碳

星际系统中发现的一些复杂碳化合物 6 >9 7 8 9 CsH,HCH2OH CH:C2H CH3OCHO (CH3)2O (CH3)CO NH,CHO CH:CHO CHC:N CHCH,OH HCoN CH3CN HCsN,CH C.H,H2C6 CH3CH2CN HCIN CH NC CH:NH2 HCN C6H6,C60 CH2CHCN CH3C4H,CsH PAHs CH:SH C2H4O CH3C4N glycine? H2C4 HCC2HO C5H,C5N CsO

6 C5 H, HCH2 OH NH2 CHO CH3CN CH3 NC CH3 SH H2 C4 HCC2HO C5 H, C5 N C5 O 7 CH3C2H CH3 CHO HC5 N, C6 H CH3 NH2 CH2CHCN C2 H4 O 8 CH3OCHO CH3 C3 N C7 H, H2 C6 9 (CH3 ) 2 O CH3 CH2 OH CH3CH2CN HC7 N CH3 C4 H, C8 H CH3 C4 N >9 (CH3 ) 2 CO HC9 N HC11 N C6H6 , C60 + PAHs glycine? 星际系统中发现的一些复杂碳化合物

Murchison陨石中检测到的复杂碳化合物 >1000ppm 100-1000ppm 10-100ppm 1-10 ppm Sulfonic carboxylic acids Amino acids Phosphonic acid acids Polar hydro- Dicarboxylic acids N-heterocycles carbons Hydroxy acids Purines Amides Pyrimidines Alcohols Amines Aldehydes Ketones Aliphatic hydrocarbons Aromatic hydrocarbons 1.5cm

>1000 ppm Sulfonic acids 100-1000 ppm carboxylic acids Polar hydro￾carbons 10-100 ppm Amino acids Dicarboxylic acids Hydroxy acids Amides Alcohols Aldehydes Ketones Aliphatic hydrocarbons Aromatic hydrocarbons 1-10 ppm Phosphonic acid N-heterocycles Purines Pyrimidines Amines Murchison 陨石中检测到的复杂碳化合物

h 上游充通大￥ Shanghai Jiao Tong University 其它可能作为生命基石的替代元素 圈B,N,Si,P,S是其它一些常见的非金属元素，能形成抗热的 多聚物 ©硅与碳有一些特性很相似 圈C-Si键与C-C键有相同的强度 国但是，我们所述的是地球为基石的多聚化学，可能生命不需 要任何特殊的的元素作为主要元素成分？

Shanghai Jiao Tong University B, N, Si, P, S 是其它一些常见的非金属元素，能形成抗热的 多聚物 硅与碳有一些特性很相似 C-Si键 与 C-C 键有相同的强度 但是，我们所述的是地球为基石的多聚化学，可能生命不需 要任何特殊的的元素作为主要元素成分？ 其它可能作为生命基石的替代元素

h 上游充通大￥ 以硅为基础的生命形式？ Shanghai Jiao Tong University ©1891，德国宇宙物理学家Julius Scheiner可能是第一个怀疑硅可作为宇宙基石的 科学家。 @ 1893,James Emerson Reynolds指出硅化合物可能允许生命在更加高温的环境中 生存 ©1924，J.B.S.Haldane指出可能在星球深部存在部分融化状态的硅态生命，这些 生命通过铁氧化获得能量。· Silicon based life in Star Trek Universe

Shanghai Jiao Tong University 1891, 德国宇宙物理学家Julius Scheiner 可能是第一个怀疑硅可作为宇宙基石的 科学家。 1893, James Emerson Reynolds 指出硅化合物可能允许生命在更加高温的环境中 生存. 1924, J. B. S. Haldane 指出可能在星球深部存在部分融化状态的硅态生命，这些 生命通过铁氧化获得能量。. Silicon based life in Star Trek Universe 以硅为基础的生命形式?