在这里，必须提到碳元素的重要作用。碳原子的原子核外一共有6个电子，2个在内层，4个在外层。它不像化学元素周期表中第Ⅰ族的碱金属那样容易失去电子而表现为正价，也不像第Ⅶ族的卤素那样容易得到电子而表现为负价。它所形成的化合物，大多数都是以与其他元素共用电子对而形成的共价化合物。一般来说，共价键形成的分子极性不强，分子中原子的结合不如离子化合物那样牢固。但是碳元素处在第Ⅱ周期，它的原子半径比较小，最外层的负电子离原子核比较近，所以形成的共价键仍然比较牢固。碳原子的这种结构特点，为形成大分子甚至多分子物质提供了可能性。
实际上，我们已经知道，生命的基础物质是蛋白质，而蛋白质又是由氨基酸组成的。氨基酸分子结构的通式是：
（侧链）JG（CZJZ；S；X；YRN2（氨基）COOJG）（羧基）这个通式清楚地显示出碳元素在氨基酸分子中的重要作用。而当两个氨基酸分子碰到一块时，一个氨基酸分子的氨基（N2）可以和另一个氨基酸分子的羧基（COO），相连接，共同脱去一分子的水（2O）而形成肽键（JG（CZJLX，YS；YONJG））。这种肽键就是氨基酸连接成蛋白质的分子桥梁。这种结合方式就叫缩合。依靠无数个这样的桥梁，两个氨基酸分子可以连接成二肽，3个氨基酸分子可以连接成三肽；多个氨基酸分子就可以连接成多肽。量变引起质变，肽链一长，就会自动地卷成螺旋的结构；而螺旋的结构又会扭曲盘旋形成高级的空间结构。
当数以百计的氨基酸连在一起时，大分子的蛋白质就诞生了。
核酸和蛋白质一样，也是生命的最基本物质之一。它是由许多个核苷酸通过磷酸二酯键连接而成的高分子化合物。它的出现和形成与蛋白质有着类似的过程。地球上蛋白质和核酸的出现，标志着化学进化进入了重要的阶段，只要再向前走一步，生命的曙光就在前头。
由于原始海洋中蛋白质、核酸等各种有机高分子物质越积越多，浓度不断加大。在某种外部条件的作用下，这些有机高分子物质浓缩分离出来，相互作用聚集成小滴。这些小滴的外面包有最原始的界膜，使小滴内部与周围的海洋环境分开，形成独立的多分子体系。这样的独立多分子体系已经能够与外界的环境进行某种物质交换的活动。这是化学进化的第三阶段。再从多分子体系演变为原始初级的生命，就是化学进化的第四阶段。这个阶段是最复杂、最有决定意义的。但是从无生命到有生命的物质之间并没有一条绝对的分界线，也就是说，生命没有明确的起始点。虽然蛋白质和核酸是重要的生命物质，但它们还不具有生命的形态，只有当它们共同组成蛋白体的时候，生命现象才真正表现出来。蛋白体的特征是能够新陈代谢，能与周围环境进行物质和能量的交换，并且能在新陈代谢基础上保存自己、发展自己，还具有自我繁殖、维持物种延续的能力。
归结起来，化学进化大体可以分为四个阶段：
第一，从无机小分子物质生成有机小分子物质；第二，从有机小分子物质形成有机高分子物质；第三，从有机高分子物质组成有机多分子体系；第四，从有机多分子体系演变为原始初级的生命。
3.生命前的化学进化
1824年的春天，在瑞典首都斯德哥尔摩的一间化学实验室里，发生了一件惊天动地的事情。
一位当时并不出名的24岁德国青年化学家维勒在研究“氰作用于氨水”时，破天荒地得到了一种有机物，这就是在此之前只能从植物中提取的草酸。1828年，他又用人工方法合成了另一种有机物，这就是人们每天排出的尿液中所含的尿素。他因此而成为第一个用无机物通过化学方法人工合成有机物的人。在此之前，人们是把自然界的物质分成毫不相干的两大类--无机物和有机物。而且大多数科学家都认为，无机物来源于空气、海洋、矿物和土壤，它们是简单的、无生命的物质，人们能够合成它。而有机物则只能从动植物等有生命的活体中提取，是无法用人工方法合成的。维勒的发现动摇了这个传统的观念，打破了无机和有机两大类物质间的界限。
到了20世纪50年代，蛋白体的两个主要角色--蛋白质和核酸的结构都已经被科学家们所认识。生命物质不再使人感到神秘。既然人们已经了解了生命物质的内在结构，又大概地分析出了从无机物到生命物质发展的基本过程，于是人们就想模拟生命形成过程中各种可能的情况。1953年，美国尤里实验室的研究生米勒，在他的导师指导下，做了一个很有意义的实验。他在密闭的容器中，装进了模拟原始大气成分的气体，如甲烷、氢、水蒸气、氨气等。然后进行反复多次的火花放电，并用模拟太阳紫外线进行强烈的照射。一个星期后，在产生的溶液中发现了多种氨基酸。这一成功的试验有力地证实了“自然界的有机物是由无机物转化而成的”这一推断的科学性。
科学家们还做了其他许多试验，包括模拟火山爆发环境的试验来探求生命之源。同时，科学家们还希望用人工方法依照物质的内在结构，来合成生命物质。在这方面，最初的实验是从人工合成胰岛素开始的。因为胰岛素是形形色色蛋白质中的一种，但它的分子“个头儿”小，结构相对来说简单一些，是由51个氨基酸组成的。在这项科学竞赛中，中国夺得了“世界冠军”.提起这一段历史，的确令中国人感到自豪。当时欧洲、美洲许多发达国家的科研机构都在进行这方面的研究，谁都想获得世界上“第一个”人工合成胰岛素的“桂冠”.然而胰岛素的复杂结构使研究工作困难重重。英国《自然》杂志甚至灰心丧气地宣称：“人工合成胰岛素在相当长的时间内未必会实现。”但是中国科学家不畏艰难，从1959年春天开始，到1965年9月17日，经过6年零9个月艰苦的攻关，终于获得了第一批用人工方法合成的结晶牛胰岛素。用各种方法都证明了，这些人工合成的牛胰岛素与从牛身上提取的天然牛胰岛素具有完全相同的功能和特性。中国科学家们取得的这项科研成果不仅为祖国争得了荣誉，还又一次证明了生命是从无生命的物质中，经过演变、进化发展而来的，它为推进生物学的发展做出了巨大贡献。
如果说，尿素的合成是一个创举，突破了无机物和有机物的界限，开创了人工合成有机物的新时期，那么，胰岛素的合成是一个更伟大的创举，它突破了一般有机物和生物高分子的界限，开创了人工合成蛋白质的新时代。
人工合成核酸的工作开始得比较晚，因为取得核酸的结晶比较困难，对核酸结构的了解也比较迟，1965年才有人首次确定了一种可溶性核糖核酸（即酵母丙氨酸转移RNA）的一级结构。直到1970年，美籍印度科学家柯拉那等人，才经过5年多的努力，合成了一种由77对核苷酸片段组成的核酸，人们称它为“人工基因”.我国的科学工作者也在1981年用人工方法合成了一种核糖核酸（酵母丙氨酸转运核糖核酸），这是我国在探索生命起源问题上的又一重大成就。
蛋白质和核酸的种类繁多，成分和结构也十分复杂，要看懂它们的结构图就如同要读懂一本艰深莫测的“天书”，所以人工合成蛋白质和核酸的工作十分艰巨。到现在，人们所能够合成的，仅仅是它们中的一些“小个子”，而且为数稀少。但人工合成蛋白质和核酸的时代毕竟已经到来。总有一天，人们会用人工制造的蛋白质和核酸，把生命“制造”出来。现在已经有人在为此而努力。人工合成生命的日子已经越来越近了。
4.人工合成的生命
人工合成生命是一项十分艰难的工作，因为在大自然物质的实际发展过程中，生命的出现经历了几十亿年漫长的历程。人们想在短期内重现这一漫长的过程，谈何容易。人们付出巨大的代价来研究它，是为了弄清生命起源的真实原因，也为了能更好地掌握和利用自然界的资源。
在自然界，有了蛋白质和核酸以后，是怎样进一步形成有生命的蛋白体呢？目前还没有一致的看法，但已有各种不同的学说。苏联的学者奥巴林曾提出过着名的“团聚体”学说。他通过实验，用天然的蛋白质、核酸、多肽和多核苷酸溶液在一定温度和酸度条件下，分离出了团聚体。
这种团聚体有新陈代谢现象，会生长、繁殖。据此，奥巴林认为“团聚体”就是生命最早期的形态。然而生命的复杂性使人们不能简单地对此表示肯定或否定。
但有一点人们似乎都表示同意，那就是最原始的生命是非细胞形态的，它们自己不会制造有机物，加上原始大气中又没有多少氧气，所以它们过着“吃现成饭”和不需要呼吸的生活。那时，自然界自然形成的有机物十分丰富，而有生命的“居民”却极为稀少，所以原始生命不愁吃，不愁喝，随意生长，大量繁殖。但是越来越多的多分子体系大量消耗吞噬现成的有机小分子，使可食用的有机小分子物质减少，多分子体系之间开始了生存竞争，这促使原始生命自身在斗争中完善和发展。经过长期的演化，原始生命内部结构逐渐复杂化，开始形成细胞膜。这一层保护膜，有效地控制了物质的进出，让养料进入，废物排出，这时原始生命就转化为原始细胞。细胞的出现使生命进入了更高一级的发展阶段，奠定了生命存在的基本形态。我们现在看到的生物体都是以细胞形态存在的。即使是非细胞形态的病毒，也必须是在侵入细胞后才能繁殖。细胞是生命的结构单元、功能单元和生殖单元。但细胞并不是生命一出现时就存在的，而是生命发展到一定阶段时的产物；反过来，它又极大地保护和推动了生命的发展。细胞的出现，是生命发展史上重要的里程碑。
原始地球上没有游离氧（O.2），大气圈中也没有臭氧层（O.3）。太阳的紫外线能长驱直入，照射到地球表面。这种条件有利于生命前的化学进化，有利于有机物的积累，有利于生命的出现。但生命出现以后，强烈的紫外线会杀伤生命。另外，生命个体的大量繁殖使可食用的有机物迅速减少，甚至濒于耗尽。这些不利条件都使生命的发展受到限制和威胁。
但生命的发展具有无比强大的力量，从厌氧的生物中发展出了一支含有叶绿素的蓝藻，它们会利用光能进行光合作用，把二氧化碳和水这样简单的无机物轻而易举地直接合成为有机物。这样，生命发展需要的“粮食”问题就得到了解决。光合作用的产物之一氧气还使大气层中的氧气逐渐增多，并在高空形成臭氧层。有臭氧层作为屏障，阻止了紫外线的强烈辐射，保护了生命。而且大量的氧气使生物从厌氧的习性逐渐改变为喜氧的习性，提高了生物能量代谢的效率，因为生物从有氧氧化获得的能量比从无氧酵解获得的能量要大得多。
能够通过光合作用，自己制造“食物”的生物称为自养生物。它们把水、二氧化碳和氨盐合成糖和蛋白质等各种有机物。另一些生物则要靠吃自养生物为生，称为异养生物。异养生物又反过来把吃进去的有机物分解成水、二氧化碳和氨盐等简单物质。从此，生物界出现了自养和异养、合成和分解的对立统一的矛盾运动过程，使生物界形成了一个完整的生态系统，为以后的生物大发展开辟了道路。
目前，攻克“生命起源”科学堡垒的战斗还在继续进行。加入战斗的有生物兵、化学兵、物理兵、天文兵、地质兵、……，称得上是大兵团作战。各兵种不仅使出了各自的“绝招”，还用上了各种现代化的精密仪器。这些仪器在科学实验中发挥了巨大的作用。但“生命起源”
这个科学堡垒是十分坚固、很难攻破的。因为它研究的是几十亿年前发生的事情，当时地球的环境条件与现在完全不同，而且生命是物质发展到相当高级的阶段时才产生的，经历了十几亿年的时间。人类从出现到现在不过300万年，对周围世界的认识还很肤浅，认识这样深刻而复杂的问题还需要花费很大的力气。所以，对生命起源的研究虽然取得了一些成就和进展，但距离真正解开这个谜，还有很长的路要走。
