第八生命的起源

1、第八章第八章 生命的起源生命的起源第一節(jié) 對生命的幾種假說 神造論神造論-上帝造萬物，造人（圣經(jīng)）上帝造萬物，造人（圣經(jīng)） 自然發(fā)生論自然發(fā)生論-生物從非生物環(huán)境中自然生物從非生物環(huán)境中自然發(fā)生出來發(fā)生出來 宇生論宇生論-生命來自宇宙中別的星球生命來自宇宙中別的星球 進化論進化論 一、原始人的圖騰思辨一、原始人的圖騰思辨二、神造論二、神造論 圣經(jīng)舊約圣經(jīng)舊約創(chuàng)世紀創(chuàng)世紀：上帝在：上帝在6天之內(nèi)創(chuàng)造天之內(nèi)創(chuàng)造了包括宇宙、陸地、海洋、各種動物、植了包括宇宙、陸地、海洋、各種動物、植物、男人、女人在內(nèi)的世界萬物。物、男人、女人在內(nèi)的世界萬物。女媧造人女媧造人 三、自然發(fā)生論三、自然發(fā)生論 腐草化螢腐

2、草化螢 腐肉生蛆腐肉生蛆 淤泥生鼠淤泥生鼠 四、生源論四、生源論 巴斯德巴斯德-曲頸甑試驗曲頸甑試驗五、新自然發(fā)生說五、新自然發(fā)生說 地球上由地球上由沒有生命沒有生命的無機物的無機物逐漸發(fā)展逐漸發(fā)展到今天的到今天的生命世界生命世界 進化論的創(chuàng)立進化論的創(chuàng)立 共同由來學說（共同由來學說（theory of common descent） 自然選擇學說（自然選擇學說（theory of natural selection）多重證據(jù)支持共同由來學說 加拉帕戈斯地雀加拉帕戈斯地雀 形態(tài)學的比較研形態(tài)學的比較研究：究： 化石記錄化石記錄多重證據(jù)支持共同由來學說加拉帕戈斯地雀 加拉帕戈斯群島位于東加拉帕戈

3、斯群島位于東太平洋，由太平洋，由19個火山島個火山島組成，從未和大陸相連組成，從未和大陸相連 島上獨有的物種島上獨有的物種 13種地雀種地雀 彼此相似而又互有區(qū)別彼此相似而又互有區(qū)別的物種來自同一個祖先的物種來自同一個祖先自然選擇學說 達爾文做出推論達爾文做出推論 選擇淘汰脆弱的個體選擇淘汰脆弱的個體 變異產(chǎn)生新的性狀變異產(chǎn)生新的性狀 連續(xù)選擇使輕微的變異積累連續(xù)選擇使輕微的變異積累 人工選擇效應人工選擇效應-自然選擇的佐證自然選擇的佐證家養(yǎng)動物家養(yǎng)動物栽培植物栽培植物金魚的馴化金魚的馴化 金魚金魚 鯽魚（鯽魚（Carassius auratus） 我國飼養(yǎng)金魚最早的國家我國飼養(yǎng)金魚最早的國家

4、 七八百年中，完成了金魚的七八百年中，完成了金魚的馴化，選育出絢麗多姿、顏馴化，選育出絢麗多姿、顏色各異的不同品種色各異的不同品種 2n=100六、地外起源論（宇生論）六、地外起源論（宇生論） 澳大利亞發(fā)現(xiàn)澳大利亞發(fā)現(xiàn)-含碳物質(zhì)的隕石含碳物質(zhì)的隕石 月球樣品月球樣品-氨基酸和有機酸氨基酸和有機酸 地球上生命來自宇宙地球上生命來自宇宙空間別的星球?？臻g別的星球。彗星彗星隕石坑隕石坑生命起源于地球的自身演化過程生命起源于地球的自身演化過程地球地球是迄是迄今為今為止發(fā)止發(fā)現(xiàn)唯現(xiàn)唯一存一存在生在生命的命的星球星球第二節(jié) 化學進化 一、物理進化、化學進化與生物進化一、物理進化、化學進化與生物進化 二、化

5、學進化二、化學進化l 1920s,奧巴林和霍爾丹：化學演化期或前生物期1.1.簡單有機體的形成簡單有機體的形成 l 1828年，維勒，氧化鉛+銨尿素l Miller實驗古老大氣環(huán)境的模擬實驗l 澳大利亞澳大利亞 隕石中發(fā)現(xiàn)隕石中發(fā)現(xiàn)(1959)氨基酸、嘧啶氨基酸、嘧啶 和脂肪酸和脂肪酸2.2.聚合有機體的形成聚合有機體的形成3.3.多分子體系的形成和原始生命的出現(xiàn)多分子體系的形成和原始生命的出現(xiàn)4.4.代謝系統(tǒng)的進化和遺傳系統(tǒng)的起源代謝系統(tǒng)的進化和遺傳系統(tǒng)的起源 用電擊提供能量，從簡單小分子可得到復雜大分子。1. 1.蛋白質(zhì)起源說蛋白質(zhì)起源說l 奧巴林的團聚體奧巴林的團聚體 (coacerva

6、te)假說假說(1924)： 用蛋白質(zhì)（白明膠）和多糖用蛋白質(zhì)（白明膠）和多糖(阿拉伯膠阿拉伯膠)混合得到團聚體混合得到團聚體l 福克斯用類蛋白質(zhì)加熱得到?？怂褂妙惖鞍踪|(zhì)加熱得到微球體微球體三、生命的蛋白質(zhì)起源說與核酸起源說三、生命的蛋白質(zhì)起源說與核酸起源說“蛋雞悖論蛋雞悖論”2 2、核酸起源說、核酸起源說l 遺傳學家遺傳學家Muller (20年代年代) 提出提出“裸基因說裸基因說” (naked gene theory): 生命發(fā)生從基因開始；生命發(fā)生從基因開始；l T.Cech (80年代年代) 發(fā)現(xiàn)具有催化活性的發(fā)現(xiàn)具有催化活性的RNA -ribozymel H.F.Noller (1

7、992) 發(fā)現(xiàn)純化的發(fā)現(xiàn)純化的rRNA有催化肽鏈有催化肽鏈合成的功能合成的功能具有催化活性的具有催化活性的RNA: 包括包括rRNA和和tRNA; 完成多種功能：自我剪接；催化剪切；多肽合完成多種功能：自我剪接；催化剪切；多肽合成；催化核苷酸的合成等成；催化核苷酸的合成等RNA既能儲存信息，也能催化化學反應既能儲存信息，也能催化化學反應 （1）RNA初始序列作為互補序列模板；初始序列作為互補序列模板； （2）互補序列作為模板，合成具初始序列）互補序列作為模板，合成具初始序列RNA分子。分子。RNA在進化上早于在進化上早于DNA：RNA world如何轉(zhuǎn)化為如何轉(zhuǎn)化為DNA world基于基于R

8、NA的系統(tǒng)的系統(tǒng)RNA復制復制基于基于RNA和蛋白質(zhì)和蛋白質(zhì)的系統(tǒng)的系統(tǒng)RNA到蛋白質(zhì)到蛋白質(zhì)現(xiàn)代細胞現(xiàn)代細胞DNARNA蛋白質(zhì)蛋白質(zhì)生物大分子的化學分工與進化生物大分子的化學分工與進化DNA較較RNA穩(wěn)定，有利于遺傳穩(wěn)定性；穩(wěn)定，有利于遺傳穩(wěn)定性；蛋白質(zhì)多樣性大于蛋白質(zhì)多樣性大于RNA, 有利于反應復雜性的進化有利于反應復雜性的進化 四、生命秩序起源的新思考四、生命秩序起源的新思考 五、核酸和蛋白質(zhì)的專業(yè)化分工合作五、核酸和蛋白質(zhì)的專業(yè)化分工合作第三節(jié)第三節(jié) 細胞的形成和進化細胞的形成和進化一、細胞的形成細胞起源于細胞起源于?細胞起源于地球細胞起源于地球地球的形成及地球大氣層條件地球的形成及

9、地球大氣層條件的變化是細胞生命形成的關鍵的變化是細胞生命形成的關鍵 細細 胞胞 生物大分子生物大分子 （蛋白質(zhì)、核酸等）（蛋白質(zhì)、核酸等） 生物小分子生物小分子（氨基酸、核苷酸、（氨基酸、核苷酸、 單糖、脂肪酸等）單糖、脂肪酸等） 無機物小分子無機物小分子（ 甲烷、氨、氫、水等）甲烷、氨、氫、水等）CH4NH3H2OH2生物小分子形成生物小分子形成氨基酸、尿素等氨基酸、嘌呤、氨基酸、嘌呤、嘧啶、脂肪酸等嘧啶、脂肪酸等電火花電火花生物大分子（如線生物大分子（如線性多核苷酸）形成性多核苷酸）形成原始細胞原始細胞 二、細胞的進化二、細胞的進化 一、原核細胞的進化 異養(yǎng)細菌 化能自養(yǎng) 光合自養(yǎng) 兼性好

10、氧 完全好氧 2.真核細胞的起源真核細胞的起源 藍藻在35億年前就已出現(xiàn)，在之后的十幾億年里，他對改變地球的原始大氣有很大的作用。 當是的生態(tài)環(huán)境中只有藍藻藍藻 細菌細菌 20 億年前，某些原核細胞通過內(nèi)共生的方法，進化出真核細胞。（目前較公認的假說） 藍藻藍藻 葉綠體葉綠體 細菌細菌 線粒體線粒體 真核細胞的出現(xiàn)為有性生殖、多細胞化、動植物的分化都奠定了基礎。 線粒體和葉綠體起源的內(nèi)共生學說 內(nèi)共生是指一種較大的細胞把另一種較小的細胞“吞吃”到細胞里面，但并不把小細胞消化掉，而是與其建立起一種互惠的共生關系（如大細胞利用小細胞的某種功能，從中得益，小細胞則利用大細胞提供的環(huán)境與食物，得以更好

11、地生存） 線粒體和葉綠體起源的內(nèi)共生學說 現(xiàn)代生物界內(nèi)共生的例子 許多種單細胞的綠藻、甲藻和硅藻可以共生于高等植物、真菌、其他藻類以及脊椎動物和無脊椎動物的細胞中 藍菌可以共生在真菌、變形蟲、鞭毛蟲以及已失去葉綠體的綠藻的細胞中，藍菌可以進行光合作用，為宿主提供一定的養(yǎng)分在不少昆蟲的特殊細胞中，有正常共生的細菌，這些細菌對于宿主來說往往是有重要的生理意義池沼多核變形蟲（大小有2至3毫米）的細胞中并沒有線粒體，但卻有一些需氧的胞內(nèi)共生細菌，這些細菌實際上是起到了線粒體的作用 細胞器的內(nèi)共生起源學說就是根據(jù)自然界中比較普遍地存在著細胞內(nèi)共生這一現(xiàn)象，認為一些細胞器也是通過細胞內(nèi)共生的過程而起源的

12、設想一種較大的單細胞生物“吞吃”了另一種較小的單細胞生物，兩者首先建立起內(nèi)共生的關系 在細胞進化的過程中，被“吞吃”的小細胞逐步高度特化，不能再在細胞外長期生存，從而就成為了細胞內(nèi)的一種具有專門功能的細胞器官 很早就發(fā)現(xiàn)葉綠體可以通過分裂來進行增殖，因此早在19世紀末20世紀初，就有人提出了葉綠體是起源于胞內(nèi)共生的藍菌的設想 早在發(fā)現(xiàn)線粒體這種細胞器時，就有人指出它們在大小和形狀上與細菌很相似；在這種相似性的基礎上，20世紀20年代前后有人提出線粒體是來自胞內(nèi)共生的細菌；后來發(fā)現(xiàn)線粒體也可以像細菌那樣通過分裂而增殖，這給線粒體具內(nèi)共生起源的提法增添了一些依據(jù) 光憑線粒體與細菌之間、葉綠體與藍菌

13、之間的一些表面上的相似性，就認為線粒體和葉綠體是內(nèi)共生起源的，這未免缺乏足夠的說服力 因此，直到20世紀60年代，這一學說都沒有得到多大的發(fā)展 三、細胞的產(chǎn)生是基因定位第四節(jié) 對地外生命的探索 據(jù)研究，今天生活在地球上已確知的生物物種據(jù)研究，今天生活在地球上已確知的生物物種約約170萬種，加上未被發(fā)現(xiàn)和已經(jīng)滅絕的物種萬種，加上未被發(fā)現(xiàn)和已經(jīng)滅絕的物種（物種滅絕的同時會有新物種產(chǎn)生），地球上（物種滅絕的同時會有新物種產(chǎn)生），地球上物種的數(shù)目是相當可觀的。保守估計在億種以物種的數(shù)目是相當可觀的。保守估計在億種以上。上。 迄今為止，人們從迄今為止，人們從未見過地球以外的未見過地球以外的生命形態(tài)。生命

14、形態(tài)。 宇宙中存在著與宇宙中存在著與地球上地球上相同模式相同模式而構建的生命嗎？而構建的生命嗎？地外生命存在的依據(jù)地外生命存在的依據(jù)哲學的研究證據(jù)哲學的研究證據(jù)天文學的研究證據(jù)天文學的研究證據(jù) 哲學的研究證據(jù) 哲學中有句名言：哲學中有句名言：世界是世界是物質(zhì)的物質(zhì)的。即生命是物質(zhì)的。即生命是物質(zhì)的。構成生命的基本物質(zhì)材料構成生命的基本物質(zhì)材料和構成非生命的基本物質(zhì)和構成非生命的基本物質(zhì)材料并沒有區(qū)別，無非是材料并沒有區(qū)別，無非是各種化學元素，而這些元各種化學元素，而這些元素則是由更為基本的一些素則是由更為基本的一些粒子粒子原子、中子和電原子、中子和電子組成。子組成。天文學的研究證據(jù)天文學的研究

15、證據(jù) 構成恒星、星系、星構成恒星、星系、星際物質(zhì)等的基本材料，際物質(zhì)等的基本材料，物質(zhì)間相互作用的物物質(zhì)間相互作用的物理過程、化學過程和理過程、化學過程和生物過程所遵循的規(guī)生物過程所遵循的規(guī)律與地球上是一致的。律與地球上是一致的。 （右圖為三色石。是（右圖為三色石。是“勇氣勇氣”號號拍下的火星巖石的合成照片。拍下的火星巖石的合成照片。巖石有三種顏色：紅色、綠色巖石有三種顏色：紅色、綠色和藍色。）和藍色。） 星際有機分子的發(fā)現(xiàn)表明：在宇宙的許星際有機分子的發(fā)現(xiàn)表明：在宇宙的許多地方，由無機物形成有機物的化學演多地方，由無機物形成有機物的化學演化早已完成！化早已完成！細胞和膜的表面有許多核孔，細胞

16、和膜的表面有許多核孔，核孔的周圍有核孔的周圍有8種顆粒，組成種顆粒，組成核孔輪。通過這一核孔，促核孔輪。通過這一核孔，促使使RNA等進入細胞質(zhì)，完成等進入細胞質(zhì)，完成傳傳遞遺傳信息的任務。遞遺傳信息的任務。 結論：在太陽系內(nèi)的其結論：在太陽系內(nèi)的其他天體上不存在像地球他天體上不存在像地球人那樣的高度發(fā)達的生人那樣的高度發(fā)達的生命形式；命形式； 至于是否存在低至于是否存在低級生命的可能至今也沒級生命的可能至今也沒有定論。有定論。 尋找液態(tài)水？！尋找液態(tài)水？！ 月球：月球：“克萊門汀克萊門汀”號號航天器，發(fā)現(xiàn)月球南極的航天器，發(fā)現(xiàn)月球南極的冰湖冰湖 火星：火星：“火星快車火星快車”飛飛行器發(fā)回了長

17、期受水流侵行器發(fā)回了長期受水流侵蝕的火星表面照片蝕的火星表面照片（右上圖顯示美（右上圖顯示美“機遇號機遇號”曾發(fā)現(xiàn)火曾發(fā)現(xiàn)火星表面可能存在過咸海；下圖為星表面可能存在過咸海；下圖為 “火星快車火星快車”發(fā)回的照片）發(fā)回的照片）巨行星的衛(wèi)星巨行星的衛(wèi)星 木衛(wèi)二：木衛(wèi)二：99年年“伽利伽利略略”號考察表明，木衛(wèi)號考察表明，木衛(wèi)二表面布滿環(huán)形山，為二表面布滿環(huán)形山，為冰層所覆蓋冰層所覆蓋 05年，年，“卡卡西尼號西尼號”飛船四次近距飛船四次近距離拍攝土衛(wèi)二，發(fā)現(xiàn)南離拍攝土衛(wèi)二，發(fā)現(xiàn)南極有一系列裂痕和噴口極有一系列裂痕和噴口 （下左圖為卡西尼號拍攝的木（下左圖為卡西尼號拍攝的木衛(wèi)二表面，右圖為根據(jù)衛(wèi)二

18、表面，右圖為根據(jù)“伽伽利略利略”號采集的數(shù)據(jù)繪制的號采集的數(shù)據(jù)繪制的木衛(wèi)二的大氣）木衛(wèi)二的大氣）木衛(wèi)六木衛(wèi)六 97年發(fā)射的年發(fā)射的“卡西卡西尼號尼號”于于04年抵達土年抵達土星，發(fā)現(xiàn)土衛(wèi)六的物星，發(fā)現(xiàn)土衛(wèi)六的物理條件類似于原始地理條件類似于原始地球球 05年，年，“卡西尼卡西尼號號”攜帶的攜帶的“惠更斯惠更斯號號”降落在降落在“泰坦泰坦”表面，照片表明，泰表面，照片表明，泰坦上可能富含碳氫化坦上可能富含碳氫化合物和冰塊合物和冰塊（下圖為圖為“惠更斯惠更斯”號探測器離號探測器離開開“卡西尼卡西尼”號飛船，飛向土號飛船，飛向土星的衛(wèi)星星的衛(wèi)星土衛(wèi)六的想象圖土衛(wèi)六的想象圖）現(xiàn)在我們就以文明產(chǎn)生的條件

19、來估計銀河現(xiàn)在我們就以文明產(chǎn)生的條件來估計銀河系中符合這些條件的星球數(shù)量，即著名的系中符合這些條件的星球數(shù)量，即著名的德雷克方程德雷克方程。N= Rs X fp X fg X n X f1 X fi X fc X L式中：式中：N為銀河系內(nèi)可以聯(lián)絡的文明星球數(shù)；為銀河系內(nèi)可以聯(lián)絡的文明星球數(shù)； Rs為銀河系中的恒星形成率，即每年為銀河系中的恒星形成率，即每年 形成的恒星數(shù)目；形成的恒星數(shù)目； fp為有行星系的恒星所占比率；為有行星系的恒星所占比率； fg為類太陽型恒星所占比率；為類太陽型恒星所占比率； n為每個恒星有多少個行星處在其生命圈為每個恒星有多少個行星處在其生命圈 內(nèi)；內(nèi)；fi為有生命

20、的行星中出現(xiàn)智慧生命的比率為有生命的行星中出現(xiàn)智慧生命的比率f1為直屬行星中出現(xiàn)生命的行星的比率；為直屬行星中出現(xiàn)生命的行星的比率；fc為有智慧生命的行星中，具有星際通訊能力的行為有智慧生命的行星中，具有星際通訊能力的行星的比率；星的比率；L為文明存在的壽命。為文明存在的壽命。如何與地外文明取得聯(lián)系如何與地外文明取得聯(lián)系? ? 除了技術和設備除了技術和設備上的限制上的限制, ,時空屏時空屏障是最大難題障是最大難題. . 空間問題空間問題:最近的文明星最近的文明星球可能在球可能在35光年之外光年之外,即即使用無線電聯(lián)系使用無線電聯(lián)系,也要也要70年后得到回音年后得到回音; 時間問題時間問題:文明

21、發(fā)展程度文明發(fā)展程度差異太大的星球是無法差異太大的星球是無法進行通信溝通的進行通信溝通的地外文明的分類地外文明的分類地外文明地外文明發(fā)展發(fā)展的的程度程度第第1類類工業(yè)技術水平接近于工業(yè)技術水平接近于地球上已達到的水平地球上已達到的水平能量約為能量約為1016瓦特瓦特第第3類類掌握自己的恒星系統(tǒng)的掌握自己的恒星系統(tǒng)的一切資料一切資料能量約為能量約為1036瓦特瓦特第第2類類掌握自己的中心恒星和掌握自己的中心恒星和行星系統(tǒng)行星系統(tǒng)能量約為能量約為1026瓦特瓦特地外文明的探索地外文明的探索 無線電通信無線電通信 光學通信光學通信 空間探測器空間探測器 載人飛船載人飛船 (圖為圖為“火星快車火星快車”探測器探測器)無線電通信無線電通信 1960年天文學家德雷克實施年天文學家德雷克實施“奧茲奧茲瑪瑪”(OZMA)計劃計劃; 1992年年NASA實施實施“高分辨率微波高分辨率微波 巡天巡天”(HRMS)計劃計劃; 中國計劃在中國計劃在FAST計劃之后計劃之后,再實施再實施1 平方千米的平方千米的SKA的建設的建設.發(fā)射無線電信號發(fā)射無線電信號