生命起源和進(jìn)化

1、生命的起源與進(jìn)化（origin of life & biological evolution）人類最富有挑戰(zhàn)性的思考宇宙起源的思考生命起源的思考 什么是生命? 何時(shí)形成的? 如何形成?本講主要內(nèi)容什么是生命生命起源的假說(shuō)尋求生物進(jìn)化的軌跡什么是生命?思辨過(guò)程被列入生命特征的每一條都可能在哲學(xué)詭辯中受到詰難 應(yīng)答 植物人/機(jī)械 繁殖 休眠孢子/火焰用1、2句話解釋什么是生命很難物理學(xué)家的角度熱力學(xué)第二定律生命依靠吸納負(fù)熵，避免趨向平衡的衰退（“生命是什么”，薛定諤，1944）生物學(xué)家以細(xì)胞為基本結(jié)構(gòu)單位具備新陳代謝、繁殖、遺傳等特征生命起源的種種假說(shuō)神造論-上帝造萬(wàn)物，造人（圣經(jīng)）自然發(fā)生論-生

2、物從非生物環(huán)境中自然發(fā)生出來(lái)宇生論-生命來(lái)自宇宙中別的星球進(jìn)化論神造論圣經(jīng)舊約創(chuàng)世紀(jì)：上帝在6天之內(nèi)創(chuàng)造了包括宇宙、陸地、海洋、各種動(dòng)物、植物、男人、女人在內(nèi)的世界萬(wàn)物。BACK自然發(fā)生論腐草化螢腐肉生蛆淤泥生鼠巴斯德-曲頸甑試驗(yàn)BACK宇生論澳大利亞發(fā)現(xiàn)-含碳物質(zhì)的隕石月球樣品-氨基酸和有機(jī)酸BACK進(jìn)化論進(jìn)化論的創(chuàng)立共同由來(lái)學(xué)說(shuō)（theory of common descent）自然選擇學(xué)說(shuō)（theory of natural selection）多重證據(jù)支持共同由來(lái)學(xué)說(shuō)加拉帕戈斯地雀形態(tài)學(xué)的比較研究：人的上肢、馬的前腿、海豚的鰭足、蝙蝠的翼手骨骼構(gòu)造相似化石記錄多重證據(jù)支持共同由來(lái)學(xué)說(shuō)加

3、拉帕戈斯地雀加拉帕戈斯群島位于東太平洋，由19個(gè)火山島組成，從未和大陸相連島上獨(dú)有的物種13種地雀彼此相似而又互有區(qū)別的物種來(lái)自同一個(gè)祖先自然選擇學(xué)說(shuō)達(dá)爾文做出推論 選擇淘汰脆弱的個(gè)體 變異產(chǎn)生新的性狀 連續(xù)選擇使輕微的變異積累人工選擇效應(yīng)-自然選擇的佐證家養(yǎng)動(dòng)物栽培植物金魚的馴化金魚鯽魚（Carassius auratus）我國(guó)飼養(yǎng)金魚最早的國(guó)家七八百年中，完成了金魚的馴化，選育出絢麗多姿、顏色各異的不同品種 2n=100尋求生物進(jìn)化的軌跡元素演化地球進(jìn)化（evolution of earth）生命的化學(xué)進(jìn)化（chemical evolution）生物進(jìn)化（biological evolut

4、ion）200億年以前，沒(méi)有能量，時(shí)間、空間150億年前，宇宙大爆炸45億年前- 太陽(yáng)系形成，地球形成35億年前- 化石記錄生命起源于45-35億年之間地球進(jìn)化生命起源于何時(shí)？地球?qū)殞毚紊髿馊Γㄟ€原性）：H2O、NH3、CH4、H2S原始海洋紫外線、閃電、 輻射、火山化學(xué)進(jìn)化生命的兩大步簡(jiǎn)單小分子合成復(fù)雜大分子多分子體系到原始生命細(xì)胞1924年蘇聯(lián)學(xué)者A.N.奧帕林地球上生命的起源英國(guó)學(xué)者J.B.S.霍爾丹模擬原始地球還原性大氣中雷鳴閃電的實(shí)驗(yàn)，開(kāi)辟 了生命起源研究的新途徑 Stanley Miller 的實(shí)驗(yàn)Miller 電極，得到35種有機(jī)物，其中有10種組成蛋白質(zhì)的氨基酸 高溫、紫外線

5、、射線已能合成出20種天然氨基酸中的17種首先甲烷與氨作用生成氰，甲烷與水作用生成醛類；然后氰、醛類與氨作用生成氨基腈（aminoni- trile）；氨基腈水解就生成氨基酸。 多分子體系到原始生命細(xì)胞從有機(jī)小分子合成生物大分子從生物大分子生成多分子體系從多分子體系進(jìn)化為原始生命美國(guó)?？怂梗‵.FOX)試驗(yàn)證實(shí)： 將氨基酸混合物傾倒在160oC200oC的熱砂或粘土上，水分蒸發(fā)，氨基酸濃縮并化合生成類蛋白質(zhì)分子。 后來(lái)的類似實(shí)驗(yàn)： HCN+NH3 類似肽的化合物 單核苷酸 多核苷酸 50oC60oC 奧巴林的團(tuán)聚體學(xué)說(shuō) 混合 白明膠 阿拉伯膠 團(tuán)聚體（小滴）（蛋白質(zhì)） （多糖）團(tuán)聚體小滴的性質(zhì)

6、 （1）直徑1m500m； （2）穩(wěn)定存在幾小時(shí)至幾周； （3）外周增厚呈膜狀結(jié)構(gòu)， 與周圍水液有明顯界限； （4）具有原始代謝特征； （5）可以增長(zhǎng)和繁殖。 ?？怂沟奈⑶蝮w學(xué)說(shuō)微球體的性質(zhì)（1）直徑1m2m（相當(dāng)于細(xì)菌大?。?；（2）可吸納周圍環(huán)境的脂類，并形成膜狀結(jié)構(gòu)；（3）膜表現(xiàn)選擇透性，反映滲透壓的變化；（4）吸納周圍環(huán)境中蛋白質(zhì)分子，微球體可“增長(zhǎng)”和“ 繁殖”。（1）具有脂雙層膜圍成的與周圍環(huán)境隔開(kāi)的含水囊泡。（2）囊泡內(nèi)有多種核酸、蛋白質(zhì)、糖類大分子。（3）能選擇性地從周圍環(huán)境中吸納“食物”。（4）利用“食物”的分解，復(fù)制自身一部分起核心作用的大分子。（5）囊泡因大分子增多而“生長(zhǎng)

7、”和“繁殖”。多分子體系具有下列性質(zhì)，就成為原始生命RNA世界假說(shuō)（RNA world theory）先有雞還是先有蛋？先有蛋白質(zhì)還是先有核酸？RNA- 第一個(gè)基因同時(shí)具有催化功能最初的生命搖籃最早的生物- 水生、單細(xì)胞原核生物、厭氧、異養(yǎng)原始生命靠“原始湯”中的有機(jī)物獲得能量墊藻巖巖石上面有35億年前原核生物的蹤跡 發(fā)現(xiàn)于澳洲西部的 35 億年前的藍(lán)細(xì)菌化石 自養(yǎng)型細(xì)胞改變了地球的面貌卟啉化合物是一種有色物質(zhì)，能吸收太陽(yáng)光能，進(jìn)行光化學(xué)反應(yīng)，有了卟啉就有了自養(yǎng)營(yíng)養(yǎng)。現(xiàn)代生物中的葉綠素、血紅素及各種細(xì)胞色素中均含有卟啉。光合作用（1）大氣中有了氧，不再是還原性環(huán)境。（2）大氣上層有了臭氧層。自

8、養(yǎng)型細(xì)胞改變了地球的面貌厭氧生物變化（進(jìn)化）死亡驅(qū)趕極端環(huán)境臭氧層出現(xiàn)擋住紫外線O2出現(xiàn)有氧呼吸的產(chǎn)生是生命進(jìn)化的一大飛躍 有氧呼吸極大地提高了生物從 食物中獲取能量的效率 葡萄糖 無(wú)氧分解（糖酵解） 2個(gè)ATP 有氧分解 36個(gè)ATP 有氧呼吸生物的出現(xiàn)給生命世界帶來(lái)了第一次大繁榮出現(xiàn)了多細(xì)胞生物出現(xiàn)了植物出現(xiàn)了動(dòng)物單細(xì)胞生物到多細(xì)胞生物團(tuán)藻粘菌團(tuán)藻團(tuán)藻屬（Volvox）綠藻門，綠藻綱，團(tuán)藻科。屬群體類型的藻類。由500多個(gè)至50000多個(gè)類似衣藻的細(xì)胞組成。 粘菌門（Myxomycota） 營(yíng)養(yǎng)體子實(shí)體從聚集到分工單細(xì)胞生物向多細(xì)胞生物的進(jìn)化 從聚集到分工單細(xì)胞生物向多細(xì)胞生物的進(jìn)化 從聚集到分工單細(xì)胞生物向多細(xì)胞生物的進(jìn)化 生物進(jìn)化的主要時(shí)期太古代元古代