生命的起源和生物進(jìn)化市公開課金獎(jiǎng)市賽課一等獎(jiǎng)?wù)n件

1、第一節(jié) 生命起源第二節(jié) 生物進(jìn)化歷程第三節(jié) 生物進(jìn)化證據(jù)第四節(jié) 生物進(jìn)化理論 生物進(jìn)化第1頁“道生一，一生二，二生三，三生萬物?！?老子:道德經(jīng)“物類之起，必有所始?！?旬子:勸學(xué)第一節(jié) 生命起源第2頁原始?xì)怏w冷凝匯流成海洋火山暴發(fā)和閃電能量使氣體合成簡單有機(jī)物氨基酸聚合成肽鏈又重新回到水中各種大分子進(jìn)化成原核細(xì)胞、真核細(xì)胞、多細(xì)胞生 命 起 源 模 式第3頁生命誕生第4頁三個(gè)焦點(diǎn)問題： 生物大分子出現(xiàn) DNARNA蛋白質(zhì)秩序建立 細(xì)胞形成第5頁一、 生物大分子出現(xiàn)3840億年前第6頁核苷酸、氨基酸和卟啉等有機(jī)物起源，已經(jīng)有相當(dāng)多研究 (1)從球外空間探索這些分子存在證據(jù)； (2)從球外起源隕

2、石中分析這類物質(zhì)是否存在； (3)試驗(yàn)室中創(chuàng)造類似于生命發(fā)生期地球條件，開展人工模擬試驗(yàn)。第7頁人們利用精密觀察設(shè)備從球外空間、從天外飛來隕石中已找到40各種存在于地球之外有機(jī)物，其中包含了各種氨基酸、核苷酸和卟啉。第8頁1828年德國化學(xué)家維勒(FWohler 18001882)在試驗(yàn)室里用氧化鉛和銨合成尿素(NH2CONH2)。開辟了從無機(jī)物合成有機(jī)物新紀(jì)元，填補(bǔ)了有機(jī)物與無機(jī)物之間鴻溝。第9頁1953年，米勒(Mi11er)對(duì)靠近于地表原始?xì)夥諝怏w混合系統(tǒng)第10頁第11頁NH3、 H2、CH4、H2O天冬氨酸混合系統(tǒng)谷氨酸氨基丙酸(紫外線)(沖擊波) (射線)高壓電弧等生物大分子組成物可

3、從無機(jī)物和簡單有機(jī)物小分子在靠近地表原始狀態(tài)物理、化學(xué)條件下合成出來，這是生命起源于地球化學(xué)演化有力證實(shí)。第12頁生命主宰物質(zhì)是核酸和蛋白質(zhì)這兩類生物大分子。生物大分子起源研究是解開生命起源奧秘鑰匙。二、 DNARNA蛋白質(zhì)秩序建立第13頁ReverseTranslationReplication第14頁核酸同原始蛋白質(zhì)哪個(gè)先發(fā)生，有三種說法：核酸先發(fā)生；蛋白質(zhì)先發(fā)生；二者同時(shí)發(fā)生。核酸先發(fā)生可能性較大，因?yàn)楹怂峤M成成份較簡單，聚合較輕易。同時(shí)發(fā)生可能性不大。核酸先發(fā)生，但沒有發(fā)揮它信息傳導(dǎo)體潛在功效。這種潛能只有在原始生命微體系出現(xiàn)后才能表現(xiàn)出來。依據(jù)研究，RNA先發(fā)生可能性較大，稱為“RN

4、A世界”。因某種核酸同時(shí)還含有酶功效。第15頁三、細(xì)胞形成膜結(jié)構(gòu)和分隔化形成是生命功效實(shí)現(xiàn)必要條件細(xì)胞出現(xiàn)： 3538億年前第16頁原始第一個(gè)細(xì)胞必須具備以下最基本性質(zhì)：(1)有類似質(zhì)膜生物膜。(2)有能完成自我復(fù)制和自發(fā)整合生命大分子物質(zhì)體系。(3)含有內(nèi)在物質(zhì)代謝、能量代謝和信息交流基本性能。第17頁1、微球說：美國?？怂?Fox)試驗(yàn)室主張微球說，認(rèn)為有生物質(zhì)(濃縮干燥氨基酸)在水液環(huán)境內(nèi)能夠形成微小球狀物。這種微球外周具者雙層表面膜，能將它與環(huán)境隔離成為相對(duì)獨(dú)立小體系。這種微球可因內(nèi)外改變而變形，“增加”體積；分裂為二，也能出芽，它們還能吸收物質(zhì)。原始生命體發(fā)生第18頁蛋白鏈形成微球體

5、水溶液中 11000第19頁2、團(tuán)聚體說：蘇聯(lián)奧巴林(Oparin)試驗(yàn)室主張有生物質(zhì)最先形成團(tuán)聚小體。這種團(tuán)聚小體大小不一，但有一定范圍，形態(tài)類似球狀菌。團(tuán)聚小體類似簡單細(xì)胞，外表有雙層膜，膜大小形態(tài)因環(huán)境滲透壓而改變。它能“選擇吸收”一些物質(zhì)，也能進(jìn)行“分裂”，能自發(fā)“出芽”。第20頁奧巴林將白明膠(蛋白質(zhì))水溶液與阿拉伯膠(糖)水溶液混在一起，在混合之前，這種溶液都是透明，混合之后，變?yōu)榛鞚?。在顯微鏡下能夠看到在均勻溶液中出現(xiàn)了小滴，即團(tuán)聚體。它們四面與水液有顯著界限。第21頁微球說與團(tuán)聚粒共同點(diǎn)。 ?？怂刮⑶蛘f認(rèn)為，從類蛋白質(zhì)在一定條件下即可形成有雙膜結(jié)構(gòu)微球，這么微球有各種多樣形態(tài)改

6、變和反應(yīng)“活性”。奧巴林團(tuán)聚粒也含有類似性質(zhì)，不過它組成物質(zhì)是從植物或動(dòng)物那里得到。第22頁 兩個(gè)模型研究共同證實(shí)一點(diǎn)地球表面物質(zhì)化學(xué)演化，在適宜條件下即有可能經(jīng)過物理，化學(xué)過程，產(chǎn)生原始有膜包被微小球體，達(dá)種微球體含有一些類似簡單生命活動(dòng)特征。第23頁第二節(jié) 生物進(jìn)化歷程 原核細(xì)胞 真核細(xì)胞 ? 單細(xì)胞 多細(xì)胞 多細(xì)胞生物出現(xiàn)后生物演化 人類起源四個(gè)主要進(jìn)化事件和階段：第24頁1.共生起源假說： 認(rèn)為原始真核細(xì)胞一些細(xì)胞器是吞噬了另一個(gè)細(xì)胞，或二者融合起來，實(shí)現(xiàn)共生結(jié)果。 不過它無法解釋細(xì)胞核起源。一、從原核細(xì)胞到真核細(xì)胞第25頁被捕捉后生活在大細(xì)菌細(xì)胞膜和細(xì)胞壁之間小細(xì)菌(黑色橢圓)(Bd

7、ellovibrio-意即蛭形弧菌)第26頁生活在一個(gè)原生生物中共生細(xì)菌，大小類似線粒體。此原生生物生活在白蟻后腸中。第27頁2.分化假說（膜進(jìn)化假說）： 真核細(xì)胞器是由原生質(zhì)膜內(nèi)伸和核質(zhì)再分配而同時(shí)形成。原核生物到真核生物是漸進(jìn)、直接進(jìn)化過程。 不過既然各種細(xì)胞器是同時(shí)形成，為何生化特征如此不一樣。第28頁30億年前3、分子進(jìn)化中性理論：30億年前就有了古細(xì)菌、真細(xì)菌、真核細(xì)胞生物分化第29頁 真核細(xì)胞是不是來自原核細(xì)胞，這個(gè)問題現(xiàn)在還沒有一個(gè)最終答案。第30頁多細(xì)胞生物出現(xiàn)： 6億年前單細(xì)胞真核生物二、 從單細(xì)胞到多細(xì)胞多細(xì)胞真核生物第31頁從系統(tǒng)發(fā)生來看，生物是從單細(xì)胞生物發(fā)展到多細(xì)胞生

8、物。衣藻衣藻是一個(gè)單細(xì)胞生物。第32頁盤藻盤藻是由 4、16或32個(gè)細(xì)胞組成，每個(gè)細(xì)胞都和衣藻相同。散開也能獨(dú)立生活。以同配生殖方式繁殖后代。第33頁實(shí)球藻實(shí)球藻由 8,16或32個(gè)細(xì)胞組成，單個(gè)細(xì)胞不能獨(dú)立生活，有性生殖是異配。第34頁空球藻空球藻(Eudorina)是由16、32或64個(gè)細(xì)胞組成,中央充滿膠質(zhì)液體。雌雄配子大小不一樣。第35頁團(tuán)藻團(tuán)藻(Volvox)是由50050000個(gè)細(xì)胞組成空心球群體，細(xì)胞功效分化為營養(yǎng)細(xì)胞和生殖細(xì)胞。有性生殖是卵配。第36頁1、生物個(gè)體結(jié)構(gòu)與功效進(jìn)化；2、大量新物種形成和生態(tài)系統(tǒng)進(jìn)化。三、多細(xì)胞生物出現(xiàn)后生物演化第37頁多細(xì)胞植物多細(xì)胞動(dòng)物第38頁澄

9、江生物群1984年南京地質(zhì)古生物研究所侯先光在云南省澄江縣境內(nèi)發(fā)覺了娜羅蟲(Naraoia)古老節(jié)肢動(dòng)物化石后，開始了大規(guī)模發(fā)掘。第39頁它證實(shí)了大暴發(fā)式演化事件在五億三千萬年前確實(shí)曾經(jīng)發(fā)生，最令人震撼則是在這一事件發(fā)生短短數(shù)百萬年(可能只有一兩百萬年)期間，幾乎全部現(xiàn)生動(dòng)物門類和許多已滅絕了生物，突發(fā)式地出現(xiàn)于寒武紀(jì)地層，而在更老地層卻完全沒有其祖先型生物化石發(fā)覺。第40頁在這一個(gè)瞬間性突發(fā)大事件中，不但建立了全部現(xiàn)生動(dòng)物門類(包含脊索動(dòng)物在內(nèi))結(jié)構(gòu)藍(lán)圖。另外還有二十幾個(gè)已經(jīng)滅絕了生物種，與現(xiàn)生動(dòng)物分類系統(tǒng)沒有任何關(guān)聯(lián)，但每一個(gè)種卻各自代表一個(gè)相當(dāng)于門一級(jí)結(jié)構(gòu)藍(lán)圖。第41頁美國學(xué)者Sepko

10、ski（1982）統(tǒng)計(jì)五次大滅絕事件距今時(shí)間Ma滅絕海洋動(dòng)物科數(shù)晚奧陶紀(jì)43944022晚泥盆紀(jì)36038021晚二疊紀(jì)22023050晚三疊紀(jì)17519020晚白堊紀(jì)606515第42頁小行星撞擊地球大規(guī)模森林火災(zāi)大規(guī)?；鹕絿姲l(fā)白堊紀(jì)末期恐龍滅絕幾個(gè)原因推測遍地恐龍尸骨驚慌逃竄恐龍“大滅絕”第43頁“大暴發(fā)”第44頁四、人類起源第45頁第46頁第47頁關(guān)于未來人類體質(zhì)特征將發(fā)展成什么樣子，日本科學(xué)家依據(jù)對(duì)日本不一樣時(shí)期人類體質(zhì)形態(tài)結(jié)構(gòu)發(fā)展情況，用計(jì)算機(jī)進(jìn)行推演。未來人類可能會(huì)像我們想象中太空人一樣，長著一個(gè)大大如足球一樣腦袋，尖尖下巴。因?yàn)槟X量越來越增大，腦顱會(huì)越變越大。伴隨食物深入精細(xì)，人

11、們不再需要用臼齒磨研食物，而逐步退化。第48頁南方古猿直立人當(dāng)代人未來人尼安德特人第49頁倭黑猩猩在80英尺高樹上行走，手中握著水果。1、人類起源于古類人猿第50頁凡出現(xiàn)了較靠近人類化石出現(xiàn)時(shí)，猿猴化石便不見了。起源地點(diǎn)很可能是亞洲中部，包含北京周口店和原屬亞洲大陸爪哇。但也有化石在南非和東非發(fā)覺。最新研究認(rèn)為人類起源于非洲猿猴。第51頁1.人和猿骨骼十分相近：結(jié)構(gòu)上看幾乎完全相同2.人和猿痕跡器官比較：盲腸退化3.人和猿胚胎發(fā)育和胎盤比較：前五個(gè)月胚胎，盤形胎盤4.人和猿生理、病理比較：三維視覺、月經(jīng)周期、血型 人類起源于古類人猿證據(jù)第52頁人和猿骨骼十分相近：結(jié)構(gòu)上看幾乎完全相同第53頁（

12、1）早期猿人階段能人1963年在坦桑尼亞奧杜韋峽谷發(fā)覺頭骨連大部分牙齒和下頜骨化石，腦量637ml,下肢能直立行走，拇指可與其它四指對(duì)握，但不甚準(zhǔn)確。有礫石作工具，能用石塊圍成圈防風(fēng)。化石距今150萬年二、人類進(jìn)化第54頁能人第55頁1470號(hào)人 (直立人)1972年在東非肯尼亞特卡納湖東岸發(fā)覺頭骨，腦量為700ml以上，肢骨與當(dāng)代人相同，已能直立行走?；嘟?00萬年。第56頁1470號(hào)人第57頁北京猿人（2) 晚期猿人階段19發(fā)覺。北京猿人腦量1088ml，以能制造石器，用火和營群體生活。距今50萬年。第58頁藍(lán)田猿人19631966年在陜西藍(lán)田縣發(fā)覺化石，形態(tài)上比北京猿人更為原始，腦量

13、為780ml。距今65-80萬年。第59頁1965年在云南元謀發(fā)覺上內(nèi)側(cè)門齒各一枚，有三件石英巖刮削器。距今170萬年。元謀猿人第60頁尼安德特人早期智人或稱古人，如德國尼安德特人腦量為1575ml，身高160cm。（3）早期智人階段第61頁馬壩人廣東馬壩人，距今10-20萬年。第62頁（4）晚期智人階段晚期智人又稱新人，是古人后代，距今約5萬年。如1868年在法國發(fā)覺克羅馬人，被認(rèn)為是當(dāng)代白種人直接祖先?？肆_馬人第63頁克羅馬人第64頁山頂洞人北京周口店龍骨山發(fā)覺山頂洞人，距今2.5萬年，被認(rèn)為是代表原始黃種人，與中國人，愛斯基摩人和印第安人十分靠近。第65頁蒙古利亞人(Mongoloid)

14、或稱黃種人，膚色黃、頭發(fā)直、臉扁平、鼻扁、鼻孔寬大；高加索人(Caucasoid)或稱白種人。皮膚白、鼻子高而狹窄，眼睛顏色和頭發(fā)類型各種多樣；（5）當(dāng)代人人種第66頁尼格羅人(Negroid)或稱黑種人，皮膚黑、嘴唇厚、鼻子寬、頭發(fā)鬈曲；澳大利亞人(Australoid)或稱棕種人，皮膚棕色或巧克力色，頭發(fā)棕黑色而鬈曲，鼻寬，胡須及體毛發(fā)達(dá)。第67頁 棕色人種（澳大利亞人種） 黑色人種（尼格羅人種） 白色人種（高加索人種）黃色人種（蒙古人種）第68頁 人種學(xué)（Ethnics） 是人類學(xué)一個(gè)分支學(xué)科。是研究人類各人種起源、演化、分布和體質(zhì)特征等，并探討人種與自然環(huán)境和生活條件關(guān)系科學(xué)。第69頁

15、“走出非洲”第70頁1987年，自然雜志上登載了美國加州大學(xué)伯克利分校三位人類學(xué)家線粒體DNA與人類進(jìn)化一文，他們依據(jù)對(duì)147名世界各大洲婦女胎盤細(xì)胞中線粒體DNA分析，并依據(jù)分析結(jié)果畫出一個(gè)樹狀圖，顯示線粒體DNA多態(tài)性分叉最底端在非洲。由此認(rèn)為，對(duì)所測定嬰兒線粒體DNA能夠?qū)⑷慨?dāng)代人種最終追溯到大約20萬年前生活在非洲一位婦女，她是今天全人類共同“祖母”。這就是著名人類起源“夏娃理論”。當(dāng)代分子人類學(xué)證據(jù)母系遺傳線粒體DNA第71頁 “夏娃理論”關(guān)鍵：1、含有當(dāng)代人特征人類最早出現(xiàn)在非洲，生活在距今大約29萬14萬年前，平均時(shí)間為20萬年前；2、這批當(dāng)代人在大約18萬9萬年前，平均時(shí)間約

16、13萬年前開始向世界各地?cái)U(kuò)散，并取代了當(dāng)?shù)赝林绷⑷撕驮缙谥侨耍?、來自非洲當(dāng)代人祖先沒有和當(dāng)?shù)赝林祟惏l(fā)生融合或基因交流，當(dāng)?shù)赝林用褡罱K絕滅了。第72頁11月，在自然遺傳學(xué)雜志上發(fā)表了一篇文章，應(yīng)用新尋找Y多態(tài)性技術(shù)，對(duì)世界各地男性人群進(jìn)行了Y-染色體研究。依據(jù)Y多態(tài)性也畫出了一個(gè)樹狀圖，顯示Y-染色體最底端分叉也在非洲，也就是說，父系遺傳根也在非洲，結(jié)果與母系遺傳之根在非洲結(jié)果完全吻合。深入必定了當(dāng)代人起源于非洲學(xué)說。不過，在年代計(jì)算上與線粒體DNA略有差異，推算“亞當(dāng)”們生活在非洲時(shí)間大約為距今14萬 4萬年前，平均時(shí)間為6萬年前。父系遺傳Y-染色體第73頁復(fù)旦大學(xué)當(dāng)代人類學(xué)研究中心研

17、究結(jié)果5月，在科學(xué)雜志發(fā)表了一篇名為“African Origin of Modern Humans in East Asia: A Tale of 12,000 Y Chromosomes”（12,000個(gè)Y-染色體研究結(jié)果證實(shí)東亞人群起源于非洲）文章。用大量研究數(shù)據(jù)論證了當(dāng)代中國人祖先在大約五至六萬年前由非洲遷徙而來。這一研究結(jié)果對(duì)中國原來考古學(xué)和古人類學(xué)所公認(rèn)當(dāng)代中國人自直立人元謀人和北京人進(jìn)化而來傳統(tǒng)觀點(diǎn)完全不一樣，從而深入支持當(dāng)代人起源于非洲觀點(diǎn)，中國及整個(gè)東亞當(dāng)代人類也不列外。第74頁地質(zhì)年表A 主要細(xì)菌B 藍(lán)藻C 真核生物D 多細(xì)胞生物E 魚類F 植物G 兩棲類動(dòng)物H 爬行類動(dòng)物

18、I 哺乳類動(dòng)物L(fēng) 恐龍M 鳥類N 人類第75頁一、古生物學(xué)證據(jù)二、生物地理學(xué)證據(jù)三、比較解剖學(xué)證據(jù)四、胚胎學(xué)證據(jù)五、生物化學(xué)證據(jù)六、細(xì)胞遺傳學(xué)證據(jù)七、生理學(xué)證據(jù)第三節(jié) 生物進(jìn)化證據(jù)第76頁一、古生物學(xué)證據(jù)第77頁第78頁二、生物地理學(xué)證據(jù)泥盆紀(jì)（3.8億年前）二疊紀(jì)（2.5億年前）白堊紀(jì)（1億年前)始新紀(jì)(5000萬年前）第79頁親緣關(guān)系比較近物種之間盡管有時(shí)外部形態(tài)有很大差異，卻有共同結(jié)構(gòu)特征。親緣關(guān)系比較遠(yuǎn)物種之間盡管有時(shí)外部形態(tài)有十分相同，結(jié)構(gòu)卻有很大差異。三、比較解剖學(xué)證據(jù)第80頁痕跡器官(vestigial organ)：如：人盲腸、耳肌、毛肌、尾椎骨等，海豚和一些蛇類后肢骨，蚊蠅平

19、衡棒等都是。 動(dòng)物身上往往保存著一些沒有用處器官，稱為痕跡器官。人類尾骨第81頁同源器官(homologous organ)：不一樣動(dòng)物器官，功用不一樣，形狀相異，但起源和基本結(jié)構(gòu)卻相同，叫做同源器官。 如：牛馬前肢、蝙蝠翼、鯨鰭狀肢等同源；哺乳動(dòng)物三塊聽骨和魚類部分咽弓同源。第82頁如：人類手臂、牛馬前肢、鳥類翅、蝙蝠翼等同源；第83頁第84頁同功器官(analogous organ)：是指兩種動(dòng)物身體上功用相同，形狀相同，但起源和基本結(jié)構(gòu)完全不一樣器官。 第85頁如：蜻蜓與鳥翼第86頁重演律表明了動(dòng)物個(gè)體發(fā)育重演了系統(tǒng)發(fā)育過程。四、胚胎學(xué)證據(jù)第87頁1、生命共同起源物質(zhì)基礎(chǔ)組成生命元素和化

20、合物大致是相同，組成蛋白質(zhì)氨基酸都是L-型，核酸結(jié)構(gòu)和三體密碼也是一樣，全部細(xì)胞都利用ATP 轉(zhuǎn)化能量。五、生物化學(xué)證據(jù)第88頁2、親緣遠(yuǎn)近與化學(xué)結(jié)構(gòu)關(guān)系細(xì)胞色素C 組成差異大小與親緣關(guān)系遠(yuǎn)近成正比。血紅蛋白氨基酸排列方式也是。第89頁大猩猩各種動(dòng)物與人血紅蛋白質(zhì)鏈氨基酸組成差異數(shù)動(dòng)物差異數(shù)長臂猿羅 猴狗牛白 鼠 袋 鼠蛙七鰓鰻1125281525372746“分子鐘”：以分子進(jìn)化速率恒定為前提，結(jié)合古生物學(xué)資料而建立用于推論生命史上進(jìn)化時(shí)間發(fā)生時(shí)間。第90頁六、細(xì)胞遺傳學(xué)證據(jù)黑猩猩人大猩猩短尾猿第91頁一、拉馬克學(xué)說用進(jìn)廢退取得性遺傳第四節(jié) 生物進(jìn)化理論第92頁拉馬克學(xué)說(1)用進(jìn)廢退(2)

21、取得性遺傳第93頁二、達(dá)爾文進(jìn)化論達(dá)爾文用自然選擇(natural selection)來解釋生物進(jìn)化。這個(gè)學(xué)說歸納起來有以下5點(diǎn)：1.遺傳遺傳是生物進(jìn)化主要原因。遺傳是生物一個(gè)普遍特征，生物有了這個(gè)特征，物種才能穩(wěn)定存在。第94頁2.變異親代與子代之間、同一親本產(chǎn)生各兒女之間都存在著差異。親代與子代之間、同一親本產(chǎn)生各兒女之間都存在著差異。 變異是隨機(jī)產(chǎn)生。第95頁3.繁殖過剩生物都有極強(qiáng)大生殖力。例：假如每一雌象一生(30歲90歲)產(chǎn)仔6頭，每頭活到100歲，都能繁殖，750年后就可有19,000,000頭子孫。自然界各種生物數(shù)量在一定時(shí)期內(nèi)都保持相對(duì)穩(wěn)定基于以下兩個(gè)事實(shí)：第96頁4.生存斗爭物種之所以不會(huì)數(shù)量大增，乃是因?yàn)樯娑窢?。種內(nèi)斗爭 種間斗爭環(huán)境斗爭第97頁5.適者生存不一樣個(gè)體在形態(tài)、生理等方面存在著不一樣變異。有變異使生物在斗爭中生存下來，有變異卻使生物在斗爭中不能生存。凡是生存下來都含有適應(yīng)性變異，這就是適應(yīng)性起源，即適應(yīng)性是在選擇中累積而成。 例：在常有大風(fēng)海島上，無翅昆蟲不翱翔，不至被大風(fēng)吹到海里，而有翅昆蟲卻在翱翔時(shí)被風(fēng)吹到海里而死亡。第98頁請(qǐng)用達(dá)爾文進(jìn)化論解釋這副圖第99頁達(dá)爾文Charles