生物的起源與進(jìn)化

關(guān)于生物的起源與進(jìn)化第1頁，共35頁，2022年，5月20日，11點(diǎn)11分，星期五宗教認(rèn)為上帝創(chuàng)造了人1.1生命起源的爭論

幾百年前的爭論第2頁，共35頁，2022年，5月20日，11點(diǎn)11分，星期五古代人認(rèn)為生命是自然發(fā)生的我國古代有“天地合氣萬物有生”的說法古代歐洲有“地球乃孕育生命的慈母”的說法第3頁，共35頁，2022年，5月20日，11點(diǎn)11分，星期五生命究竟是如何起源的，有機(jī)體能自發(fā)地由非生命物質(zhì)隨時(shí)形成嗎？18世紀(jì)以前：從垃圾和糞坑里自發(fā)地產(chǎn)生了蛆和蒼蠅從小池塘和沼澤地中自發(fā)地出現(xiàn)了蝌蚪和青蛙從潮濕的土壤里鉆出了老鼠植物只能通過種子的萌發(fā)才能產(chǎn)生卵的孵化產(chǎn)生了昆蟲和家禽等如何通過實(shí)驗(yàn)來解決這個(gè)難題？自然發(fā)生論第4頁，共35頁，2022年，5月20日，11點(diǎn)11分，星期五18世紀(jì)意大利科學(xué)家Spallanzani的實(shí)驗(yàn)置于燒瓶中的肉湯加熱沸騰后讓其冷卻，開口的燒瓶中很快就繁殖生長出許多微生物；但加了瓶塞與外界隔離的燒瓶中就沒有出現(xiàn)微生物。這一實(shí)驗(yàn)結(jié)果為解決上述的爭論提供了重要的線索。第5頁，共35頁，2022年，5月20日，11點(diǎn)11分，星期五

巴斯德（Pasteur）的實(shí)驗(yàn)結(jié)論：“所有生物只能來源于生物，從非生命物質(zhì)中絕對不可能隨時(shí)自發(fā)地產(chǎn)生出新的生命個(gè)體”。

地球上的第一個(gè)生命是如何而來的？在生命物質(zhì)與非生命物質(zhì)之間沒有不可逾越的鴻溝。外星生命？地球早期化學(xué)演化第6頁，共35頁，2022年，5月20日，11點(diǎn)11分，星期五

原始的地球和最早出現(xiàn)的生物原始的地球缺乏氧氣，大氣中存在著許多還原性氣體如H2,NH3,CH4,水蒸氣(H2O)，也可能有CO2,H2S等。當(dāng)時(shí)地球缺乏臭氧層的保護(hù)，太陽的紫外線輻射很強(qiáng)。前寒武紀(jì)沉積巖薄片中存在類似細(xì)菌大小的微體古生物化石，經(jīng)鑒定主要是一些細(xì)菌、藍(lán)細(xì)菌（藍(lán)藻）等。最早的原核生物在地球形成的早期就開始出現(xiàn)了。一些早期出現(xiàn)的生物還具有光合放氧的能力和抗紫外線輻射的能力。第7頁，共35頁，2022年，5月20日，11點(diǎn)11分，星期五1.2生命的化學(xué)演化1920年蘇聯(lián)生物化學(xué)家奧巴林院士提出“化學(xué)進(jìn)化”假說。原始地球環(huán)境可以產(chǎn)生組成生物體的糖、脂類、蛋白質(zhì)和核酸等大分子結(jié)構(gòu)單元，甚至到生物多分子體系，但還沒有出現(xiàn)真正的生命，這一時(shí)期稱為化學(xué)演化期或前生物期。從化學(xué)演化期到產(chǎn)生最簡單的生命形式包括4個(gè)階段：（1）氨基酸、核苷酸等有機(jī)單體分子的非生物合成和積累；（2）有機(jī)單體分子在非生物體系中聚合成多聚體；（3）多聚體整合為多分子體系顆粒（原球體）；（4）代謝與遺傳體系的形成和進(jìn)化最終產(chǎn)生出最簡單的生命形式——原核細(xì)胞。第8頁，共35頁，2022年，5月20日，11點(diǎn)11分，星期五原始地球條件：沒有氧氣，最初形成的生命物質(zhì)不會(huì)被氧化降解；能量輸入——紫外線輻射；其他因素如粘土礦物的化學(xué)催化作用、太陽和紫外線輻射對有機(jī)分子的濃縮作用、火山爆發(fā)形成的特殊環(huán)境和條件等如何模擬原始地球條件進(jìn)行實(shí)驗(yàn)？第9頁，共35頁，2022年，5月20日，11點(diǎn)11分，星期五Miller實(shí)驗(yàn)1953年，美國芝加哥大學(xué)的研究生Miller根據(jù)原始地球的還原大氣條件設(shè)計(jì)了一套密閉循環(huán)實(shí)驗(yàn)裝置，模擬和驗(yàn)證了非生命有機(jī)分子在原始地球環(huán)境中生成生物分子結(jié)構(gòu)單元的化學(xué)動(dòng)力學(xué)過程。一周后，檢測出5種氨基酸、不同有機(jī)酸、HCN等。第10頁，共35頁，2022年，5月20日，11點(diǎn)11分，星期五

米勒模擬實(shí)驗(yàn)得到的有機(jī)物（共計(jì)20多種）

有機(jī)物產(chǎn)量mol

甲醛2330

脲（尿素）20

乳酸310

琥珀酸40

甘氨酸6

谷氨酸

后來別人的實(shí)驗(yàn)，使用其他能源，紫外線、高溫、射線等，還得到：嘌呤、嘧啶、核苷酸、脂肪酸、單糖等。第11頁，共35頁，2022年，5月20日，11點(diǎn)11分，星期五1953年芝加哥大學(xué)米勒StanleyMiller(當(dāng)時(shí)23歲)第12頁，共35頁，2022年，5月20日，11點(diǎn)11分，星期五

關(guān)于最簡單生命形式起源的幾個(gè)假說Oparin的團(tuán)聚體學(xué)說 蛋白質(zhì)和核酸等生物大分子聚合在團(tuán)聚體內(nèi)并具有類似于膜那樣的邊界，其內(nèi)部的化學(xué)特征顯著區(qū)別于外部的溶液環(huán)境。團(tuán)聚體是一種多分子體系，它具有一定的生命現(xiàn)象。Fox的微球體學(xué)說 微球體可以從外界吸收更多的生物多聚體分子，使得微球體上產(chǎn)生出芽，甚至形成新的微球體。脂球體學(xué)說 磷脂與蛋白質(zhì)混合在一起形成外形類似于細(xì)胞并具有雙層膜的結(jié)構(gòu)。第13頁，共35頁，2022年，5月20日，11點(diǎn)11分，星期五

代謝系統(tǒng)的進(jìn)化原始生命體系內(nèi)代謝系統(tǒng)在自然選擇的作用下變得逐漸復(fù)雜起來，這種代謝系統(tǒng)的進(jìn)化經(jīng)歷了由簡單到復(fù)雜的漫長過程。第14頁，共35頁，2022年，5月20日，11點(diǎn)11分，星期五

代謝系統(tǒng)的進(jìn)化最原始的生命形式或最早出現(xiàn)的細(xì)胞應(yīng)該是異養(yǎng)的。光合作用的進(jìn)化產(chǎn)生出光能自養(yǎng)細(xì)胞：自然選擇壓力促進(jìn)某些含卟啉類化合物的細(xì)胞能夠吸收太陽光能，進(jìn)行光化學(xué)反應(yīng)，將無機(jī)物變成有機(jī)物，同時(shí)生成ATP。自養(yǎng)細(xì)胞的出現(xiàn)不但可為異養(yǎng)細(xì)胞提供繼續(xù)生存的營養(yǎng)物質(zhì)及能量，更改變了地球的環(huán)境（氧氣和臭氧層的出現(xiàn)）。第15頁，共35頁，2022年，5月20日，11點(diǎn)11分，星期五遺傳系統(tǒng)的起源DNA、RNA、多肽鏈——哪一種是原始生命最早貯存遺傳信息并指導(dǎo)蛋白質(zhì)合成、同時(shí)還能自我復(fù)制的物質(zhì)呢？RNA最可能成為最早的遺傳物質(zhì)實(shí)驗(yàn)顯示，試管中RNA鏈可以自發(fā)地延伸和復(fù)制20世紀(jì)80年代初，Cech和Altman發(fā)現(xiàn)，某些RNA具有像酶一樣的化學(xué)催化活性（1989年諾貝爾獎(jiǎng)）RNA組成及三維空間結(jié)構(gòu)的多樣性和穩(wěn)定性第16頁，共35頁，2022年，5月20日，11點(diǎn)11分，星期五遺傳系統(tǒng)的起源偶然以RNA為模板合成了DNA鏈，后者貯存和復(fù)制遺傳信息比RNA更穩(wěn)定也更有效，生命起源初期RNA發(fā)揮主要作用的時(shí)代便讓位于DNA-RNA-蛋白質(zhì)共同作用的時(shí)代。繁殖、蛋白質(zhì)合成和代謝三者在特殊環(huán)境條件下協(xié)同進(jìn)化，加深了遺傳系統(tǒng)與代謝系統(tǒng)的偶聯(lián)。生命由起源階段進(jìn)入漫長的進(jìn)化階段，演化出多樣性的生物世界。第17頁，共35頁，2022年，5月20日，11點(diǎn)11分，星期五1859年，Darwin《物種起源》1860年6月30日 牛津大學(xué)圖書館 神創(chuàng)論與進(jìn)化論的辯論會(huì)牛津大主教(威爾伯福斯）Wilberforcevs.（賀胥黎）Huxley進(jìn)化論與神創(chuàng)論的斗爭一直沒有停止2.1Darwin的進(jìn)化論及其發(fā)展第二節(jié)生命的進(jìn)化第18頁，共35頁，2022年，5月20日，11點(diǎn)11分，星期五

年青時(shí)代的Darwin和貝格爾號(hào)的航行1809年出生，童年山林和田野1825年，愛丁堡大學(xué)學(xué)習(xí)醫(yī)學(xué)1828年，劍橋大學(xué)學(xué)習(xí)神學(xué)，鉆研博物學(xué)和自然史，結(jié)識(shí)了一些博學(xué)的教授學(xué)者。1831年，從劍橋畢業(yè)并獲得學(xué)士學(xué)位劍橋大學(xué)博物學(xué)教授Henslow推薦去英國貝格爾號(hào)航海船上擔(dān)任博物學(xué)專家。第19頁，共35頁，2022年，5月20日，11點(diǎn)11分，星期五加帕戈斯群島,考察了一個(gè)多月，采集了大量的巖石及植物和動(dòng)物標(biāo)本。Darwin發(fā)現(xiàn)，島上26種陸棲鳥類中，有25種是特有的，15種海棲魚類全部是新種，25種甲殼蟲中只有2～3種是南美洲也有的，185種顯花植物中新種為100種。不同島嶼上的海龜形態(tài)各不相同，地雀的許多特征也有差異，顯示出這些不同的物種是這里特殊的氣候和環(huán)境創(chuàng)造的。物種是可變的，這種變化明顯受自然環(huán)境的影響和選擇！第20頁，共35頁，2022年，5月20日，11點(diǎn)11分，星期五1836年10月，Darwin回到了英國。著名的經(jīng)濟(jì)學(xué)家Malthus（馬爾薩斯,1766-1834）的《人口論》，進(jìn)一步認(rèn)識(shí)到生存競爭的結(jié)果使各物種在自然界中保持適當(dāng)?shù)臄?shù)量，同時(shí)逐漸向著更加適應(yīng)于環(huán)境的方向變化。生存競爭和適者生存為Darwin的自然選擇學(xué)說的形成提供了依據(jù)，他的關(guān)于生物通過自然選擇而連續(xù)進(jìn)化的理論開始成型。1859年，Darwin《物種起源》終于問世。核心思想:自然選擇,適者生存。第21頁，共35頁，2022年，5月20日，11點(diǎn)11分，星期五

自然選擇導(dǎo)致生物進(jìn)化生物進(jìn)化是指地球上的生命從最初最原始的形式經(jīng)過漫長的歲月變異演化為幾百萬種形形色色生物的過程。所謂自然選擇實(shí)質(zhì)上是自然環(huán)境導(dǎo)致生物出現(xiàn)生存和繁殖能力的差別，一些生物生存下去，另一些生物被淘汰。Darwin主義包含了兩方面的基本含義：（1）現(xiàn)代所有的生物都是從過去的生物進(jìn)化來的；（2）自然選擇是生物適應(yīng)環(huán)境而進(jìn)化的原因。第22頁，共35頁，2022年，5月20日，11點(diǎn)11分，星期五生物性狀和特征變化往往是環(huán)境和遺傳相互作用的結(jié)果例：長頸鹿的進(jìn)化第23頁，共35頁，2022年，5月20日，11點(diǎn)11分，星期五自然選擇作用下群體水平的進(jìn)化實(shí)質(zhì)上反映了生物基因庫的變化?；驇焓且环N生物群體全部遺傳基因的集合，它決定了下一代的遺傳性狀。生物細(xì)胞中同源染色體上的一對等位基因可以決定生物個(gè)體的某一性狀。第24頁，共35頁，2022年，5月20日，11點(diǎn)11分，星期五

物種形成的機(jī)理物種不但是生物分類的單元，更是遺傳生殖和進(jìn)化的單元。種群是同一物種的一群個(gè)體，享有共同的基因庫。同一種群生物個(gè)體之間的交配便造成了彼此間的基因交流并保持著基因庫的穩(wěn)定。Darwin將某些地理障礙如大的山脈、峽谷、海洋等把生物相互隔開稱為地理隔離。地理隔離造成小種群間基因交流的阻斷使基因庫的差異越來越大，最終出現(xiàn)了生殖隔離，即不同小種群間的個(gè)體不能彼此交配和產(chǎn)生有生殖能力的后代。幾個(gè)基本概念第25頁，共35頁，2022年，5月20日，11點(diǎn)11分，星期五2.2生物進(jìn)化的證據(jù)和歷程地質(zhì)歷史及其中的化石記錄雄辯地證明，生物是進(jìn)化的，復(fù)雜的生物是從簡單的生物進(jìn)化來的，陸生生物是從水生生物進(jìn)化來的。比較解剖學(xué)證據(jù)在一些不同種群生物中，某些器官即使行使不同功能，它們在解剖結(jié)構(gòu)上也具有相同或相似性，反映出這些生物之間具有的親源關(guān)系和從某個(gè)共同祖先進(jìn)化來的軌跡。退化器官痕跡、反祖現(xiàn)象第26頁，共35頁，2022年，5月20日，11點(diǎn)11分，星期五比較胚胎學(xué)證據(jù)比較胚胎學(xué)即不同生物胚胎發(fā)育過程的變化研究也揭示了一些不同的生物是由同一個(gè)祖先進(jìn)化而來的事實(shí)。親源關(guān)系相近的生物在它們發(fā)育過程中有相同的發(fā)育階段。（重演）第27頁，共35頁，2022年，5月20日，11點(diǎn)11分，星期五分子生物學(xué)證據(jù)例：人類與其他幾種脊椎動(dòng)物血紅蛋白多肽鏈的氨基酸序列差別人—猴子：8人—鼠：30人—八目鰻：125親源關(guān)系近的生物，其DNA或蛋白質(zhì)有更多相同性。反之亦然。第28頁，共35頁，2022年，5月20日，11點(diǎn)11分，星期五第三節(jié)人類的起源和進(jìn)化人的細(xì)胞結(jié)構(gòu)屬于真核細(xì)胞。動(dòng)物界人種或種族：根據(jù)膚色、發(fā)型、鼻型等體質(zhì)特征，人類通常被劃分為4種類型。

人在生物界的地位和特征不同人群存在地理隔離和文化隔離，但是并沒導(dǎo)致生殖隔離。人與哺乳動(dòng)物的顯著區(qū)別第29頁，共35頁，2022年，5月20日，11點(diǎn)11分，星期五最早出現(xiàn)的靈長類是5000萬年前的原猴類。人猿類是在大約3600萬年前漸新世時(shí)從一組原猴類進(jìn)化而來的。人猿類分為兩支，一支進(jìn)化成猿猴，另一支進(jìn)化成為人類的祖先—原始人。

從猿到人第30頁，共35頁，2022年，5月20日，11點(diǎn)11分，星期五血清蛋白的分子免疫學(xué)以及血紅蛋白的氨基酸序列分析和DNA序列的研究也說明，人與大猩猩具有非常近的親源關(guān)系。

原始人的進(jìn)化約500萬年前，靈長類中的一個(gè)小系從樹上下來，身體構(gòu)造發(fā)生了與直立相適應(yīng)的變化，進(jìn)入人的進(jìn)化階段。完全直立行走、手、腦與語言的發(fā)展使人成為靈長類中最高級(jí)的成員。第31頁，共35頁，2022年，5月20日，11點(diǎn)11分，星期五約390萬年至300萬年前，阿法南猿和非洲南猿；約250萬年前，早期猿人（又稱能人），直立人；

人類的進(jìn)化直立人經(jīng)歷了大約150萬年的歷史以后，出現(xiàn)了現(xiàn)代的人種—智人。25萬年至4萬年前：早期智人；4萬年前：晚期智人第32頁，共35頁，2022年，5月20日，11點(diǎn)11分，星期五

人類在進(jìn)化中創(chuàng)造了不