生命的起源和生物進化

節(jié)生命的起源節(jié)生物進化的歷程節(jié)生物進化的證據(jù)節(jié)生物進化的理論生物的進化2021/5/91“道生一，一生二，二生三，三生萬物。”

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老子:《道德經(jīng)》“物類之起，必有所始?！?/p>

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旬子:《勸學(xué)》第一節(jié)生命的起源2021/5/92原始?xì)怏w冷凝匯流成海洋火山爆發(fā)和閃電的能量使氣體合成簡單有機物氨基酸聚合成肽鏈又重新回到水中各種大分子進化成原核細(xì)胞、真核細(xì)胞、多細(xì)胞生命起源模式2021/5/93生命的誕生2021/5/94三個焦點問題：生物大分子的出現(xiàn)DNA－RNA－蛋白質(zhì)秩序的建立細(xì)胞形成2021/5/95一、生物大分子的出現(xiàn)38－40億年前2021/5/96核苷酸、氨基酸和卟啉等有機物的起源，已經(jīng)有相當(dāng)多的研究(1)從球外空間探索這些分子存在的證據(jù)；(2)從球外來源的隕石中分析這類物質(zhì)是否存在；(3)實驗室中創(chuàng)造類似于生命發(fā)生期的地球條件，開展人工模擬的實驗。2021/5/97人們運用精密觀測設(shè)備從球外空間、從天外飛來的隕石中已找到40多種存在于地球之外的有機物，其中包括了多種氨基酸、核苷酸和卟啉。2021/5/981828年德國化學(xué)家維勒(F·Wohler1800－1882)在實驗室里用氧化鉛和銨合成尿素(NH2CONH2)。開辟了從無機物合成有機物的新紀(jì)元，填補了有機物與無機物之間的鴻溝。2021/5/991953年，米勒(Mi11er)對接近于地表原始?xì)夥盏臍怏w混合系統(tǒng)2021/5/9102021/5/911NH3、

H2、CH4、H2O 天冬氨酸混合系統(tǒng)谷氨酸β－氨基丙酸(紫外線)(沖擊波)(射線)高壓電弧等生物大分子的構(gòu)成物可從無機物和簡單有機物小分子在接近地表原始狀態(tài)的物理的、化學(xué)的條件下合成出來，這是生命起源于地球化學(xué)演化的有力證明。2021/5/912生命的主宰物質(zhì)是核酸和蛋白質(zhì)這兩類生物大分子。生物大分子起源的研究是解開生命起源奧秘的鑰匙。二、DNA－RNA－蛋白質(zhì)秩序的建立2021/5/913ReverseTranslationReplication2021/5/914核酸同原始蛋白質(zhì)哪個先發(fā)生，有三種說法：核酸先發(fā)生；蛋白質(zhì)先發(fā)生；二者同時發(fā)生。核酸先發(fā)生的可能性較大，因為核酸的構(gòu)成成分較簡單，聚合較容易。同時發(fā)生的可能性不大。核酸先發(fā)生，但沒有發(fā)揮它的信息傳導(dǎo)體的潛在功能。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。根據(jù)研究，RNA先發(fā)生的可能性較大，稱為“RNA世界”。因某種核酸同時還具有酶的功能。2021/5/915三、細(xì)胞形成膜結(jié)構(gòu)和分隔化的形成是生命功能實現(xiàn)的必要條件細(xì)胞出現(xiàn)：35－38億年前2021/5/916原始的第一個細(xì)胞必須具備下列最基本的性質(zhì)：(1)有類似質(zhì)膜的生物膜。(2)有能完成自我復(fù)制和自發(fā)整合的生命大分子物質(zhì)體系。(3)具有內(nèi)在的物質(zhì)代謝、能量代謝和信息交流的基本性能。2021/5/9171、微球說：美國的?？怂?Fox)實驗室主張微球說，認(rèn)為有生物質(zhì)(濃縮干燥的氨基酸)在水液環(huán)境內(nèi)可以形成微小球狀物。這種微球外周具者雙層表面膜，能將它與環(huán)境隔離成為相對獨立的小體系。這種微球可因內(nèi)外變化而變形，“增長”體積；分裂為二，也能出芽，它們還能吸收物質(zhì)。原始生命體的發(fā)生2021/5/918蛋白鏈形成的微球體水溶液中×110002021/5/9192、團聚體說：蘇聯(lián)的奧巴林(Oparin)實驗室主張有生物質(zhì)最先形成團聚小體。這種團聚小體大小不一，但有一定范圍，形態(tài)類似球狀菌。團聚小體類似簡單的細(xì)胞，外表有雙層膜，膜的大小形態(tài)因環(huán)境滲透壓而變化。它能“選擇吸收”某些物質(zhì)，也能進行“分裂”，能自發(fā)“出芽”。2021/5/920奧巴林將白明膠(蛋白質(zhì))的水溶液與阿拉伯膠(糖)的水溶液混在一起，在混合之前，這種溶液都是透明的，混合之后，變?yōu)榛鞚帷Ｔ陲@微鏡下可以看到在均勻的溶液中出現(xiàn)了小滴，即團聚體。它們四周與水液有明顯的界限。2021/5/921微球說與團聚粒的共同點。

?？怂沟奈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)的微球，這樣的微球有多種多樣的形態(tài)變化和反應(yīng)“活性”。奧巴林的團聚粒也具有類似的性質(zhì)，不過它的構(gòu)成物質(zhì)是從植物或動物那里得到的。2021/5/922

兩個模型的研究共同證明一點地球表面物質(zhì)的化學(xué)演化，在適宜的條件下即有可能通過物理的，化學(xué)的過程，產(chǎn)生原始的有膜包被的微小球體，達種微球體具有某些類似的簡單生命活動的特性。2021/5/923第二節(jié)生物的進化歷程原核細(xì)胞真核細(xì)胞?單細(xì)胞多細(xì)胞多細(xì)胞生物出現(xiàn)后的生物演化人類的起源四個重要的進化事件和階段：2021/5/9241.共生起源假說：認(rèn)為原始的真核細(xì)胞的某些細(xì)胞器是吞噬了另一個細(xì)胞，或兩者融合起來，實現(xiàn)共生的結(jié)果。但是它無法解釋細(xì)胞核的起源。一、從原核細(xì)胞到真核細(xì)胞2021/5/925被捕獲后生活在大細(xì)菌細(xì)胞膜和細(xì)胞壁之間的小細(xì)菌(黑色橢圓)(Bdellovibrio-意即蛭形弧菌)2021/5/926生活在一種原生生物中的共生細(xì)菌，大小類似線粒體。此原生生物生活在白蟻的后腸中。2021/5/9272.分化假說（膜進化假說）：真核細(xì)胞器是由原生質(zhì)膜內(nèi)伸和核質(zhì)再分配而同時形成的。原核生物到真核生物是漸進的、直接的進化過程。但是既然各種細(xì)胞器是同時形成的，為何生化特性如此不同。2021/5/92830億年前3、分子進化中性理論：30億年前就有了古細(xì)菌、真細(xì)菌、真核細(xì)胞生物的分化2021/5/929

真核細(xì)胞是不是來自原核細(xì)胞，這個問題現(xiàn)在還沒有一個最后的答案。2021/5/930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2021/5/931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)胞生物。衣藻衣藻是一種單細(xì)胞生物。2021/5/932盤藻盤藻是由4、16或32個細(xì)胞組成，每個細(xì)胞都和衣藻相似。散開也能獨立生活。以同配生殖的方式繁殖后代。2021/5/933實球藻實球藻由8,16或32個細(xì)胞組成，單個細(xì)胞不能獨立生活，有性生殖是異配的。2021/5/934空球藻空球藻(Eudorina)是由16、32或64個細(xì)胞組成,中央充滿膠質(zhì)液體。雌雄配子大小不同。2021/5/935團藻團藻(Volvox)是由500～50000個細(xì)胞組成的空心球群體，細(xì)胞功能分化為營養(yǎng)細(xì)胞和生殖細(xì)胞。有性生殖是卵配。2021/5/9361、生物個體結(jié)構(gòu)與功能的進化；2、大量新物種形成和生態(tài)系統(tǒng)的進化。三、多細(xì)胞生物出現(xiàn)后的生物演化2021/5/937多細(xì)胞植物多細(xì)胞動物2021/5/938澄江生物群1984年南京地質(zhì)古生物研究所的侯先光在云南省澄江縣境內(nèi)發(fā)現(xiàn)了娜羅蟲(Naraoia)的古老節(jié)肢動物的化石后，開始了大規(guī)模的發(fā)掘。2021/5/939它證實了大爆發(fā)式的演化事件在五億三千萬年前確實曾經(jīng)發(fā)生，最令人震撼的則是在這一事件發(fā)生的短短數(shù)百萬年(可能只有一兩百萬年)期間，幾乎所有現(xiàn)生動物的門類和許多已滅絕了的生物，突發(fā)式地出現(xiàn)于寒武紀(jì)地層，而在更老的地層卻完全沒有其祖先型的生物化石發(fā)現(xiàn)。2021/5/940在這一個瞬間性突發(fā)的大事件中，不僅建立了所有現(xiàn)生動物門類(包括脊索動物在內(nèi))的結(jié)構(gòu)藍圖。另外還有二十幾個已經(jīng)滅絕了的生物種，與現(xiàn)生動物的分類系統(tǒng)沒有任何關(guān)聯(lián)，但每一個種卻各自代表一個相當(dāng)于門一級的結(jié)構(gòu)藍圖。2021/5/941美國學(xué)者Sepkoski（1982）統(tǒng)計的五次大滅絕事件距今時間Ma滅絕的海洋動物的科數(shù)晚奧陶紀(jì)439－44022晚泥盆紀(jì)360－38021晚二疊紀(jì)220－23050晚三疊紀(jì)175－19020晚白堊紀(jì)60－65152021/5/942小行星撞擊地球大規(guī)模的森林火災(zāi)大規(guī)模的火山噴發(fā)白堊紀(jì)末期恐龍滅絕的幾種原因推測遍地的恐龍尸骨驚慌逃竄的恐龍“大滅絕”2021/5/943“大爆發(fā)”2021/5/944四、人類的起源2021/5/9452021/5/9462021/5/947關(guān)于未來人類的體質(zhì)特征將發(fā)展成什么樣子，日本科學(xué)家根據(jù)對日本不同時期人類的體質(zhì)形態(tài)結(jié)構(gòu)的發(fā)展?fàn)顩r，用計算機進行推演。未來的人類可能會像我們想象中的太空人一樣，長著一個大大的如足球一樣的腦袋，尖尖的下巴。由于腦量越來越增大，腦顱會越變越大。隨著食物的進一步精細(xì)，人們不再需要用臼齒磨研食物，而逐漸退化。2021/5/948南方古猿直立人現(xiàn)代人未來人尼安德特人2021/5/949倭黑猩猩在80英尺高的的樹上行走，手中握著水果。1、人類起源于古類人猿2021/5/950凡出現(xiàn)了較接近人類的化石出現(xiàn)時，猿猴的化石便不見了。起源的地點很可能是亞洲中部，包括北京周口店和原屬亞洲大陸的爪哇。但也有化石在南非和東非發(fā)現(xiàn)。最新的研究認(rèn)為人類起源于非洲的猿猴。2021/5/9511.人和猿的骨骼十分相近：結(jié)構(gòu)上看幾乎完全相同2.人和猿的痕跡器官比較：盲腸退化3.人和猿胚胎發(fā)育和胎盤的比較：前五個月胚胎，盤形胎盤4.人和猿的生理、病理的比較：三維視覺、月經(jīng)周期、血型

人類起源于古類人猿的證據(jù)2021/5/952人和猿的骨骼十分相近：結(jié)構(gòu)上看幾乎完全相同2021/5/953（1）早期猿人階段能人1963年在坦桑尼亞奧杜韋峽谷發(fā)現(xiàn)的頭骨連大部分牙齒和下頜骨化石，腦量637ml,下肢能直立行走，拇指可與其他四指對握，但不甚精確。有礫石作工具，能用石塊圍成圈防風(fēng)?；嘟?50萬年二、人類的進化2021/5/954能人2021/5/9551470號人(直立人)1972年在東非肯尼亞特卡納湖東岸發(fā)現(xiàn)的頭骨，腦量為700ml以上，肢骨與現(xiàn)代人相似，已能直立行走?；嘟?00萬年。2021/5/9561470號人2021/5/957北京猿人（2)晚期猿人階段1921年發(fā)現(xiàn)。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。2021/5/958藍田猿人1963－1966年在陜西藍田縣發(fā)現(xiàn)的化石，形態(tài)上比北京猿人更為原始，腦量為780ml。距今65-80萬年。2021/5/9591965年在云南元謀發(fā)現(xiàn)的上內(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2021/5/960尼安德特人早期智人或稱古人，如德國的尼安德特人腦量為1575ml，身高160cm。（3）早期智人階段2021/5/961

馬壩人廣東的馬壩人，距今10-20萬年。2021/5/962（4）晚期智人階段晚期智人又稱新人，是古人的后裔，距今約5萬年。如1868年在法國發(fā)現(xiàn)的克羅馬人，被認(rèn)為是現(xiàn)代白種人的直接祖先?？肆_馬人2021/5/963克羅馬人2021/5/964山頂洞人北京周口店龍骨山發(fā)現(xiàn)的山頂洞人，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接近。2021/5/965蒙古利亞人(Mongoloid)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)類型多種多樣；（5）現(xiàn)代人的人種2021/5/966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。2021/5/967

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）2021/5/968

人種學(xué)（Ethnics）

是人類學(xué)的一個分支學(xué)科。是研究人類各人種的起源、演化、分布和體質(zhì)特征等，并探討人種與自然環(huán)境和生活條件的關(guān)系的科學(xué)。2021/5/969“走出非洲”2021/5/9701987年，《自然》雜志上刊登了美國加州大學(xué)伯克利分校三位人類學(xué)家的《線粒體DNA與人類進化》一文，他們根據(jù)對147名世界各大洲婦女胎盤細(xì)胞中線粒體DNA的分析，并根據(jù)分析結(jié)果畫出一個樹狀圖，顯示線粒體DNA多態(tài)性的分叉的最底端在非洲。由此認(rèn)為，對所測定的嬰兒線粒體DNA可以將所有現(xiàn)代人種最后追溯到大約20萬年前生活在非洲的一位婦女，她是今天全人類的共同“祖母”。這就是著名的人類起源“夏娃理論”?，F(xiàn)代分子人類學(xué)證據(jù)母系遺傳線粒體DNA2021/5/971

“夏娃理論”的核心：1、具有現(xiàn)代人特征的人類最早出現(xiàn)在非洲，生活在距今大約29萬～14萬年前，平均時間為20萬年前；2、這批現(xiàn)代人在大約18萬～9萬年前，平均時間約13萬年前開始向世界各地擴散，并取代了當(dāng)?shù)氐耐林绷⑷撕驮缙谥侨耍?、來自非洲的現(xiàn)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)氐耐林用褡罱K絕滅了。2021/5/9722000年11月，在《自然遺傳學(xué)》雜志上發(fā)表了一篇文章，應(yīng)用新的尋找Y多態(tài)性的技術(shù)，對世界各地的男性人群進行了Y-染色體的研究。根據(jù)Y的多態(tài)性也畫出了一個樹狀圖，顯示Y-染色體最底端的分叉也在非洲，也就是說，父系遺傳的根也在非洲，結(jié)果與母系遺傳之根在非洲的結(jié)果完全吻合。進一步肯定了現(xiàn)代人起源于非洲的學(xué)說。但是，在年代的計算上與線粒體DNA略有差異，推算“亞當(dāng)”們生活在非洲的時間大約為距今14萬～4萬年前，平均時間為6萬年前。父系遺傳Y-染色體2021/5/973復(fù)旦大學(xué)現(xiàn)代人類學(xué)研究中心的研究成果2001年5月，在《科學(xué)》雜志發(fā)表了一篇名為“AfricanOriginofModernHumansinEastAsia:ATaleof12,000YChromosomes”（12,000個Y-染色體研究結(jié)果證明東亞人群起源于非洲）的文章。用大量的研究數(shù)據(jù)論證了現(xiàn)代中國人的祖先在大約五至六萬年前由非洲遷徙而來。這一研究結(jié)果對中國原來的考古學(xué)和古人類學(xué)所公認(rèn)的現(xiàn)代中國人自直立人元謀人和北京人進化而來的傳統(tǒng)觀點完全不同，從而進一步支持現(xiàn)代人起源于非洲的觀點，中國及整個東亞的現(xiàn)代人類也不列外。2021/5/974地質(zhì)學(xué)年表A主要的細(xì)菌B藍藻C真核生物D多細(xì)胞生物E魚類F植物G兩棲類動物H爬行類動物I哺乳類動物L(fēng)恐龍M鳥類N人類2021/5/975一、古生物學(xué)的證據(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)生物進化的證據(jù)2021/5/976一、古生物學(xué)證據(jù)2021/5/9772021/5/978二、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）2021/5/979親緣關(guān)系比較近的物種之間盡管有時外部形態(tài)有很大的差別，卻有共同的結(jié)構(gòu)特征。親緣關(guān)系比較遠的物種之間盡管有時外部形態(tài)有十分相似，結(jié)構(gòu)卻有很大的差別。三、比較解剖學(xué)的證據(jù)2021/5/980痕跡器官(vestigialorgan)：如：人的盲腸、耳肌、毛肌、尾椎骨等，海豚和某些蛇類的后肢骨，蚊蠅的平衡棒等都是。

動物身上往往保存著一些沒有用處的器官，稱為痕跡器官。人類的尾骨2021/5/981同源器官(homologousorgan)：不同動物的器官，功用不同，形狀相異，但來源和基本結(jié)構(gòu)卻相同，叫做同源器官。如：牛馬的前肢、蝙蝠的翼、鯨的鰭狀肢等同源；哺乳動物的三塊聽骨和魚類的部分咽弓同源。2021/5/982如：人類的手臂、牛馬的前肢、鳥類的翅、蝙蝠的翼等同源；2021/5/9832021/5/984同功器官(analogousorgan)：是指兩種動物身體上功用相同，形狀相似，但來源和基本結(jié)構(gòu)完全不同的器官。2021/5/985如：蜻蜓與鳥的翼2021/5/986重演律表明了動物的個體發(fā)育重演了系統(tǒng)發(fā)育的過程。四、胚胎學(xué)的證據(jù)2021/5/9871、生命共同起源的物質(zhì)基礎(chǔ)組成生命的元素和化合物大體是相同的，構(gòu)成蛋白質(zhì)的氨基酸都是L-型的，核酸的結(jié)構(gòu)和三體密碼也是一樣的，所有細(xì)胞都利用ATP

轉(zhuǎn)化能量。五、生物化學(xué)證據(jù)2021/5/9882、親緣遠近與化學(xué)結(jié)構(gòu)的關(guān)系細(xì)胞色素C

的組成差異大小與親緣關(guān)系遠近成正比。血紅蛋白氨基酸的排列方式也是。2021/5/989大猩猩各種動物與人血紅蛋白質(zhì)?鏈氨基酸組成差異數(shù)動物差異數(shù)長臂猿羅猴狗牛白鼠

袋鼠蛙七鰓鰻1125281525372746“分子鐘”：以分子進化速率恒定為前提，結(jié)合古生物學(xué)資料而建立的用于推論生命史上進化時間發(fā)生的時間。2021/5/990六、細(xì)胞遺傳學(xué)證據(jù)黑猩猩人大猩猩短尾猿2021/5/991一、拉馬克學(xué)說用進廢退獲得性遺傳第四節(jié)生物進化的理論2021/5/992拉馬克學(xué)說

(1)用進廢退(2)獲得性遺傳2021/5/993二、達爾文的進化論達爾文用自然選擇(naturalselection)來解釋生物的進化。這個學(xué)說歸納起來有如下5點：1.遺傳遺傳是生物進化的重要因素。遺傳是生物的一個普遍特征，生物有了這個特征，物種才能穩(wěn)定存在。2021/5/9942.變異親代與子代之間、同一親本產(chǎn)生的各子女之間都存在著差異。親代與子代之間、同一親本產(chǎn)生的各子女之間都存在著差異。

變異是隨機產(chǎn)生的。2021/5/9953.繁殖過剩生物都有極強大的生殖力。例：如果每一雌象一生(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。自然界各種生物的數(shù)量在一定時期內(nèi)都保持相對穩(wěn)定基于以下兩個事實：2021/5/9964.生存斗爭物種之所以不會數(shù)量大增，乃是由于生存斗爭。種內(nèi)斗爭種間斗爭環(huán)境斗爭2021/5/9975.適者生存不同的個體在形態(tài)、生理等方面存在著不同的變異。有的變異使生物在斗爭中生存下來，有的變異卻使生物在斗爭中不能生存。凡是生存下來的都具有適應(yīng)性的變異，這就是適應(yīng)性的起源，即適應(yīng)性是在選擇中累積而成的。例：在常有大風(fēng)的海島上，無翅的昆蟲不飛翔，不至被大風(fēng)吹到海里，而有翅昆蟲卻在飛翔時被風(fēng)吹到海里而死亡。2021/5/998請用達爾文進化論解釋這副圖2021/5/999達爾文CharlesRobertD