28生物多樣性的進化

1、第6篇生物多樣性的進化128生命起源及原核和原生生物多樣性的進化2生物多樣性28生命起源及原核和原生生物多樣性的進化328.1 生命的起源28.1.1. 生命起源是自然的歷史事件（1）神創(chuàng)論：來自神的創(chuàng)造或超智能者的設(shè)計圣經(jīng)舊約創(chuàng)世錄就是最典型的一個代表。（2）宇生論：生命起源于外太空宇宙星球中存在的某些有機分子或微生物孢子，附著在塵埃上而由彗星帶到地球上的；外星人。證據(jù)：澳大利亞發(fā)現(xiàn)的一顆含碳物質(zhì)的隕石中和月球樣品中檢測出了許多氨基酸和有機酸。28生命起源及原核和原生生物多樣性的進化428生命起源及原核和原生生物多樣性的進化（3）自然發(fā)生說現(xiàn)有生命自然發(fā)生 黑暗 （谷粒+破舊襯衫）瓶中老鼠（

2、與常見的一致） 21天17世紀意大利醫(yī)生Francesco Redit用實驗證明腐肉不能生蛆，蛆是蒼蠅在肉上產(chǎn)的卵孵化而成的。19世紀60年代法國微生物學家巴斯德的精確“鵝頸瓶”實驗，證明現(xiàn)有生命不可能自然發(fā)生。528生命起源及原核和原生生物多樣性的進化Francesco Redit實驗628生命起源及原核和原生生物多樣性的進化巴斯德 “鵝頸瓶”實驗728生命起源及原核和原生生物多樣性的進化（4）生命進化起源說生命是在特殊的環(huán)境條件下，由無生命的物質(zhì)經(jīng)歷一個自然的、長期的化學進化過程而產(chǎn)生。生命的進化與（地球的）宇宙進化密切相關(guān)生命不是在現(xiàn)有條件下由非生命有機物質(zhì)突然產(chǎn)生生命起源前歷經(jīng)：地球進

3、化、生命的化學進化和生物進化。828生命起源及原核和原生生物多樣性的進化28.1.2 生命在地球進化的過程中誕生地球的形成：宇宙的誕生：150億30億年前一次突發(fā)性大爆炸。隨后出現(xiàn)了由氫和氦組成的大、小星云。太陽的形成：大星云中心的氫原子在高溫下發(fā)生熱核反應。地球的形成：太陽甩出去的球體就形成了圍繞太陽旋轉(zhuǎn)的行星，根據(jù)地殼放射性同位素衰變計算，地球的年齡約有45億年。928生命起源及原核和原生生物多樣性的進化原始地球初級大氣圈：初形成的地球是由熱的氫和氦以及一些固體塵埃聚合的內(nèi)核和外面包圍的一層氣體組成，形成了第一次大氣層。次生大氣圈：地球內(nèi)部溫度很高，物質(zhì)分解產(chǎn)生大量氣體，通過火山活動噴射出

4、地表，形成了第二次大氣層（還原性氣體，如：H2O，CH4，NH3，H2S等）。原始的海洋和河流：大氣層中的飽和水蒸氣冷卻凝結(jié)成雨水，從而聚集形成原始的海洋和河流。1028生命起源及原核和原生生物多樣性的進化化學進化的第一階段：有機小分子的非生物合成能量: 紫外線、閃電、輻射能以及熱能等。物質(zhì)：可溶性有機分子，甲烷。美國人Miller：模擬實驗混合氣體（如CH4、CO、CO2、NH3、N2和H2等）；能量：（放電、紫外線和電離輻射、加熱等）。1128生命起源及原核和原生生物多樣性的進化原始生命的誕生：生命起源于原始蛋白質(zhì)聚集形成的團聚體。時間：古生物化石記錄，約40億年前?，F(xiàn)代證據(jù)：海底“熱噴水

5、口” 的古細菌生活環(huán)境，類似原始地球環(huán)境。1228生命起源及原核和原生生物多樣性的進化28.1.3 化學進化的第二階段生物大分子的非生物合成生物大分子蛋白質(zhì)與核酸的聚合，模擬實驗：混合的氨基酸溶液高溫濃縮形成“類蛋白”；單核苷酸高溫加熱也可聚合成多聚核苷酸。1328生命起源及原核和原生生物多樣性的進化28.1.4 核酸蛋白質(zhì)等多分子體系的建成只有核酸與蛋白質(zhì)精巧地組成高度有序的獨立多分子體系時，方可表現(xiàn)出生命現(xiàn)象。生命現(xiàn)象:新陳代謝，生長，繁殖，復制，遺傳等。非細胞形態(tài)原始生命的誕生有兩種學說：蛋白質(zhì)起源說核酸起源說1428生命起源及原核和原生生物多樣性的進化（1）蛋白質(zhì)起源說團聚體學說：奧巴

6、林團聚體學說：生物大分子（主要是蛋白質(zhì)和核酸）可形成團聚體小滴，即多分子體系，它具有一定的生命現(xiàn)象。團聚體小滴：直徑為1-500m；有膜樣結(jié)構(gòu)把它與周圍介質(zhì)分開；有原始代謝特性；能無限制地增長和繁殖。微球體學說：?？怂刮⑶蝮w學說：將干的氨基酸或?qū)嶒炈玫摹邦惖鞍踪|(zhì)”加熱，可形成微球體。它也是一種多分子體系，能夠表現(xiàn)一定的生命現(xiàn)象。微球體：直徑1-2m，相當于細菌大??；表面有雙層膜，能縮脹；能生長和繁殖；有類似于簡單細菌的超微結(jié)構(gòu)；表面膜有選擇透性。1528生命起源及原核和原生生物多樣性的進化（2）核酸起源說RNA的多重功能：RNA自我復制；RNA酶（核酶）：催化蛋白質(zhì)和新的RNA合成。推論；第

7、一批基因和酶是在非生物世界中能開始自我復制的短鏈RNA。實驗也證明核苷酸單體在黏土表面可形成短鏈RNA分子，新合成的RNA分子還可與原始RNA分子互補配對?！癛NA世界假說”：推測某些混合的核苷酸單體可自發(fā)結(jié)合成短鏈RNA，短鏈RNA作為第一基因，又以自身編碼的信息為模板，依靠RNA的催化功能進行自我復制。1628生命起源及原核和原生生物多樣性的進化28.1.5 原始細胞的起源原始細胞的起源：RNA 自我復制RNA基因轉(zhuǎn)錄和翻譯系統(tǒng)合成第一批蛋白質(zhì)（“多肽”）“多肽”作為第二代酶，幫助RNA復制由膜包裹的DNARNA蛋白質(zhì)體系具有原始生命現(xiàn)象1728生命起源及原核和原生生物多樣性的進化28.2

8、原核生物多樣性的進化28.2.1 地球上獨領(lǐng)風騷十幾億年的原核生物原核生物的地質(zhì)時期：太古宙和元古宙，占優(yōu)勢30億年?；涗?；原核生物繁衍于35億年前，真核單細胞生物化石大約19億年前，多細胞動物和植物的化石出現(xiàn)于大約6億年前。1828生命起源及原核和原生生物多樣性的進化原核生物的分類與形態(tài)原核生物+病毒+真菌+原生生物微生物原核生物的分類：真細菌：細菌、藍細菌（藍藻）、放線菌、螺旋體、衣原體、立克次氏體和支原體。古細菌。細菌的形態(tài)：多為單細胞，有球狀、桿狀或螺旋狀。放線菌：呈分支的絲狀體。1928生命起源及原核和原生生物多樣性的進化菌落：單個或少數(shù)幾個細胞生長和繁殖而成的群體，有幾百萬個細

9、菌的細胞。細菌結(jié)構(gòu)特點：無細胞核、細胞器，有細胞壁（肽聚糖）。革蘭氏染色鑒定細菌的簡便方法，結(jié)晶紫-番紅染色后，紫色為陽性菌，紅色為陰性菌。2028生命起源及原核和原生生物多樣性的進化細菌的形態(tài)2128生命起源及原核和原生生物多樣性的進化特殊結(jié)構(gòu)鞭毛、芽孢和莢膜，這些結(jié)構(gòu)有助于細菌在各種環(huán)境中生活。鞭毛：固定在原生質(zhì)膜和細胞壁上，運動。菌毛，幫助細菌粘附在人和動物的腸中或流水石頭的表面。而執(zhí)行“交配”功能的菌毛成為性菌毛。芽孢：芽孢壁厚，有抗干燥、抗熱、抗輻射、抗化學藥物等特性，使細菌能在惡劣環(huán)境下存活。莢膜：一些細菌的細胞壁外有由多糖或蛋白質(zhì)構(gòu)成莢膜，幫助細菌附著和抵抗白細胞吞噬。2228生

10、命起源及原核和原生生物多樣性的進化28.2.2 原核生物進化的兩個主要分支古細菌和真細菌16S rRNA分子序列比對：一類稱為真細菌，序列是：AAACUCAAA；另一類稱為古細菌，序列是：AAACUUAAAG；古細菌與真核生物（18S rRNA）一致。三原界學說：真細菌原界古細菌原界真核生物原界2328生命起源及原核和原生生物多樣性的進化28.2.3 真細菌多樣性的進化營養(yǎng)和代謝類型的多樣性：根據(jù)碳的來源、能量來源及電子供體性質(zhì)不同，4種營養(yǎng)類型：光能自養(yǎng)型：以CO2為唯一或主要碳來源、以光為能源?；茏责B(yǎng)型：以CO2為碳來源、自無機物氧化獲得能量。光能異養(yǎng)型：能量來自日光、碳來源為有機物?；?/p>

11、能異養(yǎng)型：（大多數(shù)微生物）依靠有機物氧化獲得能源和碳源。氧的需求：好氧菌、厭氧菌、兼性厭氧菌、微好氧菌和耐氧菌。2428生命起源及原核和原生生物多樣性的進化厭氧化能有機營養(yǎng)型原始羧菌類原始脫硫弧菌類厭氧化能和光能自養(yǎng)型原始產(chǎn)甲烷菌原始光合細菌光能自養(yǎng)型（放氧型）原始藍細菌好氧化能有機營養(yǎng)型原始假單胞菌類原始的球菌類營養(yǎng)類型的進化2528生命起源及原核和原生生物多樣性的進化放氧型的光能自養(yǎng)型的出現(xiàn)：特征：出現(xiàn)葉綠素分子，由H2O光解代替H2S光解，釋放O2。藍細菌出現(xiàn)的意義：構(gòu)成了生物合成和分解的統(tǒng)一生態(tài)系統(tǒng)；釋放大量的O2，改變了地球面貌；原核生物改變代謝類型，從厭氧發(fā)展為需氧；為陸生動、植物

12、起源創(chuàng)造條件（臭氧層形成）。2628生命起源及原核和原生生物多樣性的進化28.2.4 古細菌多樣性的進化古細菌的分類：根據(jù)16S rRNA序列分析細分為3個亞群泉古菌門（包括硫還原球菌和硫化葉菌等）；廣古菌門（包括產(chǎn)甲烷古菌、極端嗜鹽菌和極端嗜熱嗜酸菌、嗜酸和嗜熱的熱源體等）；初生古菌門（指運用熒光原位雜交技術(shù)檢測證實其存在，但目前實驗室中尚不可培養(yǎng)的微生物，如超嗜熱古菌）。2728生命起源及原核和原生生物多樣性的進化古細菌所棲息的環(huán)境對現(xiàn)代生物都是極其嚴酷的產(chǎn)甲烷古生菌：嚴格厭氧菌，利用H2作為CO2的還原劑以合成有機物。極端嗜熱嗜酸菌：在含硫熱泉或深海火山口的熱流中，大多數(shù)代謝硫。極端嗜鹽

13、古生菌：在含NaCl 20%30%的環(huán)境下生活，嚴格需氧的化能異養(yǎng)菌。超嗜熱古生菌：在90以下不能生長。古細菌對早期地球環(huán)境的適應極端環(huán)境：高熱、高鹽、高濕、厭氧、低pH和充滿還原性氣體。2828生命起源及原核和原生生物多樣性的進化28.2.5 原核生物的重要性1. 自然界中物質(zhì)循環(huán)的關(guān)鍵原核生物的合成作用：光能自養(yǎng)型和化能自養(yǎng)型細菌是生態(tài)系統(tǒng)中的初級生產(chǎn)者，利用光能和無機物的化學能直接合成有機物。原核生物的分解作用：更為重要光能異養(yǎng)型和化能異養(yǎng)型細菌是有機物的主要分解者，將復雜的動、植物和微生物殘體分解為無機化合物。地球上90%以上有機物的礦化都是由細菌和真菌完成。2928生命起源及原核和原

14、生生物多樣性的進化2. 在污水治理中發(fā)揮重要作用微生物處理法：有氧處理：包括活性污泥法、生物膜法和氧化塘法。無氧處理。3028生命起源及原核和原生生物多樣性的進化3. 工業(yè)、農(nóng)業(yè)和醫(yī)藥上的應用廣泛應用：微生物發(fā)酵，這主要是利用微生物菌體、初級代謝及次級代謝產(chǎn)物和微生物的轉(zhuǎn)化機能。3128生命起源及原核和原生生物多樣性的進化4.引發(fā)人類多種疾病有益：腸道共棲細菌。有害：細菌性疾病，稱病原體。外毒素：細菌分泌到介質(zhì)中的毒素，為毒性很強的蛋白質(zhì)，隨血液和淋巴進入身體各部位。對熱不穩(wěn)定。內(nèi)毒素：革蘭氏陰性菌細胞壁脂多糖中的成分，只在細菌死亡溶解后才釋放出來。對熱穩(wěn)定。預防和治療方法：疫苗、抗毒素、抗血

15、清預防和治療；磺胺藥和抗生素。3228生命起源及原核和原生生物多樣性的進化28.3 病毒1. 大小和形態(tài)大小：極微?。{米級），電子顯微鏡觀察?；拘螒B(tài)：桿狀、球狀、蝌蚪狀，也有磚狀和絲狀等。3328生命起源及原核和原生生物多樣性的進化病毒3428生命起源及原核和原生生物多樣性的進化2. 組成和結(jié)構(gòu)結(jié)構(gòu)：病毒無細胞結(jié)構(gòu)，核酸核心蛋白質(zhì)衣殼。核酸核心：單一類型的核酸（DNA或RNA），不僅有單鏈和雙鏈，線狀和環(huán)狀， RNA還有正鏈和負鏈之分。外殼蛋白。被膜：有些病毒在衣殼外還有從活細胞脫離時攜帶的細胞膜或核膜組分構(gòu)成的被膜。3528生命起源及原核和原生生物多樣性的進化噬菌體3628生命起源及原核

16、和原生生物多樣性的進化3. 病毒的增殖病毒在細胞外是無生命的、亞顯微的大分子顆粒，不能生長和分裂。但它們是能夠侵染特定活細胞的遺傳因子。一旦進入特定的活細胞，便借助宿主細胞的能源系統(tǒng)，tRNA、核糖體和復制、轉(zhuǎn)錄、翻譯等生物合成體系，復制病毒的核酸和合成病毒的蛋白質(zhì)，最后裝配成結(jié)構(gòu)完整、具有侵染力的、成熟的病毒粒。3728生命起源及原核和原生生物多樣性的進化噬菌體病毒的增殖3828生命起源及原核和原生生物多樣性的進化HIV病毒的增殖5個階段吸附侵入和脫殼生物合成：RNAcDNA DNA(整合入人的基因組) RNA、蛋白質(zhì)裝配釋放3928生命起源及原核和原生生物多樣性的進化28.3.2 病毒的種

17、類和病毒病病毒的種類：根據(jù)宿主的不同脊椎動物（包括人類）病毒（近1000種）；無脊椎動物（包括昆蟲）病毒（1700種）；植物病毒（6000余種）；微生物病毒（噬菌體，近3000種）。4028生命起源及原核和原生生物多樣性的進化病毒?。杭s50%60%的人類和動、植物疾病。如嚴重急性呼吸綜合癥SARS，狂犬病、乙肝等。病毒病傳染性強，傳播廣，目前只有干擾素等少數(shù)藥物能對付某些病毒。4128生命起源及原核和原生生物多樣性的進化致癌病毒：病毒DNA又可能整合到宿主細胞核中，刺激細胞不受控制的增殖而引起腫瘤（細胞擴散時為癌）15%的人類腫瘤是由致癌病毒感染誘發(fā)的，如皰疹EB病毒和HIV病毒。4228生命

18、起源及原核和原生生物多樣性的進化類病毒：類病毒沒有蛋白質(zhì)外殼，只是裸露單鏈環(huán)狀RNA分子。危害：可引起馬鈴薯、番茄、黃瓜、柑橘及椰子樹等減產(chǎn)。4328生命起源及原核和原生生物多樣性的進化28.3.3病毒的起源病毒不可能是“前細胞”生物，而是細胞出現(xiàn)后的產(chǎn)物：病毒無完整的酶系統(tǒng)，不能制造ATP和獨立生活，但卻有控制特定活細胞代謝的遺傳信息。病毒可能是生物細胞中不斷進化和逃脫出來的基因片段：病毒與細菌、酵母菌中獨立于染色體外的質(zhì)粒和生物細胞中的轉(zhuǎn)座子相似?，F(xiàn)今幾乎所有生物都有其相應的一種或多種病毒。4428生命起源及原核和原生生物多樣性的進化28.4 原生生物多樣性及其進化28.4.1 真核細胞是

19、如何起源的起源歷史：化石和rRNA分子生物學研究30億年前真核生物就進化為獨立分支；1620億年前，最早的真核生物的化石；只有藍細菌出現(xiàn)后，需O2的真核生物才得以產(chǎn)生。結(jié)構(gòu)特點：有膜包圍的細胞核和細胞器。真核細胞的進化過程：（1）膜內(nèi)折（內(nèi)膜系統(tǒng)的形成）（2）內(nèi)共生（細胞器的形成）4528生命起源及原核和原生生物多樣性的進化真核細胞的進化過程（1）膜內(nèi)折膜內(nèi)折：真核細胞的內(nèi)膜系統(tǒng)從原核細胞質(zhì)膜內(nèi)折進化而來。核膜的出現(xiàn)：細胞機構(gòu)和功能的多樣化，分為以復制、遺傳為中心的細胞核和以蛋白質(zhì)等合成代謝為中心的細胞質(zhì)。4628生命起源及原核和原生生物多樣性的進化（2）內(nèi)共生內(nèi)共生：真核生物線粒體和葉綠體是

20、以內(nèi)共生方式發(fā)展起來。線粒體的祖先：始祖好氧型細菌（有氧呼吸、化能異養(yǎng)型），它們寄生或被吞噬，形成線粒體。葉綠體的祖先：始祖光合細菌（光能自養(yǎng)型），通過上述類似途徑進化。共生關(guān)系：宿主細胞提供營養(yǎng)成分，小細胞提供大量的ATP和有機物。相關(guān)證據(jù)：與真細菌有許多相似之處(二分裂)；一定的遺傳自主性。4728生命起源及原核和原生生物多樣性的進化28.4.2 什么是原生生物1. 原生生物是最簡單的真核生物結(jié)構(gòu)特點：最簡單的真核生物，個體微小，多為單細胞，細胞核有核膜。4828生命起源及原核和原生生物多樣性的進化2. 最全能的細胞無細胞和組織的分化，最全能的細胞，細胞結(jié)構(gòu)更為復雜。運動：鞭毛或偽足或纖毛

21、；營養(yǎng)類型多樣化：光能自養(yǎng)型的藻類、光能異養(yǎng)型的鞭毛蟲，而大多數(shù)則是化能異養(yǎng)型，但也有許多種類的營養(yǎng)類型為兼性。4928生命起源及原核和原生生物多樣性的進化其攝食方式多樣，可通過胞口攝食、偽足吞噬、胞飲等。排泄：通過伸縮泡的伸縮活動來完成。多種細胞骨架以支持和維持其外形，如藻類的細胞壁、放射蟲的內(nèi)骨骼、有孔蟲的外殼等。特殊的細胞器：如眼蟲的眼點等。原生生物：原生動物，黏菌，藻類。5028生命起源及原核和原生生物多樣性的進化28.4.3 原生動物以吞咽食物為主的原生生物，大多數(shù)為單細胞。特征：由細胞核和細胞質(zhì)構(gòu)成。表層有典型的雙層結(jié)構(gòu)的質(zhì)膜，一般沒有細胞壁。核結(jié)構(gòu)與其他真核生物相似，細胞質(zhì)中有各

22、種細胞器。無性生殖：分裂或出芽方式；有性生殖：減數(shù)分裂產(chǎn)生配子。如纖毛蟲、變形蟲（阿米巴）、瘧原蟲等。5128生命起源及原核和原生生物多樣性的進化28.4.4既像原生動物，又像真菌的黏菌結(jié)構(gòu)特征：介于原生動物與真菌之間營養(yǎng)期為裸露、無細胞壁、多核變形蟲狀的細胞（稱原生質(zhì)團），與原生動物中的變形蟲相似。原生質(zhì)團成熟時發(fā)育成繁殖結(jié)構(gòu)的子實體，與真菌中的霉菌相似。52粘菌28生命起源及原核和原生生物多樣性的進化5328生命起源及原核和原生生物多樣性的進化28.4.5. 藻類特征：營養(yǎng)：大多數(shù)藻類是光能自養(yǎng)型，少數(shù)是兼性化能異養(yǎng)型（吞噬或腐生生活）。形態(tài)：多數(shù)是單細胞，少數(shù)以群體生活，也有多細胞。結(jié)構(gòu)

23、：有纖維素的細胞壁或蛋白質(zhì)表膜。很多種有鞭毛。藻類細胞的細胞核均有核膜，有多種細胞器。生殖：多數(shù)單細胞藻類進行二分分裂繁殖。5428生命起源及原核和原生生物多樣性的進化分類：依據(jù)光合色素和儲藏物質(zhì)的差別，分為6個類群金藻門、裸藻門和甲藻門：單細胞藻。綠藻門：單細胞、群體和多細胞等。紅藻門和褐藻門：多細胞藻類。5528生命起源及原核和原生生物多樣性的進化溝鞭藻：甲藻門，自養(yǎng)生活。特征：細胞壁形成硬的纖維素板片，像一套盔甲將藻體套住。赤潮：溝鞭藻和藍細菌等，當條件合適時呈指數(shù)生長，造成水華，使水變成紅色，稱為赤潮。甲藻毒素。5628生命起源及原核和原生生物多樣性的進化溝鞭藻5728生命起源及原核和

24、原生生物多樣性的進化硅藻：金藻門，自養(yǎng)生活。特征：細胞壁由兩個半片組成套，主要成分是二氧化硅。經(jīng)濟價值：硅藻土可作為過濾、絕緣、磨光、防火材料的主要成分。5828生命起源及原核和原生生物多樣性的進化硅藻5928生命起源及原核和原生生物多樣性的進化衣藻：綠藻門的單細胞成員。特征：有纖維素壁，營養(yǎng)細胞有兩根鞭毛。6028生命起源及原核和原生生物多樣性的進化團藻屬：綠藻門群體細胞成員特征：由數(shù)百至上萬個的雙鞭毛細胞排列成一層中空球狀團聚體。植物是由古代綠藻進化的：綠藻的鞭毛和某些植物的雙鞭毛配子極為相似。綠藻葉綠體光合色素、纖維素的細胞壁及以淀粉形式儲存食物等與植物相同。6128生命起源及原核和原生生物多樣性的進化團藻6228生命起源及原核和原生生物多樣性的進化28.4.6 海藻多細胞的水生藻類定義：海藻在此處是指大而復雜、類似