生物的起源與進化A課件

1、生物的起源與進化A生物的起源與進化A13.1 生命的起源 幾百年前的爭論生命究竟是如何起源的，有機體能自發(fā)地由非生命物質隨時形成嗎？18世紀以前：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驗來解決這個難題？13.1 生命的起源 幾百年前的爭論生命究竟是如何起源的，有 18世紀意大利科學家Spallanzani的實驗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。這一實驗結果為解決上述的爭論提供了重要的

2、線索。 18世紀意大利科學家Spallanzani的實驗置于燒瓶 Pasteur的實驗結論：“所有生物只能來源于生物，從非生命物質中絕對不可能隨時自發(fā)地產(chǎn)生出新的生命個體”。 地球上的第一個生命是如何而來的？在生命物質與非生命物質之間沒有不可逾越的鴻溝。外星生命？地球早期化學演化 Pasteur的實驗結論：“所有生物只能來源于生物，從非 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。當時地球缺乏臭氧層的保護，太陽的紫外線輻射很強。前寒武紀沉積巖薄片中存在類似細菌大小的微體古生物化石，經(jīng)鑒定主要

3、是一些細菌、藍細菌（藍藻）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。 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 化學演化俄國科學家Oparin和英國科學家Haldane提出，原始地球環(huán)境可以產(chǎn)生組成生物體的糖、脂類、蛋白質和核酸等大分子結構單元，甚至到生物多分子體系，但還沒有出現(xiàn)真正的生命，這一時期稱為化學演化期或前生物期。從化學演化期到產(chǎn)生最簡單的生命形式包括4個階段：（1）氨基酸、核苷酸等有機單體分子的非生物合成和積累；（2）有機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、；（4）代謝與遺傳體系的形成和進化最終產(chǎn)生出最簡單的生命形式原核細胞。 化學演化俄國科學家Oparin和英國科學家Haldane提原始地球條件：沒有氧氣，最初形成的生命物質不會被氧化降解；能量輸入紫外線輻射；其他因素如粘土礦物的化學催化作用、太陽和紫外線輻射對有機分子的濃縮作用、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行實驗？原始地球條件：其他因素如粘土礦物的化學催化作用、太陽和紫外線Miller實驗1953年，美國芝加哥大學的研究生Miller根據(jù)原始地球的還原大氣條件設計了一套密閉循環(huán)實驗裝置，模擬和驗證了非生命有機分子在原始地球環(huán)境中生成生物分子結構單元的化學動力學過程。一周

5、后，檢測出5種氨基酸、不同有機酸、HCN等Miller實驗1953年，美國芝加哥大學的研究生Mille 關于最簡單生命形式起源的幾個假說Oparin的團聚體學說蛋白質和核酸等生物大分子聚合在團聚體內并具有類似于膜那樣的邊界，其內部的化學特征顯著區(qū)別于外部的溶液環(huán)境。團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。脂球體學說磷脂與蛋白質混合在一起形成外形類似于細胞并具有雙層膜的結構。 關于最簡單生命形式起源的幾個假說Oparin的團聚體學說F 代謝系統(tǒng)的進化和遺傳系統(tǒng)的起源原始生命體系內代謝系統(tǒng)在

6、自然選擇的作用下變得逐漸復雜起來，這種代謝系統(tǒng)的進化經(jīng)歷了由簡單到復雜的漫長過程。 代謝系統(tǒng)的進化和遺傳系統(tǒng)的起源原始生命體系內代謝系統(tǒng)在自然 代謝系統(tǒng)的進化和遺傳系統(tǒng)的起源最原始的生命形式或最早出現(xiàn)的細胞應該是異養(yǎng)的。光合作用的進化產(chǎn)生出光能自養(yǎng)細胞：自然選擇壓力促進某些含卟啉類化合物的細胞能夠吸收太陽光能，進行光化學反應，將無機物變成有機物，同時生成ATP。自養(yǎng)細胞的出現(xiàn)不但可為異養(yǎng)細胞提供繼續(xù)生存的營養(yǎng)物質及能量，更改變了地球的環(huán)境（氧氣和臭氧層的出現(xiàn)）。 代謝系統(tǒng)的進化和遺傳系統(tǒng)的起源最原始的生命形式或最早出現(xiàn)的 代謝系統(tǒng)的進化和遺傳系統(tǒng)的起源DNA、RNA、多肽鏈哪一種是原始生命最早

7、貯存遺傳信息并指導蛋白質合成、同時還能自我復制的物質呢？RNA最可能成為最早的遺傳物質實驗顯示，試管中RNA鏈可以自發(fā)地延伸和復制20世紀80年代初，Cech和Altman發(fā)現(xiàn)，某些RNA具有像酶一樣的化學催化活性（1989年諾貝爾獎）RNA組成及三維空間結構的多樣性和穩(wěn)定性 代謝系統(tǒng)的進化和遺傳系統(tǒng)的起源DNA、RNA、多肽鏈哪 代謝系統(tǒng)的進化和遺傳系統(tǒng)的起源偶然合成的能促進RNA復制活性的短肽鏈與RNA的合作促進了原始細胞遺傳系統(tǒng)的進化偶然以RNA為模板合成了DNA鏈，后者貯存和復制遺傳信息比RNA更穩(wěn)定也更有效，生命起源初期RNA發(fā)揮主要作用的時代便讓位于DNA-RNA-蛋白質共同作用的

8、時代。繁殖、蛋白質合成和代謝三者在特殊環(huán)境條件下協(xié)同進化，加深了遺傳系統(tǒng)與代謝系統(tǒng)的偶聯(lián)。生命由起源階段進入漫長的進化階段，演化出多樣性的生物世界。 代謝系統(tǒng)的進化和遺傳系統(tǒng)的起源偶然合成的能促進RNA復制活13.2 Darwin與進化論19世紀中葉以前，神創(chuàng)論或稱特創(chuàng)論一直占據(jù)著生物學的主導地位。一次創(chuàng)造論認為，世界上各種各樣的生物，包括所有植物和動物都是上帝（神）在最初一次就造好放在地球上的，它們永遠不變、一代一代地繁衍下來。連續(xù)創(chuàng)造論則認為，世界上各種各樣的生物是一次又一次不斷地被神創(chuàng)造的，因此造成了地球上過去的物種與現(xiàn)代物種的差別。英國牛津大學的一位副校長兼牧師甚至根據(jù)舊約記載還推測出

9、上帝創(chuàng)造地球和造人的準確時間。 神創(chuàng)論與進化論的斗爭13.2 Darwin與進化論19世紀中葉以前，神創(chuàng)論或稱特公元前6世紀，希臘哲學家Anaximandev預言，生物是逐漸進化的；18世紀，瑞典醫(yī)生Linnaeus發(fā)明雙名制生物命名法則；18世紀，法國生物學家Buffon在研究中察覺到生物進化現(xiàn)象并進行了描述，但沒有勇氣承認并作出結論；1830年，蘇格蘭地質學家Lyell發(fā)表地質學原理第一卷，闡述了古老地球在很早以前就形成了，地質過程經(jīng)歷了緩慢漸進的變化。同時，古生物化石的研究也被引入了地質學，為進化理論提供了基礎；法國生物學家Lamarck再一次提出了生物進化的思想Darwin的祖父Era

10、smas Darwin也提出了生物進化的可能性，但他們都沒有拿出足夠令人信服的證據(jù)，或由于各種時代的局限，進化論并沒有被確立起來，神創(chuàng)論所占據(jù)的主導地位一直沒有被動搖。公元前6世紀，希臘哲學家Anaximandev預言，生物是逐1859年，Darwin物種起源1860年6月30日牛津大學圖書館 神創(chuàng)論與進化論的辯論會 牛津大主教Wilberforce vs. Huxley進化論與神創(chuàng)論的斗爭一直沒有停止1859年，Darwin物種起源進化論與神創(chuàng)論的斗爭一直 年青時代的Darwin和貝格爾號的航行1809年出生，童年 山林和田野1825年，愛丁堡大學學習醫(yī)學1828年，劍橋大學學習神學，鉆研博

11、物學和自然史，結識了一些博學的教授學者。1831年，從劍橋畢業(yè)并獲得學士學位劍橋大學博物學教授Henslow推薦去英國貝格爾號航海船上擔任博物學專家。出發(fā)之前，Henslow教授特別向Darwin贈送了Lyell的地質學原理第一卷。 年青時代的Darwin和貝格爾號的航行1809年出生，童1831年11月，貝格爾號探險船出發(fā)進行環(huán)球探險調查1835年的夏天，貝格爾號到達太平洋東部，離南美洲西海岸965 km的加帕戈斯群島?？疾炝艘粋€多月，采集了大量的巖石及植物和動物標本。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23種是南美洲也有的，

12、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！1831年11月，貝格爾號探險船出發(fā)進行環(huán)球探險調查不同島嶼隨著貝格爾號長達5年的航海探險考察后，1836年10月，Darwin回到了英國。整理和收集資料：1838年，他閱讀了著名的經(jīng)濟學家Malthus（馬爾薩斯, 1766-1834）的人口論，進一步認識到生存競爭的結果使各物種在自然界中保持適當?shù)臄?shù)量，同時逐漸向著更加適應于環(huán)境的方向變化。生存競爭和適者生存為Darwin的自然選擇學說的形成提供了依據(jù)，他

13、的關于生物通過自然選擇而連續(xù)進化的理論開始成型。1858年，英國年青的博物學家Wallace給Darwin寫信，闡述他通過對馬來西亞群島動植物的考察所得出的生物進化的結論。同年，Darwin和Wallace在英國Linnaean學會上公布了他們各自的論文和摘要。1859年，Darwin物種起源終于問世。隨著貝格爾號長達5年的航海探險考察后，1836年10月，Da 自然選擇導致生物進化生物進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。所謂自然選擇實質上是自然環(huán)境導致生物出現(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

14、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化來的；（2）自然選擇是生物適應環(huán)境而進化的原因。 自然選擇導致生物進化生物進化是指地球上的生命從最初最原始人工選擇與自然選擇人工選擇與自然選擇生物性狀和特征變化往往是環(huán)境和遺傳相互作用的結果例：長頸鹿的進化生物性狀和特征變化往往是環(huán)境和遺傳相互作用的結果自然選擇作用下群體水平的進化實質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。生物細胞中同源染色體上的一對等位基因可以決定生物個體的某一性狀。自然選擇作用下群體水平的進化實質上反映了生物基因庫的變化。 物種形成的機理物種不但是生物分類的單元，

15、更是遺傳生殖和進化的單元。種群是同一物種的一群個體，享有共同的基因庫。同一種群生物個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體不能彼此交配和產(chǎn)生有生殖能力的后代。幾個基本概念 物種形成的機理物種不但是生物分類的單元，更是遺傳生殖和進例：加帕戈斯群島上發(fā)現(xiàn)的13種地雀的進化過程地理隔離造成生殖隔離，生殖隔離導致新種的形成地理隔離和生殖隔離形成新種的方式稱為異地物種形成，它是生物進化過程中形成新物種的主要方式

16、。例：加帕戈斯群島上發(fā)現(xiàn)的13種地雀的進化過程地理隔離造成生殖 進化論的發(fā)展綜合進化論進化體現(xiàn)在種群遺傳組成的改變，這就決定了進化改變的是整個群體，而不僅僅是個體。在自然選擇過程中，生物之間的關系不但有生存競爭，還有捕食、寄生、共生、合作等多種方式，這些相互關系只要影響到基因頻率的變化和所涉及的相關因素，都應該有進化的價值。在生物變異分析時，還應該將可遺傳的變異和非遺傳的變異區(qū)分開來。分子進化的中性學說中性突變和遺傳漂變不會發(fā)生選擇和適者生存的情況。漸變性進化外，還存在跳躍式的進化災變需要幸存下來的個體需要有更大的變異。跳躍式進化可以解釋物種以上單元的起源與進化問題。 進化論的發(fā)展綜合進化論分子進化的中性學說1953年，Miller根據(jù)原始地球的還原大氣條件設計了一套密閉循環(huán)實驗裝置，模擬和驗證了非生命的有機分子在原始地球環(huán)境中生成生物分子結構單元的化學動力學過程。 Oparin的團聚體學說，F(xiàn)ox的微球體學說和以后的脂球體模型為認識生命起源和了解最早的生命形式提供了重要的依據(jù)。這些原始的生命體都顯示出生命的一些基本特征。原始生命體系內代謝系統(tǒng)在自然選擇的作用下也經(jīng)歷了由簡單到復雜的漫長進化過程。 最原始的生命形式應是異養(yǎng)的，自