生物的起源與進(jìn)化

生物的起源與進(jìn)化1生命的起源2Darwin與進(jìn)化論3生物進(jìn)化的證據(jù)和歷程4人類的起源和進(jìn)化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(jī)體能自發(fā)地由非生命物質(zhì)隨時形成嗎？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驗來解決這個難題？

18世紀(jì)意大利科學(xué)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(jié)果為解決上述的爭論提供了重要的線索。

Pasteur的實驗結(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(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

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。

化學(xué)演化俄國科學(xué)家Oparin和英國科學(xué)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(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。原始地球條件：沒有氧氣，最初形成的生命物質(zhì)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(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)行實驗？Miller實驗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)計了一套密閉循環(huán)實驗裝置，模擬和驗證了非生命有機(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)動力學(xué)過程。一周后，檢測出5種氨基酸、不同有機(jī)酸、HCN等

關(guān)于最簡單生命形式起源的幾個假說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)。

代謝系統(tǒng)的進(jìn)化和遺傳系統(tǒng)的起源原始生命體系內(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。

代謝系統(tǒng)的進(jìn)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(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)）。

代謝系統(tǒng)的進(jìn)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貯存遺傳信息并指導(dǎo)蛋白質(zhì)合成、同時還能自我復(fù)制的物質(zhì)呢？RNA最可能成為最早的遺傳物質(zhì)實驗顯示，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）RNA組成及三維空間結(jié)構(gòu)的多樣性和穩(wěn)定性

代謝系統(tǒng)的進(jìn)化和遺傳系統(tǒng)的起源偶然合成的能促進(jìn)RNA復(fù)制活性的短肽鏈與RNA的合作促進(jìn)了原始細(xì)胞遺傳系統(tǒng)的進(jìn)化偶然以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)揮主要作用的時代便讓位于DNA-RNA-蛋白質(zhì)共同作用的時代。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。2Darwin與進(jìn)化論19世紀(jì)中葉以前，神創(chuàng)論或稱特創(chuàng)論一直占據(jù)著生物學(xué)的主導(dǎo)地位。一次創(chuàng)造論認(rèn)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(yuǎn)不變、一代一代地繁衍下來。連續(xù)創(chuàng)造論則認(rèn)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(xué)的一位副校長兼牧師甚至根據(jù)舊約記載還推測出上帝創(chuàng)造地球和造人的準(zhǔn)確時間。

神創(chuàng)論與進(jìn)化論的斗爭公元前6世紀(jì)，希臘哲學(xué)家Anaximandev預(yù)言，生物是逐漸進(jìn)化的；18世紀(jì)，瑞典醫(yī)生Linnaeus發(fā)明雙名制生物命名法則；18世紀(jì)，法國生物學(xué)家Buffon在研究中察覺到生物進(jìn)化現(xiàn)象并進(jìn)行了描述，但沒有勇氣承認(rèn)并作出結(jié)論；1830年，蘇格蘭地質(zhì)學(xué)家Lyell發(fā)表《地質(zhì)學(xué)原理》第一卷，闡述了古老地球在很早以前就形成了，地質(zhì)過程經(jīng)歷了緩慢漸進(jìn)的變化。同時，古生物化石的研究也被引入了地質(zhì)學(xué)，為進(jìn)化理論提供了基礎(chǔ)；法國生物學(xué)家Lamarck再一次提出了生物進(jìn)化的思想Darwin的祖父ErasmasDarwin也提出了生物進(jìn)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(jìn)化論并沒有被確立起來，神創(chuàng)論所占據(jù)的主導(dǎo)地位一直沒有被動搖。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)化論的辯論會牛津大主教Wilberforcevs.

Huxley進(jìn)化論與神創(chuàng)論的斗爭一直沒有停止年青時代的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(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航海船上擔(dān)任博物學(xué)專家。出發(fā)之前，Henslow教授特別向Darwin贈送了Lyell的《地質(zhì)學(xué)原理》第一卷。1831年11月，貝格爾號探險船出發(fā)進(jìn)行環(huán)球探險調(diào)查1835年的夏天，貝格爾號到達(dá)太平洋東部，離南美洲西海岸965km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(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！隨著貝格爾號長達(dá)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(jì)學(xué)家Malthus（馬爾薩斯,1766-1834）的《人口論》，進(jìn)一步認(rèn)識到生存競爭的結(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。1858年，英國年青的博物學(xué)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(jìn)化的結(jié)論。同年，Darwin和Wallace在英國Linnaean學(xué)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。

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。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(jié)果例：長頸鹿的進(jìn)化自然選擇作用下群體水平的進(jìn)化實質(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體的某一性狀。

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。幾個基本概念例：加帕戈斯群島上發(fā)現(xiàn)的13種地雀的進(jìn)化過程地理隔離造成生殖隔離，生殖隔離導(dǎo)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(jìn)化過程中形成新物種的主要方式。

進(jìn)化論的發(fā)展綜合進(jìn)化論進(jìn)化體現(xiàn)在種群遺傳組成的改變，這就決定了進(jìn)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(guān)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(guān)系只要影響到基因頻率的變化和所涉及的相關(guān)因素，都應(yīng)該有進(jìn)化的價值。在生物變異分析時，還應(yīng)該將可遺傳的變異和非遺傳的變異區(qū)分開來。分子進(jìn)化的中性學(xué)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(jìn)化外，還存在跳躍式的進(jìn)化災(zāi)變需要幸存下來的個體需要有更大的變異。跳躍式進(jìn)化可以解釋物種以上單元的起源與進(jìn)化問題。3生物進(jìn)化的證據(jù)和歷程生物進(jìn)化的化石記錄古生物化石海洋與湖泊的沉積埋藏作用是化石形成的重要條件現(xiàn)已發(fā)現(xiàn)的化石大部分屬于水生生物。地質(zhì)年代與化石記錄化石記錄顯示，越老的地層，生物形態(tài)越簡單；越新的地層，生物形態(tài)越復(fù)雜。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。生物進(jìn)化的其它證據(jù)生物地理學(xué)證據(jù)生物地理學(xué)是研究物種地理分布的科學(xué)。正是生物地理學(xué)最早為Darwin提出的物種形成和生物進(jìn)化提供了證據(jù)。例：各種有袋哺乳動物如袋鼠僅僅居住在澳大利亞，而澳大利亞胎生哺乳動物非常稀少。生物種群的進(jìn)化一方面受環(huán)境選擇的作用，另一方面在一定的區(qū)系內(nèi)進(jìn)行。比較解剖學(xué)證據(jù)對不同種群生物的個體解剖結(jié)構(gòu)進(jìn)行比較。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)系和從某個共同祖先進(jìn)化來的軌跡。退化器官痕跡、反祖現(xiàn)象比較胚胎學(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祖先進(jìn)化而來的事實。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）分子生物學(xué)證據(jù)遺傳密碼的通用性說明，自然界所有生命形式都是相互關(guān)聯(lián)的。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。利用分子生物學(xué)技術(shù)對不同生物同種蛋白的氨基酸序列分析是一種分析和判斷生物之間親源關(guān)系和進(jìn)化順序的先進(jìn)手段。除了蛋白質(zhì)氨基酸序列的分析外，DNA同源序列分析和DNA多態(tài)性分析等也已成為判斷生物之間親源關(guān)系和進(jìn)化順序的常用手段。分子生物學(xué)證據(jù)例：人類與其他幾種脊椎動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真核生物的起源目前在沉積地層中發(fā)現(xiàn)的最古老的化石是出現(xiàn)于34億年前的原核生物，而最早的真核生物化石不超過20億年前。真核生物細(xì)胞要比原核生物細(xì)胞復(fù)雜得多，復(fù)雜的真核細(xì)胞表現(xiàn)了細(xì)胞內(nèi)區(qū)域的高度組織性，細(xì)胞內(nèi)各種分化的細(xì)胞器都有明確的分工和相互合作。具有膜包被的細(xì)胞器即區(qū)域高度組織性的真核細(xì)胞是如何從較簡單的原核細(xì)胞進(jìn)化來的呢？真核細(xì)胞的內(nèi)膜系統(tǒng)是原核細(xì)胞的外膜向內(nèi)折入而發(fā)展起來的。線粒體和葉綠體等細(xì)胞器的形成：“內(nèi)共生學(xué)說”。原始的較大的原核細(xì)胞可以吞入較小的原核細(xì)胞，被吞入的原核細(xì)胞通過內(nèi)共生變成了細(xì)胞器。內(nèi)共生學(xué)說認(rèn)為，原來被吞入的需氧的細(xì)菌可變?yōu)榫€粒體，被吞入的具葉綠素和光合作用功能的藍(lán)細(xì)菌變成了葉綠體，如此，便逐漸完成了向真核細(xì)胞的進(jìn)化?！皟?nèi)共生學(xué)說”的實驗支持生物細(xì)胞間的內(nèi)共生現(xiàn)象是存在的。好氧細(xì)菌與線粒體，藍(lán)細(xì)菌與葉綠體在大小、膜的組成及膜蛋白的運轉(zhuǎn)作用等方面具有相似性。繁殖時，線粒體和葉綠體分裂方式與好氧細(xì)菌和藍(lán)細(xì)菌的二分裂基本相同。線粒體與葉綠體內(nèi)部含有環(huán)狀DNA，這一點也與好氧細(xì)菌和藍(lán)細(xì)菌相同。線粒體與葉綠體核酸序列的分析結(jié)果也為內(nèi)共生學(xué)說提供了支持。生物進(jìn)化的歷史進(jìn)程前寒武紀(jì)——34億年前：單細(xì)胞原核生物20億年前：單細(xì)胞真核藻類

8億年前：多細(xì)胞生物古生代——寒武紀(jì)：生物大爆發(fā)，藻類、蕨類、軟體動物、棘皮動物奧陶紀(jì)和志留紀(jì)：植物由水生到陸生的進(jìn)化泥盆紀(jì)：魚類大發(fā)展、昆蟲和兩棲動物興起石炭紀(jì)：兩棲動物繁盛，爬行類興起、動物由水生到陸生二疊紀(jì)：裸子植物繁茂生物進(jìn)化的歷史進(jìn)程中生代——爬行動物的時代三疊紀(jì)：爬行動物成為優(yōu)勢生物、出現(xiàn)鱷魚、鳥類、恐龍、蜥蜴、海龜侏羅紀(jì)：恐龍繁盛、原始哺乳動物出現(xiàn)白堊紀(jì)：恐龍滅絕、昆蟲和有花植物分化。新生代——第三紀(jì)：昆蟲與被子植物繼續(xù)繁盛分化、出現(xiàn)鳥類和大量哺乳動物第四紀(jì)：靈長類一支進(jìn)化為人類4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、異養(yǎng)、組織器官發(fā)達(dá)、能運動、動物界。人歸屬于脊椎動物亞門、哺乳動物綱、靈長目、人科、人屬。

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。人與哺乳動物的顯著區(qū)別

從猿到人新生代早期哺乳動物從類似食蟲樹類哺乳動物中進(jìn)化出最早的靈長類動物。為了適應(yīng)樹林中的生活環(huán)境，最早的靈長類身體較小，棲息在樹上，善于在樹林中跳躍、攀緣、以昆蟲為食?！笆帧敝饾u發(fā)達(dá)起來。一對眼睛并列于臉的前方，靈長類開始具有復(fù)雜的社會行為。靈長類的進(jìn)化最早出現(xiàn)的靈長類是5000萬年前的原猴類。在第三紀(jì)末期氣候變得寒冷和干燥，原猴類逐漸絕滅，少數(shù)演化成現(xiàn)代的猴類。靈長類的進(jìn)化人猿類是在大約3600萬年前漸新世時從一組原猴類進(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。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的成員。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：晚期智人人類在進(jìn)化中創(chuàng)造了不斷發(fā)展的文化人類文化發(fā)展的階段1、狩獵與積聚2、農(nóng)業(yè)的發(fā)展3、工業(yè)革命4、信息技術(shù)革命人類在進(jìn)化中創(chuàng)造了不斷發(fā)展的文化5、生物技術(shù)革命人類在進(jìn)化中創(chuàng)造了不斷發(fā)展的文化人類在進(jìn)化中創(chuàng)造了不斷發(fā)展的文化，反過來，人類文化的發(fā)展又改變了生物進(jìn)化的進(jìn)程。人類出現(xiàn)及迅速發(fā)展成為地球上最龐大的種群，大大加快了地球環(huán)境的改變。人類文化發(fā)展伴隨的負(fù)面效應(yīng)與人類文明相背離，是當(dāng)今人類社會面