第一节地球上生命的起源-课件

第一节地球上生命的起源神秘的太阳系 2 2 地球是太阳系中唯一已确知存在生命的行星。地球是太阳系中唯一已确知存在生命的行星。(其他部分星球还在继续探索中其他部分星球还在继续探索中)3 3有关生命起源的几种假说（1）神创论（又叫特创论）其中包括各民族的各种神话、宗教的一些理论。（上帝、女娲）代表论点：上帝创造万物，最后造成人；否认生物的进化。1996年，罗马教皇约翰保罗二世致函教廷科学院全体会议说：“天主教的信仰并不反对生物进化论，事实上，由于各学科的一系列发现，这一理论已被科学家普遍接受”。4 4资料：神创论与进化论在美国uu在20世纪20年代，美国阿肯萨斯、密西西比、田纳西等州都通过法律禁止在公立学校教进化论。1925年在田纳西州代顿镇，中学教师斯考普斯因为教进化论而受审，震惊世界。直到1967年，田纳西州议会才撤销了反进化论法。在八十年代初，神创论者在南方的几个州成功地说服议会通过法律强求在公立学校讲授神创论，直到年，美国最高法院才判决这样的法律违反宪法。5 5（2 2）广为接受的生命起源学说）广为接受的生命起源学说）广为接受的生命起源学说）广为接受的生命起源学说化学起源说化学起源说化学起源说化学起源说uu原始生命起源于原始生命起源于原始生命起源于原始生命起源于 非生命物质非生命物质非生命物质非生命物质1924年苏联生物学家奥巴林发表专著。1929年英国遗传学家霍尔丹也提出类似观点。1936年奥巴林专著再版，他提出的生命起源学说引起世界重视。按照这个学说，生命是在长时期宇宙进化过程中发生的，是宇宙进化的某一阶段无生命的物质所发生的一个进化过程，而不是在现在条件下由非生命的有机物质突然产生的。6 6（二）生命的起源和演化过程，从逻辑上看（二）生命的起源和演化过程，从逻辑上看可可 被分为三个时期被分为三个时期:（1）前生物的前生物的“化学化学”时期，称为化学进化（或时期，称为化学进化（或称为称为 分子进化）时期。分子进化）时期。（2）复制复制“个体个体”（细胞）的自组织时期。（细胞）的自组织时期。（3）个体物种的进化期。个体物种的进化期。长期以来，人们关注的是第(3)期，成果也最多，但对化学进化到生物进化期至今还未能从历史的角度和演化的观点来揭示非生命和生命之间的关系。7 7无机小分子物质无机小分子物质生生成成形形成成组组成成演变第一第一阶段阶段场所场所实验实验第二第二阶段阶段场所场所过程过程第三第三阶段阶段场所场所过程过程第四第四阶段阶段场所场所过程过程原始大气19531953、美国米勒、美国米勒原始海洋原始海洋聚合缩合（美国福克斯）聚合缩合（美国福克斯）原始海洋原始海洋原始海洋原始海洋浓缩、凝聚浓缩、凝聚长期演变、长期演变、相互作用相互作用（无证据）（无证据）特点特点特点特点原始界膜和原始界膜和原始的原始的 物物质交换质交换原始新陈代谢和繁殖原始新陈代谢和繁殖有机小分子物质有机小分子物质有机高分子物质有机高分子物质多分子体系多分子体系原始生命原始生命8 8大家有疑问的，可以询问和交流大家有疑问的，可以询问和交流可以互相讨论下，但要小声点可以互相讨论下，但要小声点可以互相讨论下，但要小声点可以互相讨论下，但要小声点9 91.从无机分子生成有机分子从无机分子生成有机分子uu假说：从无机分子生成有机分子uu证明：1953年美国芝加哥大学研究生S.Miller（米勒）的模拟试验。1010米勒及其实验1111原原始始地地球球表表面面想想像像图图1212原始地球环境：天空中或赤日炎炎，或电闪雷鸣，地面上火山喷发，熔岩横流。地球上原始大气成分：水蒸水蒸气、氢气、氨、气、氢气、氨、甲烷、二氧化甲烷、二氧化碳、硫化氢等，碳、硫化氢等，没有氧气。没有氧气。1313ABC米勒设计的实验装置实验证明：实验证明：原始地球条件和原始地球条件和大气成分，可以大气成分，可以形成构成生物体形成构成生物体的有机物。由此的有机物。由此可以推测，生命可以推测，生命的起源是从无机的起源是从无机物生成有机物，物生成有机物，这一阶段是完全这一阶段是完全能够实现的。能够实现的。1414反应物条件产物原始大气CH4NH3H2OH2H2SHCN宇宙射线宇宙射线紫外线紫外线闪电闪电氨基酸核苷酸单糖简单无机物小分子有机物1515反应物方式产物氨基酸核苷酸单糖缩合缩合聚合聚合原始的蛋白质原始的核酸2.从有机小分子合成生物大分子从有机小分子合成生物大分子场所：在原始海洋的岸边、岩石、粘土的表层或像湖泊样的小水体中小分子有机物小分子有机物大分子有机物大分子有机物1616支持此阶段的证据：支持此阶段的证据：后来的类似实验后来的类似实验：HCN+NH3类似肽的化合物多聚磷脂酸单核苷酸多核苷酸 50oC60oC美国福克斯（美国福克斯（F.FOX)F.FOX)试验证实试验证实：将氨基酸混合物倾倒在160oC200oC的热砂或粘土上，水分蒸发，氨基酸浓缩并化合生成类蛋白质分子。1717我国在生命起源上的成就1965年年人工合成了具有全部生命活性的人工合成了具有全部生命活性的结晶牛胰岛素（含有（含有5151个氨基酸的蛋个氨基酸的蛋白质）。白质）。1981年年人工合成了人工合成了酵母丙氨酸转运核糖核酸1818反应物反应物方式方式产物产物原始的原始的蛋白质蛋白质原始的原始的核酸核酸浓缩浓缩多分子体系多分子体系3 3.从生物大分子生成多分子体系从生物大分子生成多分子体系1919 奥巴林的团聚体学说奥巴林的团聚体学说生物大分子主要是蛋白质溶液和核酸溶液，生物大分子主要是蛋白质溶液和核酸溶液，合在一起时，可形成团聚体小滴，这就是多分合在一起时，可形成团聚体小滴，这就是多分子体系，它具有一定的生命现象。子体系，它具有一定的生命现象。混合白明胶（蛋白质）阿拉伯胶（多糖）团聚体（小滴）2020福克斯的微球体学说福克斯的微球体学说最初实验：最初实验：类蛋白质微球体浓缩微球体2121（1 1）具有脂双层膜围成的与周围环境隔开的含水）具有脂双层膜围成的与周围环境隔开的含水囊泡。囊泡。（2 2）囊泡内有多种核酸、蛋白质、糖类大分子。）囊泡内有多种核酸、蛋白质、糖类大分子。（3 3）能选择性地从周围环境中吸纳）能选择性地从周围环境中吸纳“食物食物”。（4 4）利用）利用“食物食物”的分解，复制自身一部分起核的分解，复制自身一部分起核心作用的大分子。心作用的大分子。（5 5）囊泡因大分子增多而）囊泡因大分子增多而“生长生长”和和“繁殖繁殖”。原始生命是异养、厌氧的。原始生命是异养、厌氧的。无论哪一种多分子体系（团聚体或微球体），如果具备以下特征的综合，那么，原始生命就诞生了。2222反应物反应物方式方式产物产物多分子体系多分子体系演变演变原始生命原始生命4.4.从多分子体系进化为原始生命从多分子体系进化为原始生命目前人们还不能在实验里验证这一过程。目前人们还不能在实验里验证这一过程。2323原始生命原始生命原始大气原始大气有机小分子有机小分子宇宙射线宇宙射线闪电闪电随水流入随水流入原始海洋原始海洋有机高分子有机高分子有机高分子体系有机高分子体系原始生命诞生的过程：24245.5.从原始生命进化到原始细胞从原始生命进化到原始细胞出现原始的细胞膜 原始祖细胞类似于今天的小的支原体。支原体没有细胞壁，其外围是细胞膜，细胞质中只有核糖体，只含DNA、RNA和多种蛋白质。它除了可以在细胞中寄生外，也能在无细胞系统的培养基中生长、繁殖。体积相当于病毒大小，为细菌的1/1000，直径约0.1m。2525生物圈的演化是非生物因生物圈的演化是非生物因素和生物因素共同、相互素和生物因素共同、相互作用的结果作用的结果2626自然发生论（1919世纪前广泛流行）世纪前广泛流行）现象现象:1 1、将谷粒、破旧衬衫塞入瓶中，、将谷粒、破旧衬衫塞入瓶中，2121天后就生出老鼠。天后就生出老鼠。2 2、鲜肉中没有蛆，腐肉生蛆。、鲜肉中没有蛆，腐肉生蛆。3 3、腐草化萤。、腐草化萤。4 4、一度干涸的池塘，一旦有水，自然就出现蝌蚪和青蛙。、一度干涸的池塘，一旦有水，自然就出现蝌蚪和青蛙。推测：生物是从非生物环境中自然发生出来的。推测：生物是从非生物环境中自然发生出来的。你同意这个假说吗？为什么？你同意这个假说吗？为什么？是否只要有证据就能推导出正确的结果是否只要有证据就能推导出正确的结果?2727自然发生论的失败：uu第一个用实验来向自然发生论发起进攻的是意大利生物第一个用实验来向自然发生论发起进攻的是意大利生物学家、医生雷迪。他决心要用实验验证腐肉到底能不能学家、医生雷迪。他决心要用实验验证腐肉到底能不能生蛆。生蛆。雷迪把牛肉、羊肉、鹿肉、蛇肉等各种不同的肉放在雷迪把牛肉、羊肉、鹿肉、蛇肉等各种不同的肉放在敞开口的瓶子里，让其腐败，几天后腐肉长出了蛆。雷敞开口的瓶子里，让其腐败，几天后腐肉长出了蛆。雷迪观察得非常细致，他看到蛆变成了蛹，蛹变成苍蝇。迪观察得非常细致，他看到蛆变成了蛹，蛹变成苍蝇。他还注意到苍蝇盘旋时，有时要撒下一些小东西在肉上，他还注意到苍蝇盘旋时，有时要撒下一些小东西在肉上，苍蝇在肉上爬过后也会留下一些小东西，他提出蛆很可苍蝇在肉上爬过后也会留下一些小东西，他提出蛆很可能就是苍蝇留在肉上的这些小东西变成的。能就是苍蝇留在肉上的这些小东西变成的。2828为了证实这个想法，他设为了证实这个想法，他设计了一个非常简单的实验。计了一个非常简单的实验。他把一块块新鲜的肉分别他把一块块新鲜的肉分别放到几个容器中，有的容放到几个容器中，有的容器盖上纱布，有的不盖。器盖上纱布，有的不盖。这样，苍蝇就无法在盖了这样，苍蝇就无法在盖了布的瓶子上下卵了。过了布的瓶子上下卵了。过了几天，那些敞口的、苍蝇几天，那些敞口的、苍蝇能自由出入的瓶中的肉都能自由出入的瓶中的肉都长出了蛆，而盖了纱布的长出了蛆，而盖了纱布的瓶子里，尽管肉也腐烂、瓶子里，尽管肉也腐烂、变臭，但却没有生出蛆来。变臭，但却没有生出蛆来。他由此得出结论，蛆是苍他由此得出结论，蛆是苍蝇排在肉上的卵变来的。蝇排在肉上的卵变来的。2929斯巴兰让尼实验uu证据：证据：uu推测：肉汤中推测：肉汤中的微生物不是自的微生物不是自发发生的，而是发发生的，而是来自瓶外。来自瓶外。uu应用：应用：发明了罐头肉汤煮沸肉汤煮沸密生微生物密生微生物无微生物3030巴斯德的实验巴斯德的实验肉汤中的微生物不是自发产生的，而是来自瓶外。肉汤中的微生物不是自发产生的，而是来自瓶外。3131巴斯德实验 uu1862年，巴斯德终于设计出一个巧妙的曲颈瓶试验。他给烧瓶安装了一个像横着放的S形状的长颈，当把烧瓶中的肉汤煮沸时，不仅瓶中的微生物被杀死了，水蒸汽把瓶颈中的微生物也杀死了。等到汤放凉时，新鲜的空气就可以通过瓶颈自由进到瓶子中，而带菌的灰尘由于比空气重，在长颈向下弯曲处就被拦截住了。经过这样处理的培养液放许多天也不会变质。而如果把培养液倾斜，让它通过长颈的弯曲部，或者把长颈打断，培养液中很快就会充满了微生物。这样就令人信服地证明了，是空气中的微生物使汤腐败的，而不是汤腐败产生微生物。32324、宇生说uu证据：证据：星际分子的发现：星际分子的发现：uuA.1963A.1963年以来，陆续发现太阳系其他的行星上都有碳氢化合年以来，陆续发现太阳系其他的行星上都有碳氢化合物及其衍生物的存在，例如：氨、水、氰化氢、甲醛、乙醛、物及其衍生物的存在，例如：氨、水、氰化氢、甲醛、乙醛、甲酸、乙醇等。甲酸、乙醇等。uuB.1978B.1978年上半年，已知由年上半年，已知由C C、H H、OO、N N构成的星际分子共构成的星际分子共3737种，其中种，其中8080是有机化合物。是有机化合物。uuC.1997C.1997年，美国对火星表面成分探测表明，火星上也含有生年，美国对火星表面成分探测表明，火星上也含有生物有机物。物有机物。陨石中有机化合物的发现：陨石中有机化合物的发现：陨石中有机化合物的发现：陨石中有机化合物的发现：A.A.从陨石的提取物中，已确定了许多有机化合物，如：各种碳氢从陨石的提取物中，已确定了许多有机化合物，如：各种碳氢化合物、氧化物、氮化物、硫化物及卤化物等。化合物、氧化物、氮化物、硫化物及卤化物等。B.1969B.1969年年9 9月，澳大利亚麦启逊附近落下一块陨石，从碎片成月，澳大利亚麦启逊附近落下一块陨石，从碎片成分分析中检出了天然型的氨基酸等。分分析中检出了天然型的氨基酸等。uu推测：地球上最早的生命或构成生命的有机物，来自于其他宇推测：地球上最早的生命或构成生命的有机物，来自于其他宇宙星球或星际尘埃。宙星球或星际尘埃。3333小行星撞击地球3434地球上的陨石坑3535陨石陨石3636热泉生态系统uu证据：证据：19771977年，科学家在加拉帕哥斯群岛附近海域的年，科学家在加拉帕哥斯群岛附近海域的热泉中，发现了一处生机盎然的生物群落。（以后发现热泉中，发现了一处生机盎然的生物群落。（以后发现多处）这个生物多处）这个生物“社会社会”的最底层是大量的古细菌，它的最底层是大量的古细菌，它们以硫化氢作为食物，通过化学反应，获得生存所需的们以硫化氢作为食物，通过化学反应，获得生存所需的能量，同时产生复杂的有机物。而这些古细菌的工作相能量，同时产生复杂的有机物。而这些古细菌的工作相当于植物在陆地生态系统中的作用。当于植物在陆地生态系统中的作用。uu1 1、现今发现的古细菌，大多数生活在高温、缺氧、含、现今发现的古细菌，大多数生活在高温、缺氧、含硫和偏酸的环境中，这种环境与热泉喷口附近的环境及硫和偏酸的环境中，这种环境与热泉喷口附近的环境及其相似。其相似。uu2 2、热泉喷口附近不仅温度非常高，而且又有大量的硫、热泉喷口附近不仅温度非常高，而且又有大量的硫化物、化物、CH4CH4、H2H2等，与地球早期形成的环境相似。等，与地球早期形成的环境相似。uu推测：热泉生态系统提供了生物生存的物质和能量，可推测：热泉生态系统提供了生物生存的物质和能量，可避免地外物体的撞击。这种细菌可能是地球上最古老的避免地外物体的撞击。这种细菌可能是地球上最古老的生物之一，大概在地球上生活了几十亿年了。除了能忍生物之一，大概在地球上生活了几十亿年了。除了能忍受高温外，这些古老的细菌还有一些奇特的属性，它们受高温外，这些古老的细菌还有一些奇特的属性，它们能忍受超级低温和盐度高的环境，强酸和强碱它们也不能忍受超级低温和盐度高的环境，强酸和强碱它们也不怕，可算是能忍受恶劣环境的怕，可算是能忍受恶劣环境的 终极生物终极生物 了。了。37373838