-生物的起源与进化课件

o一.有关生命起源的几个假说有关生命起源的几个假说o二.宇宙的起源宇宙的起源o三.地球的起源和演化地球的起源和演化o四.生物的进化生物的进化一一.有关生命起源的几个假说有关生命起源的几个假说o神创论神创论o自然发生论自然发生论o宇生论宇生论n 几百年前的争论18世纪以前：生命是从非生命物质自发的产生的世纪以前：生命是从非生命物质自发的产生的!古代中国人相信古代中国人相信“腐草化为萤腐草化为萤”，腐肉生蛆，腐肉生蛆!从小池塘和沼泽地中自发地出现了蝌蚪和青蛙从小池塘和沼泽地中自发地出现了蝌蚪和青蛙!从潮湿的土壤里钻出了老鼠从潮湿的土壤里钻出了老鼠!亚亚里里士士多多德德编编制制了了一一个个能能够够从从无无生生命命的的物物质质中中自自然然发发生生的的物种名录物种名录!“鹅鹅树树学学说说”认认为为针针叶叶树树的的树树脂脂和和海海水水的的盐盐分分结结合合可可产产生生出出鹅和鸭鹅和鸭!J.van Helmont 实实验验证证明明将将谷谷粒粒、破破衬衬衫衫塞塞入入瓶瓶中中，静静置置于暗处于暗处21天后会产生老鼠天后会产生老鼠!植物只能通过种子的萌发才能产生植物只能通过种子的萌发才能产生!卵的孵化产生了昆虫和家禽等卵的孵化产生了昆虫和家禽等l生命究竟是如何起源的，有机体能自发地由非生命物质随时形成吗？o1717世纪意大利医生世纪意大利医生Francesco Redi Francesco Redi 第一次第一次用实验证明腐肉不能生蛆用实验证明腐肉不能生蛆o列文虎克发现了到处都有小动物人们觉得小列文虎克发现了到处都有小动物人们觉得小的动物是可以自然发生的的动物是可以自然发生的o拉马克也认为小的滴虫等可以自然发生，其拉马克也认为小的滴虫等可以自然发生，其他生物则是从这些小的生物进化发展而来的他生物则是从这些小的生物进化发展而来的如何通过实验如何通过实验来解决这个难来解决这个难题？题？l 1818世纪意大利科学家世纪意大利科学家SpallanzaniSpallanzani的的实验实验置于烧瓶中的肉汤加热沸腾后让其冷却，开口的烧瓶中很快就繁殖生长出许多微生物；但加了瓶塞与外界隔离的烧瓶中就没有出现微生物。这一实验结果为解决上述的争论提供了重要的线索。l PasteurPasteur的实验的实验结论：“所有生物只能来源于生物，从非生命物质中绝对不可能随时自发地产生出新的生命个体”。l 地球上的第一个生命是如何而来的？地球上的第一个生命是如何而来的？在生命物质与非生命物质之间没有不可逾越的鸿沟。外星生命？二.宇宙的起源宇宙的起源:宇宙大爆炸学说宇宙大爆炸学说原始火球原始火球爆发爆发星云星云瓦解瓦解小云小云自转自转引力收缩引力收缩自转速度加快，自转速度加快，星云变扁星云变扁中心中心星云盘星云盘太阳太阳行星行星三.地球的起源和演化原始地球原始地球（熔融状态、（熔融状态、炽热球体）炽热球体）重力重力重的物质沉向深部重的物质沉向深部轻的物质浮于表面轻的物质浮于表面地核、地幔地核、地幔（高温）（高温）地壳（初地壳（初期很薄）期很薄）火山活火山活动频繁动频繁喷发喷发CO、CO2、N2、NH3、H2、CH4、H2S、H2O原始大气原始大气（无臭氧层、（无臭氧层、还原性）还原性）地表温地表温度降低度降低100度度 H2O从气态从气态转化为液态转化为液态寒流袭击寒流袭击雷电雷电降雨降雨原始海洋原始海洋外界高能外界高能小分小分子有子有机化机化合物合物（富含有机物）（富含有机物）为什么原始地球的为什么原始地球的条件有利于生命物条件有利于生命物质的出现？它和现质的出现？它和现在的自然条件的主在的自然条件的主要差别是什么？要差别是什么？n 原始的地球和最早出现的生物原始的地球缺乏氧气，大气中存在着许多还原性气体如H2,NH3,CH4,水蒸气(H2O)，也可能有CO2,H2S等。当时地球缺乏臭氧层的保护，太阳的紫外线辐射很强。前寒武纪沉积岩薄片中存在类似细菌大小的微体古生物化石，经鉴定主要是一些细菌、蓝细菌（蓝藻）等。最最早早的的原原核核生生物物在在地地球球形形成成的的早早期期就就开开始始出出现现了了。一一些些早早期期出出现现的的生生物物还还具具有有光光合合放放氧氧的的能能力力和和抗紫外线辐射的能力抗紫外线辐射的能力。n 化学演化俄 国 科 学 家 Oparin（奥 巴 林）和 英 国 科 学 家Haldane（霍尔丹）提出，原始地球环境可以产生组成生物体的糖、脂类、蛋白质和核酸等大分子结构单元，甚至到生物多分子体系，但还没有出现真正的生命，这一时期称为化学演化期或前生物期。从化学演化期到产生最简单的生命形式包括4个阶段1.从从无无机机小小分分子子物物质质生生成成有有机机小小分分子子物物质质：氨氨基基酸、核苷酸等有机单体分子的非生物合成和积累；酸、核苷酸等有机单体分子的非生物合成和积累；2.从从有有机机小小分分子子物物质质形形成成有有机机高高分分子子物物质质：有有机机单体分子在非生物体系中聚合成多聚体；单体分子在非生物体系中聚合成多聚体；3.从从有有机机高高分分子子物物质质组组成成多多分分子子体体系系：多多聚聚体体整整合为多分子体系颗粒合为多分子体系颗粒（原球体原球体）；4.从从多多分分子子体体系系演演化化为为原原始始生生命命：代代谢谢与与遗遗传传体体系系的的形形成成和和进进化化最最终终产产生生出出最最简简单单的的生生命命形形式式原核细胞原核细胞。l原始地球条件：原始地球条件：没有氧气，最初形成的生命物质不会被氧化降解；能量输入紫外线辐射；其他因素如粘土矿物的化学催化作用、太阳和紫外线辐射对有机分子的浓缩作用、火山爆发形成的特殊环境和条件等如何模拟原始地球条件进行实验？lMillerMiller实验实验1953年，美国芝加哥大学的研究生Miller根据原始地球的还原大气条件设计了一套密闭循环实验装置，模拟和验证了非生命有机分子在原始地球环境中生成生物分子结构单元的化学动力学过程。一周后，检测出5种氨基酸、不同有机酸、HCN等n 关于最简单生命形式起源的几个假说 Oparin的团聚体学说蛋白质和核酸等生物大分子聚合在团聚体内并具有类似于膜那样的边界，其内部的化学特征显著区别于外部的溶液环境。团聚体是一种多分子体系，它具有一定的生命现象。Fox的微球体学说微球体可以从外界吸收更多的生物多聚体分子，使得微球体上产生出芽，甚至形成新的微球体。脂球体学说磷脂与蛋白质混合在一起形成外形类似于细胞并具有双层膜的结构。n 代谢系统的进化和遗传系统的起源原始生命体系内代谢系统在自然选择的作用下变得逐渐复杂起来，这种代谢系统的进化经历了由简单到复杂的漫长过程。n 代谢系统的进化和遗传系统的起源最原始的生命形式或最早出现的细胞应该是异养的。光合作用的进化产生出光能自养细胞：自然选择压力促进某些含卟啉类化合物的细胞能够吸收太阳光能，进行光化学反应，将无机物变成有机物，同时生成ATP。自养细胞的出现不但可为异养细胞提供继续生存的营养物质及能量，更改变了地球的环境（氧气和臭氧层的出现）。n 代谢系统的进化和遗传系统的起源DNADNA、RNARNA、多多多多肽肽肽肽链链链链哪一种是原始生命最早贮存遗传信息并指导蛋白质合成、同时还能自我复制的物质呢？RNA最可能成为最早的遗传物质实验显示，试管中RNA链可以自发地延伸和复制20世纪80年代初，Cech和Altman发现，某些RNA具有像酶一样的化学催化活性（1989年诺贝尔奖）RNA组成及三维空间结构的多样性和稳定性n 代谢系统的进化和遗传系统的起源偶然合成的能促进RNA复制活性的短肽链与RNA的合作促进了原始细胞遗传系统的进化偶然以RNA为模板合成了DNA链，后者贮存和复制遗传信息比RNA更稳定也更有效，生命起源初期RNA发挥主要作用的时代便让位于DNA-RNA-蛋白质共同作用的时代。繁殖、蛋白质合成和代谢三者在特殊环境条件下协同进化，加深了遗传系统与代谢系统的偶联。生命由起源阶段进入漫长的进化阶段，演化出多样性的生物世界。非细胞形态原始生命非细胞形态原始生命（厌氧、异养）（厌氧、异养）厌氧、原厌氧、原核细胞核细胞有机物减少有机物减少自养原自养原核生物核生物叶绿素分子叶绿素分子光合自养原核光合自养原核生物（蓝藻）生物（蓝藻）放放O2氧化大气，臭氧层氧化大气，臭氧层好氧细胞生存好氧细胞生存促进绿色植物发展促进绿色植物发展生物异化功能发展生物异化功能发展有机物减少有机物减少无叶绿体、有线粒体无叶绿体、有线粒体吞食植物的动物吞食植物的动物海陆分化海陆分化地形复杂化地形复杂化气候分带气候分带生物多样性生物多样性四.生物的进化Darwin与进化论19世纪中叶以前，神创论或称特创论一直占据着生物学的主导地位。一次创造论认为，世界上各种各样的生物，包括所有植物和动物都是上帝（神）在最初一次就造好放在地球上的，它们永远不变、一代一代地繁衍下来。连续创造论则认为，世界上各种各样的生物是一次又一次不断地被神创造的，因此造成了地球上过去的物种与现代物种的差别。英国牛津大学的一位副校长兼牧师甚至根据旧约记载还推测出上帝创造地球和造人的准确时间(公元前4004年10月23日上午9时）。n 神创论与进化论的斗争公元前6世纪，希腊哲学家Anaximandev预言，生物是逐渐进化的；18世纪，瑞典医生Linnaeus发明双名制生物命名法则；但他却相信每一个物种都是上帝分别逐个创造的；18世纪，法国生物学家Buffon在研究中察觉到生物进化现象并进行了描述，但没有勇气承认并作出结论；1830年，苏格兰地质学家Lyell发表地质学原理第一卷，阐述了古老地球在很早以前就形成了，地质过程经历了缓慢渐进的变化。同时，古生物化石的研究也被引入了地质学，为进化理论提供了基础；法国生物学家Lamarck再一次提出了生物进化的思想Darwin的祖父Erasmas Darwin也提出了生物进化的可能性，但他们都没有拿出足够令人信服的证据，或由于各种时代的局限，进化论并没有被确立起来，神创论所占据的主导地位一直没有被动摇。1859年，Darwin物种起源1860年6月30日牛津大学图书馆 神创论与进化论的辩论会 牛津大主教Wilberforce vs.Huxley“我宁愿来自猴类而不愿来自以文化和口才为偏见和谎言服务的文化人”进化论与神创论的斗争一直没有停止n 年青时代的Darwin和贝格尔号的航行1809年出生，童年 山林和田野1825年，爱丁堡大学学习医学1828年，剑桥大学学习神学，钻研博物学和自然史，结识了一些博学的教授学者。1831年，从剑桥毕业并获得学士学位剑桥大学博物学教授Henslow推荐去英国贝格尔号航海船上担任博物学专家。出发之前，Henslow教授特别向Darwin赠送了Lyell的地质学原理第一卷。1831年11月，贝格尔号探险船出发进行环球探险调查1835年的夏天，贝格尔号到达太平洋东部，离南美洲西海岸965 km的加帕戈斯群岛。考察了一个多月，采集了大量的岩石及植物和动物标本。Darwin发现，岛上26种陆栖鸟类中，有25种是特有的，15种海栖鱼类全部是新种，25种甲壳虫中只有23种是南美洲也有的，185种显花植物中新种为100种。不同岛屿上的海龟形态各不相同，地雀的许多特征也有差异，显示出这些不同的物种是这里特殊的气候和环境创造的。物种是可变的，这种变化明显受自然环境的影响和选择！随着贝格尔号长达5年的航海探险考察后，1836年10月，Darwin回到了英国。整理和收集资料：1838年，他阅读了著名的经济学家Malthus（马尔萨斯,1766-1834）的人口论，进一步认识到生存竞争的结果使各物种在自然界中保持适当的数量，同时逐渐向着更加适应于环境的方向变化。生存竞争和适者生存为Darwin的自然选择学说的形成提供了依据，他的关于生物通过自然选择而连续进化的理论开始成型。1858年，英国年青的博物学家Wallace给Darwin写信，阐述他通过对马来西亚群岛动植物的考察所得出的生物进化的结论。同年，Darwin和Wallace在英国Linnaean学会上公布了他们各自的论文和摘要。1859年，Darwin物种起源终于问世。n 自然选择导致生物进化生物进化是指地球上的生命从最初最原始的形式经过漫长的岁月变异演化为几百万种形形色色生物的过程。所谓自然选择实质上是自然环境导致生物出现生存和繁殖能力的差别，一些生物生存下去，另一些生物被淘汰。Darwin主义包含了两方面的基本含义：（1）现代所有的生物都是从过去的生物进化来的；（2）自然选择是生物适应环境而进化的原因。l人工选择与自然选择人工选择与自然选择l生生物物性性状状和和特特征征变变化化往往往往是是环环境境和和遗遗传相互作用的结果传相互作用的结果 例：长颈鹿的进化l自自然然选选择择作作用用下下群群体体水水平平的的进进化化实实质质上上反反映映了了生生物物基因库的变化。基因库的变化。基因库是一种生物群体全部遗传基因的集合，它决定了下一代的遗传性状。生物细胞中同源染色体上的一对等位基因可以决定生物个体的某一性状。思考题思考题o某城市为了灭蝇，于某城市为了灭蝇，于19531953年大量喷洒年大量喷洒DDTDDT家蝇的数家蝇的数量大大降低，以后每年都喷洒量大大降低，以后每年都喷洒DDTDDT，但家蝇的数量，但家蝇的数量逐年增加，逐年增加，1010年后种群数量恢复到年后种群数量恢复到19531953年的水平，年的水平，这可能是因为：这可能是因为：vA.其它地区的蝇迁入其它地区的蝇迁入vB.少数家蝇未被少数家蝇未被DDT杀死，体内产生了杀死，体内产生了DDT抗体，抗体，并将此性状传给后代并将此性状传给后代vC.在成活的家蝇体内，在成活的家蝇体内，DDT引起突变，形成引起突变，形成DDT抗性品种抗性品种vD.未被杀死的家蝇是一些天然具有未被杀死的家蝇是一些天然具有DDT抗性的个抗性的个体，这些个体传宗接代形成种群体，这些个体传宗接代形成种群