《古生物学》课件2 生命起源

单击此处编辑母版标题样式,单击此处编辑母版文本样式,第二级,第三级,第四级,第五级,*,*,第二章,生命的起源,9/11/2024,1,第一节地外起源论第二节自然起源论,第三节生命的演化历程,第二章 生命的起源,？,9/11/2024,2,什么是生命,自我复制,新陈代谢,9/11/2024,3,生命的动力,?,能量,来自太阳,地球有极好的位置,冥王星距太阳太远,金星距太阳太近，表面温度,400,度,地球与太阳的距离刚好使水保持液态,地球上为什么有生命,9/11/2024,4,地球上为什么有生命,地球提供了良好的生物繁衍场所,.,具有大气圈（可防止陨石撞击、紫外线辐射、可稳定温度）,.,地球的铁质核心在旋转中产生磁场，可防止太阳电离层（电子风暴,）,9/11/2024,5,生命的起源论,对生命起源的认识：,神创论：,地球上一切生命都是上帝设计和创造的。,宇宙论,/,地外起源论：,生命宇宙固有，地球上的生命来自地球之外。,自然起源论：,地球上的生命是在特殊的条件下，通过化学的途径而实现的。,9/11/2024,6,构成生命的元素和物质,地球上有很多种元素，但构成生命的主要为,C,、,H,、,O,、,N,及其他微量元素。,组成生命主要物质：,蛋白质、水分,和,无机盐,三大类,蛋白质一般含碳,50%,左右、氧,20%,左右，氮,15%,左右，氢,6%,左右，硫,2%,左右，及,P,、,Fe,、,Zn,、,Cu,、等,9/11/2024,7,第一节地外起源论,（宇生论）,地球上生命来自宇宙空间别的星球,彗星,陨石坑,1969,年,澳大利亚麦启逊镇的陨石坑,9/11/2024,8,地外生命的证据,40,年前开始流行,生源说,（胚种说），认为生命之源来自宇宙。,陨石中发现有遗传物质主要成分,糖类化合物,墨西哥天文学家在恒星上发现有生命元素,水蒸汽,和,强力磁场,第一节地外起源论,9/11/2024,9,1,宇宙中的生命分子,美国的,路易斯,辛德,通过频谱分析在靠近银河系中心的,星云,中发现了生命分子,氨基酸,，他们认为这一发现有可能解释生命的起源问题。,9/11/2024,10,2,慧星和生命,彗星是一种很特殊的星体，与生命的起源可能有着重要的联系。,据研究，白垩纪,/,古近纪界线处,有机尘埃（粘土岩）,是彗星撞击地球后留下的,氨基酸,形成的。,在地球形成早期，彗星也可能以这种方式将有机物质洒落在地球上,-,成为地球上的生命之源,9/11/2024,11,陨石分为球粒陨石和非球粒陨石。,一般认为,球粒陨石,来自宇宙，它们含有,氨基酸、烃类、乙醇,和其它可能形成保护原始细胞膜的,脂肪族化合物,。,这对生命起源有重要意义,一种新的天外起源说,3,陨石和生命,9/11/2024,12,深海烟囱起源说,原始生命的有机汤说,大气生命单分子说,火山与生命起源说,第二节 自然起源论,地内起源论,9/11/2024,13,、深海烟囱起源说,理论依据,随着对深海探测深入研究，特别是,20,世纪,70,年代对,大洋中脊,火山喷口的研究表明：海水在深海烟囱（,deep-sea vent,）,中经历了巨大的,温度,和,化学梯度变化,，可形成多种溶解物，包括,原始生物化学物质,。,这些物质在,高热,作用下经过一系列变化，可以合成,氨基酸,，并进一步合成,“,硫细菌,”,。,9/11/2024,14,、深海烟囱起源说,证据,据报道，加利福尼亚大学的分子生物学家,詹姆,莱克,在大洋底烟囱附近找到了在黄石公园热泉里生存的,嗜硫细菌,，为海底烟囱热泉生命起源的,非常规理论,提供了证据。,此外，海底火山口附近有大型软体动物,蛤类,（厌氧）,9/11/2024,15,、原始生命的有机汤说,简单、低分子量有机物与地表水作用，可以形成,含有机化合物的水溶液,，而在某些火山活动区域有可能形成,浓,的溶液。,这些,稀的和浓的溶液,最后汇集到大的水体或原始海洋中，并继续演化产生生命。,这就是现今流行的观点：,生命起源于早期地球,“,温暖小水池,”,的,“,有机汤,”,中。,9/11/2024,16,、大气生命单分子说,认为：,原始地球的生物单分子是由生命元素在外动力（能源）的推动下，,通过无机化合,而成。,生命元素,在原始地球大气中广泛存在，外动力（放电、紫外线、热能）促使生命元素合成,生物单分子,，其中，部分生物单分子在一定条件下形成,生物大分子,。,第一个模拟原始大气进行,放电实验,获得,氨基酸,的是,S. L.,Miller,，,1953,“,米勒放电说,”,9/11/2024,17,反复加热最后分离出,5,种氨基酸,原始的海洋,“,还原性,大气,”,模拟降雨,加热,米勒实验装置,9/11/2024,18,、火山与生命起源,原始地球火山活动频繁，可以,形成局部,高温缺氧,地区，使得附近,水池,里的有机物形成大量的,氨基酸,和,核酸,。,氨基酸自我装配形成,蛋白质,。这样，就为生命起源提供了所需的有机分子。,9/11/2024,19,第三节生命的演化历程,9/11/2024,20,9/11/2024,21, 生命的元素构成与元素演化,碳、氢、氧、氮、硫,和,磷,这六种生命元素构成了生物体物质总量的,98%,宇宙中的物质诞生在,爆炸,之中。氢和氦是在约,150,亿年前的大爆炸强烈热辐射中形成的。,9/11/2024,22,2,生命的化学进化,生命的化学进化过程大致可分为三个阶段：,（,1,）有机化合物形成阶段：,原始海洋中的,N,，,H,等元素和,H,2,O,、,CO,、,CO,2,、,H,2,S,、,HCl,、甲烷等无机化合物，在,紫外线、电离辐射、高温、高压,等一定条件下，形成,氨基酸、核苷酸,及,单糖,等有机化合物,（生物单分子阶段）,。,9/11/2024,23,2,生命的化学进化,（,2,）生物大分子形成阶段：,氨基酸、核苷酸等有机化合物，在海洋中聚合形成复杂的有机化合物，如,甘氨酸、蛋白质、核酸,-,生物大分子。,（,3,）生命形成阶段：,多个生物大分子聚集，形成以蛋白质和核酸为基础的多分子体系,原生体,，它具有初步的生命现象,从周围环境中,吸取营养，将废物排出体外,(,？现象,),。,从此，生命开始从化学进化转入生物进化阶段。,大量的化石记录证实了生命是在地球上发生的，而生物是随地球的发展而演化的。,9/11/2024,24, 早期,(,细胞,),生物的发生和演化,保存于前寒武纪岩石中的化石记录表明，早期生物演化经历了,4,次,重大事件：,1,）生命的出现：,最早的生物化石出现于,38,亿年前的地层中,南非,无花果树组,（,Fig Tree),燧石中的,棒状细菌,和,球状细菌,，,它们均为,单细胞生物,，其中球状细菌直径,17,20m,。在澳大利亚的,Warrawoona,群中发现,35,亿年前的叠层石的丝状体。,9/11/2024,25,2,）生物的分异：,表现为,生物多样性发展,属种数量的增加。,如加拿大,Ontaria,（安大略省）西部,20,亿年前的,Gunflint,组中出现,8,属,12,种微化石。表明当时的原核生物已有相当的发展和繁盛，可能与当时大气开始充氧有关。, 早期,(,细胞,),生物的发生和演化,9/11/2024,26,3,）真核生物的出现：,以宏观藻类的出现为特色，如我国,17.5,亿年前,串岭沟组、团山子组,中发现的,Vendotaenides,（,文德带藻）,。, 早期,(,细胞,),生物的发生和演化,9/11/2024,27,9/11/2024,28,9/11/2024,29,4,）后生动物的出现 ：,出现于,6,7,亿年前。主要为软躯体生物。以,伊迪卡拉,（,Ediacara,）动物群,为代表，是指,震旦纪后期,出现的，主要由,腔肠动物,（,67%,水母、海鳃纲）、,环节动物,（,25%,）、,节肢动物,（似三叶虫）（,5%,）组成的,不具外壳,的多细胞后生动物群。,我国发现地点：,鄂西、陕南、淮南、辽南和黑龙江,。, 早期,(,细胞,),生物的发生和演化,9/11/2024,30,伊迪卡拉动物群及复原图, 早期,(,细胞,),生物的发生和演化,9/11/2024,31,伊迪卡拉动物群及复原图, 早期,(,细胞,),生物的发生和演化,9/11/2024,32, 显生宙生物的发生和演化,显生宙生物演化经历了两大飞跃,1,）动物界的第一次大发展,（,1,）小壳动物群的出现：,震旦纪,末期出现、寒武纪初大量繁盛，,个体微小（,1,2mm,），,具外壳的,多门类海生无脊椎动物群。,包括,软体动物门中的,软舌螺,、,单板类,和,腹足类,、,腕足类,以及分类位置,不明的类型。,意义,：,第一个带壳生物群，寒武纪（古生代）的起点。,9/11/2024,33,澄江动物群,:,寒武系底部,继小壳动物群之后出现的第一个多门类混生生物群。主要门类有,海绵、腔肠、栉水母、节肢,、鳃曳、叶足、腕足、古虫、脊索动物门和步带类,(,包括棘皮动物和半索动物门,),、星虫、毛颚动物及藻类。,至,2005,年已描述,160,属, 180,多种,新种,130,个,。,最早发现于云南澄江,(,张文堂,侯先光, 1985),其地层的沉积环境为正常,-,风暴浪基面之间,年龄,520Ma.,意义：,是寒武纪初期生物大爆发的典型代表。,（,2,） 澄江动物群,/,Chengjiang,fauna,昆明鱼,中华微网虫,0.5 cm,9/11/2024,34,叶足动物门，,Microdictyon,sinicum,Chen,Hou,et Lu,1989,9/11/2024,35,澄江动物群,线形虫动物门,中国古蠕虫,Palaeoscolex,sinensis,Hou,et Sun, 1988,Chengjiang,fauna,9/11/2024,36,澄江动物群,Chengjiang,fauna,9/11/2024,37,澄江动物群中的海口鱼化石,Chengjiang,fauna,海口鱼,9/11/2024,38,Chengjiang,fauna,1,9/11/2024,39,帽天山,9/11/2024,40,澄江动物群,Chengjiang,fauna,9/11/2024,41,澄江动物群生态复原,9/11/2024,42, 显生宙生物的发生和演化,澄江动物群,昆明鱼,海口鱼,澄江动物群,9/11/2024,43, 显生宙生物的发生和演化,昆明鱼,海口鱼,寒武纪生物大爆炸之谜,？,大约,5,6,亿年前的寒武纪开始之时，绝大多数无脊椎动物在几百万年的很短时间内出现，是一个,“,造门,”,的时代,。起先是寒武纪初,小壳化石,的爆发式发展，继之被,大型带壳动物,取代。是什么原因使得寒武纪早期地球能够激发这样的,生命,“,爆发,”,呢？,9/11/2024,44,昆明鱼,海口鱼,寒武纪生物大爆炸之谜,？,云南东部早寒武世澄江动物群，以软躯体化石的罕见保存为特色，是一个举世闻名的化石宝库。该动物群是由当年在中科院南京地质古生物研究所工作的侯先光于,1984,年在澄江帽天山首次发现，现已描述的澄江动物群化石共,120,余种，分属海绵动物、腔肠动物、鳃曳动物、叶足动物、腕足动物、软体动物、节肢动物、棘皮动物、脊索动物等,10,多个动物门以及一些分类位置不明的奇异类群，此外，还有多种共生的海藻。,众所周知，寒武纪大爆发是令达尔文最为困惑的一个科学问题。,达尔文在,物种起源,中承认他无法解释在寒武纪早期生物化石突然出现这一事实，同时，他还承认这一事实将可能成为否认其进化理论的有力证据,。而澄江动物群化石生动再现了距今五亿三千万年前海洋生物世界的真实面貌，充分显示出寒武纪早期生物多样性，将绝大多数现生动物门的演化历史追溯到寒武纪开始，为揭示早期生命演化,“,寒武纪大爆发,”,的奥秘提供了极其珍贵的证据，因而,在国际上被誉为,“,二十世纪最惊人的科学发现之一,”,。,近二十年来，以,陈均远、侯先光,和,舒德干,等科学家通过对澄江动物群化石的不断挖掘发现和深入系统研究，研究并回答了寒武纪大爆发这一重大疑难科学问题，探索了脊椎动物、真节肢、螯肢和甲壳等动物的起源，证实了现生动物门和亚门以及复杂生态体系起源于早寒武世，挑战了自下而上倒锥形进化理论模型，为自上而下的爆发式理论模型提供了化石证据。研究提出了神经脊动物的概念，创建了无脊椎动物向脊椎动物演化五个阶段的假说。,共发表高水平学术论文,90,余篇,，其中,Nature,和,Science14,篇，,出版专著,6,部,；,Nature,和,Science,发表专评,9,篇。,该研究引起了国际学术界广泛的关注，并产生了震撼性的影响,。,9/11/2024,45, 显生宙生物的发生和演化,昆明鱼,海口鱼,寒武纪生物大爆炸之谜,？,澄江动物群的发现和研究引起国际社会的强烈关注。一位,英国皇家科学院院士,认为澄江动物群,“,永远是科学的大厦,”,；,纽约时报,则评论这是,“,世纪最惊人的发现之一,”,这个项目的完成人已发表论文多篇，其中在国际著名杂志,自然,和,科学,上发表论文篇,9/11/2024,46, 显生宙生物的发生和演化,昆明鱼,海口鱼,寒武纪生物大爆炸之谜,？,“,寒武纪大爆发,”,难倒了无数科学家，探索生命起源仍然是摆在世界上的一个难题。澄江动物群正是人们期盼已久的、探索生命源头奥秘的最佳科学窗口,。,或许是因为大气中积累了足够的有利于呼吸作用的,氧,；或,全球环境变化,有利于后生动物的生存；或海洋化学物质的变化积累了大量的,磷酸盐,，使得软体动物有可能演化出保护性的骨骼；等等等,，这些问题还有待进一步探索和研究。,9/11/2024,47, 显生宙生物的发生和演化,昆明鱼,海口鱼,2,）动、植物从水生到陆生的发展,（,1,）植物的发展：,在,志留纪末期早、中泥盆世,，由于大陆面积的扩大，植物完成了登陆的使命。以出现,裸蕨植物,为代表，并,产生,茎、叶,的,分化，,发育了,维管束系统,。,9/11/2024,48, 显生宙生物的发生和演化,昆明鱼,海口鱼,2,）动、植物从水生到陆生的发展,（,2,）动物的发展：,在晚泥盆世，出现了,鱼类向两栖类的演化,，动物完成了登陆的使命。以出现,总鳍鱼类,为代表，具有强大的肉鳍，当水体干枯时，可用肉鳍爬行。,C,演化为两栖类。,9/11/2024,49, 显生宙生物的发生和演化,昆明鱼,海口鱼,3,）动物界分支发展演化,遵循着从简单到复杂，,从低级到高级的发展规律。,经过了从,原生动物,原始多细胞动物,腔肠,动物,（两胚层动物）,三胚层动物,脊椎动物,的演化过程。,9/11/2024,50, 显生宙生物的发生和演化,昆明鱼,海口鱼,9/11/2024,51,昆明鱼,海口鱼,本章重点,生命演化的主要历程,小壳动物群、伊迪卡拉动,物群、澄江动物群及其意义,课外思考报告题（下次课前,10,分钟演讲）：,1,、为什么寒武纪初期生命出现大爆炸？,2,、生物演化的方式,3,、生物演化的影响因素,9/11/2024,52,