第六章生命起源及其演化讲义.ppt

第六部分  生命起源及其演化 对生命起源的思考，就像对宇宙起源的思考一样，构成人类理性思维中最富有挑战性、最有吸引力的问题之一。 自古以来，杰出的思想家、哲学家和科学家，都试着提出/回答下面这些问题。 什么是生命 什么时候开始形成生命？ 生命是如何形成的？ 生命世界又何以如此千姿百态？ 这些问题都尚未解决，就如同生命科学还没有走到尽头。 一、生命的定义 生理学的定义：生命体是具有进食、代谢、呼吸、运动、生长和反应性等功能的系统。 新陈代谢的定义：生命体系具有界面，与外界经常交换物质，但不改变其自身性质。 生物化学的定义：生命体系包含储存遗传信息的核酸和调节代谢的酶蛋白。 遗传学的定义：生物系统是通过基因复制、突变和自然选择而进化的系统。 热力学的定义：生命是个开放系统，它通过能量流动和物质循环而不断增加内部秩序。 生命的本质特征 第一，生命的物质基础是核酸和蛋白质 ; 第二，生命运动的物质特征是自我更新和自我 复制 ; 第三，生命的基本特征是能够遗传、变异和繁殖; 第四，生命体系是一种耗散结构。（远离平衡态的开放系统，通过与外界交换物质和能量，可能在一定的条件下形成一种新的稳定的有序结构） 对传统观点的突破 第一，在生命起源所涉及的时间和空间尺度上 ; 第二，过去被认为是生命本身的最重要的特征和生命特有的现象，现在发现也存在于某些物理 、化学系统中 ; 第三，对极端环境的生命的考察和研究大大突破了关于生命生存极限的传统观念。 二、什么时候开始形成生命 1. 原核细胞：光合细菌（35亿年，太古代） 在南非太古宇翁维瓦特群(Onverwacht Group)和无花果树群(Fig Tree Group)、澳大利亚西部和西北部的太古宇瓦拉伍群(Warrawoona Group)及阿倍克斯玄武组(Apex Basalt)的燧石层中均发现了丝状的微生物化石，同位素示踪年龄为34-35亿年(Awramik, etal.1983; Schopf, 1993)。 同时还发现岩石中有碳酸岩盐和叠层石的存在，后者一般被认为是光合微生物的生命活动与沉积、沉淀作用的综合产物，因而可以作为光合作用存在的证据。 格陵兰的依苏阿(Isua)的太古宙沉淀变质岩是世界上已知的最古老的岩石，其同位素年龄值接近38亿年。 对其进行的一系列研究了解到： 第一，其稳定的碳同位素比值（排除变质作用影响因素）与生物来源的碳的数值范围大体接近 ---- 证明生物有机合成（初级产物）可能在38亿年前就开始了（Schidlowski Aharon, 1992）； 第二，该岩石的沉积纹理等特征显示那时已经有液态水圈存在； 第三，在沉积变质岩系中还夹有碳酸盐岩---- 说明当时大气圈中有CO2 。 这些研究结果也间接地支持了38亿年前地球上可能有生命存在的推断。 2. 单细胞真核细胞： （20-10亿年）远古代至今对最早的真核生物的化石还没有一个一致的看法 最原始的真核生物应为单细胞，它的出现应不早于20亿年，不晚于7亿年 3. 原始的多细胞的真核生物 三、生命是如何形成的 1，第一种解释 认为地球上的一切生命都是由上帝设计和创造的，或者是由于某种超自然的东西干预而产生的。 代表学说 – 19世纪以前的创世说以及现代的新创世说。 2，第二种解释 认为生命是宇宙固有的，早在地球形成之前就已经存在于宇宙中了，地球上的生命来自于地球之外，来自于别处。 3，第三种解释 ---- 认为生命可随时从非生命物质直接产生而来。 代表学说 – 西方长期流行并在19世纪引起广泛争论的“自生论(Abiogenesis or Spontaneous Generation Theory)”；我国古代的“腐草生萤”的说法也是相似的道理。 现代多数人的观点 认为地球上的生命都在地球历史的早期，在特殊的环境条件下，通过所谓的“前生命的化学进化”过程，由非生命的物质产生出来并经长期的进化过程延续至今。这种解释可能为生命的起源说，是达尔文进化理论的延伸。按照进化的观点，生命起源是一个自然历史事件，是整个物质世界（宇宙）演化的一部分。 2008年2月 人工成功地合成了Mycoplasma genitalium 的基因组（ 582,970–base pair） Science, 2008, 319：1215-1220 2010年7月 合成了一种细菌的基因组Mycoplasma mycoides JCVI-syn1.0 genome） 将其“组装”进了另一个细菌的“壳”中( Mycoplasma capricolum)