地球上生物的起源与进化.ppt

生物的起源与进化 1 生命的起源 2 Darwin与进化论 3 生物进化的证据和历程 4 人类的起源和进化 * * 1 生命的起源 几百年前的争论 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？ 18世纪以前： 从垃圾和粪坑里自发地产生了蛆和苍蝇 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 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 如何通过实验来解决这个难题？ 18世纪意大利科学家Spallanzani的实验 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。 Pasteur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”。 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？ 地球早期化学演化 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。 最早的原核生物在地球形成的早期就开始出现了。一些早期出现的生物还具有光合放氧的能力和抗紫外线辐射的能力。 化学演化 俄国科学家Oparin和英国科学家Haldane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）氨基酸、核苷酸等有机单体分子的非生物合成和积累；（2）有机单体分子在非生物体系中聚合成多聚体；（3）多聚体整合为多分子体系颗粒（原球体）；（4）代谢与遗传体系的形成和进化最终产生出最简单的生命形式——原核细胞。 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？ Miller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 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。 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。 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）。 代谢系统的进化和遗传系统的起源 DNA、RNA、多肽链——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 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。 人工选择与自然选择 生物性状和特征变化往往是环境和遗传相互作用的结果 例：长颈鹿的进化 自然选择作用下群体水平的进化实质上反映了生物基因库的变化。