无氧呼吸与有氧呼吸早期生物行无氧呼吸地球早期缺氧-tpedutw.ppt

最早生物的特徵 生物學家的推測，最早期的生物特徵： 構造簡單且具有遺傳物質的單細胞生物 可能僅有一層簡單的細胞膜，細胞內只有少數控制複製的基因 存在於原始且充滿有機物的水域環境中 維繫生命所需的能量（如ATP等）可能來自這些生物棲息的水域環境 生物多樣性增加的原因　　 數量增加：早期的原始異營性生物，快速繁殖並增長其族群 競爭劇烈：隨著族群個體數量增加，同種或異種間彼此對環境資源的爭取愈來愈劇烈 突變率高：在當時無氧且充滿宇宙射線的地球環境裡，基因發生突變的機率應很高 生物多樣性增加：突變可能導致早期原始生物細胞內基因改變或數目增加，進而提高其遺傳多樣性 生物多樣性的增加　　 增加能力：原始生命累積突變基因而使其產生某些「能力」 「能力」包括體內具有特殊的基因可掌控製造新陳代謝所需的酵素 趨勢：使生物可利用簡單的有機物或分解自身有機物為能量來源，而存活下來 結果：基因及物種的多樣性亦隨時間逐漸增加 早期生命的化石證據 38億年前：有生命活動跡象，無化石 35億年前：最原始的生命化石 澳洲西部疊層石化石，顯微鏡下呈絲狀的原始微生物，與某些現生的原核生物相似 這些原始微生物生長繁衍並層層堆積泥沙，就是我們今日所見的疊層石 化學自營生態系統　　 2008 年 10 月，一份發表於Science的科學期刊論文指出，在南非地底2.8 公里深且溫度達60℃的金礦岩隙水分中，發現一種首次發現的化學自營生態系統。 這種化學自營生態系全由單一種細菌組成（稱為Candidatus Desulforudis audaxviator），完全不需要地表的光和氧，而能自營生存。 此生態系統的發現，提供科學家在探討生命起源議題時，更多思考與研究的方向。 如果現今自然環境中的無機物仍可合成有機物，這些物質有可能如遠古時期一樣形成細胞或新的生物嗎？ 異營生物與自營生物 自營生物的出現　　 自營生物出現的時機： 當早期地球環境中的有機物被逐漸增多的生物利用耗盡時，唯具備能利用環境無機物合成有機物作為自身能量來源能力的自營生物才能存活。 自營生物應該較異營生物晚演化出來 自營性生物因需有較多的基因製造酵素以掌控物質的合成與分解，遺傳結構也更複雜。 無氧呼吸與有氧呼吸 早期生物行無氧呼吸 地球早期缺氧： 由異營生物演化的自營生物 早期所進行的光合作用並非裂解水 因此並無產生氧的反應 氧氣的產生 27億年前原核生物藍綠菌（cyanobacteria）行光合作用分解水，產生氧 並釋放至大氣或溶於水域環境中，地球已開始累積氧 推測：藍綠菌早在35億年前原始的原核生物形成疊層石之際就已演化，行光合作用分解水，產生氧 行有氧呼吸生物的崛起 厭氧性生物滅絕 地球大氣中的氧濃度約於27億至22億年前開始積聚升高 造成許多厭氧性原核生物滅絕 獲取更高能量 由於有氧呼吸比無氧呼吸可獲得更多的ATP 行有氧呼吸以獲取能量的生物具有較高的演化優勢 結果：現生生物多行有氧呼吸 原始生命可利用的能量 1970年代，科學家已可在實驗室利用無機物為原料合成ATP。 地球早期的水域中累積了各種高濃度有機物，其中包含ATP的機率很高， 早期的生命很可能直接利用ATP來維持新陳代謝作用。 第1節 生命的起源與演化 1-1-1 生命的形成 1-1-2 營養方式的演化 異營生物與自營生物 無氧呼吸與有氧呼吸 1-1-3 真核細胞的形成 澳洲西部的疊層石 小知識 想一想 生物的演化簡圖 小知識