细胞的起源与进化-进化生物学-课件-03.pdf

第 三 章 细 胞 的 起 源 与 进 化 1、无机元素在火山爆发、光照和闪电的作用下形成了有机小 分子； 2、有机小分子形成大量有机大分子； 3、有机大分子演化为具生命形式的多分子体系； 4、约在38亿年前，多分子体系演变成原始生命，这之前称为 生命的化学进化阶段。是受化学规律支配的化学过程 5、细胞生命出现之后的进化是生物进化。是受生物学规律支 配的生物学过程，即转变为由变异、遗传、选择等因素驱动 的所 “达尔文式进化”。 细胞起源的概述 细胞是构成生物体的基本结构和功能单位。各种生 物（除病毒外）都是由细胞所组成的。 细胞按形态结构不同分为： 原核细胞和真核细胞 1、原核细胞：形态比较简单，没有核膜，他们的染色体 单由DNA组成。 2、真核细胞：是指形态结构比较复杂，具有完整的核膜 和细胞器的细胞。除病毒、噬菌体、和原核生物外，都 是由真核细胞组成。 研究生命起源的一个关键问题： 阐明原始细胞如何从非细胞形态的原始生命演化而 来，以及今天的细胞又是如何从原始细胞演化而来。 冠状病毒结构模型 噬菌体 （SARS） 细菌 蓝藻 真核细胞亚显微结构 一、原始细胞的起源 1. 超循环组织模式 病毒不存在个体的生长 过程，只有核酸和蛋白 质的合成与装配 大分子的自动聚合作用解释了细胞基本结构的起源与进化 20世纪40年代奥地利生物学家贝塔朗菲 （Beretalanffy） 提出生命是具有整体性、动态性和开放性的有序系统，开创一 种以系统论的方法研究生命的新观点。 1971年，艾根 （Eigen）提出了另一种可能的过渡形式， 即超循环组织 （hypercyclic organization）。在化学演化 与生物学进化间存在一个分子自我组织阶段，通过生物大分 子的自我组织，建立起超循环组织并过渡到原始的有细胞结 构的生命。  超循环组织就是指由自催化或自我复制的单元组织起来的超 级循环系统。 超级循环系统具有自我复制的特点，可以保持和积累遗传信 息，在其复制中可能出现错误而产生变异，因此超循环系统能够纳入 达尔文的进化模式中，即依靠遗传、变异和选择而实现最优化。所以 超循环系统可以称之为分子达尔文系统，也可以看作是能通过遗传、 变异、选择而进化的“分子系统”。 分子系统也存在着类似物种的系统组合，可称之为分子准种 (moleculas quasispecies)，选择可以作用于这些分子准种而促使其 进化。 •团聚体，微球体: 有代谢功能，但不能自我复制，无法保持、积累遗传信息 •超循环组织：代谢、遗传和变异，从而能借助选择达到生物学演化水平 2. 阶梯式过渡模式 奥地利,休斯特（1984），阶梯式过渡模式包括6个阶梯式步骤。可以将 这个过渡顺序分解成6个依次跃迁的动力学过程，其中每一步骤都建立 在前一步骤基础上。 美国考夫曼（1993）指出，原始细胞的起源是一个由多种原始生物大分 子协同驱动的有序自组织过程，该系统的各主要阶段都受内部的动力学 稳定和对外环境的适应等因素的选择。 能量危机 基因型与表型区分 细胞生命 6 糖酵解 信息危机 分隔结构 光合作用 5 适应危机