生命的起源和进化教学教材.ppt

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,*,生命的起源和进化,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终极。,一、什么是生命,二、有关生命起源的种种假说,三、寻求生物进化的轨迹,四、人类的起源和进化,一、什么是生命,1,、生命的特征,什么是生命？,初看起来,这是一个常识问题。仔细推敲，却很难用一、二句话说清楚。,特征 是生物,可能不 不是生物,可能 表现此特征 表现此特征,运动,植物 河流,生长,成年动物 山脉,新陈代谢,古莲子 云朵,繁殖,休眠孢子 火焰,应答,植物人 机械,特征,是生物,可能不 不是生物,可能 表现此特征 表现此特征,细胞,遗传,死亡,演化,被列入生命特征的每一条，都可能在,哲学 诡辩,中受到诘难。,解决问题的办法可能有两种:,一种办法是，物理学家薛定谔的尝试，他试图从纯物理学的角度来定义生命,(生命是什么（1944）中说：生命依靠吸纳负墒，避免了趋向平衡的衰退。),另一种办法是，,用一系列相关特征来表征生命,，例如，,生物体以细胞为基本结构单位并应具备新陈代谢、繁殖、遗传等特征。,2、细胞是生物体的基本结构单位,（,1,）单细胞生物和多细胞生物,大肠杆菌、霍乱弧菌 螺旋菌 酵母,单细胞生物,疟原虫,大多数动、植物,多细胞生物,人,（2）原核生物和真核生物,细菌,是原核生物,有细胞核,动、植物,是真核生物,没有细胞核结构 有核物质,细菌细胞结构图,返回,植物细胞模式图,动物细胞模式图,返回,3、生命的化学组成,生物大分子,氨基酸,蛋白质,结构、酶、调节物,核苷酸,核酸,遗传信息,单糖,多糖,结构、能源、信息,脂类,结构、能源、信息,图,DNA,双螺旋图,tRNA,三叶草图,一级结构,二级结构,四级结构,三级结构,淀粉、糖原和纤维素,脂双层细胞膜图,返回,二、有关生命起源的种种假说,1,、自古以来，有关生命起源出现过多种假说。,神造论,上帝创造万物，最后造人。,(,见圣经故事,),自然发生论,生物是从非生物环境中自然发生出来的,图,腐草化萤,腐肉生蛆,淤泥生鼠,宇生论,地球上生命来自宇宙空间别的星球。仍留下问题：“别的星球上生命如何起源”。,17,世纪意大利医生,F.Redi,用实验证明腐肉不能生出苍蝇,1860,年巴斯德用实验证明肉汤不能生出微生物,返回,广为接受的生命起源学说：,1924 年苏联生物学家,奥巴林,发表,生命起源,。1929 年英国遗传学家,霍尔丹,也提出类似观点。1936,奥巴林,专著再版，他提出的生命起源学说引起世界重视。,2、生命起源发生在什么时候？,天文学家估计地球形成于约 45亿年前。迄今找到的最早的化石记录了35 亿年前的原核生物。所以，生命起源大约发生在距今,4535 亿年,间。,澳州西海岸的垫藻岩,35,亿年前的兰细菌化石,最早动物出现,最早真核细胞出现,兰细菌光合作用，大气中,O,2,积累,最早原核生物出现,地球形成,返回,3、生命起源时的地球环境,200亿年前,没有物质和能量，没有时间,没有空间。,150亿年前,大爆炸,，产生能量、质量，开始时间、空间。,1 x 10,10 o,C,1,分钟,基本粒子,“,汤,”,（质子、中子、,电子）,3,分钟,氦（,4,2,He,）,+,氢（,1,1,H,）,25,75,45亿年前,太阳系形成,地球形成,地球和其他几个行星一样，是从太阳旋转甩出的的一团物质组成。,太 阳 系 形 成,返回,地球形成的过程：,凝聚：,重元素在内，轻元素在外，成为第一次大气层，很快被来自太阳的热风吹去。,降温：,形成地壳。,不时有火山爆发,：溶浆使地表高低不平；同时，出现第二次大气层。,再降温,：地表冷至100,0,C以下，降水生成江河湖海。,图,原 初 地 表 图 景,返回,原 初 地 表 图 景,4、化学进化,由简单小分子到复合大分子,随着地表的冷却，水的积累，在原始海洋中和大气中，出现一批简单的小分子。,太阳辐射 火山爆发 雷鸣电闪,提供能量,，使简单小 分子合成复杂的稍大分子。,有机酸、氨基酸、单糖、脂类、嘌呤、嘧啶、核苷酸等等,雷电可能为化学进化提供能量,返回,地表的能量,能源 J/cm,2,太阳辐射 1.09x10,6,紫外线 400nm300nm 1.42x10,4,300nm250nm 2.3x10,3,250nm200nm 17.51 200nm150nm 7.11闪电 14.74放射性(地下 1 Km 内)3.35火山爆发 0.54宇宙射线 6.28x10,3,支持,“,化学进化,”,假说的证据,1953 年芝加哥大学研究生,米勒的模拟实验,。1969 年澳州 Muchison 地方落下一块陨石，从碎片成份分析中找到,氨基酸、嘧啶、脂酸。,Stanley Miller,(1953,时,23,岁,),用电击提供能量，从简单小分子可得到复杂的稍大分子。,米勒的实验装置,米勒模拟实验得到的有机物,（共计,20,多种）,有机物 产量,mol,甲醛,2330,脲（尿素）,20,乳酸,310,琥珀酸,40,甘氨酸,6,谷氨酸,后来别人的实验，使用其他能源，,紫外线、高温、,射线,等，还得到：,嘌呤、嘧啶、核苷酸、脂肪酸、单糖等。,返回,从有机小分子到大分子聚合物,在原始海洋的岸边,岩石,沙土的表层,有机小分子沉积,吸收能量,聚集成大分子聚合物。,福克斯实验证实,（1）把氨基酸混合物倾倒在,160,o,C200,o,C,热沙土上，水分蒸发，氨基酸浓集并化合生成,蛋白质样大分子,。,（2）这样得到的蛋白质分子具有,肽链结构；蛋白质特有的显色反应；可被蛋白酶水解，产生氨基酸；微弱的酶活性。,后来的类似实验,HCN+NH,3,类似肽的化合物,50,o,C,单核苷酸 多核苷酸,5、从多分子体系到原始生命细胞,奥巴林用蛋白质（白明胶）和多糖（阿拉伯胶）混合得到,团聚体,小滴福克斯用类蛋白质加热浓缩得到,微球体,。,磷酸化酶,1,磷酸 组蛋白 形成淀粉,葡萄糖 阿拉伯胶 团聚体增大,酶,排出磷酸,组蛋白,阿拉伯胶,酶,形成淀粉,团聚体增大,组蛋白 形成,polyA,ADP,RNA,团聚体,RNA,聚合酶 分裂,返回,团聚体小滴性质,直径 1,m,500,m；,稳定存在几小时至几周；,外周增厚呈膜状结构，与周围水 液有明显界限；,具原始代谢特征；,可以增长和繁殖。,返回,微球体,微球体,(,福克斯实验,),返回,微球体性质,1,m2,m（相当于细菌大小）,可吸纳周围环境的脂类，并形成 膜状结构；,膜表现选择透性，反映渗透压变 化；,吸纳周围环境中蛋白质分子，微 球体可,“,增长,”,和,“,繁殖,”,。,返回,可以设想，若是,团聚体/微球体,具备以下特征的综合。,脂双层膜围成的与周围环境隔开 的含水囊泡。,囊泡内有多种核酸、蛋白质、糖 类大分子。,选择性的从环境吸纳,“,食物,”,利用“食物”的分解,复制,自身一部 分起核心作用的大分子。,囊泡因大分子增多而“生长”和繁 殖。,那么，原初生命细胞的雏形就诞生。,（1）关键是生物大分子的复制：,DNA DNA RNA RNA (模板),谁起催化作用？,（2）从四膜虫找到一段 RNA（含395个核酸）有酶的催化功能。,人工合成一段具催化功能 RNA，仅 13 个核苷酸。,蛋白质,返回,三、寻求生物进化的轨迹,1,、自养型细胞的出现改变了地球的面目。,最早,地球环境的特点,还原,性的,。,最早,生物细胞的特点,异养。,直到,有光合作用能力,的细胞出现。,用团聚体模拟光合作用的,实验,原初光合作用可能从铁卟啉进入原始细胞开始。光合作用的出现意味着一个飞跃：,异养 自养,团聚体 蛋白质 叶绿素 甲基红，抗坏血酸,抗坏血酸 叶绿素 甲基红,使甲基红褪色,H,2,0,叶绿素,CO,2,糖,H,O,2,光,e,e,ATP,NADPH,e,e,返回,自养生物的出现，,不但,使异养生物得以继续发展，而且，改变了地球面目：,（1）大气中有氧，不再是,还原性,环境。（2）大气上层有臭氧层。,臭氧层挡住短波紫外线的杀伤 破坏力，使生物得以繁衍发展。,最初,对于习惯于还原环境的所有,厌氧生物,来说,氧是有毒气体，氧的出现是,“,灾难性的大气污染,”,。,结果,，原初的,厌氧生物,被,“,驱赶,”,到,极端环境,中去。,返回,2、有氧呼吸的产生是生命 进化的一大飞跃,有氧呼吸极大地提高了生物从 食物中获取能量的效率。,葡萄糖 无氧分解 有氧分解,2 个 ATP 36 个 ATP,在渡过漫长的近,30,亿年之后，氧在大气中的积累，有氧呼吸生物的出现，给生命世界带来第一次大繁荣，这时距今大约,5 亿 年以前,。,出现了多细胞生物 出现了动物 出现了植物,最早动物出现,最早真核细胞出现,兰细菌光合作用，大气中,O,2,积累,最早原核生物出现,地球形成,返回,3、在研究单细胞,多细胞的发展过程中，两种生物引起人们的兴趣。,团藻,代表多细胞简单聚集 并开始有分工,粘菌,有分有合,团藻（,Volvox,）,返回,粘菌在氮饥饿时,开始聚集,聚集后分化生成子实体,下图,（,1,）单细胞阶段以细菌为生,(3),分化出生殖部分,粘菌,(2),氮饥饿时聚集成细胞团,返回,4、研究物种变迁的两大工具,化石,除琥珀和深冻猛犸外，化石是研究古代生物的 主要依据。,根据,同位素衰变,计算地层年龄。,2.5,亿年前的蕨类叶化石,返回,同位素衰变 半衰期 适用范围,87,铷,87,锶 490 亿年 1 亿年,232,釷,208,铅 140 亿年 2 亿年,238,钠,206,铅 45 亿年 1 亿年,40,钾,40,氩 13 亿年 1 亿年,235,铀,207,铅 7亿 年 10 万年,14,碳,14,氮 5730 年 6 万年,返回,5、比较是研究生物进化的主要方法,从生活在 1.5 亿年前的,始祖鸟,化石，可以推测鸟从爬行类进化而来。比较解剖学显示，人、猫、鲸和蝙蝠的,前肢骨骼,具有同源性。,始祖鸟化石,:,前肢已演化成翅，仍有爪，有牙齿，含多节尾椎骨的长尾巴,始祖鸟化石和恐龙化石相比,人、猫、鲸和蝙蝠的前肢骨骼具有同源性,返回,依据,细胞色素,c,分子进化,制作的,进化树,生物五界分类系统,四、人类的起源和进化,人在生物界的地位和特征,人的细胞结构属于真核细胞。,动物界,人种或种族：根据肤色、发型、鼻型等体质特征，人类通常被划分为,4,种类型。,不同人群存在地理隔离和文化隔离，但是并没导致生殖隔离。,人与哺乳动物的显著区别,从猿到人,最早出现的灵长类是,5 000,万年前的原猴类。,人猿类是在大约,3600,万年前渐新世时从一组原猴类进化而来的。,人猿类分为两支，一支进化成,猿猴,，另一支进化成为人类的祖先,原始人,。,原始人的进化,血清蛋白的,分子免疫学,以及血红蛋白的,氨基酸序列分析和,DNA,序列,的研究也说明，人与大猩猩具有非常近的亲源关系。,约,500,万年前，灵长类中的一个小系从树上下来，身体构造发生了与直立相适应的变化，进入人的进化阶段。,完全直立行走、手、脑与语言的发展使人成为灵长类中最高级的成员。,人类的进化,约,390,万年至,300,万年前，阿法南猿和非洲南猿；,约,250,万年前，早期猿人（又称能人），直立人；,直立人经历了大约,150,万年的历史以后，出现了现代的人种,智人,。,25,万年至,4,万年前：早期智人；,4,万年前：,晚期智人,人类在进化中创造了不断发展的文化,人类文化发展的阶段,1,、狩猎与积聚,200-300,万年前,简单的部落社会，简单的语言,2,、农业的发展,1-1.5,万年前,植物栽培和驯养动物，发明文字,3,、工业革命,城市规模扩大，复杂的机械出现,4,、信息技术革命,计算机的普及和互联网的出现,人类在进化中创造了不断发展的文化,5,、生物技术革命,重组,DNA,和人类基因组计划；,人类在进化中创造了不断发展的文化,人类在进化中创造了不断发展的文化，反过来，人类文化的发展又改变了生物进化的进程。,人类出现及迅速发展成为地球上最庞大的种群，大大加快了地球环境的改变。,人类文化发展伴随的负面效应与人类文明相背离，是当今人类社会面临的最严重挑战。,课后作业,1、,简述生命,起源,的历程。,2、30,亿年前地球就出现了生命，但发展比较缓慢，但为什么在寒武纪中较短的时间内产生出大量不同的生物类型，出现生命大爆发现象？,3,、达尔文的进化论的核心是什么？,4,、米勒的化学进化实验验证了什么,？,来,里,哪,从,我,再,见,此课件下载可自行编辑修改，仅供参考！感谢您的支持，我们努力做得更好！谢谢,