生命起源和生物进化省公共课一等奖全国赛课获奖课件.pptx

生命科学导论上海交通大学生命科学技术学院第1页对生命起源思索,就象对宇宙起源思索一样,组成人类理性思维中最富有挑战性,亦最有吸引力问题之一。自古以来,出色思想家、哲学家和科学家，都试着 提出/回答 下面这些问题。第2页什么是生命？什么时候开始形成生命？生命是怎样形成？生命世界又何以如此千姿百态？这些问题都还未处理，就如同生命科学还没有走到终极。第3页第十二讲生命起源和生物进化一、什么是生命二、相关生命起源种种假说三、寻求生物进化轨迹第4页一、什么是生命1、生命特征什么是生命？初看起来,这是一个常识问题。仔细推敲，却极难用一、二句话说清楚。第5页特征是生物,可能不 不是生物,可能表现此特征 表现此特征运动生长植物成年动物河流山脉新陈代谢 古莲子云朵繁殖应答休眠孢子植物人火焰机械第6页特征是生物,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每一条，都可能在哲学 诡辩中受到诘难。第7页处理问题方法可能有两种:一个方法是，物理学家薛定谔尝试，他试图从纯物理学角度来定义生命(生命是什么（1944）中说：生命依靠吸纳负墒，防止了趋向平衡衰退。)第8页另一个方法是，用一系列相关特征来表征生命，比如，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。第9页2、细胞是生物体基本结构单位（1）单细胞生物和多细胞生物大肠杆菌、霍乱弧菌螺旋菌单细胞生物多细胞生物酵母疟原虫大多数动、植物人第10页（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第11页细菌细胞结构图第12页植物细胞模式图第13页动物细胞模式图第14页3、生命化学组成生物大分子氨基酸 蛋白质核苷酸 核酸单糖 多糖脂类结构、酶、调整物遗传信息结构、能源、信息结构、能源、信息第15页DNA 双螺旋图第16页tRNA三叶草图第17页一级结构二级结构四级结构三级结构第18页淀粉、糖原和纤维素第19页脂双层细胞膜图第20页二、相关生命起源种种假说1、自古以来，相关生命起源出现过各种假说。神造论上帝创造万物，最终造人。(见圣经故事)第21页自然发生论生物是从非生物环境中自然发生出来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星球。仍留下问题：“别星球上生命怎样起源”。第22页17 世纪意大利医生F.Redi 用试验证实腐肉不能生出苍蝇第23页1860年巴斯德用试验证实肉汤不能生出微生物第24页广为接收生命起源学说：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，他提出生命起源学说引发世界重视。第25页2、生命起源发生在什么时候？天文学家预计地球形成于约 45亿年前。迄今找到最早化石统计了35 亿年前原核生物。所以，生命起源大约发生在距今 4535 亿年 间。第26页澳州西海岸垫藻岩第27页35 亿年前兰细菌化石第28页最早动物出现最早真核细胞出现兰细菌光合作用，大气中 O2 积累最早原核生物出现地球形成第29页3、生命起源时地球环境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。第30页1 x 1010 oC1分钟 基本粒子“汤”（质子、中子、电子）3分钟氦（42He）+氢（11H）2575第31页45亿年前太阳系形成地球形成地球和其它几个行星一样，是从太阳旋转甩出一团物质组成。第32页太阳系形成第33页地球形成过程：凝聚：重元素在内，轻元素在外，成为第一次大气层，很快被来自太阳热风吹去。降温：形成地壳。第34页不时有火山暴发：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 0C以下，降水生成江河湖海。第35页原初地表图景第36页原初地表图景第37页4、化学进化由简单小分子到复合大分子伴随地表冷却，水积累，在原始海洋中和大气中，出现一批简单小分子。第38页太阳辐射火山暴发雷鸣电闪提供能量，使简单小分子合成复杂稍大分子。有机酸、氨基酸、单糖、脂类、嘌呤、嘧啶、核苷酸等等第39页雷电可能为化学进化提供能量第40页地表能量能源太阳辐射紫外线 400nm300nm300nm250nm250nm200nm200nm150nm闪电放射性(地下 1 Km 内)火山暴发宇宙射线J/cm21.09x1061.42x1042.3x10317.517.1114.743.350.546.28x103第41页支持“化学进化”假说证据1953 年芝加哥大学硕士米勒模拟试验。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。第42页Stanley Miller(1953 时 23 岁)第43页用电击提供能量，从简单小分子可得到复杂稍大分子。米勒实验装置第44页米勒模拟试验得到有机物（共计20各种）产量 mol233020310406有机物甲醛脲（尿素）乳酸琥珀酸甘氨酸谷氨酸第45页以后他人试验，使用其它能源，紫外线、高温、射线等，还得到：嘌呤、嘧啶、核苷酸、脂肪酸、单糖等。第46页从有机小分子到大分子聚合物在原始海洋岸边,岩石,沙土表层,有机小分子沉积,吸收能量,聚集成大分子聚合物。第47页福克斯试验证实（1）把氨基酸混合物倾倒在160 oC200 oC 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。第48页（2）这么得到蛋白质分子含有肽链结构；蛋白质特有显色反应；可被蛋白酶水解，产生氨基酸；微弱酶活性。第49页以后类似试验HCN+NH350 oC单核苷酸类似肽化合物多核苷酸第50页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。第51页组蛋白组阿拉伯胶胶磷酸化酶1磷酸葡萄糖形成淀粉团聚体增大蛋白阿拉伯酶酶排出磷酸第52页组蛋白形成 polyAADPRNARNA聚合酶团聚体分裂第53页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，与周围水液有显著界限；具原始代谢特征；能够增加和繁殖。返回第54页微球体第55页()微球体福克斯实验第56页微球体性质1 m2 m（相当于细菌大小）可吸纳周围环境脂类，并形成膜状结构；膜表现选择透性，反应渗透压变化；吸纳周围环境中蛋白质分子，微球体可“增加”和“繁殖”。返回第57页能够构想，若是团聚体/微球体具备以下特征综合。脂双层膜围成与周围环境隔开含水囊泡。囊泡内有各种核酸、蛋白质、糖类大分子。选择性从环境吸纳“食物”第58页 利用“食物”分解,复制本身一部分起关键作用大分子。囊泡因大分子增多而“生长”和繁殖。那么，原初生命细胞雏形就诞生。第59页（1）关键是生物大分子复制：DNA DNARNA RNA(模板)谁起催化作用？（2）从四膜虫找到一段 RNA（含395个核酸）有酶催化功效。人工合成一段具催化功效 RNA，仅 13 个核苷酸。第60页三、寻求生物进化轨迹1、自养型细胞出现改变了地球面目。最早地球环境特点还原性。最早生物细胞特点异养。直到有光合作用能力细胞出现。第61页用团聚体模拟光合作用试验原初光合作用可能从铁卟啉进入原始细胞开始。光合作用出现意味着一个飞跃：异养自养第62页叶绿素甲基红抗坏血酸使甲基红褪色H20叶绿素CO2糖HO2光团聚体蛋白质叶绿素甲基红，抗坏血酸第63页自养生物出现，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杀伤破坏力，使生物得以繁衍发展。第64页最初,对于习惯于还原环境全部厌氧生物来说,氧是有毒气体，氧出现是“灾难性大气污染”。结果，原初厌氧生物被“驱赶”到极端环境中去。第65页2、有氧呼吸产生是生命进化一大飞跃有氧呼吸极大地提升了生物从食物中获取能量效率。葡萄糖无氧分解2 个 ATP有氧分解36 个 ATP第66页在渡过漫长近 30 亿年之后，氧在大气中积累，有氧呼吸生物出现，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第67页最早动物出现最早真核细胞出现兰细菌光合作用，大气中 O2 积累最早原核生物出现地球形成第68页3、在研究单细胞多细胞发展过程中，两种生物引发人们兴趣。团藻代表多细胞简单聚集并开始有分工粘菌有分有合第69页团藻（Volvox）返回第70页粘菌在氮饥饿时开始聚集聚集后分化生成子实体下图第71页（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第72页4、研究物种变迁两大工具化石除琥珀和深冻猛犸外，化石是研究古代生物主要依据。依据同位素衰变计算地层年纪。第73页2.5 亿年前蕨类叶化石第74页同位素衰变87铷87锶232釷208铅238钠206铅40钾40氩235铀207铅14碳14氮半衰期490 亿年140 亿年45 亿年13 亿年7亿 年5730 年适用范围1 亿年2 亿年1 亿年1 亿年10 万年6 万年第75页5、比较是硕士物进化主要方法从生活在 1.5 亿年前始祖鸟化石，能够推测鸟从爬行类进化而来。比较解剖学显示，人、猫、鲸和蝙蝠前肢骨骼含有同源性。第76页始祖鸟化石:前肢已演化成翅，仍有爪，有牙齿，含多节尾椎骨长尾巴第77页始祖鸟化石和恐龙化石相比第78页人、猫、鲸和蝙蝠前肢骨骼含有同源性第79页依据细胞色素c 分子进化制作进化树第80页生物五界分类系统第81页？里哪从我来再见第82页