生命的起源与进化.pptx

生命的起源与进化生命的起源与进化（origin of life&biological evolution）人类最富有挑战性的思考人类最富有挑战性的思考n宇宙起源的思考宇宙起源的思考n生命起源的思考生命起源的思考 什么是生命什么是生命?何时形成的何时形成的?如何形成如何形成?本讲主要内容本讲主要内容n什么是生命什么是生命n生命起源的假说生命起源的假说n寻求生物进化的轨迹寻求生物进化的轨迹什么是生命什么是生命?思辨过程思辨过程n n被列入生命特征的每一条都可能在哲被列入生命特征的每一条都可能在哲学诡辩中受到诘难学诡辩中受到诘难 应答应答 植物人植物人/机械机械 繁殖繁殖 休眠孢子休眠孢子/火焰火焰n n用用1、2句话解释什么是生命很难句话解释什么是生命很难物理学家的角度物理学家的角度n热力学第二定律热力学第二定律n生命依靠吸纳负熵，避免趋生命依靠吸纳负熵，避免趋向平衡的衰退（向平衡的衰退（“生命是什生命是什么么”，薛定谔，薛定谔，1944）生物学家生物学家n以细胞为基本结构单位以细胞为基本结构单位n具备新陈代谢、繁殖、遗传等具备新陈代谢、繁殖、遗传等特征特征生命起源的种种假说生命起源的种种假说n n神造论神造论-上帝造万物，造人（圣经）上帝造万物，造人（圣经）n n自然发生论自然发生论-生物从非生物环境中自然生物从非生物环境中自然发生出来发生出来n n宇生论宇生论-生命来自宇宙中别的星球生命来自宇宙中别的星球n n进化论进化论神造论神造论n n圣经旧约圣经旧约创世纪创世纪：上帝在：上帝在6天之内天之内创造了包括宇宙、陆地、海洋、各种创造了包括宇宙、陆地、海洋、各种动物、植物、男人、女人在内的世界动物、植物、男人、女人在内的世界万物。万物。BACK自然发生论自然发生论n腐草化萤腐草化萤n腐肉生蛆腐肉生蛆n淤泥生鼠淤泥生鼠n巴斯德巴斯德-曲颈甑试验曲颈甑试验BACK宇生论宇生论n澳大利亚发现澳大利亚发现-含碳物质的陨石含碳物质的陨石n月球样品月球样品-氨基酸和有机酸氨基酸和有机酸BACK进化论进化论n进化论的创立进化论的创立n共同由来学说（共同由来学说（theory of common descent）n自然选择学说（自然选择学说（theory of natural selection）多重证据支持共同由来学说多重证据支持共同由来学说n加拉帕戈斯地雀加拉帕戈斯地雀n形态学的比较研形态学的比较研究：究：人的上肢、马的前腿、海豚人的上肢、马的前腿、海豚人的上肢、马的前腿、海豚人的上肢、马的前腿、海豚的鳍足、蝙蝠的翼手的鳍足、蝙蝠的翼手的鳍足、蝙蝠的翼手的鳍足、蝙蝠的翼手骨骨骨骨骼构造相似骼构造相似骼构造相似骼构造相似n化石记录化石记录多重证据支持共同由来学说多重证据支持共同由来学说自然选择学说自然选择学说n达尔文做出推论达尔文做出推论 选择淘汰脆弱的个体选择淘汰脆弱的个体 变异产生新的性状变异产生新的性状 连续选择使轻微的变异积累连续选择使轻微的变异积累n人工选择效应人工选择效应-自然选择的佐证自然选择的佐证家养动物家养动物栽培植物栽培植物金鱼的驯化金鱼的驯化n金鱼金鱼n鲫鱼（鲫鱼（Carassius auratus）n我国饲养金鱼最早的国家我国饲养金鱼最早的国家n七八百年中，完成了金鱼七八百年中，完成了金鱼的驯化，选育出绚丽多姿、的驯化，选育出绚丽多姿、颜色各异的不同品种颜色各异的不同品种 2n=100寻求生物进化的轨迹寻求生物进化的轨迹n元素演化元素演化n地球进化（地球进化（evolution of earth）n生命的化学进化（生命的化学进化（chemical evolution）n生物进化（生物进化（biological evolution）n n200亿年以前，没有能量，亿年以前，没有能量，时间、空间时间、空间n n150亿年前，宇宙大爆炸亿年前，宇宙大爆炸n n45亿年前亿年前-太阳系形成，太阳系形成，地球形成地球形成n n35亿年前亿年前-化石记录化石记录n n生命起源于生命起源于45-35亿年之间亿年之间地球进化地球进化生命起源于何时？生命起源于何时？地球宝宝地球宝宝n次生大气圈（还原性）：次生大气圈（还原性）：H2O、NH3、CH4、H2Sn原始海洋原始海洋n紫外线、闪电、紫外线、闪电、辐射、火山辐射、火山化学进化化学进化生命的两大步生命的两大步n n简单小分子合成复杂简单小分子合成复杂大分子大分子n n多分子体系到原始生多分子体系到原始生命细胞命细胞n n1924年苏联学者年苏联学者A.N.奥帕林奥帕林地球上地球上生命的起源生命的起源n n英国学者英国学者J.B.S.霍尔丹霍尔丹模拟原始地球还原性模拟原始地球还原性大气中雷鸣闪电的实大气中雷鸣闪电的实验，开辟验，开辟 了生命起了生命起源研究的新途径源研究的新途径 Stanley Miller 的实验的实验n nMiller 电极，得到电极，得到35种有机物，其种有机物，其中有中有10种组成蛋白质的氨基酸种组成蛋白质的氨基酸 n n高温、紫外线、高温、紫外线、射线射线n n已能合成出已能合成出20种天然氨基酸中的种天然氨基酸中的17种种n n首先甲烷与氨作用生成氰，甲烷与水作首先甲烷与氨作用生成氰，甲烷与水作用生成醛类；然后氰、醛类与氨作用生用生成醛类；然后氰、醛类与氨作用生成氨基腈（成氨基腈（aminoni-trile）；氨基腈水）；氨基腈水解就生成氨基酸。解就生成氨基酸。多分子体系到原始生命细胞多分子体系到原始生命细胞n从有机小分子合成生物大分子从有机小分子合成生物大分子n从生物大分子生成多分子体系从生物大分子生成多分子体系n从多分子体系进化为原始生命从多分子体系进化为原始生命美国福克斯（美国福克斯（美国福克斯（美国福克斯（F.FOX)F.FOX)F.FOX)F.FOX)试验证实试验证实试验证实试验证实：将氨基酸混合物倾倒在将氨基酸混合物倾倒在将氨基酸混合物倾倒在将氨基酸混合物倾倒在160160160160o o o oC200C200C200C200o o o oC C C C的热砂或粘土上，的热砂或粘土上，的热砂或粘土上，的热砂或粘土上，水分蒸发，氨基酸浓缩并化合生成类蛋白质分子。水分蒸发，氨基酸浓缩并化合生成类蛋白质分子。水分蒸发，氨基酸浓缩并化合生成类蛋白质分子。水分蒸发，氨基酸浓缩并化合生成类蛋白质分子。后来的类似实验后来的类似实验后来的类似实验后来的类似实验：HCN+NHHCN+NH3 3 类似肽的化合物类似肽的化合物 单核苷酸单核苷酸 多核苷酸多核苷酸 50505050o o o oC60C60C60C60o o o oC C C C 奥巴林的团聚体学说奥巴林的团聚体学说 混合混合 白明胶白明胶 阿拉伯胶阿拉伯胶 团聚体（小滴）团聚体（小滴）（蛋白质）（蛋白质）（多糖）（多糖）团聚体小滴的性质团聚体小滴的性质 （1 1）直径直径1m500m1m500m；（2 2）稳定存在几小时至几周；稳定存在几小时至几周；（3 3）外周增厚呈膜状结构，外周增厚呈膜状结构，与周围水液有明显界限；与周围水液有明显界限；（4 4）具有原始代谢特征；具有原始代谢特征；（5 5）可以增长和繁殖。可以增长和繁殖。福克斯的微球体学说福克斯的微球体学说微球体的性质微球体的性质（1 1）直径直径1m2m1m2m（相当于细菌大（相当于细菌大小）；小）；（2 2）可吸纳周围环境的脂类，并形可吸纳周围环境的脂类，并形成膜状结构；成膜状结构；（3 3）膜表现选择透性，反映渗透压膜表现选择透性，反映渗透压的变化；的变化；（4 4）吸纳周围环境中蛋白质分子，吸纳周围环境中蛋白质分子，微球体可微球体可“增长增长”和和“繁殖繁殖”。（1 1）具有脂双层膜围成的与周围环境隔开的含具有脂双层膜围成的与周围环境隔开的含水囊泡。水囊泡。（2 2）囊泡内有多种核酸、蛋白质、糖类大分子。囊泡内有多种核酸、蛋白质、糖类大分子。（3 3）能选择性地从周围环境中吸纳能选择性地从周围环境中吸纳“食物食物”。（4 4）利用利用“食物食物”的分解，复制自身一部分起的分解，复制自身一部分起核心作用的大分子。核心作用的大分子。（5 5）囊泡因大分子增多而囊泡因大分子增多而“生长生长”和和“繁殖繁殖”。多分子体系具有下列性质，就成为原始生命多分子体系具有下列性质，就成为原始生命RNA世界假说世界假说（RNA world theory）n先有鸡还是先有蛋？先有鸡还是先有蛋？n先有蛋白质还是先有核酸先有蛋白质还是先有核酸？nRNA-第一个基因同时具有第一个基因同时具有催化功能催化功能最初的生命摇篮最初的生命摇篮n n最早的生物最早的生物-水生、水生、单细胞原核生物、厌单细胞原核生物、厌氧、异养氧、异养n n原始生命靠原始生命靠“原始汤原始汤”中的有机物获得能中的有机物获得能量量垫藻岩垫藻岩岩石上面有岩石上面有35亿年前原亿年前原核生物的踪迹核生物的踪迹 发现于澳洲西部的发现于澳洲西部的 35 亿年前的蓝细菌化石亿年前的蓝细菌化石 自养型细胞改变了地球的面貌自养型细胞改变了地球的面貌卟啉化合物是一种是一种有色物质，能吸收太阳有色物质，能吸收太阳光能，进行光化学反应，光能，进行光化学反应，有了卟啉就有了有了卟啉就有了自养营自养营养养。现代生物中的叶绿。现代生物中的叶绿素、血红素及各种细胞素、血红素及各种细胞色素中均含有卟啉。色素中均含有卟啉。n光合作用光合作用（1 1）大气中有了氧，不再是大气中有了氧，不再是还原性还原性环境。环境。（2 2）大气上层有了大气上层有了臭氧层臭氧层。自养型细胞改变了地球的面貌自养型细胞改变了地球的面貌厌氧厌氧生物生物变化变化（进化）（进化）死亡死亡驱赶驱赶极端环境极端环境臭氧层出现臭氧层出现挡住紫外线挡住紫外线O2出现出现有氧呼吸的产生是生命进化的一大飞跃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有氧呼吸极大地提高了生物从 食物中获取能量的效率食物中获取能量的效率 葡萄糖葡萄糖 无氧分解（糖酵解）无氧分解（糖酵解）2 2个个ATPATP 有氧分解有氧分解 3636个个ATPATP 有氧呼吸生物的出现给生命世界带有氧呼吸生物的出现给生命世界带来了第一次大繁荣来了第一次大繁荣n出现了出现了多细胞生物多细胞生物n出现了出现了植物植物n出现了出现了动物动物单细胞生物到多细胞生物单细胞生物到多细胞生物n团藻团藻n粘菌粘菌团藻团藻团藻属（团藻属（Volvox）绿藻门，绿藻纲，团藻科。）绿藻门，绿藻纲，团藻科。属群体类型的藻类。由属群体类型的藻类。由500多个至多个至50000多个多个类似衣藻的细胞组成。类似衣藻的细胞组成。粘菌门（粘菌门（Myxomycota）营养体营养体子实体子实体从聚集到分工单细胞生物向多细胞生物的进化 从聚集到分工单细胞生物向多细胞生物的进化 从聚集到分工从聚集到分工单细胞生物向单细胞生物向多细胞生物的进化多细胞生物的进化 生物进化的主要时期生物进化的主要时期n太古代太古代n元古代元古代n古生代古生代n中生代中生代n新生代新生代对生物进化的研究，使人们得到对生物进化的研究，使人们得到更为合理的分类系统更为合理的分类系统生物五界分类系统生物五界分类系统病病毒毒生物进化的探索永无止境单细胞到多细胞单细胞到多细胞异氧到自养异氧到自养厌氧到有氧厌氧到有氧Summary仍然留下很多疑点和谜团仍然留下很多疑点和谜团n物种灭绝之物种灭绝之谜谜大约大约大约大约每隔每隔每隔每隔2 2，600600万年万年万年万年，生物界就要发生生物界就要发生生物界就要发生生物界就要发生一次大规模的物一次大规模的物一次大规模的物一次大规模的物种绝灭。种绝灭。种绝灭。种绝灭。灾变学说灾变学说 这种大规模的物种绝灭是因为太阳有颗姐妹星，名曰“复仇女神”，太阳与她以2,600万年的周期相互围绕旋转，也就是说每隔2,600万年“复仇女神”要经过一次由数十亿颗彗星组成的奥特星云，此时就会把一颗甚至几颗彗星赶出正常轨道冲击地球，即所谓的“彗星轰击”灾变。就到这里吧！