生命的起源与进化.ppt

生命的起源与进化,（origin of life & biological evolution）,人类最富有挑战性的思考,宇宙起源的思考 生命起源的思考,什么是生命? 何时形成的? 如何形成?,本讲主要内容,什么是生命 生命起源的假说 寻求生物进化的轨迹,什么是生命?思辨过程,被列入生命特征的每一条都可能在哲学诡辩中受到诘难 应答 植物人/机械 繁殖 休眠孢子/火焰 用1、2句话解释什么是生命很难,物理学家的角度,热力学第二定律 生命依靠吸纳负熵，避免趋向平衡的衰退（“生命是什么”，薛定谔，1944）,生物学家,以细胞为基本结构单位 具备新陈代谢、繁殖、遗传等特征,生命起源的种种假说,神造论-上帝造万物，造人（圣经） 自然发生论-生物从非生物环境中自然发生出来 宇生论-生命来自宇宙中别的星球 进化论,神造论,圣经旧约创世纪：上帝在6天之内创造了包括宇宙、陆地、海洋、各种动物、植物、男人、女人在内的世界万物。,BACK,自然发生论,腐草化萤 腐肉生蛆 淤泥生鼠 巴斯德-曲颈甑试验,BACK,宇生论,澳大利亚发现-含碳物质的陨石 月球样品-氨基酸和有机酸,BACK,进化论,进化论的创立 共同由来学说（theory of common descent） 自然选择学说（theory of natural selection）,多重证据支持共同由来学说,加拉帕戈斯地雀 形态学的比较研究：,人的上肢、马的前腿、海豚的鳍足、蝙蝠的翼手骨骼构造相似,化石记录,多重证据支持共同由来学说,加拉帕戈斯地雀,加拉帕戈斯群岛位于东太平洋，由19个火山岛组成，从未和大陆相连 岛上独有的物种 13种地雀 彼此相似而又互有区别的物种来自同一个祖先,自然选择学说,达尔文做出推论 选择淘汰脆弱的个体 变异产生新的性状 连续选择使轻微的变异积累 人工选择效应-自然选择的佐证 家养动物 栽培植物,金鱼的驯化,金鱼 鲫鱼（Carassius auratus） 我国饲养金鱼最早的国家 七八百年中，完成了金鱼的驯化，选育出绚丽多姿、颜色各异的不同品种,2n=100,寻求生物进化的轨迹,元素演化 地球进化（evolution of earth） 生命的化学进化（chemical evolution） 生物进化（biological evolution）,200亿年以前，没有能量，时间、空间 150亿年前，宇宙大爆炸 45亿年前- 太阳系形成，地球形成 35亿年前- 化石记录 生命起源于45-35亿年之间,地球进化 生命起源于何时？,地球宝宝,次生大气圈（还原性）：H2O、NH3、CH4、H2S 原始海洋 紫外线、闪电、 辐射、火山,化学进化生命的两大步,简单小分子合成复杂大分子 多分子体系到原始生命细胞 1924年苏联学者A.N.奥帕林地球上生命的起源 英国学者J.B.S.霍尔丹,模拟原始地球还原性大气中雷鸣闪电的实验，开辟 了生命起源研究的新途径,Stanley Miller 的实验,Miller 电极，得到35种有机物，其中有10种组成蛋白质的氨基酸 高温、紫外线、射线 已能合成出20种天然氨基酸中的17种 首先甲烷与氨作用生成氰，甲烷与水作用生成醛类；然后氰、醛类与氨作用生成氨基腈（aminoni- trile）；氨基腈水解就生成氨基酸。,多分子体系到原始生命细胞,从有机小分子合成生物大分子 从生物大分子生成多分子体系 从多分子体系进化为原始生命,美国福克斯（F.FOX)试验证实： 将氨基酸混合物倾倒在160oC200oC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。 后来的类似实验： HCN+NH3 类似肽的化合物 单核苷酸 多核苷酸 50oC60oC,奥巴林的团聚体学说 混合 白明胶 阿拉伯胶 团聚体（小滴） （蛋白质） （多糖）,团聚体小滴的性质,（1）直径1m500m； （2）稳定存在几小时至几周； （3）外周增厚呈膜状结构， 与周围水液有明显界限； （4）具有原始代谢特征； （5）可以增长和繁殖。, 福克斯的微球体学说,微球体的性质,（1）直径1m2m（相当于细菌大小）； （2）可吸纳周围环境的脂类，并形成膜状结构； （3）膜表现选择透性，反映渗透压的变化； （4）吸纳周围环境中蛋白质分子，微球体可“增长”和“ 繁殖”。,（1）具有脂双层膜围成的与周围环境隔开的含水囊泡。 （2）囊泡内有多种核酸、蛋白质、糖类大分子。 （3）能选择性地从周围环境中吸纳“食物”。 （4）利用“食物”的分解，复制自身一部分起核心作用的大分子。 （5）囊泡因大分子增多而“生长”和“繁殖”。,多分子体系具有下列性质，就成为原始生命,RNA世界假说 （RNA world theory）,先有鸡还是先有蛋？ 先有蛋白质还是先有核酸？ RNA- 第一个基因同时具有催化功能,最初的生命摇篮,最早的生物- 水生、单细胞原核生物、厌氧、异养 原始生命靠“原始汤”中的有机物获得能量,垫藻岩岩石上面有35亿年前原核生物的踪迹,发现于澳洲西部的 35 亿年前的蓝细菌化石,自养型细胞改变了地球的面貌,卟啉化合物是一种有色物质，能吸收太阳光能，进行光化学反应，有了卟啉就有了自养营养。现代生物中的叶绿素、血红素及各种细胞色素中均含有卟啉。,光合作用 （1）大气中有了氧，不再是还原性环境。 （2）大气上层有了臭氧层。,自养型细胞改变了地球的面貌,厌氧 生物,变化 （进化）,死亡,驱赶 极端环境,臭氧层出现,挡住紫外线,O2 出现,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（糖酵解） 2个ATP 有氧分解 36个ATP,有氧呼吸生物的出现给生命世界带来了第一次大繁荣,出现了多细胞生物 出现了植物 出现了动物,单细胞生物到多细胞生物,团藻 粘菌,团藻,团藻属（Volvox）绿藻门，绿藻纲，团藻科。 属群体类型的藻类。由500多个至50000多个 类似衣藻的细胞组成。,粘菌门（Myxomycota）,营养体,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,从聚集到分工单细胞生物向 多细胞生物的进化,生物进化的主要时期,太古代 元古代 古生代 中生代 新生代,对生物进化的研究，使人们得到更为合理的分类系统,生物五界分类系统,病 毒,生物进化的探索永无止境,单细胞到多细胞,异氧到自养,厌氧到有氧,Summary,仍然留下很多疑点和谜团,物种灭绝之谜大约每隔2，600万年，生物界就要发生一次大规模的物种绝灭。,