现代生物科学导论：第三讲(1)-生命的起源与生物进化C

1、“道生一，一生二，二生三，三生万物。” 老子:道德经 “物类之起，必有所始。” 旬子:劝学 地球上生命的起源地球上生命的起源 地地 球球 上上 生生 命命 的的 起起 源源 生 物 的 进 化 地球上生命的起源地球上生命的起源 生命的诞生 古生代：古生代：5.7亿年前亿年前 中生代：中生代：2.4亿年前亿年前 新生代：新生代：6600万年前万年前 地球上生命的起源地球上生命的起源 地球上生命的起源地球上生命的起源 第一节第一节 关于生命起源的不同观点关于生命起源的不同观点 一、上帝创造说神创论一、上帝创造说神创论 二、外星球起源说二、外星球起源说 三、自然起源学说三、自然起源学说 曲颈烧瓶许可

2、空气进入烧瓶内 ，微生物则不能进入，灭菌 的培养液没有微生物。2天后去除曲颈的烧瓶中培养液浑浊，出现大量微生物 第一节第一节 关于生命起源的不同观点关于生命起源的不同观点 第二节第二节 地球上的生命源自非生命物质地球上的生命源自非生命物质 一、宇宙大爆炸和地球的起源一、宇宙大爆炸和地球的起源 二、化学进化产生原始生命二、化学进化产生原始生命 三、地球上的生命在哪里起源三、地球上的生命在哪里起源 四、繁殖和遗传物质的起源四、繁殖和遗传物质的起源RNA世界世界 第二节第二节 地球上的生命源自非生命物质地球上的生命源自非生命物质 一、宇宙大爆炸和地球的起源一、宇宙大爆炸和地球的起源 1. 普遍流行的

3、观点是包含所有物质的宇宙可普遍流行的观点是包含所有物质的宇宙可 能起源于能起源于100亿到亿到200亿年前。亿年前。 2. 约在约在46亿年前原始地球形成。亿年前原始地球形成。 3. 到到38亿年前，地球上海洋的温度已降至亿年前，地球上海洋的温度已降至49 88。 4. 原始地球环境恶劣。原始海洋。原始地球环境恶劣。原始海洋。 第二节第二节 地球上的生命源自非生命物质地球上的生命源自非生命物质 3840亿年前 第二节第二节 地球上的生命源自非生命物质地球上的生命源自非生命物质 原始气体冷凝 汇流成海洋 火山爆发和闪电 的能量使气体合 成简单有机物 氨基酸聚合成 肽链又重新回 到水中 各种大分子

4、进化 成原核细胞、真 核细胞、多细胞 第二节第二节 地球上的生命源自非生命物质地球上的生命源自非生命物质 二、化学进化产生原始生命二、化学进化产生原始生命 从非生命物质发展出原始生命出现在 39亿年前 1. 从无机小分子形成有机小分子从无机小分子形成有机小分子 构建生命的单体构建生命的单体 第二节第二节 地球上的生命源自非生命物质地球上的生命源自非生命物质 核苷酸、氨基酸和卟啉等有机物的起源，核苷酸、氨基酸和卟啉等有机物的起源， 已经有相当多的研究已经有相当多的研究 (1) 从从球外空间探索球外空间探索这些分子存在的证据；这些分子存在的证据； (2) 从从球外来源的陨石球外来源的陨石中分析这类

5、物质是否中分析这类物质是否 存在；存在； (3) 实验室中创造类似于生命发生期的地球实验室中创造类似于生命发生期的地球 条件，开展条件，开展人工模拟人工模拟的实验。的实验。 第二节第二节 地球上的生命源自非生命物质地球上的生命源自非生命物质 人们运用精密观测设备从球外空间、从天人们运用精密观测设备从球外空间、从天 外飞来的陨石中已找到外飞来的陨石中已找到40多种存在于地球之外多种存在于地球之外 的有机物，其中包括了多种的有机物，其中包括了多种氨基酸氨基酸、核苷酸核苷酸和和 卟啉卟啉。 第二节第二节 地球上的生命源自非生命物质地球上的生命源自非生命物质 1828年德国化学家维年德国化学家维 勒勒

6、(FWohler 18001882) 在实验室里用氧化铅和铵在实验室里用氧化铅和铵 合成尿素合成尿素(NH2CONH2)。 开辟开辟了从无机物合成了从无机物合成 有机物的新纪元，填补了有机物的新纪元，填补了 有机物与无机物之间的鸿有机物与无机物之间的鸿 沟。沟。 第二节第二节 地球上的生命源自非生命物质地球上的生命源自非生命物质 1953年，年， 米勒米勒(Mi11er)对对 接近于地表接近于地表原原 始气氛始气氛的气体的气体 混合系统混合系统 第二节第二节 地球上的生命源自非生命物质地球上的生命源自非生命物质 第二节第二节 地球上的生命源自非生命物质地球上的生命源自非生命物质 Miller-

7、 Urey实实 验装置验装置 中有机中有机 分子的分子的 形成形成 NH3、 H2、 CH4、 H2O 天冬氨酸天冬氨酸 混合系统混合系统 谷氨酸谷氨酸 氨基丙酸氨基丙酸 ( (紫外线紫外线) ) ( (冲击波冲击波) ) ( 射线射线) 高压电弧高压电弧 等等 第二节第二节 地球上的生命源自非生命物质地球上的生命源自非生命物质 2. 有机分子聚合成生物大分子有机分子聚合成生物大分子 生物大分子的构成物可从无机物和简单有生物大分子的构成物可从无机物和简单有 机物小分子在接近地表原始状态的物理的、化机物小分子在接近地表原始状态的物理的、化 学的条件下合成出来，这是生命起源于地球化学的条件下合成出

8、来，这是生命起源于地球化 学演化的有力证明。学演化的有力证明。 多聚多聚 物的物的 形成形成 第二节第二节 地球上的生命源自非生命物质地球上的生命源自非生命物质 l A 消耗 l B A l C B l D C x y z 如此地发展，原始生命体系内的代谢系统逐渐如此地发展，原始生命体系内的代谢系统逐渐 复杂起来，这种代谢系统的进化从简单到复杂复杂起来，这种代谢系统的进化从简单到复杂 第二节第二节 地球上的生命源自非生命物质地球上的生命源自非生命物质 3. 生物大分子形成多分子体系生物大分子形成多分子体系 4. 多分子体系演变成原始生命多分子体系演变成原始生命 膜结构和分隔化的形成膜结构和分隔

9、化的形成是生命功能是生命功能 实现的必要条件实现的必要条件 第二节第二节 地球上的生命源自非生命物质地球上的生命源自非生命物质 微球学说：微球学说： 美国的福克斯美国的福克斯(Fox)(Fox)实验室主张微球学说，认为实验室主张微球学说，认为 有生物质有生物质( (浓缩干燥的氨基酸浓缩干燥的氨基酸) )在在水液环境水液环境内可以形内可以形 成成微小球状物微小球状物。 这种微球外周具有这种微球外周具有双层表面膜双层表面膜，能将它与环境，能将它与环境 隔离成为相对独立的小体系。这种微球可因内外变隔离成为相对独立的小体系。这种微球可因内外变 化而化而变形变形，“增长增长”体积；分裂为二体积；分裂为二

10、，也能，也能出芽出芽， 它们还能它们还能吸收物质吸收物质。 第二节第二节 地球上的生命源自非生命物质地球上的生命源自非生命物质 微球体出芽示意图微球体出芽示意图 第二节第二节 地球上的生命源自非生命物质地球上的生命源自非生命物质 蛋蛋 白白 链链 形形 成成 的的 微微 球球 体体 水溶液中水溶液中 11000 11000 第二节第二节 地球上的生命源自非生命物质地球上的生命源自非生命物质 团聚体说：团聚体说： 苏联的奥巴林苏联的奥巴林(Oparin)实验室主张有生物质最实验室主张有生物质最 先形成团聚小体。这种团聚小体先形成团聚小体。这种团聚小体大小不一大小不一，但有一，但有一 定范围，形态

11、类似定范围，形态类似球状菌球状菌。团聚小体类似。团聚小体类似简单的细简单的细 胞胞，外表有，外表有双层膜双层膜，膜的大小形态因环境渗透压而，膜的大小形态因环境渗透压而 变化变化。它能。它能“选择吸收选择吸收”某些物质，也能进行某些物质，也能进行“分分 裂裂”，能自发，能自发“出芽出芽”。 第二节第二节 地球上的生命源自非生命物质地球上的生命源自非生命物质 奥巴林将白明胶奥巴林将白明胶(蛋白质蛋白质)的水溶液与阿的水溶液与阿 拉伯胶拉伯胶(糖糖)的水溶液混在一起，在混合之前，的水溶液混在一起，在混合之前， 这种溶液都是透明的，混合之后，变为混这种溶液都是透明的，混合之后，变为混 浊。在显微镜下可

12、以看到在均匀的溶液中浊。在显微镜下可以看到在均匀的溶液中 出现了小滴，即团聚体。它们四周与水液出现了小滴，即团聚体。它们四周与水液 有明显的界限。有明显的界限。 第二节第二节 地球上的生命源自非生命物质地球上的生命源自非生命物质 两个模型的研究共同证明一点地球表面两个模型的研究共同证明一点地球表面 物质的化学演化，在适宜的条件下即有可能物质的化学演化，在适宜的条件下即有可能 通过物理的，化学的过程，产生原始的有膜通过物理的，化学的过程，产生原始的有膜 包被的微小球体包被的微小球体，达种微球体具有某些类似，达种微球体具有某些类似 的简单生命活动的特性。的简单生命活动的特性。 第二节第二节 地球上

13、的生命源自非生命物质地球上的生命源自非生命物质 三、地球上的生命在哪里起源三、地球上的生命在哪里起源 深海热泉口深海热泉口 “黑烟囱黑烟囱” 特殊的生物群落特殊的生物群落： 古细菌 温度、浓度梯度温度、浓度梯度 硫化物硫化物 基因组学证据基因组学证据 海底黑烟海底黑烟 囱的形成囱的形成 第二节第二节 地球上的生命源自非生命物质地球上的生命源自非生命物质 生命的主宰物质是生命的主宰物质是核酸核酸和和蛋白质蛋白质这这 两类生物大分子。两类生物大分子。生物大分子起源生物大分子起源的研的研 究是解开生命起源奥秘的钥匙。究是解开生命起源奥秘的钥匙。 四、四、 繁殖和遗传物质的起源繁殖和遗传物质的起源RN

14、A世界世界 第二节第二节 地球上的生命源自非生命物质地球上的生命源自非生命物质 Reverse Translation Replication 第二节第二节 地球上的生命源自非生命物质地球上的生命源自非生命物质 一些一些RNA病毒的遗传信息可以按另外的，甚至相反病毒的遗传信息可以按另外的，甚至相反 的方向流动。的方向流动。 (1) RNA复制复制 一些植物一些植物RNA病毒可以产生病毒可以产生RNA复制酶，然后复制酶，然后 以自己为模板，复制出互补的以自己为模板，复制出互补的RNA，再由这些，再由这些RNA复制复制 出和原来一样的出和原来一样的RNA。 (2)反转录反转录 即遗传信息由即遗传信

15、息由RNA转录给转录给DNA，称为反转录或逆，称为反转录或逆 转录，这是在转录，这是在RNA致癌病毒中发现的。进一步研究发现了致癌病毒中发现的。进一步研究发现了 一种酶，即反转录酶一种酶，即反转录酶 ，有了这种酶，有了这种酶，RNA就可作为模板就可作为模板 而合成而合成DNA(cDNA)。 (3)DNA转译转译 在实验室中还可以使在实验室中还可以使DNA直接转译成蛋白质。直接转译成蛋白质。 (4)对引起克雅氏病的朊病毒的研究，发现蛋白质结构的朊对引起克雅氏病的朊病毒的研究，发现蛋白质结构的朊 病毒能逆转译病毒能逆转译RNA。 第二节第二节 地球上的生命源自非生命物质地球上的生命源自非生命物质

16、核酸同原始蛋白质哪个先发生，有三种说法：核酸同原始蛋白质哪个先发生，有三种说法： 核酸先发生；蛋白质先发生；二者同时发生。核酸先发生；蛋白质先发生；二者同时发生。 核酸先发生的可能性较大核酸先发生的可能性较大，因为核酸的构，因为核酸的构 成成分较简单，聚合较容易。成成分较简单，聚合较容易。 根据研究，根据研究，RNARNA先发生的可能性较大，称为先发生的可能性较大，称为 “RNARNA世界世界”。因某种核酸同时还具有酶的功能。因某种核酸同时还具有酶的功能。 第二节第二节 地球上的生命源自非生命物质地球上的生命源自非生命物质 生命的生命的RNA起源说起源说RNA世界世界 1 1）具有催化活性的）

17、具有催化活性的RNARNA分子称为核酶（分子称为核酶（ribozymeribozyme）；）； 2 2）核酶催化的生化反应包括：）核酶催化的生化反应包括： 自我剪接或催化切断其它自我剪接或催化切断其它RNA:RNA:在在mRNAmRNA和和rRNArRNA的加工中的加工中 切除内含子；切除内含子； 合成多肽键：合成多肽键：这是这是rRNArRNA分子的重要功能之一；分子的重要功能之一； 催化核苷酸的合成：催化核苷酸的合成：在试管中合成的在试管中合成的RNARNA分子已证明可分子已证明可 以完成以完成RNARNA的合成。的合成。 RNARNA催化活性的发现解决了以往关于先有多聚核苷酸催化活性的发

18、现解决了以往关于先有多聚核苷酸 还是先有多肽链的两难困境，还是先有多肽链的两难困境，表明最初的生化系统整表明最初的生化系统整 个地集中在个地集中在RNARNA。 第二节第二节 地球上的生命源自非生命物质地球上的生命源自非生命物质 RNARNA世界：世界：原始细胞起源时，具有自我催化功原始细胞起源时，具有自我催化功 能的能的RNARNA分子，具有携带遗传信息和执行蛋白质合成分子，具有携带遗传信息和执行蛋白质合成 功能双重特征。功能双重特征。 RNARNA不仅能作为遗传信息的传递者，又能作为具不仅能作为遗传信息的传递者，又能作为具 有催化功能的酶，有催化功能的酶，首先出现的关键分子是首先出现的关键

19、分子是RNARNA。 在进化过程中，在进化过程中，RNARNA作为细胞遗传信息贮存者的作为细胞遗传信息贮存者的 功能转到功能转到DNADNA分子上。分子上。 第二节第二节 地球上的生命源自非生命物质地球上的生命源自非生命物质 第三节第三节 细胞的进化细胞的进化 原始的第一个细胞必须具备下列最基本的原始的第一个细胞必须具备下列最基本的 性质：性质： (1)(1)有类似质膜的有类似质膜的生物膜生物膜。 (2)(2)有能完成有能完成自我复制自我复制和和自发整合自发整合的的 生命大分子物质体系。生命大分子物质体系。 (3)(3)具有内在的具有内在的物质代谢物质代谢、能量代谢能量代谢 和和信息交流信息交

20、流的基本性能。的基本性能。 第二节第二节 地球上的生命源自非生命物质地球上的生命源自非生命物质 Schopf J.W., 美国加州大学落杉矶校区古生物学教授，美国加州大学落杉矶校区古生物学教授，1989年在澳年在澳 大利亚的岩石中发现了大利亚的岩石中发现了35亿年亿年最古老微体化石最古老微体化石丝状蓝藻化石丝状蓝藻化石 第三节第三节 细胞的进化细胞的进化 1. 共生起源假说：共生起源假说： 认为原始的真核细胞的某些细胞器是认为原始的真核细胞的某些细胞器是 吞噬吞噬了另一个细胞，或两者了另一个细胞，或两者融合融合起来，实起来，实 现现共生共生的结果。的结果。 但是它无法解释细胞核的起源。但是它无

21、法解释细胞核的起源。 ？ 第三节第三节 细胞的进化细胞的进化 被捕获后生活在大细菌细胞膜和细胞壁之间的小被捕获后生活在大细菌细胞膜和细胞壁之间的小 细菌细菌( (黑色椭圆黑色椭圆)()(BdellovibrioBdellovibrio- -意即蛭形弧菌意即蛭形弧菌) ) 第三节第三节 细胞的进化细胞的进化 生活在一种原生生物中的共生细菌，大小类似线生活在一种原生生物中的共生细菌，大小类似线 粒体。此原生生物生活在白蚁的后肠中。粒体。此原生生物生活在白蚁的后肠中。 第三节第三节 细胞的进化细胞的进化 2. 分化假说（膜进化假说）：分化假说（膜进化假说）： 真核细胞器是由真核细胞器是由原生质膜内伸

22、原生质膜内伸和和核质再分核质再分 配配而同时形成的。原核生物到真核生物是渐而同时形成的。原核生物到真核生物是渐 进的、直接的进化过程。进的、直接的进化过程。 但是既然各种细胞器是同时形成的，为何但是既然各种细胞器是同时形成的，为何 生化特性如此不同。生化特性如此不同。 第三节第三节 细胞的进化细胞的进化 真核细胞是不是来自原核细胞，这个真核细胞是不是来自原核细胞，这个 问题现在问题现在还没有还没有一个一个最后的答案最后的答案 第三节第三节 细胞的进化细胞的进化 28亿年亿年 （35亿年前） （6亿年前） 第三节第三节 细胞的进化细胞的进化 从系统发生来看，生物是从单细胞生物发展到多细胞生物从系

23、统发生来看，生物是从单细胞生物发展到多细胞生物。 衣衣 藻藻 衣藻是一种衣藻是一种单细胞单细胞生物。生物。 第三节第三节 细胞的进化细胞的进化 盘盘 藻藻 盘藻是由盘藻是由 4 4、1616或或3232个细胞个细胞组成，每个细胞都组成，每个细胞都 和衣藻相似。散开也能和衣藻相似。散开也能独立独立生活。以同配生殖生活。以同配生殖 的方式繁殖后代。的方式繁殖后代。 第三节第三节 细胞的进化细胞的进化 实实 球球 藻藻 实球藻由实球藻由 8,168,16或或3232个细胞组成，单个细胞个细胞组成，单个细胞 不能独立生活，有性生殖是不能独立生活，有性生殖是异配异配的。的。 第三节第三节 细胞的进化细胞

24、的进化 空空 球球 藻藻 空球藻是由空球藻是由1616、3232或或6464个细胞组成个细胞组成, ,中央充满中央充满 胶质液体。雌雄配子胶质液体。雌雄配子大小不同。大小不同。 第三节第三节 细胞的进化细胞的进化 团团 藻藻 团藻是由团藻是由5005005000050000个细胞组成的个细胞组成的空心球群空心球群 体体，细胞功能分化为，细胞功能分化为营养细胞营养细胞和和生殖细胞生殖细胞。 有性生殖是有性生殖是卵配卵配。 第三节第三节 细胞的进化细胞的进化 1 1、生物个体结构与功能的进化；、生物个体结构与功能的进化； 2 2、大量新物种形成和生态系统的进化。、大量新物种形成和生态系统的进化。

25、第三节第三节 细胞的进化细胞的进化 第三节第三节 细胞的进化细胞的进化 物种的起源物种的起源 生物大爆发与大灭绝生物大爆发与大灭绝 大爆发现象：大爆发现象：在进化过程中阶段性地出现在进化过程中阶段性地出现物种或物种物种或物种 以上分类等级以上分类等级的生物类群快速的生物类群快速大幅度大幅度辐射发生的现辐射发生的现 象象进化大爆发。进化大爆发。 重要的进化大爆发有：重要的进化大爆发有： 6.56.5亿年前震旦纪亿年前震旦纪（如中国陡山坨），不同类群的原（如中国陡山坨），不同类群的原 叶植物体在地层中突然大量出现；叶植物体在地层中突然大量出现； 5.35.3亿年前，亿年前，前寒武纪澳大利亚伊迪卡拉

26、动物群的骤前寒武纪澳大利亚伊迪卡拉动物群的骤 然出现，它们的结构和体制与现存动物都显著不同。然出现，它们的结构和体制与现存动物都显著不同。 第三节第三节 细胞的进化细胞的进化 5.35.3亿年前，寒武纪动物大爆发亿年前，寒武纪动物大爆发最著名的一次生物大最著名的一次生物大 爆发（中国澄江等地），现代的所有动物门类，以及历史上爆发（中国澄江等地），现代的所有动物门类，以及历史上 已绝灭的多种门类动物的化石几乎都同时出现在这一地层中。已绝灭的多种门类动物的化石几乎都同时出现在这一地层中。 （一万年出现一万年出现100100多万个物种）多万个物种） 集群绝灭现象：集群绝灭现象：生物物种的快速大幅度绝

27、灭。（高达生物物种的快速大幅度绝灭。（高达96%96%） 大爆发与大绝灭是交替进行的。大绝灭并不意味地大爆发与大绝灭是交替进行的。大绝灭并不意味地 球的生命危机。球的生命危机。 第三节第三节 细胞的进化细胞的进化 小行星撞击地球 大规模的森林火灾大规模的火山喷发 白垩纪末期恐龙灭绝的几种原因推测白垩纪末期恐龙灭绝的几种原因推测 遍地的恐龙尸骨 惊慌逃窜的恐龙 第三节第三节 细胞的进化细胞的进化 美国学者美国学者SepkoskiSepkoski（19821982）统计的五次大灭绝事件）统计的五次大灭绝事件 距今时间距今时间MaMa灭绝的海洋动物的科数灭绝的海洋动物的科数 晚奥陶纪晚奥陶纪4394

28、394404402222 晚泥盆纪晚泥盆纪3603603803802121 晚二叠纪晚二叠纪2202202302305050 晚三叠纪晚三叠纪1751751901902020 晚白垩纪晚白垩纪606065651515 MaMa地质时间（百万年）地质时间（百万年） 第三节第三节 细胞的进化细胞的进化 A A 主要的细菌主要的细菌 B B 蓝藻蓝藻 C C 真核生物真核生物 D D 多细胞生物多细胞生物 E E 鱼类鱼类 F F 植物植物 G G 两栖类动物两栖类动物 H H 爬行类动物爬行类动物 I I 哺乳类动物哺乳类动物 L L 恐龙恐龙 M M 鸟类鸟类 N N 人类人类 6亿年前亿年前

29、38-40亿年前亿年前 35-38亿年前 亿年前 30亿年前亿年前 澄江生物群澄江生物群 1984年南京地质年南京地质 古生物研究所的侯先古生物研究所的侯先 光在云南省澄江县境光在云南省澄江县境 内发现了内发现了娜罗虫娜罗虫 (Naraoia)的古老节肢的古老节肢 动物的化石后，开始动物的化石后，开始 了大规模的发掘。了大规模的发掘。 第三节第三节 细胞的进化细胞的进化 它证实了大爆发式的演化事件在它证实了大爆发式的演化事件在5.3亿亿 年前年前确实曾经发生，最令人震撼的则是在确实曾经发生，最令人震撼的则是在 这一事件发生的短短这一事件发生的短短数百万年数百万年(可能只有一可能只有一 两百万年

30、两百万年)期间，几乎期间，几乎所有现生动物的门类所有现生动物的门类 和许多和许多已灭绝了的生物已灭绝了的生物，突发式地出现于，突发式地出现于 寒武纪寒武纪地层，而在更老的地层却完全没有地层，而在更老的地层却完全没有 其祖先型的生物化石发现。其祖先型的生物化石发现。 第三节第三节 细胞的进化细胞的进化 在这一个瞬间性突发的大事件中，不仅在这一个瞬间性突发的大事件中，不仅 建立了所有现生动物门类建立了所有现生动物门类(包括脊索动物在包括脊索动物在 内内)的结构蓝图。另外还有的结构蓝图。另外还有二十几个已经灭二十几个已经灭 绝了的生物种绝了的生物种，与现生动物的分类系统没，与现生动物的分类系统没 有

31、任何关联，但每一个种却各自代表一个有任何关联，但每一个种却各自代表一个 相当于门一级的结构蓝图。相当于门一级的结构蓝图。 第三节第三节 细胞的进化细胞的进化 第三节第三节 细胞的进化细胞的进化 澳大利亚南部依迪艾克拉澳大利亚南部依迪艾克拉 生物群复原图生物群复原图 原始维管植物登陆成功，约原始维管植物登陆成功，约4.084.08亿年前亿年前古蕨类繁盛期，古蕨类繁盛期，3 3亿年前亿年前 原始裸子植物，约原始裸子植物，约2 2亿年前亿年前约约1.11.1亿年前的花，及现代木兰植物的花亿年前的花，及现代木兰植物的花 第三节第三节 细胞的进化细胞的进化 第三节第三节 细胞的进化细胞的进化 第三节第三

32、节 细胞的进化细胞的进化 第三节第三节 细胞的进化细胞的进化 生生 物物 进进 化化 生物进化生物进化 一、古生物学的证据一、古生物学的证据 二、生物地理学证据二、生物地理学证据 三、比较解剖学证据三、比较解剖学证据 四、胚胎学证据四、胚胎学证据 五、生物化学证据五、生物化学证据 六、细胞遗传学证据六、细胞遗传学证据 七、生理学证据七、生理学证据 第一节第一节 生物进化的证据生物进化的证据 第一节第一节 生物进化的证据生物进化的证据 第一节第一节 生物进化的证据生物进化的证据 现生鱼（现生鱼（A）和海口虫的脑（）和海口虫的脑（B） 可能为奇虾动物所排泄由川滇虫双瓣壳所组成可能为奇虾动物所排泄由

33、川滇虫双瓣壳所组成 的球形粪便。比例尺为的球形粪便。比例尺为1cm。 川滇虫，比例尺为川滇虫，比例尺为1cm。 第一节第一节 生物进化的证据生物进化的证据 奇虾在追逐在水中游泳的川滇虫化石。奇虾在追逐在水中游泳的川滇虫化石。 地处贵州腹心的瓮安是一个多山县区，地处贵州腹心的瓮安是一个多山县区，5.85.8亿年陡山沱组含磷沉积不仅为亿年陡山沱组含磷沉积不仅为 瓮安带来了经济利益，而且含有最古老的动物群和它们所形成的卵和胚瓮安带来了经济利益，而且含有最古老的动物群和它们所形成的卵和胚 胎。这些动物和动物的卵和胚胎展现了地球生命长河一个崭新历史的起胎。这些动物和动物的卵和胚胎展现了地球生命长河一个崭

34、新历史的起 点。这一起点牵动了古往今来的动物世界。瓮安将为拥有它而变得亮丽，点。这一起点牵动了古往今来的动物世界。瓮安将为拥有它而变得亮丽， 中国将为拥有它而骄傲。中国将为拥有它而骄傲。 （摄于瓮安北斗山附近）。（摄于瓮安北斗山附近）。 l动物黎明之乡动物黎明之乡瓮安瓮安 第一节第一节 生物进化的证据生物进化的证据 采样层段，采样层段， 在这一层段在这一层段 上发现了海上发现了海 绵幼体和胚绵幼体和胚 胎胎 第一节第一节 生物进化的证据生物进化的证据 张昀张昀(中中)，袁训来，袁训来 (左左)和肖书海和肖书海 (右右),他们为瓮安多细胞藻类发他们为瓮安多细胞藻类发 现与研究的先驱现与研究的先驱

35、;其中肖书海其中肖书海,张昀均为瓮安多细胞动物的发现与张昀均为瓮安多细胞动物的发现与 研究作出了重要贡献。此外作出重要贡献者如陈均远等。研究作出了重要贡献。此外作出重要贡献者如陈均远等。 第一节第一节 生物进化的证据生物进化的证据 l裸露的胚胎化石。裸露的胚胎化石。 A， 为八分体旋转等分全为八分体旋转等分全 卵裂胚胎；卵裂胚胎； B，为不等分卵裂胚胎（可能为螺，为不等分卵裂胚胎（可能为螺 旋卵裂）。比例尺均为：旋卵裂）。比例尺均为：200m。 l1998年年2月月5日日,科学科学杂志和杂志和自然自然杂志杂志 同时公布了最古老多细胞动物化石的发现。同时公布了最古老多细胞动物化石的发现。 第一节

36、第一节 生物进化的证据生物进化的证据 辐射卵裂（辐射卵裂（A）和螺旋卵裂（）和螺旋卵裂（B）示意图）示意图 产自贵州瓮安陡山沱组瓮安含产自贵州瓮安陡山沱组瓮安含 磷段辐射卵裂化石。磷段辐射卵裂化石。 比例尺均比例尺均 为：为：200m。 产自瓮安陡山沱组旋转全卵裂胚胎。产自瓮安陡山沱组旋转全卵裂胚胎。 比例尺均为：比例尺均为：200m。 瓮安古水螅虫化石，瓮安古水螅虫化石，Eohydiania wengaense（贵州瓮安陡山沱（贵州瓮安陡山沱 组瓮安含磷段）。上图为解释图。比例尺均为组瓮安含磷段）。上图为解释图。比例尺均为100m。 第一节第一节 生物进化的证据生物进化的证据 珊瑚虫（圆圆茎

37、）的复原图珊瑚虫（圆圆茎）的复原图 最古老群体珊瑚虫化石最古老群体珊瑚虫化石-圆圆茎圆圆茎 （贵州瓮安陡山沱组瓮安含磷段）（贵州瓮安陡山沱组瓮安含磷段） l贵州春虫解剖学解释图。微型三胚层两侧对称动物化石贵州春虫解剖学解释图。微型三胚层两侧对称动物化石-贵州春虫，产自贵州春虫，产自 贵州瓮安陡山沱组瓮安含磷段，贵州瓮安陡山沱组瓮安含磷段， 比例尺为比例尺为100m. l这一化石的发现首次将两侧对称动物可靠化石记录的历史前推到了寒武纪这一化石的发现首次将两侧对称动物可靠化石记录的历史前推到了寒武纪 之前之前4千万年。千万年。 贵州春虫复原图：腹视（左图）；背视（右图）。贵州春虫复原图：腹视（左图

38、）；背视（右图）。 l寄生在胚胎寄生在胚胎 和其他生物和其他生物 构造内的微构造内的微 型隧道、隧型隧道、隧 道直径大小道直径大小 序列以及它序列以及它 们的穿插关们的穿插关 系（贵州瓮系（贵州瓮 安陡山沱组安陡山沱组 瓮安含磷段）瓮安含磷段） 第一节第一节 生物进化的证据生物进化的证据 线虫早期卵裂阶段发育序列。线虫早期卵裂阶段发育序列。 产自贵州瓮安陡山沱组，瓮安含磷段线虫早期卵裂阶段胚胎化石。产自贵州瓮安陡山沱组，瓮安含磷段线虫早期卵裂阶段胚胎化石。 第一节第一节 生物进化的证据生物进化的证据 泥盆纪（泥盆纪（3.83.8亿年前）亿年前）二叠纪（二叠纪（2.52.5亿年前）亿年前） 白垩

39、纪（白垩纪（1 1亿年前亿年前) )始新纪始新纪(5000(5000万年前）万年前） 第一节第一节 生物进化的证据生物进化的证据 亲缘关系比较亲缘关系比较近近的物种之间尽管有时外部的物种之间尽管有时外部 形态有很大的差别，却有形态有很大的差别，却有共同的结构特征共同的结构特征。亲。亲 缘关系比较缘关系比较远远的物种之间尽管有时外部形态有的物种之间尽管有时外部形态有 十分相似，结构却有十分相似，结构却有很大的差别很大的差别。 第一节第一节 生物进化的证据生物进化的证据 痕迹器官痕迹器官(vestigial organ)(vestigial organ)： 如：人的盲肠、如：人的盲肠、 耳肌、毛肌

40、、尾椎骨耳肌、毛肌、尾椎骨 等，海豚和某些蛇类等，海豚和某些蛇类 的后肢骨，蚊蝇的平的后肢骨，蚊蝇的平 衡棒等都是。衡棒等都是。 动物身上往往保存着一动物身上往往保存着一 些没有用处的器官，称些没有用处的器官，称 为痕迹器官为痕迹器官。 人类的人类的 尾骨尾骨 第一节第一节 生物进化的证据生物进化的证据 同源器官同源器官(homologous organ)： 不同动物的器官，功用不同，形状相异，不同动物的器官，功用不同，形状相异， 但来源和基本结构却相同，叫做同源器官。但来源和基本结构却相同，叫做同源器官。 如：牛马的如：牛马的前肢前肢、蝙蝠的、蝙蝠的翼翼、鲸的、鲸的鳍状肢鳍状肢 等同源；哺乳

41、动物的三块听骨和鱼类的部分咽等同源；哺乳动物的三块听骨和鱼类的部分咽 弓同源。弓同源。 第一节第一节 生物进化的证据生物进化的证据 如：人类的手臂、牛马的前肢、鸟类的翅、蝙蝠的翼等同源；如：人类的手臂、牛马的前肢、鸟类的翅、蝙蝠的翼等同源； 第一节第一节 生物进化的证据生物进化的证据 第一节第一节 生物进化的证据生物进化的证据 同功器官同功器官(analogous organ)(analogous organ)： 是指两种动物身体上功用相同，形状相是指两种动物身体上功用相同，形状相 似，但来源和基本结构完全不同的器官。似，但来源和基本结构完全不同的器官。 第一节第一节 生物进化的证据生物进化的

42、证据 如：蜻蜓与鸟的翼如：蜻蜓与鸟的翼飞翔飞翔 第一节第一节 生物进化的证据生物进化的证据 重演律重演律表明表明 了动物的个体发了动物的个体发 育重演了系统发育重演了系统发 育的过程。育的过程。 第一节第一节 生物进化的证据生物进化的证据 1、生命共同起源的物质基础、生命共同起源的物质基础 组成生命的组成生命的元素元素和和化合物化合物大体是相同的，大体是相同的， 构成蛋白质的氨基酸都是构成蛋白质的氨基酸都是L-型的，型的， 核酸的结构和核酸的结构和三体密码三体密码也是一样的，也是一样的， 所有细胞都利用所有细胞都利用ATP 转化能量。转化能量。 第一节第一节 生物进化的证据生物进化的证据 2、

43、亲缘远近与化学结构的关系、亲缘远近与化学结构的关系 细胞色素细胞色素C C 的组成差异大小与亲缘关系的组成差异大小与亲缘关系 远近成正比。远近成正比。 血红蛋白血红蛋白氨基酸氨基酸的排列方式也是。的排列方式也是。 第一节第一节 生物进化的证据生物进化的证据 根据细胞色素根据细胞色素 C C氨基酸顺序制出氨基酸顺序制出 的系统树的系统树 细 菌 和 真 菌 昆 虫 植 物 脊椎动物 第一节第一节 生物进化的证据生物进化的证据 大猩猩大猩猩 各种动物与人血红蛋白质各种动物与人血红蛋白质链氨基酸组成差异数链氨基酸组成差异数 动物动物 差异数差异数 长臂猿长臂猿 罗罗 猴猴狗狗牛牛白白 鼠鼠 袋袋 鼠

44、鼠 蛙蛙七鳃鳗七鳃鳗 1 125 281525372746 第一节第一节 生物进化的证据生物进化的证据 黑猩猩人大猩猩 短尾猿 第一节第一节 生物进化的证据生物进化的证据 大熊猫等大熊猫等4种动物的抗体抗原反应种动物的抗体抗原反应 抗血清抗血清 血清血清 大熊猫大熊猫 小熊猫小熊猫 亚洲黑熊亚洲黑熊 马来熊马来熊 抗大熊猫抗大熊猫 抗小熊猫抗小熊猫 抗亚洲黑熊抗亚洲黑熊 抗马来熊抗马来熊 注：表示沉淀反应的强度，多，反应强注：表示沉淀反应的强度，多，反应强. 用用抗血清抗血清的沉淀多少也可测定动物与人的的沉淀多少也可测定动物与人的 亲缘远近。亲缘远近。 第一节第一节 生物进化的证据生物进化的证

45、据 第二节第二节 生命进化理论生命进化理论 所有生物是进化来的，所有生物是进化来的， 进化需要时间；进化需要时间； 复杂的生物是由简单的复杂的生物是由简单的 生物进化来的；生物进化来的； 物种之间是连续的，没物种之间是连续的，没 有明确的界限，物种只有明确的界限，物种只 有相对的稳定性；有相对的稳定性； 生物具有向上发展的本生物具有向上发展的本 能趋向；能趋向； 生物为了适应环境而发生物为了适应环境而发 生变异；生变异； 第二节第二节 生命进化理论生命进化理论 第二节第二节 生命进化理论生命进化理论 第二节第二节 生命进化理论生命进化理论 达尔文用达尔文用自然选择自然选择(natural se

46、lection)(natural selection)来解释来解释 生物的进化。这个学说归纳起来有如下生物的进化。这个学说归纳起来有如下5 5点：点： 1.1.遗传遗传 遗传是生物进化的遗传是生物进化的重要因素重要因素。遗传是生物。遗传是生物 的一个普遍特征，生物有了这个特征，物种才的一个普遍特征，生物有了这个特征，物种才 能能稳定稳定存在。存在。 第二节第二节 生命进化理论生命进化理论 2.2.变异变异 亲代与子代之间、同一亲本产生的各子女亲代与子代之间、同一亲本产生的各子女 之间都存在着之间都存在着差异差异。亲代与子代之间、同一亲。亲代与子代之间、同一亲 本产生的各子女之间都存在着差异。本

47、产生的各子女之间都存在着差异。 变异是变异是随机随机产生的。产生的。 第二节第二节 生命进化理论生命进化理论 3.3.繁殖过剩繁殖过剩 生物都有极生物都有极强大的生殖力强大的生殖力。 例：如果每一雌象一生例：如果每一雌象一生(30岁岁90岁岁)产仔产仔6头，头， 每头活到每头活到100岁，都能繁殖，岁，都能繁殖，750年后就可年后就可 有有19,000,000头子孙。头子孙。 自然界各种生物的数量在一定时期内都自然界各种生物的数量在一定时期内都 保持相对稳定保持相对稳定 第二节第二节 生命进化理论生命进化理论 4.4.生存斗争生存斗争 物种之所以不会数量大增，乃是由物种之所以不会数量大增，乃是

48、由 于生存斗争。于生存斗争。 种内斗争种内斗争 种间斗争种间斗争 环境斗争环境斗争 第二节第二节 生命进化理论生命进化理论 5.5.适者生存适者生存 不同的个体在不同的个体在形态形态、生理生理等方面存在着不等方面存在着不 同的同的变异变异。有的变异使生物在斗争中。有的变异使生物在斗争中生存下来生存下来， 有的变异却使生物在斗争中有的变异却使生物在斗争中不能生存不能生存。凡是生。凡是生 存下来的都具有适应性的变异，这就是适应性存下来的都具有适应性的变异，这就是适应性 的起源，即适应性是在选择中累积而成的。的起源，即适应性是在选择中累积而成的。 例：在常有大风的海岛上，例：在常有大风的海岛上，无翅

49、无翅的昆虫不的昆虫不 飞翔，不至被大风吹到海里，而有翅昆虫却在飞翔，不至被大风吹到海里，而有翅昆虫却在 飞翔时被风吹到海里而死亡。飞翔时被风吹到海里而死亡。 第二节第二节 生命进化理论生命进化理论 第二节第二节 生命进化理论生命进化理论 1859年年10月月24日日 贝贝 格格 尔尔 号号 18311836年 第二节第二节 生命进化理论生命进化理论 贝格尔号贝格尔号5年周游世界的路线年周游世界的路线 第二节第二节 生命进化理论生命进化理论 加拉帕格斯群岛达尔文地雀的喙形加拉帕格斯群岛达尔文地雀的喙形 第二节第二节 生命进化理论生命进化理论 第二节第二节 生命进化理论生命进化理论 第二节第二节

50、生命进化理论生命进化理论 第二节第二节 生命进化理论生命进化理论 第二节第二节 生命进化理论生命进化理论 费希尔（费希尔（R.A.Fisher），霍尔丹），霍尔丹 （J.B.S.Haldane）和赖特（）和赖特（S.Wright|）等）等 在孟德尔在孟德尔（Gregor Johann Mendel）和摩和摩 尔根（尔根（T.H.Morgen）遗传基础发展了）遗传基础发展了群体群体 遗传学。遗传学。 第二节第二节 生命进化理论生命进化理论 综合进化论有两个基本点综合进化论有两个基本点 1.1. 认为认为种群种群是生物进化的是生物进化的基本单位基本单位，进化，进化 机制的研究应当属于群体遗传学的研

51、究范围。机制的研究应当属于群体遗传学的研究范围。 2.2. 突变突变，基因重组基因重组，自然选择自然选择和和地理隔离地理隔离 是物种进化和物种形成的机制。是物种进化和物种形成的机制。 第二节第二节 生命进化理论生命进化理论 突变突变为新种的形成为新种的形成提供了原材料提供了原材料。但只有。但只有 极少数的突变是有利的，可以极少数的突变是有利的，可以作为作为进化的原进化的原 材料。突变是否有利，随所处环境而异。材料。突变是否有利，随所处环境而异。 突变突变 第二节第二节 生命进化理论生命进化理论 突变形成了基因重组，突变形成了基因重组，新基因形成的新新基因形成的新 种种通过通过自然选择自然选择能

52、适应的个体保留下来，能适应的个体保留下来， 不能适应的淘汰掉。不能适应的淘汰掉。 基因重组、自然选基因重组、自然选 择择 第二节第二节 生命进化理论生命进化理论 隔离隔离使生活在不同的使生活在不同的 环境中的物种，环境中的物种，性状逐渐性状逐渐 发生分歧发生分歧，形成不同的亚，形成不同的亚 种，进一步的地理隔离，种，进一步的地理隔离， 则有助于新种的形成。则有助于新种的形成。 地理隔离地理隔离 地理隔离的生物学意义在地理隔离的生物学意义在 于于阻止了遗传物质的交流。阻止了遗传物质的交流。 第二节第二节 生命进化理论生命进化理论 生殖隔离生殖隔离（reproductive isolation）是

53、指生物不能自由交）是指生物不能自由交 配或交配后不能产生可育性后代的现象。生殖隔离涉及配或交配后不能产生可育性后代的现象。生殖隔离涉及 一系列生理和生态隔离机制，包括生境隔离、时间隔离、一系列生理和生态隔离机制，包括生境隔离、时间隔离、 行为隔离、机械隔离、配子不亲和性、杂种不育、杂种行为隔离、机械隔离、配子不亲和性、杂种不育、杂种 衰退等。衰退等。 地理隔离和生殖隔离虽然都能阻碍不同物种或居群之间地理隔离和生殖隔离虽然都能阻碍不同物种或居群之间 进行遗传物质的交换，但进行遗传物质的交换，但两者之间有本质的区别。两者之间有本质的区别。 隔离机制隔离机制是指在遗传因素控制下形成的生物学特性，它是

54、指在遗传因素控制下形成的生物学特性，它 减少或阻止分布区重叠的类群间或同地个体间进行杂交减少或阻止分布区重叠的类群间或同地个体间进行杂交 繁育；而地理隔离虽对隔离不同居群有作用，但不是隔繁育；而地理隔离虽对隔离不同居群有作用，但不是隔 离机制，在某些情况下，外在地理障碍仅是建成内在隔离机制，在某些情况下，外在地理障碍仅是建成内在隔 离机制的前提条件。离机制的前提条件。 第二节第二节 生命进化理论生命进化理论 分子进化的中性学说分子进化的中性学说 ( (木村资生木村资生) ) 生物在分子水平上的进化不是由于自生物在分子水平上的进化不是由于自 然选择作用于然选择作用于“有利有利”突变，而是在连续突

55、变，而是在连续 的突变压下选择中性或非常接近中性的突的突变压下选择中性或非常接近中性的突 变，随机固定而成。变，随机固定而成。 第二节第二节 生命进化理论生命进化理论 第二节第二节 生命进化理论生命进化理论 一、人类起源于古类人猿（约一、人类起源于古类人猿（约600万年前）万年前） 二、人类的进化史（约二、人类的进化史（约300-360万年前）万年前） 1） 早期猿人阶段早期猿人阶段 2） 晚期猿人阶段晚期猿人阶段 3） 早期智人阶段（约早期智人阶段（约20万年前）万年前） 4） 晚期智人阶段晚期智人阶段 5） 现代人的人种现代人的人种 第三节第三节 人类的进化史人类的进化史 第三节第三节 人

56、类的进化史人类的进化史 类似狐猴的远古物种被称为类似狐猴的远古物种被称为“艾达艾达” What Makes us Different? Not very much, when you look at our DNA. But those few tiny changes made all the difference in the world 第三节第三节 人类的进化史人类的进化史 一、人类起源于古类人猿一、人类起源于古类人猿 倭黑猩猩在倭黑猩猩在80英尺英尺 高的的树上高的的树上行走行走， 手中握着水果。手中握着水果。 第三节第三节 人类的进化史人类的进化史 凡出现了较接近人类的化石出现时，

57、猿凡出现了较接近人类的化石出现时，猿 猴的化石便不见了。猴的化石便不见了。 起源的地点很可能是亚洲中部，包括北起源的地点很可能是亚洲中部，包括北 京周口店和原属亚洲大陆的爪哇。但也有化石京周口店和原属亚洲大陆的爪哇。但也有化石 在南非和东非发现。在南非和东非发现。 最新的研究认为人类起源于最新的研究认为人类起源于非洲非洲的猿猴。的猿猴。 第三节第三节 人类的进化史人类的进化史 1.1.人和猿的人和猿的骨骼十分相近骨骼十分相近：结构上看几乎完：结构上看几乎完 全相同全相同 2.2.人和猿的人和猿的痕迹器官痕迹器官比较：盲肠退化比较：盲肠退化 3.3.人和猿人和猿胚胎发育胚胎发育和和胎盘胎盘的比较

58、：前五个月胚的比较：前五个月胚 胎，盘形胎盘胎，盘形胎盘 4.4.人和猿的人和猿的生理生理、病理病理的比较：三维视觉、月的比较：三维视觉、月 经周期、血型经周期、血型 人类起源于古类人猿的证据人类起源于古类人猿的证据 第三节第三节 人类的进化史人类的进化史 人和猿的人和猿的骨骼十分相近骨骼十分相近：结构上看几乎完全相同：结构上看几乎完全相同 第三节第三节 人类的进化史人类的进化史 第三节第三节 人类的进化史人类的进化史 第三节第三节 人类的进化史人类的进化史 关于人类和黑猩猩的分化年代，我们的关于人类和黑猩猩的分化年代，我们的DNA 解析结果所给出的年代怎样对应于已知的化石解析结果所给出的年代

59、怎样对应于已知的化石 证据呢？这里最重要的是以证据呢？这里最重要的是以“露西（露西（Lucy）” 为代表的化石灵长类，南方古猿为代表的化石灵长类，南方古猿阿法种阿法种 （Australopithecus afarensis）。）。 第三节第三节 人类的进化史人类的进化史 第三节第三节 人类的进化史人类的进化史 在哈达地区发现了多块被认为是露西的同类猿人的化石。它们是在哈达地区发现了多块被认为是露西的同类猿人的化石。它们是300360300360 万年前的化石。发现露西的哈达在埃塞俄比亚的阿法（万年前的化石。发现露西的哈达在埃塞俄比亚的阿法（afarafar）地区，所）地区，所 以这些最早的双足

60、直立步行的猿人被称作为南方古猿阿法种，即阿法的猿以这些最早的双足直立步行的猿人被称作为南方古猿阿法种，即阿法的猿 人。这个猿人的体重为人。这个猿人的体重为25502550公斤，脑的大小和现在的非洲类人猿一样。公斤，脑的大小和现在的非洲类人猿一样。 露西身高露西身高1 1米，体重米，体重2525公斤左右。它们一部分脸和口盖的特征与黑猩猩相公斤左右。它们一部分脸和口盖的特征与黑猩猩相 似。总体上看来头骨接近于雌性的大猩猩，牙齿大而比黑猩猩的还要牢固。似。总体上看来头骨接近于雌性的大猩猩，牙齿大而比黑猩猩的还要牢固。 露西只有与黑猩猩并列的脑容量，大猩猩似的容貌，因为它是双足直立步露西只有与黑猩猩并