高中生物竞赛《生命起源与生物进化》课件

生命的起源与生物的进化LOGO一、生命的起源（一）、生命的本质观点1：生命就是由核酸和蛋白质组成的，具有自我更新与复制能力的多分子体系。观点2：生命是耗散结构，即从受精卵到成熟个体是一个熵减过程。一、生命的起源（二）、生命起源的条件原始地球条件：原始大气是还原性的（H2,NH3,CH4,水蒸气(H2O)，也可能有CO2,H2S等），没有氧气，最初形成的生命物质不会被氧化降解；能量输入——火山逸出的热能，太阳能（紫外线，辐射，可见光等），电能。电能最有效，它是电、高温与紫外线的混合能源。原始海洋，生命起源的主要场所一、生命的起源（三）、生命起源的化学过程1、无机小分子至有机小分子2、有机小分子至有机高分子3、有机高分子至多分子体系4、多分子体系至原始生命（三）、生命起源的化学过程1、无机小分子至有机小分子1953年，美国学者米勒根据原始地球的还原大气条件设计的模拟实验，验证了有机小分子在原始地球环境中生成的化学动力学过程。一周后，检测出5种氨基酸、不同有机酸、HCN等（三）、生命起源的化学过程2、有机小分子至有机高分子发生场所的争议观点一：火山附近高温条件下形成，后由雨水冲入原始海洋。观点二：发生在原始海洋氨基酸形成蛋白质、核苷酸形成核酸（三）、生命起源的化学过程3、有机高分子至多分子体系奥巴林的团聚体学说 蛋白质和核酸等生物大分子聚合在团聚体内并具有类似于膜那样的边界，其内部的化学特征显著区别于外部的溶液环境。团聚体是一种多分子体系，它具有一定的生命现象。福克斯的微球体学说 类蛋白体形成的微球体可以从外界吸收更多的生物多聚体分子，使得微球体上产生出芽，甚至形成新的微球体。脂球体学说 磷脂与蛋白质混合在一起形成外形类似于细胞并具有双层膜的结构。（三）、生命起源的化学过程3、有机高分子至多分子体系无论那种模式，“界膜”的形成非常重要（三）、生命起源的化学过程4、多分子体系至原始生命原始生命的最初形态观点一：以蛋白质为基础，无核酸美国物理学家戴森，计算机模拟发现在无核酸条件下，蛋白质可以随机组合形成，误差率小于25%。且有实验能证明蛋白质的前生命合成，无实验证明核酸的前生命合成。核酸后起源，且为寄生起源，以内共生途径与蛋白质共存，逐渐分工。观点二：以核酸为基础，无蛋白质（三）、生命起源的化学过程4、多分子体系至原始生命先有RNA还是DNARNA最可能成为最早的遗传物质实验显示，试管中RNA链可以自发地延伸和复制20世纪80年代初，切赫和奥特曼发现，某些RNA具有像酶一样的化学催化活性（1989年诺贝尔奖）DNA比RNA更稳定和复杂一、生命的起源（四）、生命起源问题的新争论1、关于原始大气的成分。氨基酸等有机小分子物质来源于陨石。2、生命起源时间；距今35亿年前距今37－38亿年前二、生物的进化（一）生物进化的理论1.拉马克的进化学说用进废退，获得性遗传2.达尔文的自然选择学说二、生物的进化（一）生物进化的理论3.杜布赞斯基的综合理论1937年首次提出，又叫“现代达尔文主义”。后修改，1970年提出“新综合理论”4.木村资本生的中性突变学说中性基因在种内的积累不是由于自然选择，而是由于遗传漂变导致的偶然固定；决定分子进化的主导因素是那些对生物生存既无利、又无害的“中性”基因；中性基因的进化速率对所有生物是一致的。二、生物的进化（一）生物进化的理论4.木村资本生的中性突变学说中性基因可能有以下几种情况：氨基酸序列改变、性状变异，但无选择意义(中性性状)；氨基酸序列改变，但蛋白质功能不发生改变(中性突变)；氨基酸序列不改变(同义突变)。非功能性DNA顺序中的突变二、生物的进化（二）生物进化的证据1.古生物学证据化石：遗体、遗物、遗迹、模铸、微体、超微体化石化石地质年代的测定：地质年代是指地壳上不同年代的岩石在形成过程中的时间和顺序。测定方法，放射性同位素法，常用铀－238，碳－14、钴－60，铂－206等。二、生物的进化（二）生物进化的证据2.胚胎学证据比较胚胎学即不同生物胚胎发育过程的变化研究也揭示了一些不同的生物是由同一个祖先进化而来的事实。亲源关系相近的生物在它们发育过程中有相同的发育阶段。（重演）二、生物的进化（二）生物进化的证据2.胚胎学证据俄国胚胎学家贝尔比较不同脊椎动物的胚胎发育，得出的结论，P126二、生物的进化（二）生物进化的证据3.比较解剖学的证据对不同种群生物的个体解剖结构进行比较。在一些不同种群生物中，某些器官即使行使不同功能，它们在解剖结构上也具有相同或相似性，反映出这些生物之间具有的亲源关系和从某个共同祖先进化来的轨迹。（同源器官）还有同功器官。退化器官痕迹、反祖现象二、生物的进化（二）生物进化的证据5.生理学上的证据生理学研究提供的进化证据主要是血清的鉴别。例如，用狗的血清注射到家兔的血液内，家兔会产生抗体，用这种具有抗体的血液制成的血清称为抗血清。再把家兔的抗血清分别与狗、狼、狐、牛的血清混合，结果发现狗的血清发生的沉淀最多，狼的血清沉淀少一些，狐的血清沉淀更少一些，而牛的血清没有发生沉淀。这说明家兔抗血清中的抗体与几种动物血清发生了作用，狗和狼的血清沉淀多，说明它的血清蛋白的结构和性质相似，则亲缘关系很近；狗与孤和牛相比，则血清蛋白的差别就较大，其亲缘关系较远。再如，把人的血清作为抗原注入家兔体内，分离出抗血清，再用家兔的抗血清检验人、黑猩猩、佛狒和猪等动物的血清，得到的结果见上表（表中的百分数表示沉淀的多少）。根据表中的百分数就可以得知，动物亲缘关系越近，沉淀量就越大，反之，沉淀量就越小。二、生物的进化（二）生物进化的证据6.分子生物学上的证据遗传密码的通用性说明，自然界所有生命形式都是相互关联的。亲源关系近的生物，其DNA或蛋白质有更多相同性。反之亦然。利用分子生物学技术对不同生物同种蛋白的氨基酸序列分析是一种分析和判断生物之间亲源关系和进化顺序的先进手段。二、生物的进化（二）生物进化的证据6.分子生物学上的证据除了蛋白质氨基酸序列的分析外，DNA同源序列分析和DNA多态性分析等也已成为判断生物之间亲源关系和进化顺序的常用手段。分子生物学证据例：人类与其他几种脊椎动物血红蛋白多肽链的氨基酸序列差别人—猴子：8人—鼠：30人—八目鳗：125二、生物的进化（二）生物进化的证据7.遗传学上的证据遗传学研究表明，亲缘关系相近的生物之间染色体的结构具有相似性，这可以成为生物进化的证据之一。另外，相似种的染色体数目常常相近，如人的体细胞中有46条染色体，猩猩和黑猩猩的体细胞中都有48条染色体。在高等植物中，染色体的多倍化，可形成具有亲缘关系的类群。例如，小麦的染色体基数为7，而单粒小麦、二粒小麦和普通小麦体细胞中的染色体数分别是14、28和42，这三种杂色体核型形成了一个系统，说明它们之间的亲缘关系。二、生物的进化（二）生物进化的证据7.遗传学上的证据对于细胞减数分裂中染色体配对联会的研究，也可以说明近亲种间的亲缘关系。例如，将两种果蝇杂交，观察杂种的染色体，可以发现在减数分裂第1次分裂的联会时期，有的部分是可以配对的，有的部分不能配对。能配对的部分说明具有相同的遗传物质、相同的基因序列。能配对的部分越多说明杂交的两个亲本的亲缘关系越近。目前，科学家已经把许多种果蝇进行杂交来鉴定它们之间的亲缘关系。二、生物的进化（三）生物进化的机制（综合理论）1.种群生物进化的基本单位2.基因频率的变化是生物进化的根本原因3.进化机制（1）.突变和染色体变异为生物进化提供了原材料（2）.自然环境起到了定向选择作用（3）.隔离导致了新物种的形成基因频率一个群体内某特定等位基因占全部等位基因总数的比例，也称为基因频率。在一个个体数为N的二倍体生物群体中，一对等位基因(A,a)的共有2N个基因座位，两种基因的频率如下表所示：基因频率等位基因基因基因频率A2D'+H'(2×30＋60)p=(2D'+H')/2ND+½Ha2R'+H'(2×10＋60)q=(2R'+H')/2NR+½H2N(200)11基因型个体数基因型频率AAD'(30)D=D'/N(30/100)AaH'(60)H=H'/N(60/100)aaR'(10)R=R'/N(10/100)N(100)1遗传平衡定律的提出与内容英国数学家哈迪与德国医生温伯格(1908、1909)分别推导出随机交配群体的基因频率、基因型频率变化规律——遗传平衡定律(哈迪-温伯格定律)：在一个完全随机交配的大群体内，如果没有其他因素干扰时，群体的基因频率与基因型频率在生物世代之间将保持不变。群体遗传平衡的条件种群是极大的；种群个体间的交配是随机的；没有突变产生；种群之间不存在个体的迁移或基因交流没有自然选择。♀♂A(p)a(q)A(p)AA(p2)Aa(pq)a(q)Aa(pq)aa(q2)遗传平衡定律可以写成：(p+q)2=p2+2pq+q2=1(p+q+r)2=p2+q2+r2+2pq+2pr+2qr=1（复等位基因）二、生物的进化（四）生物进化的趋势1.由少到多2.水生到陆生3.简单到复杂4.低级到高级人类的起源和发展人的细胞结构属于真核细胞、异养、组织器官发达、能运动、动物界。人归属于脊椎动物亚门、哺乳动物纲、灵长目、人科、人属。 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。

人在生物界的地位和特征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

从猿到人新生代早期哺乳动物从类似食虫树类哺乳动物中进化出最早的灵长类动物。为了适应树林中的生活环境，最早的灵长类身体较小，栖息在树上，善于在树林中跳跃、攀缘、以昆虫为食。“手”逐渐发达起来。一对眼睛并列于脸的前方，灵长类开始具有复杂的社会行为。

灵长类的进化最早出现的灵长类是5000万年前的原猴类。在第三纪末期气候变得寒冷和干燥，原猴类逐渐绝灭，少数演化成现代的猴类。

灵长类的进化人猿类是在大约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。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。

原始人的进化约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。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；

人类的进化直立人经历了大约150万年的历史以后，出现了现代的人种—智人。25万年至4万