生物的起源与进化

生命是宇宙中最绚丽的花朵，今天的人们比以往任何时候都热爱生命，珍视生命；生命运动是宇宙中最神妙的音乐，今天的人类比以往任何时候都对生命满怀向往，饱含探索的渴望与热情。科学技术的整体发展为人类探索生命提供了手段，使人类深入了解生命世界，揭示生命科学的真谛成为可能.第十章生命的起源与进化生命的起源-----曾被认为是20世纪十大科学之谜之一，或许在21世纪它仍是难解之谜。地球上生命的起源神创论自然发生说化学进化学说代表人物：米勒等宇生说生命热泉起源学说……你更支持哪种推测？广为接受的生命起源学说

——新的自然发生学说：1924年苏联生物学家奥巴林发表<<生命起源>>专著。1929年英国遗传学家霍尔丹也提出类似观点。1936年奥巴林专著再版，他提出的生命起源学说引起世界重视。按照这个学说，生命是在长时期宇宙进化过程中发生的，是宇宙进化的某一阶段无生命的物质所发生的一个进化过程，而不是在现在条件下由非生命的有机物质突然产生的。所以，生命起源大约发生在距今45—35亿年间。现代科学的观点是：生命一定是在地球诞生和进化的过程中，从非生物产生出来的。也就是化学进化学说：生命起源于原始地球上的无机物，由无机到有机，由简单到复杂，通过一系列的化学进化过程，在极其漫长的时间内，非生命物质经过极其复杂的化学过程，慢慢演变为原始生命体。一、生命的化学起源过程（一）生命前的化学进化46亿年以前的原始地球是炽热的，组成地球的元素多呈气体状态蟹状星云表明了宇宙形成的“大爆炸”理论的可能性1、生命物质的原料的产生（原始大气的形成）原始地球地球表面温度逐渐降低，形成地壳后,火山喷发出的二氧化碳、水蒸气、氨、甲烷等气体组成了原始大气原始大气中的水蒸气遇冷形成降于地表，集聚成原始海洋2.从无机分子生成有机小分子几十亿年前，荒凉的地球上只有一些简单的化学材料，在原始地球各种自然能源如太阳紫外线辐射、雷电等强大的作用下，原始大气中甲烷、氨、水蒸气等简单分子，合成为氨基酸、核苷酸、含氮碱基和糖等有机小分子，在原始海洋中积累下来。这就是奥巴林和哈尔达内所说的“原始汤”。米勒的实验证明了什么

？？？？？

用米勒实验装置进行实验，进行火花放电，结果生成了氨基酸。实验表明：在生命起源过程中，从无机物生成有机物的化学进化过程是完全可能的。3.从有机小分子合成有机大分子从有机物小分子到有机大分子物质。在原始海洋的“浓汤”中，有机小分子又进一步构成有机大分子，大量的氨基酸脱水聚合为蛋白质分子，大量的核苷酸分子脱水聚合为核糖核酸分子，形成原始的蛋白质和核酸等生命物质。蛋白质和核酸等生物分子是生命的物质基础。有机大分子是指什么？主要是指蛋白质、核酸如何形成呢？4.从有机大分子组成多分子体系随着“原始汤”越来越浓，有机高分子物质越来越多，它们相互作用，凝聚成与原始海洋环境分隔开的小滴，这种独立体系即多分子体系。它能够与外界进行原始的物质交换活动。

多分子体系的特点？（1）有原始的界膜（2）能进行原始的物质交换

5.从多分子体系演变为原始生命多分子体系经过长期不断的演变，特别是蛋白质和核酸这两大主要成分的相互作用，终于形成了原始生命。这个时候，就由生命起源的化学演化阶段进入了生命出现以后的生物进化阶段。这是距今30亿年前的事情。但是对于生物大分子物质如何相互作用形成多分子体，进而演变为原始生命形态，还没有人证实过。这个神秘的化学演化第四阶段因而成为研究的焦点，

原始生命的特点是什么？（1）有新陈代谢作用（2）能进行繁殖生命的起源无机小分子物质生成形成组成演变第一阶段场所实验第二阶段场所过程第三阶段场所过程第四阶段场所过程

原始大气1953、美国米勒

原始海洋聚合、缩合原始海洋原始海洋浓缩、凝聚长期演变、相互作用特点特点原始界膜和原始的物质交换原始新陈代谢和繁殖有机小分子物质有机大分子物质多分子体系原始生命生命起源（二）生命热泉起源说

随着深海探测的深入研究，特别是20世纪70年代对加拉巴哥斯群岛（GalapagosIslands)洋中脊的火山喷口的研究，表明海水在深海烟囱（deep-seavent）中经历了巨大的温度和化学梯度的变化，可能形成多种溶解物，包括原始生物化学物质。因此，美国霍普金斯大学的地质古生物学家斯坦利（S.M.Stanly，1985）提出生命的深海底烟囱起源说。据美国《华盛顿邮报》最近（1992）报道，加利福尼亚大学洛杉矶分校的分子生物学家詹姆·莱克在大洋底烟囱附近找到了在黄石公园热泉里生存的嗜硫细菌，为海底烟囱热泉生命起源的非常规理论提供了证据。

热泉生态系统之所以与生命的起源相联系，主要基于以下的事实：

(1)现今所发现的古细菌，大多都生活在高温、缺氧、含硫和偏酸的环境中，这种环境与热泉喷口附近的环境极其相似；

(2)热泉喷口附近不仅温度非常高，而且又有大量的硫化物、CH4、H2和CO2等，与地球形成时的早期环境相似。二.生物的进化（一）生物进化的证据

进化含有连续变化的意思，而这种变化又带有定向的成分，进化即朝一定方向变化的趋势。生物从共同祖先由低级到高级，由简单到复杂逐步分化演变的过程叫进化（evolution)。1.古生物学上的证据根据古生物学和地质学的研究，各种地质年代的地层理分布着的化石记录了生物进化的历程，成为进化的直接证据。化石是指保存在地层中的古代生物的遗体、遗物或遗迹。由于某种原因被埋藏在地层中，经过若干万年的复杂变化形成的。琥珀化石过渡类型生物化石的发现，是生物进化最有力的证据，如在中生代地层中发现的始祖鸟化石就是一例。始祖鸟是原始的鸟类，体表被羽毛、前肢变成翼、足有四趾，三趾向前、一趾向后，这是鸟类的特征。但始祖鸟口内有牙齿、翼上有三个指，指端有爪、还有一条由脊椎骨组成的长尾，而这些又是爬行动物的特征。始祖鸟化石证明了鸟类是由爬行动物进化而来的。始祖鸟复原图始祖鸟

有牙齿、爪被覆羽毛，有翅膀、嘴外形像鸟喙——像鸟——像爬行动物资料二34亿年前的生物化石9亿~7亿年前的生物化石6亿年前的生物化石5亿年前的生物化石恐龙的遗体化石古生物学揭示了生物由少到多、结构由简到繁、由低等到高等的进化顺序和规律。

仔细观察几种脊椎动物前肢骨骼模式图，比较脊椎动物前肢骨骼的基本组成，你能发现他们的共同之处吗？从中你能得出什么结论？2.比较解剖学证据

同源器官

是指具有不同的功能和外部形态，但却有相同的基本结构的器官。如：蝾螈和鳄的前肢；鸟类的翅和哺乳类的前肢以及人的手臂。

同源器官在构造及发育上的一致性说明这些动物起源于共同的祖先，具有相似的遗传基础。

痕迹器官

是指生物体在进化过程中，有些作用不大，但依然存在的器官。如：人的盲肠、阑尾、耳肌和尾椎骨等。

说明人类祖先内存在这些器官，由于适应新的环境这些器官无用而逐渐退化了。痕迹器官的存在，也证明了进化中的亲缘关系。3.胚胎学上的证据

鸡和人等脊椎动物的祖先是相同的，都是由水生的鱼类进化而来的。从胚胎学上得出的结论：从鱼类、两栖类、爬行类、鸟类到哺乳类和人，它们的早期胚胎很相似，都具有鳃裂和尾。这说明脊椎动物也具有共同的祖先，它们均来自用鳃呼吸、有尾的水栖动物祖先，而人类则是从有尾的动物发展而来的。4.分子生物学证据除上述四个证据外，生理学、遗传学和生物地理学也为生物进化提供了新证据。根据细胞色素C分子中氨基酸顺序的差异，可以得知这一分子的基因核苷酸顺序的差异，依此也同样反映出不同生物之间的亲缘关系。差异越小，亲缘关系越近；反之，差异越大，亲缘关系越远。（二）、生物进化的理论生物为什么会进化？达尔文继承了进化论先驱的思想，综合当时自然科学的成果，创立了生物进化的理论——达尔文进化学说。现代所有的生物都是从过去的生物进化来的；自然选择是生物适应环境而进化的原因—适者生存。自然选择的理论是达尔文进化论的核心，它解释了生物进化的机理达尔文达尔文是世界近代史上最伟大的生物学家之一，他在观察、研究大量动物的基础上，于1859年出版了震惊学术界的巨著《物种起源》。他认为，生物最初是由非生物发展起来的，现存的各种生物拥有共同的祖先。自然界中的生物，通过激烈的生存斗争，适应者生存下来，而不适应者则被淘汰掉，这就是“自然选择”。生物正是通过遗传、变异和自然选择，从低级到高级，从简单到复杂，种类由少到多地发展着、进化着。达尔文关于生物进化的关点，已成为现代生物学的经典理论。

你们了解我吗？达尔文对家鸡品种起源的解释：人们经过很多年饲养野生原鸡，先驯化成家鸡，以后家鸡不断地发生变异，人类根据自己的需要(如需要下蛋多的鸡、需要产肉鲜嫩的鸡、需要美丽羽毛的鸡等)进行选择，分别留种进行繁殖。在后代再根据自己的需要选择、再培育、这样一代代地选择和培育，结果形成了蛋用鸡、肉用鸡和羽毛美丽的观赏鸡等。1、达尔文进化学说（1）人工选择达尔文进化学说的核心是自然选择，自然选择的建立是受到人工选择学说的启发，达尔文认为人工选择包括变异、遗传和选择三个因素。人工选择导致家养狗的形态各异古代英国牧羊犬伯恩山犬狐狸犬俄罗斯牧羊犬哈士奇松狮犬京巴（2）自然选择1、繁殖过剩2、生存斗争3、遗传变异4、适者生存通过对人工选择的研究，达尔文提出了自然界各种物种起源也有一个相似的选择过程，就是自然选择。过度繁殖

因此按照理论计算，即使是繁殖很慢的动、植物，也会在不太长的时期内产生大量的后代而占满整个地球。可见，生物普遍具有过度繁殖的能力。

——过度繁殖

虽然生物的繁殖能力很强，但其赖以生存的各种资源都很有限，任何生物要想生存下去，就得为获取足够的食物、空间等而进行生存斗争。——生存斗争由于生存斗争的存在，生物个体的数量不会无限增多。生物个体之间为争夺有限的生活条件进行的相互斗争，以及生物与无机自然环境之间的斗争，赖以维持个体生存并繁衍种族的自然现象。斗争的结果是生物大量死亡，少量存活。生存斗争对生物个体往往有害，但对生物物种是有利的。生存斗争包括:

种内斗争种间斗争无机条件的斗争无机条件指自然界中的水分、温度、湿度、光和空气等理化因素。如动物的冬眠特性就是对寒冷的斗争；沙漠中的植物，叶子退化、根系发达，这是对干旱的斗争；种间斗争是指不同物种之间相互争夺食物和空间的斗争，如作物和杂草之间争夺阳光、水分、养料和土壤的斗争。狼吃羊、羊吃草等都是种间斗争；种内斗争是指同一物种个体之间，争夺生活场所、食物、配偶或其他生存条件的斗争。达尔文认为，同种生物由于要求相同的生活条件竞争最为激烈，因此他认为由于繁殖过剩引起的种内斗争是生物进化的动力。生存斗争——秃鹫在争斗生存斗争——猎豹在追捕瞪羚生存斗争——狮子和大象争夺水源生物进化的基础：遗传和变异在自然界中，每个生物个体都有遗传和变异的特性，生物在繁衍过程中会不断产生变异。——遗传变异遗传变异——昆虫抗药性的产生在这些变异个体中，能够适应当时环境的就是一种有利变异,它们容易在生存斗争中获胜继续生存下去，并通过繁衍把这些有利变异遗传给下一代。反之，那些不适应环境的不利变异的个体，则很容易在生存斗争中失败而死亡。——适者生存适者生存——叶尾壁虎的保护色适者生存——竹节虫的拟态适者生存——秘鲁叶状螳螂的拟态为什么极地狐狸的耳朵短而圆？为什么非洲狐狸的耳朵长而大？答案：极地狐狸的耳朵短而圆可减少热量的流失。而非洲狐狸的耳朵长而大，有利于在炎热的环境中散热。犬类祖先经过自然选择产生

5种犬科动物生物性状和特征变化往往是环境和遗传相互作用的结果，例：长颈鹿的进化自然选择与人工选择自然选择你的一些羊逃到了附近的森林里，他们唯一的天敌是狼。狼在夜间捕食，经常捕捉到那些鲜艳的白色绵羊，很快森林中的绵羊都是什么颜色的？人工选择

把自己想象为一位牧民，你有一群绵羊，一半是白色的，一半是黑色的。如果白色的羊毛好卖，你会怎样做？这样做的结果如何？总结:自然界中的生物，通过激烈的生存竞争，适应环境的生存下来，不适应环境的被淘汰，这就是自然选择。所以目前在地球上生活的各种生物大多是适应环境的。自然界的环境有各种类型，不同类型的环境对生物的差异进行选择，形成了适应不同环境的生物，同时，也产生了生物的多样性。环境是不断变化的，变化的环境选择生物进化的方向，环境的选择造成了基因频率的定向改变，导致生物朝着一定的方向缓慢地进化。由此可见，自然选择决定生物进化的方向。现代达尔文主义是在达尔文自然选择学说、基因学说、群体遗传学的基础上，结合生物学其他分支学科的新成就而发展起来，故称为现代综合进化理论。此理论认为进化是在群体中实现的，进化的原材料是突变。通过突变、自然选择和隔离的综合作用，导致新类型的产生。5.综合进化论（现代达尔文主义）(1)种群基因库的突变生物进化的单位不是个体而是种群。生物种群中一般都有杂种性。在一个种群中，能进行生殖的个体所含有的全部遗传信息的总和，称为基因库在自然界中，种群基因库的演变是不可避免的，基因突变是使种群基因演变的主要原因。基因突变平时不常发生，但从几十亿年生物历史来看，还是不少的。当突变发生，就会引起基因库的改变，为生物进化提供丰富的原料，X光、紫外线、化学诱变剂等可引起突变。(2)自然选择的主导作用

基因突变的方向是不定的，但在自然选择的作用下，不定向的变异可以纳入定向。也就是说，种群所发生的定向变异，是由选择作用造成的。同时还可以通过选择作用使种群的定向变异积累，从而改变生物的类型。这就是自然选择的主导作用，即创造新物种的作用。蛾类的工业黑化是现代达尔文主义解释自然选择的著名例子。英国的花椒娥是夜行性动物，白天通常栖息在有地衣覆盖的树干和石块上，在这种背景下，浅色可作为保护色，有利生存。到1948年，花椒蛾的有关报导还是浅色的。直到1950年，在英国工业中心曼彻斯特，首次报道有黑色型的突变，这种个体在群体中占的比例极低。随着烟尘和废气的工业污染，使地衣死亡，而树皮裸露，花椒蛾栖息的背景由浅色的地衣变成深色的树干，使浅色蛾类失去对鸟类捕食的保护，于是黑色突变型得到很快发展。仅在曼彻斯特就达到90%以上。(3)隔离在物种形成中的作用隔离是阻止不同种群在自然条件下相互交配的机制。当自然选择引起种群分化时，如果没有隔离机制使分化的种群之间断绝基因交流，就不能形成新种。①地理隔离地理隔离是指种群占据不同的分布区，由于地理上的屏障，如海洋、河流、高山、沙漠、森林等都可使不同种群不能自由交配。例如我国的东北虎和华南虎，由于分布的两地区相距很远，中间辽阔的地带起了隔离作用。由于生活在不同环境里，通过自然选择，产生了性状分歧，东北虎适应东北寒冷的气候，躯体高大、体毛细长，因长期的地理隔离，两者性状差别增大。②生殖隔离生殖隔离是由于地理隔离造成自然选择的方向不同，使彼此隔离的种群的遗传特性，朝着不同的方向发展，进而使种群之间不能杂交，或杂交后不育，这样它们就成了不同的种了。生物进化的路线原核细胞——真核细胞——单细胞原生生物——多细胞生物——植物和动物两支植物沿着菌藻植物——苔藓和蕨类植物——裸子植物——被子植物的方向进化。动物则从无脊椎动物，再沿着鱼类——两栖类——爬行类——鸟类和哺乳类动物方向发展，最高级的哺乳动物是猿类。距今约四五百万年前，人开始从猿类中分化出来，这就到了进化树的最顶端。(三)、生物进化的历程前寒武纪——34亿年前：单细胞原核生物20亿年前：单细胞真核藻类

8亿年前：多细胞生物古生代——寒武纪：生物大爆发，藻类、蕨类、软体动物、棘皮动物奥陶纪和志留纪：植物由水生到陆生的进化泥盆纪：鱼类大发展、昆虫和两栖动物兴起石炭纪：两栖动物繁盛，爬行类兴起、动物由水生到陆生中生代二叠纪：裸子植物繁茂三叠纪：裸子植物开始占优势早期哺乳动物出现。大陆开始漂移。侏罗纪：原始鸟类（始祖鸟等）出现。古代哺乳动物、裸子植物占优势。白垩纪：大多数大陆分隔开来，恐龙在本期结束时灭绝。最早的蛇类出现并发生适应辐射。具有现代鸟类特征的黄昏鸟出现。被子植物和哺乳类开始多样化，有袋类与有胎盘类哺乳动物开始分化。新生代---第三纪：被子植物大规模的多样化，昆虫发生适应辐射，并形成了大多数的现代科，脊椎动物的许多现代科已经形成。第四纪：冰川反复出现，大型哺乳动物（如剑齿虎、猛犸象、大型的美洲野牛等）绝灭，人类出现。生物进化的主要时期太古代元古代古生代中生代新生代1.前寒武纪时期前寒武纪又称前古生代，指寒武纪或古生代以前即距今5.7亿年以前的地质时代，是地球历史最早的地质阶段。地质学家把漫长的前寒武纪分为太古代、元古代两部分。（1）前寒武纪时期（始于约35亿年前）：原核单细胞→真核多细胞2.古生代早古生代指整个古生代的前半期，包括寒武纪、奥陶纪和志留纪三个纪，始于距今约5.7亿年，结束于距今约4亿年。出现于寒武纪（约5.3亿年前）生物大爆发时期，除了低等植物藻类外，大量代表现生各个动物门类的动物同时突然出现，而在寒武纪之前，还没有出现过这些动物。寒武纪时三叶虫特别繁盛，因此寒武纪有被称为“三叶虫时代”

寒武纪初期的云南澄江动物群晚泥盆世时，古总鳍鱼类进化成为最早的两栖动物-鱼石螈。石炭纪开始于三亿年五千万年前，是重要的造煤时代。石炭纪时地球上温暖潮湿的地方长满郁郁葱葱的森林。石炭纪森林中的昆虫有体型巨大古蜻蜓，两栖动物有壳椎类和迷齿类的石炭螈。2、古生代时期（约始于5.44亿年前）:

植物：藻类→裸蕨类→蕨类动物：无脊椎动物→鱼类→两栖类、有翅的昆虫

3.中生代（三叠纪-侏罗纪-白垩纪）：生物演化最为特殊，主要是爬行动物大为发展，不仅陆上出现大型爬行动物，有一些还重回海洋，而另一些则能在空中活动，所以中生代曾被称为爬行类时代，而鸟类、有袋类和有胎盘的哺乳动物也开始发生。植物以裸子植物的苏铁、银杏为最繁盛，所以中生代又称为裸子植物时代中生代时期：（始于2.45亿年前）

裸子植物和爬行动物繁盛，哺乳动物和鸟类开始出现4.新生代：约开始于6700万年前，延续至今。可划分为第三纪和第四纪两个纪。这个时期的生物已接近现代，脊椎动物的特征是哺乳动物的兴起和繁盛，后期出现了人类。植物以被子植物为主。新生代时期（始于6640万年前）：被子植物和哺乳类、鸟类占优势说明：约400～600万年前，灵长类动物的一支进化成人类。生物进化过程的树状图谱三、人类起源人，是从哪里来的？古时候，科学不发达，人们对此不能作出科学的解释，于是，许多民族都有神创造人的传说。女娲掘起一团黄泥，掺和了水，在手里揉团成了第一个娃娃模样的小东西……她想了一个绝妙的创造人类的方法。她从崖壁上拉下一条枯藤，伸入一个泥潭里，搅成浑黄的泥浆，向地面这么一挥洒，泥点溅落的地方，就出现了许多小小的叫着跳着的人儿，和先前用黄泥捏成的小人儿，模样一般无二。……大地虽然有了人类，女娲的工作却并没有终止。她又考虑着：人是要死亡的，死亡了一批再创造一批吗？后来她终于想出了一个办法，就是把那些小人儿分成男女，让男女配合起来，叫他们自己去创造后代。这样，人类就世世代代绵延下来，并且一天比一天加多了。女娲造人上帝造人伊甸园里，上帝创造了天地和万物以后，在第六日造人。耶和华上帝按照自己的形象，用地上的尘土造出一个人，往他的鼻孔里吹一口气，有了灵，人就活了，能说话，能行走。上帝派亚当修理和看守伊甸园。伊甸园里有各种各样的飞禽走兽，可是都没有名字。上帝叫它们统统到亚当面前听令。这许多动物，统归亚当一个人管，怎么能管得过来。上帝从亚当身上取下一根肋骨，又把皮肉重新合起来。上帝用取下的肋骨造成一个女人，领到男人面前。亚当和妻子住在伊甸园里，无忧无虑，过着和谐美满的日子。(一)从猿到人大量证据表明，人类与现代类人猿有着密切的亲缘关系。现代生存的有非洲的黑猩猩和大猩猩、东南亚的猩猩，以及我国南方的长臂猿四种类人猿。它们与人类有许多相似之处。古人类学家指出，人类和现代类人猿的共同祖先是生活在距今2000万～3000万年前的森林古猿。大约距今1500万年前，森林古猿中的一支，演变成腊玛古猿。目前，不少学者认为腊玛古猿是从猿到人过渡阶段的早期代表。腊玛古猿的化石，已在肯尼亚、印度、巴基斯坦、土耳其和我国等地区发现。腊玛古猿能用手使用天然工具进行取食和防御、下肢能直立行走。腊玛古猿又开始分化，其中一支发展成南方古猿，约距今500万年前，南方古猿发展得相当昌盛。在南非、东非和我国鄂西都发现南方古猿的化石。（二）人类发展的基本阶段1、早期猿人(能人)阶段(300万～150万年前)

早期猿人的基本特点是：脑容量比古猿大，达680～800ml，能制作简单的砾石工具，虽能直立行走，但骨骼构造尚保留原始性。例如，在坦桑尼亚发现的能人化石，我国四川巫术猿人化石等。2、晚期猿人(直立人)阶段(200万～20万年前)

晚期猿人脑容量继续增大，约1000ml，两足行走的姿势已接近现代人，能制造较前阶段进步的石器，并已普遍用火。例如，印尼爪哇猿人，我国的北京猿人、云南元谋猿人、陕西蓝田猿人和江苏南京猿人等。3、早期智人(古人)阶段(25万～4万年前)

早期智人的许多特征更接近于现代人，如脑容量已达现代人水平，但仍带有一定程度的原始性。他们能制作较进步的石器，并能人工取火。4、晚期智人(新人)阶段(距今4万年前开始)

晚期智人和早期智人在形态上的主要差别在于晚期智人的前部牙齿和颜面部都较小，眉脊降低，颅高增大，额部隆起。四肢的特点是前臂比上臂长，小腿比大腿长。脑很发达，已有相当的智力，除会制造石器外，还能制造骨器、角器和复合工具。晚期智人能用兽皮缝制衣服，能造简单的房子，出现了雕刻和绘画艺术，生产上从采集和狩猎向耕种和放牧。晚期智人出现男女分工，男人打猎捕鱼，女人采集和管理氏族内务。人类的进化现发现的9类人种1

卢多尔夫人（Homo

rudolfensis，约240至160万年前，东非）：1972年英国著名的古人类学家理查德·李基的工作组在肯尼亚北部的土卡那湖东边发现一只卢多尔夫人的下颚骨。卢多尔夫人属于最原始的人属水平：他们的面部平且宽；后犬齿极宽，牙冠、牙根也较复杂，牙釉质较