第+12-13+章生物与环境和起源进化第10次课....ppt

能量流动的特点，提醒人们科学地利用草原进行放牧（应该相信10%的规律）！所以素食者比肉食者节约能源地球上丰富的氮气，！不能直接被植物利用细菌在氮气循环中起重要作用,岩石风化和水土流失是沉淀物循环中重要因素物质循环包括：水、气体和沉淀物循环水循环：河流大海云降雨1、人类是生态稳定性的最大破坏者二、呼吁环保意识和生态意识1）理由：破坏了生态系统重要组成 生物多样性！工业化污染，环境污染(水，大气)；乱砍乱伐，栖息地丧失和片断化；不合理种植，农林业品种单一化；乱杀无辜追求野味餐桌，掠夺式的过度利用；外来物种引入，食人鱼！世界面临几大危机？世界面临几大危机？2）世界面临的几大危机人口粮食资源环境能源生物多样性受到严重威胁！Why 自然界对人类报复，人类一直未意识到！酸雨：主要来自工业燃煤和燃油成的生 SO2 和 NO2(pH5.6(pH5.6)造成结果？各种生物在生态系统中，都扮演不同角色：生/消/分解者 臭氧(O3)不稳定气体，能与很多物质反应，本身被还原为O2。臭氧在大气层浓度低，在大气平流层中含量高臭氧层；臭氧层可吸收掉太阳光中紫外线的99。（O3层破坏似屋顶开窗）20世纪70年代发现臭氧层中的臭氧减少，而造成皮肤癌发病率。影响臭氧层自然平衡的化学反应物近万种，氟氯化碳(CFCl)能极快破坏臭氧层。2、人类文明发展常带来两个后果（过去未重视）1）资源消耗增加 2)垃圾、废弃物增多2012.4报道，我国发展中国家餐饮业粮食浪费惊人，够2亿人吃一年！2）有毒气体泄漏：1984年12月，印度一家化工厂，使 3千人死亡，1.7万人因中毒致残。4）采矿污染：1986 年 10 月，江西省修水县上桥乡发现金矿，竞相开采。1991 年 陆续出现 100 多名矽肺患者。1998 年 18 人死于矽肺。3）射线泄露：1986年乌克兰切尔诺贝尔核电站泄漏，估计至数千人死亡。2011日本福岛5）再生原料加工污染：2004年2月26日，河北文安再生塑料加工厂(几百个家庭作坊)原料各种用过塑料瓶桶 产品食品袋及各种瓶(油，饮料)市场北京！6）食品加工污染：20/2,2004津西青某食品厂 原料病猪 产品烤肉，火腿 销往包括各大超市在内的市场 浙江金华火腿中的敌敌畏.7）专家总结（2004.3.3）我国食品的三大问题 不干不净 乱添乱加（牛奶)不明不白 人与生物多样性？人与生物多样性？现在？4、人类与生物多样性：入侵、灭绝、破坏1）外来物种的引入入侵19世纪中，英国人为打猎带24只兔子到澳洲，20世纪末达6亿只；啃吃植物，威胁野生动物生存。澳政府计划消灭兔子！2002年原产于亚马逊河的食人鱼。至今入侵中国杂草100多种，害虫30多种，病原菌20多种；对农林业造成直接经济损失达570多亿/年）2）人与物种灭绝物种灭绝：生命进化一种自然现象。（正常）物种灭绝时间表提前，人类目空一切干预大自然的结果。据统计(灭绝速度)古代：兽类，8千年/种；鸟类，3百年/种 16001700年：鸟类，10年/种 18501950年：鸟类，年/种多米诺墓碑多米诺墓碑世界灭绝动物墓地的启示（多米诺墓碑）A)地点：北京南郊大兴南海子的麋鹿苑内，B)关注：由176块石块制的墓碑特殊墓地，世界灭绝动物墓地；曾以多米诺骨牌形式依次竖起。C)现在：145块一块压一块依次倒下(每块刻着动物名字和灭绝时间)；第146块似倒非倒，上面写着“白鳍豚”，意味着活着的死物种；在仍立着的30块墓碑中，倒数第3块刻着“人类”；墓碑尽头，是一块巨大的墓碑，为一切人所知和不为人所知的灭绝动物竖立。3）物种破坏：中国云南哭泣的红豆杉 紫杉醇（树皮中的一种抗癌药）美国化学家发现美国本土大量野生红豆杉（法律规定禁采）中美合资公司在中国大量收购红豆杉树皮（1-2元/斤)数以万计“百岁,千岁”红豆杉因被剥皮而死亡 （树干渗出的红树脂似鲜血流淌！）一、有关生命起源的种种假说1、有关生命起源出现过多种假说。1）神造论上帝创造万物，最后造人。按预定数量和形状!2）自然发生论生物是从非生物环境中自然发生出。腐草化萤、腐肉生蛆、淤泥生蛙和鳝鱼 3）宇生论地球上生命来自宇宙空别的星球。仍留下问题：“别的星球上生命如何起源”。17世纪意大利医生F.Redi用实验证明腐肉不能生出苍蝇，而是其上的蝇卵孵化而成。1860年巴斯德用实验证明肉汤不能生出微生物，而是生命以肉汤为培养基。4）生源论：即：原始生命的产生过程是一漫长化学进化过程。5）新的“自然发生学说”化学进化巴斯德等的研究，虽然证明了“现代条件下，生命不可能自然发生，但不能解释最早的生命来自？1924年苏联生物学家奥巴林发表生命起源生命来自无生命的物质，被广泛的接受。2、生命起源发生在什么时候？天文学家估计，地球形成于约 45亿年前。迄今找到的最早的化石记录了35 38亿年前的原核生物。所以，生命起源大约发生在距今 4535 亿年间。首先要有合适的生存条件！首先要有合适的生存条件！3、生命起源时的地球环境200亿年前：没有物质和能量，没有时间和空间。150亿年前：大爆炸，产生能量、质量，开始时间、空间。1分钟 基本粒子“汤”（质子、中子、电子）3分钟 75氢（11H）+25氦（42He）1 x 1010 高温下，形成了轻重元素45亿年前 太阳系形成、地球形成地球形成的过程：凝聚：重元素在内，轻元素在外，成为第一次大气层，很快被来自太阳的热风吹去。降温：形成地壳。不时有火山爆发：溶浆使地表高低不平；同时，出现第二次大气层。再降温：地表冷至1000C以下，降水生成江河湖海。4、化学进化由简单小分子到复合大分子到原始生命随后经过？1）从无机分子小分子有机物 随着地表的冷却，水的积累，在原始海洋中和大气中，出现一批简单的小分子。太阳辐射、火山爆发、雷鸣电闪提供能量使简单小分子合成复杂的稍大分子有机酸、氨基酸、单糖、脂类、嘌呤、嘧啶等。米勒模拟实验得到的有机物（共计20多种）有机物产量mol甲醛2330脲（尿素）20乳酸310琥珀酸40甘氨酸6谷氨酸后来有人用其它能源（紫外线、高温、射线等）还得到：嘌呤、嘧啶、核苷酸、脂肪酸、单糖等。有机小分子聚合？2）从有机小分子到生物大分子通过实验证明在原始海洋的岸边、岩石、沙土的表层,有机小分子通过沉积、吸收能量,聚集成大分子聚合物。福克斯简单的实验证实：把氨基酸混合物倒在160 oC200 oC 热沙土上，水分蒸发，氨基酸浓缩、聚集并经化合生成蛋白质样大分子。并具有：肽链结构、蛋白质特有的显色反应；可被蛋白酶水解产生氨基酸；微弱酶活性。后来的类似实验 HCN+NH3 类似肽的化合物 单核苷酸 多核苷酸 50 50 50 50 o o o oC C C C3）从多分子体系到原始生命细胞团聚体实验奥巴林用蛋白质（白明胶）和多糖（阿拉伯胶）混合得到团聚体小滴；福克斯用类蛋白质加热浓缩得到微球体。磷酸化酶1磷酸 组蛋白 形成淀粉葡萄糖 阿拉伯胶 团聚体增大 酶 排出磷酸组蛋白阿拉伯胶酶形成淀粉团聚体增大奥巴林的团聚体实验：其他分子？组蛋白形成polyAADPRNA团聚体RNA聚合酶分裂一定条件下蛋白质和核酸溶液形成多分子体系团聚体分子滴性质？团聚体小滴性质 直径 1 m 500 m；稳定存在几小时至几周；外周增厚呈膜状结构，与周围水 液有明显界限；具原始代谢特征；可以增长和繁殖。微球体？综合两方面实验设想 微球体性质 1 m2 m（相当于细菌大小）可吸纳周围环境的脂类，并形成 膜状结构；膜表现选择透性，反映渗透压变 化；吸纳周围环境中蛋白质分子，微 球体可“增长”和“繁殖”。设想，团聚体/微球体皆具备以下特征：由脂双层膜围成与周围环境隔开的含水囊泡。囊泡内有多种核酸、蛋白质、糖类大分子。可以选择性地从环境吸纳“食物”利用“食物”的分解物,复制自身一部分起核心作用的大分子。囊泡因大分子增多，而“生长”和繁殖。至此，原初生命细胞的雏形就诞生。（从小分子大分子聚合成细胞雏形）最早谁催化大分子的复制？关键是生物大分子的复制：DNA DNA RNA RNA (模板)蛋白质/RNA 最早谁起催化作用？从四膜虫找到一段 RNA（含395个核酸）有酶的催化功能。人工合成一段具催化功能 RNA，仅 13 个核苷酸。让人们相信RNA最早！生命如何进化？二、寻求生物进化的轨迹1、自养型细胞出现改变了地球的面目最早地球环境的特点还原性（大气中无氧气）直到有光合作用能力的细胞出现。最早生物细胞的特点异养。用团聚体模拟光合作用的实验暗示：原初光合作用可能是从铁卟啉进入原始细胞开始。光合作用的出现意味着一个飞跃：异养自养 团聚体 蛋白质 叶绿素 甲基红，抗坏血酸抗坏血酸 叶绿素 甲基红使甲基红褪色H20 叶绿素 CO2 糖HO2光生物学意义？自养生物的出现生物学意义？生物学意义？异养生物得以继续发展，也改变地球面目！1）大气中有氧，不再是还原性环境。2）大气上层有臭氧层，挡住短波紫外线的杀伤破坏力，使生物得以繁衍发展。（原核/真核）对最初习惯还原环境的所有厌氧生物,氧是有毒气体，氧的出现是“灾难性的大气污染”。结果，原初的厌氧生物被“驱赶”到极端环境中去古生菌！2、有氧呼吸的产生生命进化一大飞跃 有氧呼吸极大提高生物从食物中获取能量效率 葡萄糖 无氧分解 有氧分解 2 个 ATP 36 个 ATP 在渡过漫长的近 30 亿年之后，氧在大气中的积累，有氧呼吸生物的出现，给生命世界带来第一次大繁荣，这时距今大约 5 亿多年以前出现了多细胞生物出现了动物、植物3、在研究单细胞多细胞的发展过程中，两种生物引起人们的注意：团藻、粘菌 团藻代表多细胞简单聚集 并开始有分工（营养和繁殖）粘菌有分有合（有分化）4、研究物种变迁的两大工具 化石除琥珀和猛犸外，化石是研究古代生物的 主要依据。根据同位素衰变计算地层年龄。考察生物的进化离不开化石的记录。过去的海洋高山，形成了不同的地层。地层喻为一本书，化石为文字，记载地球演化的历史(包括生物演化)；虽残缺，但仍能读出生物从简单复杂进化的历程。2）生物大分子同源性的比较，如依据细胞色素c分子的进化可制作的进化进化树树3）胚胎发育顺序性的变化的比较：说明最先出现的是门、纲的特征其次是目、科的特征最后是属、种的特征反映出生物演化的顺序；如青蛙的发育过程，几个月能重演祖先亿万年进化的历史三、寒武纪生物群大爆发1、寒武纪生物大爆发之谜1）寒武纪是一个地质年代：5.45.05亿年2）化石证明：距今5.3亿年前地球上生命发生一次大规模演化事件；即多细胞动物突发性地在海洋中出现，形态多样，构造复杂的类群；从此，地球上开始出现形形色色的高等生物世界。这一事件被古生物学家称之为“寒武纪大爆发”！达尔文的感受？3）“寒武纪生物类群大爆发”之谜困扰达尔文？达尔文进化论认为：演化的模式是一个不断多样化，不断扩增的渐变过程。寒武纪生物群大爆发事件发生在短短的数百万年时间，几乎所有现存生物门类和许多已灭绝的生物同时突发式出现在该地质年代地层，没有过渡型；对这种地层化石的研究结果与渐变式进化完全矛盾，曾使达尔文深受困惑!寒武纪生物类群大爆发的证据？2、寒武纪生物大爆发的证据1）二十世纪初（1901）Walcott在Canada发现5.15亿年前的伯吉斯动物群(Burgess fauna)，包括现有动物界的每一各门(在科学界曾造成很大的震撼)。2）二十世纪九十年代，中国的科学家在云南的澄江发现寒武纪生物群比Walcott早1.5千多万年，引起世界的关注！（其中微网虫作nature杂志封面）微网虫微网虫3）二十世纪末 在中国贵州瓮安县，发现5.8亿年前许多二胚层的胚胎和长不大的动物化石；为破解寒武纪生物大爆发之谜提供重要的线索。3、寒武纪物种爆发式突增可能的原因及启示：1）元古宙以前，地球上的生命几乎一直是单细胞个体。（尽管在6亿年前曾出现厄底卡拉“多细胞动物区系；但被认为是动物进化中一次独立的失败尝试，因这一区系不像以后动物谱系的前体）。进入寒武纪？2）进入寒武纪（5.95.05亿年），出现了多种多样无脊椎的始祖类型和原始脊索动物的成员（浮游动物，体小，构造简单，背脊索）。3）已知动物的各门（除苔藓虫外），在寒武纪时期都已存在。4）寒武纪这种爆发式的突增，在动物进化史上没有与之能相比。5）寒武纪完成了（数百万年期间）几乎所有各门多细胞动物躯体的基本设计，寒武纪之后的发展只是在这些基本框架上的变异和创新。6）寒武纪时期之所以如此快出现众多的动物结构类型，生态学的解释：寒武纪之初（多细胞动物刚出现时），可为动物提供的生态位都是空的，任何一种生命类型都能找到其合适的生存空间，因此发生了蔚为状观的辐射进化；随后，因为所有的生态位都被占领，即使发生大规模物种绝灭，腾出的空间也会被留存下的物种占领，所以不存在产生动物全新类型的机遇。7）寒武纪物种的突发式爆炸，对过去的进化树提出了挑战。