微生物的进化.pptx

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1、1生命史中的主要阶段生命史中的主要阶段地球产生于45亿年前，地壳在40亿年前开始凝固，35亿年前地球开始出现多种多样生物原核生物；后分化两类：细菌和古细菌25亿年前，光合原 生生物分解水释放 氧气，改变了地球 海洋和大气的气体 成分第一批人恐龙灭绝植物和共生真菌上陆最老的动物化石多细胞生物起源最老的真核生物化石光合蓝细菌积聚了大气中的氧最老的原核生物化石地球冷却至地壳固化 地球起源百万年前新生代中生代古生代前寒武纪05001500250035004500细菌 古细菌原生生物植物真菌动物原核生物真核生物10001700570475第1页/共31页2氧气的增多使许多原核生物毁灭，幸存者们演化出代谢

2、模式的多样化，包括利用氧气进行细胞呼吸，从食物中获取能量1717亿年前亿年前开始出现真核生物的爆发真核生物的爆发，那时的真核细胞为原生生物1010亿年前亿年前出现了多细胞真核生物多细胞真核生物，如多细胞海藻，以及之后的植物、真菌和动物动物爆发动物爆发在5 5亿亿7 7千万年前千万年前的寒武纪，最早的出现于前寒武纪晚期的海洋中（软体无脊椎动物）4 4亿亿7 7千千5 5百万年前百万年前，植物与真菌上陆植物与真菌上陆，两者密切相关至今如此；植物改变了地球景观，为动物上陆创造了机会生命史85%以上的时间，生命局限于水中生命史中的主要阶段生命史中的主要阶段第2页/共31页3前寒武纪古生代中生代新生代第

3、四纪第三纪白垩纪侏罗纪三叠纪二叠纪石炭纪泥盆纪志留纪寒武纪奥陶纪代纪世年代（百万年前）生命史中的某些重要事件0.011.85233557651452082452903634094395105706107001700250035004600全新世更新世 上新世中新世渐新世始新世古新世历史时期冰期，人类出现人的猿类祖先出现哺乳动物和被子植物继续辐射包括猿在内的许多灵长类起源被子植物的优势明显；多数哺乳类目的起源哺乳类、鸟类、传粉昆虫的主要辐射有花植物的出现；包括恐龙谱系在内的许多生物在纪末灭绝（白垩纪灭绝）裸子植物继续为优势植物；恐龙占优势裸子植物为优势植物；恐龙、早期哺乳类和鸟类辐射许多海生和陆

4、生生物灭绝（二叠纪灭绝）爬行类辐射；类似哺乳动物的爬行类以及大多数现代昆虫目的出现大规模的维管植物森林；第一批种子植物；两栖类占优势硬骨鱼类多种多样；第一批两栖类和昆虫无颌鱼类多样化；维管植物和节肢动物上陆植物起源；海生藻类丰富多种软体无脊椎动物，多种藻类最古老的动物化石最古老的真核生物化石已知的最古老的化石（原核生物）地球起源的大致时间氧开始在大气中出现地质年代表地质年代表(geologic time scale)大多数现代动物门的出现(寒武纪大爆发)每代相对时间跨度第3页/共31页4解决生源说的矛盾解决生源说的矛盾自然发生说自然发生说(spontaneous generation):生命起

5、源于非生命物质。腐败的食物中微生物快速生长巴斯德的实验证实了生源说生源说(biogenesis)：所有的生物只能来源于已存在的生物。早期的地球环境与现在的地球有很大的区别最初的生命是在原始地球环境中，通过化学和物理一系列阶段产生的生命的起源生命的起源第4页/共31页5生命起源的生命起源的4 4阶段假说阶段假说阶段1.有机单体的非生物合成 组成生命可能的分子很早就存在1953年，Stanley Miller利用装置模拟原始地球的环境，制造出生命小分子:氨基酸许多科学家重复并拓展实验，合成20种氨基酸、几种糖、核苷酸及ATP有机分子也可能来源于宇宙空间计算机模型表明：星云中的氰化物可以反应形成腺嘌

6、呤 陨石中存在有机分子生命的起源生命的起源第5页/共31页6阶段2.多聚体的非生物合成将有机单分子溶液滴在热的砂子、泥土或岩石上，有机单体在热的作用下，可以自发地聚合成多聚体，如多肽链早期地球有机单分子由于降雨或浪可能与刚喷发的熔岩或其他热的岩石上，然后形成的多肽等聚合物又被带回大海。内部的气体和其中溶有矿物质的过热的水从深海喷口喷出生命的起源生命的起源 生命起源的4阶段假说第6页/共31页7阶段3.自我复制分子的起源 遗传的基础就是自我复制的分子一种假说认为最早的遗传物质是RNA分子，它不需要蛋白酶的帮助就能复制实验发现核苷酸单体可以自发合成短链RNA 这些分子复制的成功率不同复制最快的分子

7、在分子群的比例将增加 生命的起源生命的起源 生命起源的4阶段假说细胞中也发现有催化作用的RNA,称核酶核酶(ribozyme)RNA单体短链RNA多聚体的形成互补RNA链的组装互补RNA链作为模板复制原始的“基因”原始的“基因”第7页/共31页8阶段阶段4.4.前细胞的形成前细胞的形成生命出现之前的世界中，RNA和多肽可能被包装在脂质膜中，彼此靠近而更高效率地相互作用，这种分子集合体称前细胞前细胞(Pre-cell)实验证明前细胞可由非生物合成的有机物自发形成。室中合成前细胞生命的起源生命的起源 生命起源的4阶段假说LM 2,400LM 650与水混合的脂质自组装成膜包被小滴冷却的非生物多肽溶

8、液形成小球一些前细胞外面还有一层选择透性膜一些前细胞以跨膜电势的形势贮存能量如果前细胞里有酶，则可以表现出代谢的雏形LM 2,400第8页/共31页9从化学进化到达尔文进化从化学进化到达尔文进化假若含有自我复制的RNA前细胞确实存在过，那么它们会因自然选择而进化达尔文进化；“基因”自我复制出现的差错，会使小滴出现变异，而成功适应的小滴将会生长、分裂并继续进化生命的起源生命的起源第9页/共31页10它们无处不在它们无处不在原核生物生命力顽强，在过冷、过热、过咸、过酸、过碱的恶劣环境中都可以生存；虽然小，对其它生物的整体影响巨大致病菌益生菌，形成菌落防止有害菌的生长，帮助消化分解死的生物体等等，没

9、有原核生物，维持生命的循环会停止，真核生物将无法生存原核生物原核生物Colorized SEM 550LM 650西澳大利亚岩石中发现的微体化石：距今35亿年的原核细胞组成的丝状体针尖上的杆菌第10页/共31页11原核生物进化的两个主要分支原核生物进化的两个主要分支：细菌和古细菌：细菌和古细菌古细菌 从最早的细胞起源的古老细菌。生活在极端环境中（似地球的早期环境），科学家称某些古细菌为“嗜极细菌”，极端嗜盐菌 极端嗜热菌产甲烷细菌产生肠气帮助消化帮助牛、鹿等动物的消化管纤维素更接近于真核生物，在进化和生态研究上有重大意义原核生物原核生物第11页/共31页12Basic Archaeal Sha

10、pes:At far left,Methanococcus janaschii（詹氏甲烷球菌）,a coccus form with numerous flagella attached to one side.At left center,Methanosarcina barkeri（巴氏甲烷八叠球菌）,a lobed coccus form lacking flagella.At right center,Methanothermus fervidus（甲烷嗜热菌）,a short bacillus form without flagella.At far right,Methanobac

11、terium thermoautotrophicum（热甲酸甲烷杆菌）,an elongate bacillus form.第12页/共31页13原核生物的结构、功能和繁殖原核生物的结构、功能和繁殖原核生物按形态分类 球菌(cocci)、杆菌(baccilli)、螺旋菌(spirochetes)大多原核生物可快速繁殖原核生物原核生物球菌(cocci)杆菌(baccilli)螺旋菌(spirochetes)第13页/共31页14大多数原核细胞为单细胞 有些结合成2个或多个细胞群形成菌落形成简单的多细胞结构，特化的细胞有分工原核生物原核生物 结构、功能和繁殖放线菌 分支的杆状细胞团蓝细菌 丝状 能

12、进行光合作用特化细胞间有分工一种海生的巨大细菌，直径超过 0.5mm第14页/共31页15原核生物中一半能运动，许多种类具有一条或多条鞭毛原核生物原核生物 结构、功能和繁殖许多细菌通过形成内孢子(endospore)度过不良环境内孢子可休眠几百年，沸水也不能消灭它，需高压蒸汽杀灭鞭毛质膜细胞壁炭疽的内孢子第15页/共31页16原核生物营养的多样化原核生物营养的多样化光能自养(photoautotroph)：利用CO2作为碳源,进行光合作用获取能量 如 蓝细菌化能自养(chemoautotroph)：利用CO2作为碳源,从硫化氢(H2S)或氨(NH3)汲取能量 如 深海热水喷口的古细菌光能异养(

13、photoheterotroph)：从有机物获得碳，利用光产生ATP。仅限于某些原核生物化能异养(chemoheterotroph)：消耗有机物以获得能量和碳。广泛存在的营养方式，包括原核生物、某些原生生物、某些植物、所有的真菌和动物原核生物原核生物第16页/共31页17原核生物的生态影响原核生物的生态影响 对地球所有生物都具有重要影响致病细菌致病细菌包括细菌的所有致病微生物，统称病原体病原体pathogen大多数病菌致病是由于产生毒素毒素；分为两类：外毒素和内毒素外毒素外毒素(exotoxin)：细菌分泌的毒性蛋白质，超毒，如破伤风杆菌的外毒素进入血液 内毒素内毒素(endotoxin)：是

14、细菌胞壁的化学成分脂多糖，导致发烧、疼痛、休克原核生物原核生物第17页/共31页18莱姆病，由扁虱携带的螺旋菌所致；在皮肤叮咬处形成“牛眼”斑，需抗生素治疗流感杆菌在人类鼻腔内表面皮肤细胞上，空气传播，导致肺炎原核生物原核生物 原核生物的生态影响 第18页/共31页19原核生物和化学循环原核生物和化学循环 生态系统中生命所依赖的化学元素在生物组分和物理组分之间循环化学循环。原核生物对此起重要作用原核生物原核生物 原核生物的生态影响 蓝细菌产生氧气并将大气中的N2转变成含氮化合物其他原核生物，如根瘤菌，向土壤贡献大量的含氮化合物分解有机质，将化学元素以无机形式返回环境中第19页/共31页20原核

15、生物和生物除污原核生物和生物除污 利用原核生物的代谢，除去水、空气和土壤中污染物的方法，是生物除污生物除污(bioremediation)厌氧菌处理废水沉淀下来的污泥中的有机质液体的废物另行处理，如图利用天然的或基因工程的细菌来分解石油，清除泄露的油污清理老的采矿地点 如 硫杆菌(Thiobacillus)氧化硫及含硫化合物原核生物原核生物 原核生物的生态影响 液体废物旋转的喷洒臂被覆需氧细菌和真菌的岩床流出第20页/共31页21真核细胞的起源真核细胞的起源17亿年前，真核生物从原核生物中进化而来。普遍认为真核生物的膜性细胞器由两个途径而来：原核细胞质膜向内折叠产生内膜系统（不包括线粒体和叶绿

16、体）内共生内共生(endosymbiosis)的产生：线粒体可能来自 需氧细菌寄生寄生在异养细菌或被某个被某些较大的古老的宿主细胞吞噬吞噬叶绿体来自光合细菌寄生在异养细菌的内共生作用线粒体可能在进化上比叶绿体先出现。原生生物原生生物DNA质膜原核生物祖先内质网核被膜需氧异氧细菌光合细菌第21页/共31页22原生生物的多样性原生生物的多样性 最简单的真核生物，多为单细胞，但又非常复杂，一个细胞执行所有生命功能，从生活方式分4类原生生物原生生物 原生生物的多样性 原生动物原生动物(protozoans)：生活于液体环境，捕食细菌或其它原生动物，有些寄生在动物体内、致病鞭毛生物类(flagellat

17、es)的贾第虫属，感染人类肠道导致腹部绞痛和腹泻；锥虫导致人类睡眠病，由舌蝇传播锥虫第22页/共31页23 原生生物原生生物 原生生物的多样性 变形虫类阿米巴(amoeba)通过伪足运动和摄食有孔虫(forams)也可伸出伪足。是相关年代的重要化石。顶复虫类(apicomplexans)是寄生的，包括疟原虫，由蚊传播纤毛虫类(ciliates)用纤毛运动和摄食，包括草履虫疟原虫草履虫阿米巴有孔虫第23页/共31页24黏菌类黏菌类(slime molds)：外观上类似真菌，有丝状体，便于增加环境接触面积，分为两类：原质团黏菌(plasmodial slime mold)常见于森林底层。其摄食阶段

18、呈阿米巴样团块，可达几厘米宽，其实是一个有很多细胞核的一个大细胞 原生生物原生生物 原生生物的多样性 第24页/共31页25细胞黏菌(cellular slime mold)其摄食阶段由多个独立的阿米巴样细胞组成。这些细胞各自作用，利用伪足摄取腐烂的有机质为食食物短缺时细胞们聚集到一起，形成缓步虫样菌落运动，而后长出生殖结构蛞蝓样菌落阿米巴样细胞生殖结构 原生生物原生生物 原生生物的多样性 黏菌类第25页/共31页26单细胞藻类单细胞藻类：光合原生生物统称藻类藻类(algae)；单细胞藻类是浮游生物(plankton)的组分，称为浮游植物(phytoplankton)；介绍3类单细胞藻类.原生

19、生物原生生物 原生生物的多样性 腰鞭毛虫(dinoflagellates)，外壳由纤维素构成，又称甲藻(多含有叶黄素),两条鞭毛与中间的沟垂直，鞭毛拍打，旋转式运动，是浮游植物中最丰富的.其大量繁殖形成赤潮赤潮(red tide)。赤潮中腰鞭毛虫产生的毒素使大量鱼死亡；佛罗里达赤潮第26页/共31页27硅藻硅藻(diatoms)，有玻璃状细胞壁，内含SiO2，胞内贮存油滴，大量变成化石的硅藻形成硅藻土，用作过滤和研磨材料 原生生物原生生物 原生生物的多样性 单细胞藻类 绿藻绿藻(green algae)，含大量叶绿体，具有鞭毛。有单细胞绿藻(衣藻)和集群的团藻第27页/共31页28海藻海藻(s

20、eaweeds)：大型的、多细胞的海生藻类，生长在岩石海岸和海滩上.细胞壁上有黏滑的和橡胶状的物质，以缓冲海浪，可用作食物添加剂富含碘和其它矿物质，其中的多糖为人类不能消化其亲缘关系与单细胞藻类更近，外观与植物的相似性是趋同进化的结果。原生生物原生生物 原生生物的多样性根据颜色分3类，绿藻、红藻和褐藻多细胞绿藻：石莼红藻：珊瑚藻褐藻第28页/共31页29多细胞生物的起源复杂性增加导致变异性增加，真核细胞的起源导致新生命形式的进化单细胞真核生物，所有生命活动都发生在一个细胞中，多细胞生物，不同位置的细胞发生特化，分别执行不同的功能，又互相依赖生存最早的多细胞化可以从团藻见端倪，集群的绿藻团藻某些细胞发育成配子，而其营养等依靠周围的非生殖细胞原生生物祖先经多次的多细胞化，产生各种各样多细胞生物类型，如海藻、植物、真菌和动物和进化的联系和进化的联系第29页/共31页30小小 结结掌握掌握：前细胞 古细菌在进化上的地位 内共生(endosymbiosis)熟悉熟悉：生命史中的主要阶段 生命起源的4阶段假说 原核生物的结构、功能和繁殖 原核生物的多样性 真核细胞的起源 原生生物的多样性 了解了解：和进化的联系第30页/共31页31感谢您的观看！第31页/共31页