普通生物学13A-生物的起源与进化(上).ppt

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1、13 生物的起源与进化（生物的起源与进化（A）13.1 生命的起源13.2 Darwin与进化论13.3 生物进化的证据和历程13.4 人类的起源和进化13.1 生命的起源n 几百年前的争论l生生命命究究竟竟是是如如何何起起源源的的，有有机机体体能能自自发发地地由由非非生生命命物质随时形成吗？物质随时形成吗？18世纪以前：!从垃圾和粪坑里自发地产生了蛆和苍蝇!从小池塘和沼泽地中自发地出现了蝌蚪和青蛙!从潮湿的土壤里钻出了老鼠!植物只能通过种子的萌发才能产生!卵的孵化产生了昆虫和家禽等如何通过实验来解决这个难题？如何通过实验来解决这个难题？如何通过实验来解决这个难题？如何通过实验来解决这个难题？

2、l1818世纪意大利科学家世纪意大利科学家SpallanzaniSpallanzani的的实验实验置于烧瓶中的肉汤加热沸腾后让其冷却，开口的烧瓶中很快就繁殖生长出许多微生物；但加了瓶塞与外界隔离的烧瓶中就没有出现微生物。这一实验结果为解决上述的争论提供了重要的线索。lPasteurPasteur的实验的实验结论：“所有生物只能来源于生物，从非生命物质中绝对不可能随时自发地产生出新的生命个体”。l地球上的第一个生命是如何而来的？地球上的第一个生命是如何而来的？在生命物质与非生命物质之间没有不可逾越的鸿沟。外星生命？地球早期化学演化n 原始的地球和最早出现的生物原始的地球缺乏氧气，大气中存在着许多

3、还原性气体如H2,NH3,CH4,水蒸气(H2O)，也可能有CO2,H2S等。当时地球缺乏臭氧层的保护，太阳的紫外线辐射很强。前寒武纪沉积岩薄片中存在类似细菌大小的微体古生物化石，经鉴定主要是一些细菌、蓝细菌（蓝藻）等。最最早早的的原原核核生生物物在在地地球球形形成成的的早早期期就就开开始始出出现现了了。一一些些早早期期出出现现的的生生物物还还具具有有光光合合放放氧氧的的能能力力和和抗紫外线辐射的能力抗紫外线辐射的能力。n 化学演化俄国科学家Oparin和英国科学家Haldane提出，原始地球环境可以产生组成生物体的糖、脂类、蛋白质和核酸等大分子结构单元，甚至到生物多分子体系，但还没有出现真正

4、的生命，这一时期称为化学演化期或前生物期。从化学演化期到产生最简单的生命形式包括4个阶段：（1）氨基酸、核苷酸等有机单体分子的非生物合成和积累；（2）有机单体分子在非生物体系中聚合成多聚体；（3）多聚体整合为多分子体系颗粒（原球体）；（4）代谢与遗传体系的形成和进化最终产生出最简单的生命形式原核细胞。l原始地球条件：原始地球条件：没有氧气，最初形成的生命物质不会被氧化降解；能量输入紫外线辐射；其他因素如粘土矿物的化学催化作用、太阳和紫外线辐射对有机分子的浓缩作用、火山爆发形成的特殊环境和条件等如何模拟原始地球条件进行实验？lMillerMiller实验实验1953年，美国芝加哥大学的研究生Mi

5、ller根据原始地球的还原大气条件设计了一套密闭循环实验装置，模拟和验证了非生命有机分子在原始地球环境中生成生物分子结构单元的化学动力学过程。一周后，检测出5种氨基酸、不同有机酸、HCN等n 关于最简单生命形式起源的几个假说Oparin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。Fox的微球体学说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。n 代谢系统的进化和遗传系统

6、的起源原始生命体系内代谢系统在自然选择的作用下变得逐渐复杂起来，这种代谢系统的进化经历了由简单到复杂的漫长过程。n 代谢系统的进化和遗传系统的起源最原始的生命形式或最早出现的细胞应该是异养的。光合作用的进化产生出光能自养细胞：自然选择压力促进某些含卟啉类化合物的细胞能够吸收太阳光能，进行光化学反应，将无机物变成有机物，同时生成ATP。自养细胞的出现不但可为异养细胞提供继续生存的营养物质及能量，更改变了地球的环境（氧气和臭氧层的出现）。n 代谢系统的进化和遗传系统的起源DNADNADNADNA、RNARNARNARNA、多多多多肽肽肽肽链链链链哪一种是原始生命最早贮存遗传信息并指导蛋白质合成、同

7、时还能自我复制的物质呢？RNA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，Cech和Altman发现，某些RNA具有像酶一样的化学催化活性（1989年诺贝尔奖）RNA组成及三维空间结构的多样性和稳定性n 代谢系统的进化和遗传系统的起源偶然合成的能促进RNA复制活性的短肽链与RNA的合作促进了原始细胞遗传系统的进化偶然以RNA为模板合成了DNA链，后者贮存和复制遗传信息比RNA更稳定也更有效，生命起源初期RNA发挥主要作用的时代便让位于DNA-RNA-蛋白质共同作用的时代。繁殖、蛋白质合成和代谢三者在特殊环境条件下协同进化，加深了遗传系统与代谢系统的偶

8、联。生命由起源阶段进入漫长的进化阶段，演化出多样性的生物世界。13.2 Darwin与进化论19世纪中叶以前，神创论或称特创论一直占据着生物学的主导地位。一次创造论认为，世界上各种各样的生物，包括所有植物和动物都是上帝（神）在最初一次就造好放在地球上的，它们永远不变、一代一代地繁衍下来。连续创造论则认为，世界上各种各样的生物是一次又一次不断地被神创造的，因此造成了地球上过去的物种与现代物种的差别。英国牛津大学的一位副校长兼牧师甚至根据旧约记载还推测出上帝创造地球和造人的准确时间。n 神创论与进化论的斗争公元前6世纪，希腊哲学家Anaximandev预言，生物是逐渐进化的；18世纪，瑞典医生Li

9、nnaeus发明双名制生物命名法则；18世纪，法国生物学家Buffon在研究中察觉到生物进化现象并进行了描述，但没有勇气承认并作出结论；1830年，苏格兰地质学家Lyell发表地质学原理第一卷，阐述了古老地球在很早以前就形成了，地质过程经历了缓慢渐进的变化。同时，古生物化石的研究也被引入了地质学，为进化理论提供了基础；法国生物学家Lamarck再一次提出了生物进化的思想Darwin的祖父ErasmasDarwin也提出了生物进化的可能性，但他们都没有拿出足够令人信服的证据，或由于各种时代的局限，进化论并没有被确立起来，神创论所占据的主导地位一直没有被动摇。1859年，Darwin物种起源186

10、0年6月30日牛津大学图书馆神创论与进化论的辩论会牛津大主教Wilberforcevs.Huxley进化论与神创论的斗争一直没有停止n年青时代的Darwin和贝格尔号的航行1809年出生，童年山林和田野1825年，爱丁堡大学学习医学1828年，剑桥大学学习神学，钻研博物学和自然史，结识了一些博学的教授学者。1831年，从剑桥毕业并获得学士学位剑桥大学博物学教授Henslow推荐去英国贝格尔号航海船上担任博物学专家。出发之前，Henslow教授特别向Darwin赠送了Lyell的地质学原理第一卷。1831年11月，贝格尔号探险船出发进行环球探险调查1835年的夏天，贝格尔号到达太平洋东部，离南美

11、洲西海岸965km的加帕戈斯群岛。考察了一个多月，采集了大量的岩石及植物和动物标本。Darwin发现，岛上26种陆栖鸟类中，有25种是特有的，15种海栖鱼类全部是新种，25种甲壳虫中只有23种是南美洲也有的，185种显花植物中新种为100种。不同岛屿上的海龟形态各不相同，地雀的许多特征也有差异，显示出这些不同的物种是这里特殊的气候和环境创造的。物种是可变的，这种变化明显受自然环境的影响和选择！随着贝格尔号长达5年的航海探险考察后，1836年10月，Darwin回到了英国。整理和收集资料：1838年，他阅读了著名的经济学家Malthus（马尔萨斯,1766-1834）的人口论，进一步认识到生存竞

12、争的结果使各物种在自然界中保持适当的数量，同时逐渐向着更加适应于环境的方向变化。生存竞争和适者生存为Darwin的自然选择学说的形成提供了依据，他的关于生物通过自然选择而连续进化的理论开始成型。1858年，英国年青的博物学家Wallace给Darwin写信，阐述他通过对马来西亚群岛动植物的考察所得出的生物进化的结论。同年，Darwin和Wallace在英国Linnaean学会上公布了他们各自的论文和摘要。1859年，Darwin物种起源终于问世。n自然选择导致生物进化生物进化是指地球上的生命从最初最原始的形式经过漫长的岁月变异演化为几百万种形形色色生物的过程。所谓自然选择实质上是自然环境导致生

13、物出现生存和繁殖能力的差别，一些生物生存下去，另一些生物被淘汰。Darwin主义包含了两方面的基本含义：（1）现代所有的生物都是从过去的生物进化来的；（2）自然选择是生物适应环境而进化的原因。l人工选择与自然选择人工选择与自然选择l生生物物性性状状和和特特征征变变化化往往往往是是环环境境和和遗遗传相互作用的结果传相互作用的结果例：长颈鹿的进化l自自然然选选择择作作用用下下群群体体水水平平的的进进化化实实质质上上反反映映了了生生物物基因库的变化。基因库的变化。基因库是一种生物群体全部遗传基因的集合，它决定了下一代的遗传性状。生物细胞中同源染色体上的一对等位基因可以决定生物个体的某一性状。n物种形

14、成的机理物种不但是生物分类的单元，更是遗传生殖和进化的单元。种群是同一物种的一群个体，享有共同的基因库。同一种群生物个体之间的交配便造成了彼此间的基因交流并保持着基因库的稳定。Darwin将某些地理障碍如大的山脉、峡谷、海洋等把生物相互隔开称为地理隔离。地理隔离造成小种群间基因交流的阻断使基因库的差异越来越大，最终出现了生殖隔离，即不同小种群间的个体不能彼此交配和产生有生殖能力的后代。l几个基本概念几个基本概念例：加帕戈斯群岛上发现的13种地雀的进化过程l地理隔离造成生殖隔离，生殖隔离导致新种的形成地理隔离造成生殖隔离，生殖隔离导致新种的形成l地理隔离和生殖隔离形成新种的方式称为异地物种形成，

15、它是生物进化过程中形成新物种的主要方式。n进化论的发展综合进化论进化体现在种群遗传组成的改变，这就决定了进化改变的是整个群体，而不仅仅是个体。在自然选择过程中，生物之间的关系不但有生存竞争，还有捕食、寄生、共生、合作等多种方式，这些相互关系只要影响到基因频率的变化和所涉及的相关因素，都应该有进化的价值。在生物变异分析时，还应该将可遗传的变异和非遗传的变异区分开来。分子进化的中性学说中性突变和遗传漂变不会发生选择和适者生存的情况。渐变性进化外，还存在跳跃式的进化灾变需要幸存下来的个体需要有更大的变异。跳跃式进化可以解释物种以上单元的起源与进化问题。19531953年，年，MillerMiller

16、根据原始地球的还原大气条件设计了一套密闭循环根据原始地球的还原大气条件设计了一套密闭循环实验装置，模拟和验证了非生命的有机分子在原始地球环境中生成生实验装置，模拟和验证了非生命的有机分子在原始地球环境中生成生物分子结构单元的化学动力学过程。物分子结构单元的化学动力学过程。OparinOparin的团聚体学说，的团聚体学说，FoxFox的微球体学说和以后的脂球体模型的微球体学说和以后的脂球体模型为认识生命起源和了解最早的生命形式提供了重要的依据。这些原始为认识生命起源和了解最早的生命形式提供了重要的依据。这些原始的生命体都显示出生命的一些基本特征。原始生命体系内代谢系统在的生命体都显示出生命的一

17、些基本特征。原始生命体系内代谢系统在自然选择的作用下也经历了由简单到复杂的漫长进化过程。自然选择的作用下也经历了由简单到复杂的漫长进化过程。最原始的生命形式应是异养的，自然选择的压力促进了光合最原始的生命形式应是异养的，自然选择的压力促进了光合作用的进化，最终产生出光能自养细胞。繁殖、蛋白质合成和代谢三作用的进化，最终产生出光能自养细胞。繁殖、蛋白质合成和代谢三者之间在特殊环境条件下协同进化，加深了遗传系统与代谢系统的偶者之间在特殊环境条件下协同进化，加深了遗传系统与代谢系统的偶联。联。18591859年，年，DarwinDarwin发表物种起源，进化论压倒了神创论。发表物种起源，进化论压倒了神创论。自然选择是进化论的核心。物种不但是生物分类的单元，更是遗传生自然选择是进化论的核心。物种不但是生物分类的单元，更是遗传生殖和进化的单元。地理隔离造成生殖隔离，生殖隔离导致新种的形成，殖和进化的单元。地理隔离造成生殖隔离，生殖隔离导致新种的形成，这一过程合理地解释了物种形成的机理问题。综合进化论、分子进化这一过程合理地解释了物种形成的机理问题。综合进化论、分子进化及中性学说、跳跃式的进化等研究促进了生物进化理论的发展。及中性学说、跳跃式的进化等研究促进了生物进化理论的发展。本章摘要