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1、第二讲第二讲 生命的起源与进化生命的起源与进化第一节 生命的起源第二节 生命的进化第三节 人类的起源和进化宗教认为上帝创造了人1.1 生命起源的争论n 几百年前的争论古代人认为生命是自然发生的我国古代有“天地合气万物有生”的说法古代欧洲有“地球乃孕育生命的慈母”的说法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生命物质随时形成吗？非生命物质随时形成吗？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
2、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？自然发生论l 1818世世纪纪意意大大利利科科学学家家斯斯斯斯帕帕帕帕兰兰兰兰札札札札尼尼尼尼(Spallanzan)(Spallanzan)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。l 巴斯德的实验巴斯德的实验结论：“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？外星生命？在生命物质与非生命物质之间没有不可逾
3、越的鸿沟地球早期化学演化的结果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。最早的原核生物在地球形成的早期就开始出现了。一些早期出现的生物还具有光合放氧的能力和抗紫外线辐射的能力。1.2 生命的化学演化1920年苏联生物化学家奥巴林院士提出“化学进化”假说。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，
4、但还没有出现真正的生命，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 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？lMiller实验1953年，美国芝加哥大学的研究
5、生Miller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无机小分子在原始地球环境中生成有机小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。 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 后来别人的实验，使用其他能源，紫外线、高温、射线等，还得到：嘌呤、嘧啶、核苷酸、脂肪酸、单糖等。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
6、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（注：ATP是细胞的能量物质）。自养细
7、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遗传系统的起源偶然以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
8、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。1859年，Darwin物种起源1860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Wilberforce vs. Huxley进化论与神创论的斗争一直没有停止2.1 Darwin的进化论及其发展第二节 生命的进化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
9、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。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！1836年10月，Darwin回到了英国。著名的经济学家Malthus（马尔萨斯, 1766-18
10、34）的人口论，进一步认识到生存竞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。1859年，Darwin物种起源终于问世。核心思想: 自然选择,适者生存。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
11、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传相互作用的结果相互作用的结果例：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
12、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2.2 生物进化的证据和历程l地地质质历历史史及及其其中中的的化化石石记记录录雄雄辩辩地地证证明明，生生物物是是进进化化的的，复复杂杂的的生生物物是是从从简简单单的的生生物物进进化化来来的的，陆陆生生生物是从水生生物进化来的生物是从水生生物进化来的。l比较解剖学证据比较解剖学证据在在一一些些不不同同种种群群生生物物中中，某某些些
13、器器官官即即使使行行使使不不同同功功能能，它它们们在在解解剖剖结结构构上上也也具具有有相相同同或或相相似似性性，反反映映出出这这些些生生物物之之间间具具有有的的亲亲源源关关系系和和从从某某个个共共同同祖祖先进化来的轨迹。先进化来的轨迹。退化器官痕迹、反祖现象退化器官痕迹、反祖现象l比较胚胎学证据比较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）l分子生物学证据分子生物学证据例：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人人人猴子：猴子：猴子：猴子：8 8人人人人鼠鼠
14、鼠鼠：3030人人人人八目鳗：八目鳗：八目鳗：八目鳗：125125亲源关系近的生物，其DNA或蛋白质有更多相同性。反之亦然。n 生物进化的历史进程前寒武纪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、动物由水生到陆生二叠纪：裸子植物繁茂n 生物进化的历史进程中生代爬行动物的时代三叠纪：爬行动物成为优势生物、出现鳄鱼、鸟类、恐龙、蜥蜴、海龟侏罗纪：恐龙繁盛、原始哺乳动物出现白垩纪：恐龙灭绝、昆虫和有花植物
15、分化。新生代第三纪：昆虫与被子植物继续繁盛分化、出现鸟类和大量哺乳动物第四纪：灵长类一支进化为人类第三节 人类的起源和进化人的细胞结构属于真核细胞。 动物界 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。n 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。最早出现的灵长类是5 000万年前的原猴类。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。n 从猿到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序列的研究说明，人与大猩猩具有非常近的亲源关系。l
16、 原始人的进化原始人的进化约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；l 人类的进化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4万年前：早期智人；4万年前：晚期智人n 人类在进化中创造了不断发展的文化人类文化发展的阶段1 1 1 1、狩猎与积聚、狩猎与积聚、狩猎与积聚、狩猎与积聚 200-300万年前 简单的部落社会，简单的语言2 2 2 2、农业的
17、发展、农业的发展、农业的发展、农业的发展 1-1.5万年前植物栽培和驯养动物，发明文字3 3 3 3、工业革命、工业革命、工业革命、工业革命城市规模扩大，复杂的机械出现4 4 4 4、信息技术革命、信息技术革命、信息技术革命、信息技术革命计算机的普及和互联网的出现n 人类在进化中创造了不断发展的文化5 5 5 5、生物技术革命、生物技术革命、生物技术革命、生物技术革命 重组DNA和人类基因组计划；n 人类在进化中创造了不断发展的文化人类在进化中创造了不断发展的文化，反过来，人类文化的发展又改变了生物进化的进程。人类出现及迅速发展成为地球上最庞大的种群，大大加快了地球环境的改变。人类文化发展伴随的负面效应与人类文明相背离，是当今人类社会面临的最严重挑战。
