《古生物學(xué)》課件2 生命起源

1、第二章 生命的起源7/6/20221第一節(jié)地外起源論第二節(jié)自然起源論第三節(jié)生命的演化歷程第二章 生命的起源？7/6/20222什么是生命自我復(fù)制新陳代謝7/6/20223生命的動力?能量來自太陽地球有極好的位置冥王星距太陽太遠(yuǎn)金星距太陽太近，表面溫度400度地球與太陽的距離剛好使水保持液態(tài)地球上為什么有生命7/6/20224地球上為什么有生命地球提供了良好的生物繁衍場所.具有大氣圈（可防止隕石撞擊、紫外線輻射、可穩(wěn)定溫度）.地球的鐵質(zhì)核心在旋轉(zhuǎn)中產(chǎn)生磁場，可防止太陽電離層（電子風(fēng)暴）7/6/20225生命的起源論對生命起源的認(rèn)識：神創(chuàng)論：地球上一切生命都是上帝設(shè)計(jì)和創(chuàng)造的。宇宙論/地外起源論：

2、生命宇宙固有，地球上的生命來自地球之外。自然起源論：地球上的生命是在特殊的條件下，通過化學(xué)的途徑而實(shí)現(xiàn)的。7/6/20226構(gòu)成生命的元素和物質(zhì)地球上有很多種元素，但構(gòu)成生命的主要為C、H、O、N及其他微量元素。組成生命主要物質(zhì)：蛋白質(zhì)、水分和無機(jī)鹽三大類蛋白質(zhì)一般含碳50%左右、氧20%左右，氮15%左右，氫6%左右，硫2%左右，及P、Fe、Zn、Cu、等7/6/20227第一節(jié)地外起源論（宇生論）地球上生命來自宇宙空間別的星球彗星隕石坑1969年澳大利亞麥啟遜鎮(zhèn)的隕石坑7/6/20228地外生命的證據(jù)40年前開始流行生源說（胚種說），認(rèn)為生命之源來自宇宙。隕石中發(fā)現(xiàn)有遺傳物質(zhì)主要成分糖類化

3、合物墨西哥天文學(xué)家在恒星上發(fā)現(xiàn)有生命元素水蒸汽和強(qiáng)力磁場第一節(jié)地外起源論7/6/202291 宇宙中的生命分子美國的路易斯辛德通過頻譜分析在靠近銀河系中心的星云中發(fā)現(xiàn)了生命分子氨基酸，他們認(rèn)為這一發(fā)現(xiàn)有可能解釋生命的起源問題。7/6/2022102 慧星和生命彗星是一種很特殊的星體，與生命的起源可能有著重要的聯(lián)系。據(jù)研究，白堊紀(jì)/古近紀(jì)界線處有機(jī)塵埃（粘土巖）是彗星撞擊地球后留下的氨基酸形成的。在地球形成早期，彗星也可能以這種方式將有機(jī)物質(zhì)灑落在地球上-成為地球上的生命之源7/6/202211隕石分為球粒隕石和非球粒隕石。一般認(rèn)為球粒隕石來自宇宙，它們含有氨基酸、烴類、乙醇和其它可能形成保護(hù)原

4、始細(xì)胞膜的脂肪族化合物。這對生命起源有重要意義一種新的天外起源說3 隕石和生命7/6/202212深海煙囪起源說原始生命的有機(jī)湯說大氣生命單分子說火山與生命起源說第二節(jié) 自然起源論地內(nèi)起源論7/6/202213、深海煙囪起源說 理論依據(jù)隨著對深海探測深入研究，特別是20世紀(jì)70年代對大洋中脊火山噴口的研究表明：海水在深海煙囪（deep-sea vent）中經(jīng)歷了巨大的溫度和化學(xué)梯度變化，可形成多種溶解物，包括原始生物化學(xué)物質(zhì)。這些物質(zhì)在高熱作用下經(jīng)過一系列變化，可以合成氨基酸，并進(jìn)一步合成“硫細(xì)菌”。7/6/202214、深海煙囪起源說證據(jù)據(jù)報(bào)道，加利福尼亞大學(xué)的分子生物學(xué)家詹姆萊克在大洋底煙

5、囪附近找到了在黃石公園熱泉里生存的嗜硫細(xì)菌，為海底煙囪熱泉生命起源的非常規(guī)理論提供了證據(jù)。此外，海底火山口附近有大型軟體動物蛤類（厭氧）7/6/202215、原始生命的有機(jī)湯說簡單、低分子量有機(jī)物與地表水作用，可以形成含有機(jī)化合物的水溶液，而在某些火山活動區(qū)域有可能形成濃的溶液。這些稀的和濃的溶液最后匯集到大的水體或原始海洋中，并繼續(xù)演化產(chǎn)生生命。這就是現(xiàn)今流行的觀點(diǎn)：生命起源于早期地球“溫暖小水池”的“有機(jī)湯”中。7/6/202216、大氣生命單分子說認(rèn)為：原始地球的生物單分子是由生命元素在外動力（能源）的推動下，通過無機(jī)化合而成。生命元素在原始地球大氣中廣泛存在，外動力（放電、紫外線、熱能

6、）促使生命元素合成生物單分子，其中，部分生物單分子在一定條件下形成生物大分子。第一個模擬原始大氣進(jìn)行放電實(shí)驗(yàn)獲得氨基酸的是S. L. Miller，1953“米勒放電說”7/6/202217反復(fù)加熱最后分離出5種氨基酸原始的海洋“還原性 大氣”模擬降雨加熱米勒實(shí)驗(yàn)裝置7/6/202218、火山與生命起源原始地球火山活動頻繁，可以形成局部高溫缺氧地區(qū)，使得附近水池里的有機(jī)物形成大量的氨基酸和核酸。氨基酸自我裝配形成蛋白質(zhì)。這樣，就為生命起源提供了所需的有機(jī)分子。7/6/202219第三節(jié)生命的演化歷程7/6/2022207/6/202221 生命的元素構(gòu)成與元素演化碳、氫、氧、氮、硫和磷這六種生

7、命元素構(gòu)成了生物體物質(zhì)總量的98%宇宙中的物質(zhì)誕生在爆炸之中。氫和氦是在約150 億年前的大爆炸強(qiáng)烈熱輻射中形成的。7/6/2022222 生命的化學(xué)進(jìn)化生命的化學(xué)進(jìn)化過程大致可分為三個階段：（1）有機(jī)化合物形成階段：原始海洋中的N，H等元素和H2O、CO、CO2、H2S、HCl、甲烷等無機(jī)化合物，在紫外線、電離輻射、高溫、高壓等一定條件下，形成氨基酸、核苷酸及單糖等有機(jī)化合物（生物單分子階段）。 7/6/2022232 生命的化學(xué)進(jìn)化（2）生物大分子形成階段：氨基酸、核苷酸等有機(jī)化合物，在海洋中聚合形成復(fù)雜的有機(jī)化合物，如甘氨酸、蛋白質(zhì)、核酸-生物大分子。 （3）生命形成階段：多個生物大分子

8、聚集，形成以蛋白質(zhì)和核酸為基礎(chǔ)的多分子體系原生體，它具有初步的生命現(xiàn)象從周圍環(huán)境中吸取營養(yǎng)，將廢物排出體外(？現(xiàn)象)。從此，生命開始從化學(xué)進(jìn)化轉(zhuǎn)入生物進(jìn)化階段。大量的化石記錄證實(shí)了生命是在地球上發(fā)生的，而生物是隨地球的發(fā)展而演化的。7/6/202224 早期(細(xì)胞)生物的發(fā)生和演化 保存于前寒武紀(jì)巖石中的化石記錄表明，早期生物演化經(jīng)歷了4次重大事件： 1）生命的出現(xiàn)：最早的生物化石出現(xiàn)于38億年前的地層中南非無花果樹組（Fig Tree)燧石中的棒狀細(xì)菌和球狀細(xì)菌，它們均為單細(xì)胞生物，其中球狀細(xì)菌直徑1720m。在澳大利亞的Warrawoona群中發(fā)現(xiàn)35億年前的疊層石的絲狀體。7/6/202

9、2252）生物的分異：表現(xiàn)為生物多樣性發(fā)展屬種數(shù)量的增加。如加拿大Ontaria（安大略省）西部20億年前的Gunflint組中出現(xiàn)8屬12種微化石。表明當(dāng)時的原核生物已有相當(dāng)?shù)陌l(fā)展和繁盛，可能與當(dāng)時大氣開始充氧有關(guān)。 早期(細(xì)胞)生物的發(fā)生和演化7/6/2022263）真核生物的出現(xiàn)： 以宏觀藻類的出現(xiàn)為特色，如我國17.5億年前串嶺溝組、團(tuán)山子組中發(fā)現(xiàn)的Vendotaenides（文德帶藻）。 早期(細(xì)胞)生物的發(fā)生和演化7/6/2022277/6/2022287/6/2022294）后生動物的出現(xiàn) ： 出現(xiàn)于67億年前。主要為軟軀體生物。以伊迪卡拉（Ediacara）動物群為代表，是指震

10、旦紀(jì)后期出現(xiàn)的，主要由腔腸動物（67%水母、海鰓綱）、環(huán)節(jié)動物（25%）、節(jié)肢動物（似三葉蟲）（5%）組成的不具外殼的多細(xì)胞后生動物群。我國發(fā)現(xiàn)地點(diǎn)：鄂西、陜南、淮南、遼南和黑龍江。 早期(細(xì)胞)生物的發(fā)生和演化7/6/202230伊迪卡拉動物群及復(fù)原圖 早期(細(xì)胞)生物的發(fā)生和演化7/6/202231伊迪卡拉動物群及復(fù)原圖 早期(細(xì)胞)生物的發(fā)生和演化7/6/202232 顯生宙生物的發(fā)生和演化顯生宙生物演化經(jīng)歷了兩大飛躍1）動物界的第一次大發(fā)展（1）小殼動物群的出現(xiàn)：震旦紀(jì)末期出現(xiàn)、寒武紀(jì)初大量繁盛，個體微小（12mm），具外殼的多門類海生無脊椎動物群。包括軟體動物門中的軟舌螺、單板類和腹

11、足類、腕足類以及分類位置不明的類型。 意義：第一個帶殼生物群，寒武紀(jì)（古生代）的起點(diǎn)。7/6/202233澄江動物群: 寒武系底部繼小殼動物群之后出現(xiàn)的第一個多門類混生生物群。主要門類有海綿、腔腸、櫛水母、節(jié)肢、鰓曳、葉足、腕足、古蟲、脊索動物門和步帶類(包括棘皮動物和半索動物門)、星蟲、毛顎動物及藻類。 至2005年已描述160屬, 180多種, 新種130個。最早發(fā)現(xiàn)于云南澄江(張文堂, 侯先光, 1985), 其地層的沉積環(huán)境為正常-風(fēng)暴浪基面之間, 年齡520Ma.意義：是寒武紀(jì)初期生物大爆發(fā)的典型代表。（2） 澄江動物群/Chengjiang fauna昆明魚中華微網(wǎng)蟲0.5 cm7

12、/6/202234葉足動物門，Microdictyon sinicum Chen, Hou et Lu,19897/6/202235澄江動物群線形蟲動物門,中國古蠕蟲Palaeoscolex sinensis Hou et Sun, 1988Chengjiang fauna7/6/202236澄江動物群Chengjiang fauna7/6/202237澄江動物群中的?？隰~化石Chengjiang fauna?？隰~7/6/202238Chengjiang fauna17/6/202239帽天山7/6/202240澄江動物群Chengjiang fauna7/6/202241澄江動物群生態(tài)復(fù)原7

13、/6/202242 顯生宙生物的發(fā)生和演化澄江動物群 昆明魚?？隰~澄江動物群7/6/202243 顯生宙生物的發(fā)生和演化 昆明魚?？隰~寒武紀(jì)生物大爆炸之謎？大約56億年前的寒武紀(jì)開始之時，絕大多數(shù)無脊椎動物在幾百萬年的很短時間內(nèi)出現(xiàn)，是一個“造門”的時代。起先是寒武紀(jì)初小殼化石的爆發(fā)式發(fā)展，繼之被大型帶殼動物取代。是什么原因使得寒武紀(jì)早期地球能夠激發(fā)這樣的生命“爆發(fā)”呢？7/6/202244昆明魚海口魚寒武紀(jì)生物大爆炸之謎？ 云南東部早寒武世澄江動物群，以軟軀體化石的罕見保存為特色，是一個舉世聞名的化石寶庫。該動物群是由當(dāng)年在中科院南京地質(zhì)古生物研究所工作的侯先光于1984年在澄江帽天山首次發(fā)

14、現(xiàn)，現(xiàn)已描述的澄江動物群化石共120余種，分屬海綿動物、腔腸動物、鰓曳動物、葉足動物、腕足動物、軟體動物、節(jié)肢動物、棘皮動物、脊索動物等10多個動物門以及一些分類位置不明的奇異類群，此外，還有多種共生的海藻。 眾所周知，寒武紀(jì)大爆發(fā)是令達(dá)爾文最為困惑的一個科學(xué)問題。達(dá)爾文在物種起源中承認(rèn)他無法解釋在寒武紀(jì)早期生物化石突然出現(xiàn)這一事實(shí)，同時，他還承認(rèn)這一事實(shí)將可能成為否認(rèn)其進(jìn)化理論的有力證據(jù)。而澄江動物群化石生動再現(xiàn)了距今五億三千萬年前海洋生物世界的真實(shí)面貌，充分顯示出寒武紀(jì)早期生物多樣性，將絕大多數(shù)現(xiàn)生動物門的演化歷史追溯到寒武紀(jì)開始，為揭示早期生命演化“寒武紀(jì)大爆發(fā)”的奧秘提供了極其珍貴的證

15、據(jù)，因而在國際上被譽(yù)為“二十世紀(jì)最驚人的科學(xué)發(fā)現(xiàn)之一”。 近二十年來，以陳均遠(yuǎn)、侯先光和舒德干等科學(xué)家通過對澄江動物群化石的不斷挖掘發(fā)現(xiàn)和深入系統(tǒng)研究，研究并回答了寒武紀(jì)大爆發(fā)這一重大疑難科學(xué)問題，探索了脊椎動物、真節(jié)肢、螯肢和甲殼等動物的起源，證實(shí)了現(xiàn)生動物門和亞門以及復(fù)雜生態(tài)體系起源于早寒武世，挑戰(zhàn)了自下而上倒錐形進(jìn)化理論模型，為自上而下的爆發(fā)式理論模型提供了化石證據(jù)。研究提出了神經(jīng)脊動物的概念，創(chuàng)建了無脊椎動物向脊椎動物演化五個階段的假說。共發(fā)表高水平學(xué)術(shù)論文90余篇，其中Nature和Science14篇，出版專著6部；Nature和Science發(fā)表專評9篇。該研究引起了國際學(xué)術(shù)界廣

16、泛的關(guān)注，并產(chǎn)生了震撼性的影響。 7/6/202245 顯生宙生物的發(fā)生和演化 昆明魚?？隰~寒武紀(jì)生物大爆炸之謎？澄江動物群的發(fā)現(xiàn)和研究引起國際社會的強(qiáng)烈關(guān)注。一位英國皇家科學(xué)院院士認(rèn)為澄江動物群“永遠(yuǎn)是科學(xué)的大廈”；紐約時報(bào)則評論這是“世紀(jì)最驚人的發(fā)現(xiàn)之一”這個項(xiàng)目的完成人已發(fā)表論文多篇，其中在國際著名雜志自然和科學(xué)上發(fā)表論文篇 7/6/202246 顯生宙生物的發(fā)生和演化昆明魚?？隰~寒武紀(jì)生物大爆炸之謎？“寒武紀(jì)大爆發(fā)”難倒了無數(shù)科學(xué)家，探索生命起源仍然是擺在世界上的一個難題。澄江動物群正是人們期盼已久的、探索生命源頭奧秘的最佳科學(xué)窗口 。或許是因?yàn)榇髿庵蟹e累了足夠的有利于呼吸作用的氧；或

17、全球環(huán)境變化有利于后生動物的生存；或海洋化學(xué)物質(zhì)的變化積累了大量的磷酸鹽，使得軟體動物有可能演化出保護(hù)性的骨骼；等等等，這些問題還有待進(jìn)一步探索和研究。7/6/202247 顯生宙生物的發(fā)生和演化 昆明魚?？隰~ 2）動、植物從水生到陸生的發(fā)展（1）植物的發(fā)展：在志留紀(jì)末期早、中泥盆世，由于大陸面積的擴(kuò)大，植物完成了登陸的使命。以出現(xiàn)裸蕨植物為代表，并產(chǎn)生莖、葉的分化，發(fā)育了維管束系統(tǒng)。 7/6/202248 顯生宙生物的發(fā)生和演化 昆明魚海口魚 2）動、植物從水生到陸生的發(fā)展（2）動物的發(fā)展：在晚泥盆世，出現(xiàn)了魚類向兩棲類的演化，動物完成了登陸的使命。以出現(xiàn)總鰭魚類為代表，具有強(qiáng)大的肉鰭，當(dāng)水體干枯時，可用肉鰭爬