南京工業(yè)大學(xué)生命工程與技術(shù)概論限選課生物的起源與進(jìn)化

二生命的起源與進(jìn)化第一節(jié)生命的起源第二節(jié)生命的進(jìn)化第三節(jié)人類(lèi)的起源和進(jìn)化本文檔共35頁(yè)；當(dāng)前第1頁(yè)；編輯于星期二\0點(diǎn)16分宗教認(rèn)為上帝創(chuàng)造了人1.1生命起源的爭(zhēng)論幾百年前的爭(zhēng)論本文檔共35頁(yè)；當(dāng)前第2頁(yè)；編輯于星期二\0點(diǎn)16分古代人認(rèn)為生命是自然發(fā)生的我國(guó)古代有“天地合氣萬(wàn)物有生”的說(shuō)法古代歐洲有“地球乃孕育生命的慈母”的說(shuō)法本文檔共35頁(yè)；當(dāng)前第3頁(yè)；編輯于星期二\0點(diǎn)16分生命究竟是如何起源的，有機(jī)體能自發(fā)地由非生命物質(zhì)隨時(shí)形成嗎？18世紀(jì)以前：從垃圾和糞坑里自發(fā)地產(chǎn)生了蛆和蒼蠅從小池塘和沼澤地中自發(fā)地出現(xiàn)了蝌蚪和青蛙從潮濕的土壤里鉆出了老鼠植物只能通過(guò)種子的萌發(fā)才能產(chǎn)生卵的孵化產(chǎn)生了昆蟲(chóng)和家禽等如何通過(guò)實(shí)驗(yàn)來(lái)解決這個(gè)難題？自然發(fā)生論本文檔共35頁(yè)；當(dāng)前第4頁(yè)；編輯于星期二\0點(diǎn)16分18世紀(jì)意大利科學(xué)家Spallanzani的實(shí)驗(yàn)置于燒瓶中的肉湯加熱沸騰后讓其冷卻，開(kāi)口的燒瓶中很快就繁殖生長(zhǎng)出許多微生物；但加了瓶塞與外界隔離的燒瓶中就沒(méi)有出現(xiàn)微生物。這一實(shí)驗(yàn)結(jié)果為解決上述的爭(zhēng)論提供了重要的線(xiàn)索。本文檔共35頁(yè)；當(dāng)前第5頁(yè)；編輯于星期二\0點(diǎn)16分巴斯德（Pasteur）的實(shí)驗(yàn)結(jié)論：“所有生物只能來(lái)源于生物，從非生命物質(zhì)中絕對(duì)不可能隨時(shí)自發(fā)地產(chǎn)生出新的生命個(gè)體”。地球上的第一個(gè)生命是如何而來(lái)的？在生命物質(zhì)與非生命物質(zhì)之間沒(méi)有不可逾越的鴻溝。外星生命？地球早期化學(xué)演化本文檔共35頁(yè)；當(dāng)前第6頁(yè)；編輯于星期二\0點(diǎn)16分原始的地球和最早出現(xiàn)的生物原始的地球缺乏氧氣，大氣中存在著許多還原性氣體如H2,NH3,CH4,水蒸氣(H2O)，也可能有CO2,H2S等。當(dāng)時(shí)地球缺乏臭氧層的保護(hù)，太陽(yáng)的紫外線(xiàn)輻射很強(qiáng)。前寒武紀(jì)沉積巖薄片中存在類(lèi)似細(xì)菌大小的微體古生物化石，經(jīng)鑒定主要是一些細(xì)菌、藍(lán)細(xì)菌（藍(lán)藻）等。最早的原核生物在地球形成的早期就開(kāi)始出現(xiàn)了。一些早期出現(xiàn)的生物還具有光合放氧的能力和抗紫外線(xiàn)輻射的能力。本文檔共35頁(yè)；當(dāng)前第7頁(yè)；編輯于星期二\0點(diǎn)16分1.2生命的化學(xué)演化1920年蘇聯(lián)生物化學(xué)家?jiàn)W巴林院士提出“化學(xué)進(jìn)化”假說(shuō)。原始地球環(huán)境可以產(chǎn)生組成生物體的糖、脂類(lèi)、蛋白質(zhì)和核酸等大分子結(jié)構(gòu)單元，甚至到生物多分子體系，但還沒(méi)有出現(xiàn)真正的生命，這一時(shí)期稱(chēng)為化學(xué)演化期或前生物期。從化學(xué)演化期到產(chǎn)生最簡(jiǎn)單的生命形式包括4個(gè)階段：（1）氨基酸、核苷酸等有機(jī)單體分子的非生物合成和積累；（2）有機(jī)單體分子在非生物體系中聚合成多聚體；（3）多聚體整合為多分子體系顆粒（原球體）；（4）代謝與遺傳體系的形成和進(jìn)化最終產(chǎn)生出最簡(jiǎn)單的生命形式——原核細(xì)胞。本文檔共35頁(yè)；當(dāng)前第8頁(yè)；編輯于星期二\0點(diǎn)16分原始地球條件：沒(méi)有氧氣，最初形成的生命物質(zhì)不會(huì)被氧化降解；能量輸入——紫外線(xiàn)輻射；其他因素如粘土礦物的化學(xué)催化作用、太陽(yáng)和紫外線(xiàn)輻射對(duì)有機(jī)分子的濃縮作用、火山爆發(fā)形成的特殊環(huán)境和條件等如何模擬原始地球條件進(jìn)行實(shí)驗(yàn)？本文檔共35頁(yè)；當(dāng)前第9頁(yè)；編輯于星期二\0點(diǎn)16分Miller實(shí)驗(yàn)1953年，美國(guó)芝加哥大學(xué)的研究生Miller根據(jù)原始地球的還原大氣條件設(shè)計(jì)了一套密閉循環(huán)實(shí)驗(yàn)裝置，模擬和驗(yàn)證了非生命有機(jī)分子在原始地球環(huán)境中生成生物分子結(jié)構(gòu)單元的化學(xué)動(dòng)力學(xué)過(guò)程。一周后，檢測(cè)出5種氨基酸、不同有機(jī)酸、HCN等。本文檔共35頁(yè)；當(dāng)前第10頁(yè)；編輯于星期二\0點(diǎn)16分

米勒模擬實(shí)驗(yàn)得到的有機(jī)物（共計(jì)20多種）

有機(jī)物產(chǎn)量mol甲醛2330脲（尿素）20乳酸310琥珀酸40甘氨酸6谷氨酸

后來(lái)別人的實(shí)驗(yàn)，使用其他能源，紫外線(xiàn)、高溫、射線(xiàn)等，還得到：嘌呤、嘧啶、核苷酸、脂肪酸、單糖等。本文檔共35頁(yè)；當(dāng)前第11頁(yè)；編輯于星期二\0點(diǎn)16分1953年芝加哥大學(xué)米勒StanleyMiller(當(dāng)時(shí)23歲)本文檔共35頁(yè)；當(dāng)前第12頁(yè)；編輯于星期二\0點(diǎn)16分

關(guān)于最簡(jiǎn)單生命形式起源的幾個(gè)假說(shuō)Oparin的團(tuán)聚體學(xué)說(shuō) 蛋白質(zhì)和核酸等生物大分子聚合在團(tuán)聚體內(nèi)并具有類(lèi)似于膜那樣的邊界，其內(nèi)部的化學(xué)特征顯著區(qū)別于外部的溶液環(huán)境。團(tuán)聚體是一種多分子體系，它具有一定的生命現(xiàn)象。Fox的微球體學(xué)說(shuō) 微球體可以從外界吸收更多的生物多聚體分子，使得微球體上產(chǎn)生出芽，甚至形成新的微球體。脂球體學(xué)說(shuō) 磷脂與蛋白質(zhì)混合在一起形成外形類(lèi)似于細(xì)胞并具有雙層膜的結(jié)構(gòu)。本文檔共35頁(yè)；當(dāng)前第13頁(yè)；編輯于星期二\0點(diǎn)16分

代謝系統(tǒng)的進(jìn)化原始生命體系內(nèi)代謝系統(tǒng)在自然選擇的作用下變得逐漸復(fù)雜起來(lái)，這種代謝系統(tǒng)的進(jìn)化經(jīng)歷了由簡(jiǎn)單到復(fù)雜的漫長(zhǎng)過(guò)程。本文檔共35頁(yè)；當(dāng)前第14頁(yè)；編輯于星期二\0點(diǎn)16分

代謝系統(tǒng)的進(jìn)化最原始的生命形式或最早出現(xiàn)的細(xì)胞應(yīng)該是異養(yǎng)的。光合作用的進(jìn)化產(chǎn)生出光能自養(yǎng)細(xì)胞：自然選擇壓力促進(jìn)某些含卟啉類(lèi)化合物的細(xì)胞能夠吸收太陽(yáng)光能，進(jìn)行光化學(xué)反應(yīng)，將無(wú)機(jī)物變成有機(jī)物，同時(shí)生成ATP。自養(yǎng)細(xì)胞的出現(xiàn)不但可為異養(yǎng)細(xì)胞提供繼續(xù)生存的營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)及能量，更改變了地球的環(huán)境（氧氣和臭氧層的出現(xiàn)）。本文檔共35頁(yè)；當(dāng)前第15頁(yè)；編輯于星期二\0點(diǎn)16分遺傳系統(tǒng)的起源DNA、RNA、多肽鏈——哪一種是原始生命最早貯存遺傳信息并指導(dǎo)蛋白質(zhì)合成、同時(shí)還能自我復(fù)制的物質(zhì)呢？RNA最可能成為最早的遺傳物質(zhì)實(shí)驗(yàn)顯示，試管中RNA鏈可以自發(fā)地延伸和復(fù)制20世紀(jì)80年代初，Cech和Altman發(fā)現(xiàn)，某些RNA具有像酶一樣的化學(xué)催化活性（1989年諾貝爾獎(jiǎng)）RNA組成及三維空間結(jié)構(gòu)的多樣性和穩(wěn)定性本文檔共35頁(yè)；當(dāng)前第16頁(yè)；編輯于星期二\0點(diǎn)16分遺傳系統(tǒng)的起源偶然以RNA為模板合成了DNA鏈，后者貯存和復(fù)制遺傳信息比RNA更穩(wěn)定也更有效，生命起源初期RNA發(fā)揮主要作用的時(shí)代便讓位于DNA-RNA-蛋白質(zhì)共同作用的時(shí)代。繁殖、蛋白質(zhì)合成和代謝三者在特殊環(huán)境條件下協(xié)同進(jìn)化，加深了遺傳系統(tǒng)與代謝系統(tǒng)的偶聯(lián)。生命由起源階段進(jìn)入漫長(zhǎng)的進(jìn)化階段，演化出多樣性的生物世界。本文檔共35頁(yè)；當(dāng)前第17頁(yè)；編輯于星期二\0點(diǎn)16分1859年，Darwin《物種起源》1860年6月30日 牛津大學(xué)圖書(shū)館 神創(chuàng)論與進(jìn)化論的辯論會(huì)牛津大主教(威爾伯福斯）Wilberforcevs.（賀胥黎）Huxley進(jìn)化論與神創(chuàng)論的斗爭(zhēng)一直沒(méi)有停止2.1Darwin的進(jìn)化論及其發(fā)展第二節(jié)生命的進(jìn)化本文檔共35頁(yè)；當(dāng)前第18頁(yè)；編輯于星期二\0點(diǎn)16分年青時(shí)代的Darwin和貝格爾號(hào)的航行1809年出生，童年山林和田野1825年，愛(ài)丁堡大學(xué)學(xué)習(xí)醫(yī)學(xué)1828年，劍橋大學(xué)學(xué)習(xí)神學(xué)，鉆研博物學(xué)和自然史，結(jié)識(shí)了一些博學(xué)的教授學(xué)者。1831年，從劍橋畢業(yè)并獲得學(xué)士學(xué)位劍橋大學(xué)博物學(xué)教授Henslow推薦去英國(guó)貝格爾號(hào)航海船上擔(dān)任博物學(xué)專(zhuān)家。本文檔共35頁(yè)；當(dāng)前第19頁(yè)；編輯于星期二\0點(diǎn)16分加帕戈斯群島,考察了一個(gè)多月，采集了大量的巖石及植物和動(dòng)物標(biāo)本。Darwin發(fā)現(xiàn)，島上26種陸棲鳥(niǎo)類(lèi)中，有25種是特有的，15種海棲魚(yú)類(lèi)全部是新種，25種甲殼蟲(chóng)中只有2～3種是南美洲也有的，185種顯花植物中新種為100種。不同島嶼上的海龜形態(tài)各不相同，地雀的許多特征也有差異，顯示出這些不同的物種是這里特殊的氣候和環(huán)境創(chuàng)造的。物種是可變的，這種變化明顯受自然環(huán)境的影響和選擇！本文檔共35頁(yè)；當(dāng)前第20頁(yè)；編輯于星期二\0點(diǎn)16分1836年10月，Darwin回到了英國(guó)。著名的經(jīng)濟(jì)學(xué)家Malthus（馬爾薩斯,1766-1834）的《人口論》，進(jìn)一步認(rèn)識(shí)到生存競(jìng)爭(zhēng)的結(jié)果使各物種在自然界中保持適當(dāng)?shù)臄?shù)量，同時(shí)逐漸向著更加適應(yīng)于環(huán)境的方向變化。生存競(jìng)爭(zhēng)和適者生存為Darwin的自然選擇學(xué)說(shuō)的形成提供了依據(jù)，他的關(guān)于生物通過(guò)自然選擇而連續(xù)進(jìn)化的理論開(kāi)始成型。1859年，Darwin《物種起源》終于問(wèn)世。核心思想:自然選擇,適者生存。本文檔共35頁(yè)；當(dāng)前第21頁(yè)；編輯于星期二\0點(diǎn)16分自然選擇導(dǎo)致生物進(jìn)化生物進(jìn)化是指地球上的生命從最初最原始的形式經(jīng)過(guò)漫長(zhǎng)的歲月變異演化為幾百萬(wàn)種形形色色生物的過(guò)程。所謂自然選擇實(shí)質(zhì)上是自然環(huán)境導(dǎo)致生物出現(xiàn)生存和繁殖能力的差別，一些生物生存下去，另一些生物被淘汰。Darwin主義包含了兩方面的基本含義：（1）現(xiàn)代所有的生物都是從過(guò)去的生物進(jìn)化來(lái)的；（2）自然選擇是生物適應(yīng)環(huán)境而進(jìn)化的原因。本文檔共35頁(yè)；當(dāng)前第22頁(yè)；編輯于星期二\0點(diǎn)16分生物性狀和特征變化往往是環(huán)境和遺傳相互作用的結(jié)果例：長(zhǎng)頸鹿的進(jìn)化本文檔共35頁(yè)；當(dāng)前第23頁(yè)；編輯于星期二\0點(diǎn)16分自然選擇作用下群體水平的進(jìn)化實(shí)質(zhì)上反映了生物基因庫(kù)的變化?；驇?kù)是一種生物群體全部遺傳基因的集合，它決定了下一代的遺傳性狀。生物細(xì)胞中同源染色體上的一對(duì)等位基因可以決定生物個(gè)體的某一性狀。本文檔共35頁(yè)；當(dāng)前第24頁(yè)；編輯于星期二\0點(diǎn)16分物種形成的機(jī)理物種不但是生物分類(lèi)的單元，更是遺傳生殖和進(jìn)化的單元。種群是同一物種的一群個(gè)體，享有共同的基因庫(kù)。同一種群生物個(gè)體之間的交配便造成了彼此間的基因交流并保持著基因庫(kù)的穩(wěn)定。Darwin將某些地理障礙如大的山脈、峽谷、海洋等把生物相互隔開(kāi)稱(chēng)為地理隔離。地理隔離造成小種群間基因交流的阻斷使基因庫(kù)的差異越來(lái)越大，最終出現(xiàn)了生殖隔離，即不同小種群間的個(gè)體不能彼此交配和產(chǎn)生有生殖能力的后代。幾個(gè)基本概念本文檔共35頁(yè)；當(dāng)前第25頁(yè)；編輯于星期二\0點(diǎn)16分2.2生物進(jìn)化的證據(jù)和歷程地質(zhì)歷史及其中的化石記錄雄辯地證明，生物是進(jìn)化的，復(fù)雜的生物是從簡(jiǎn)單的生物進(jìn)化來(lái)的，陸生生物是從水生生物進(jìn)化來(lái)的。比較解剖學(xué)證據(jù)在一些不同種群生物中，某些器官即使行使不同功能，它們?cè)诮馄式Y(jié)構(gòu)上也具有相同或相似性，反映出這些生物之間具有的親源關(guān)系和從某個(gè)共同祖先進(jìn)化來(lái)的軌跡。退化器官痕跡、反祖現(xiàn)象本文檔共35頁(yè)；當(dāng)前第26頁(yè)；編輯于星期二\0點(diǎn)16分比較胚胎學(xué)證據(jù)比較胚胎學(xué)即不同生物胚胎發(fā)育過(guò)程的變化研究也揭示了一些不同的生物是由同一個(gè)祖先進(jìn)化而來(lái)的事實(shí)。親源關(guān)系相近的生物在它們發(fā)育過(guò)程中有相同的發(fā)育階段。（重演）本文檔共35頁(yè)；當(dāng)前第27頁(yè)；編輯于星期二\0點(diǎn)16分分子生物學(xué)證據(jù)例：人類(lèi)與其他幾種脊椎動(dòng)物血紅蛋白多肽鏈的氨基酸序列差別人—猴子：8人—鼠：30人—八目鰻：125親源關(guān)系近的生物，其DNA或蛋白質(zhì)有更多相同性。反之亦然。本文檔共35頁(yè)；當(dāng)前第28頁(yè)；編輯于星期二\0點(diǎn)16分第三節(jié)人類(lèi)的起源和進(jìn)化人的細(xì)胞結(jié)構(gòu)屬于真核細(xì)胞。動(dòng)物界人種或種族：根據(jù)膚色、發(fā)型、鼻型等體質(zhì)特征，人類(lèi)通常被劃分為4種類(lèi)型。人在生物界的地位和特征不同人群存在地理隔離和文化隔離，但是并沒(méi)導(dǎo)致生殖隔離。人與哺乳動(dòng)物的顯著區(qū)別本文檔共35頁(yè)；當(dāng)前第29頁(yè)；編輯于星期二\0點(diǎn)16分最早出現(xiàn)的靈長(zhǎng)類(lèi)是5000萬(wàn)年前的原猴類(lèi)。人猿類(lèi)是在大約3600萬(wàn)年前漸新世時(shí)從一組原猴類(lèi)進(jìn)化而來(lái)的。人猿類(lèi)分為兩支，一支進(jìn)化成猿猴，另一支進(jìn)化成為人類(lèi)的祖先—原始人。從猿到人本文檔共35頁(yè)；當(dāng)前第30頁(yè)；編輯于星期二\0點(diǎn)16分血清蛋白的分子免疫學(xué)以及血紅蛋白的氨基酸序列分析和DNA序列的研究也說(shuō)明，人與大猩猩具有非常近的親源關(guān)系。原始人的進(jìn)化約500萬(wàn)年前，靈長(zhǎng)類(lèi)中的一個(gè)小系從樹(shù)上下來(lái)，身體構(gòu)造發(fā)生了與直立相適應(yīng)的變化，進(jìn)入人的進(jìn)化階段。完全直立行走、手、腦與語(yǔ)言的發(fā)展使人成為靈長(zhǎng)類(lèi)中最高級(jí)的成員。本文檔共35頁(yè)；當(dāng)前第31頁(yè)；編輯于星期二\0點(diǎn)16分約390萬(wàn)年至300萬(wàn)年前，阿法南猿和非洲南猿；約250萬(wàn)年前，早期猿人（又稱(chēng)能人），直立人；人類(lèi)的進(jìn)化直立人經(jīng)歷了大約150萬(wàn)年的歷史以后，出現(xiàn)了現(xiàn)代的人種—智人。25萬(wàn)年至4萬(wàn)年前：早期智人；4萬(wàn)年前：晚期智人本文檔共35頁(yè)；當(dāng)前第32頁(yè)；編輯于星期二\0點(diǎn)16分人類(lèi)在進(jìn)化中創(chuàng)造了不斷發(fā)展的文化人類(lèi)文化發(fā)展的階段1、狩獵與積聚

200-300萬(wàn)年前簡(jiǎn)單的部落社會(huì)，簡(jiǎn)單的語(yǔ)言2、農(nóng)業(yè)的發(fā)展

1-1.5萬(wàn)年前植物栽培和馴養(yǎng)動(dòng)物，發(fā)明文字3、工業(yè)革命城市規(guī)模擴(kuò)大，復(fù)雜的機(jī)械出現(xiàn)4、