普通生物學第6章：生物的起源與進化

第6章生物的起源與進化6.1生命的起源6.1.1對生命起源的認識1、自然發(fā)生論認為生物可以從非生命的物質直接產生。2、神創(chuàng)論生命是由超物質力量的神所創(chuàng)造的，或者是一種超越物質的先驗所決定的。即地球上的各種生物，都是由上帝按照一定計劃、一定目的創(chuàng)造出來的。3、天外種胚論地球生命來源于別的星球或宇宙的“胚種”，即地球上的生命是由天外飛來的。4、化學起源論認為在原始地球條件下，無機物可以轉變?yōu)橛袡C物，有機物可以發(fā)展為生物大分子和多分子體系直到最后出現(xiàn)原始的生命體。6.1.2生命起源的主要階段

生命的起源發(fā)生在35億年前，并經(jīng)歷了無機小分子→有機小分子→生物大分子→多分子體系→原始細胞4個階段6.1.2.1由無機小分子生成有機小分子原始大氣成分：氨、甲烷、氰化氫、硫化氫、二氧化碳、氫氣和水蒸氣?；瘜W進化假說——奧巴林和霍爾丹在20世紀20年代提出。即原始大氣成分在閃電、紫外線輻射、宇宙射線和高溫提供能量的作用下,可自然地合成一系列小分子有機化合物.1953年，米勒的模擬實驗，用無機物(如氨、甲烷、氫氣等)制造出了11氨基酸。此后，其他研究者陸續(xù)又用不同配方的原始大氣混合物，合成了所有20種氨基酸、以及嘌呤、嘧啶、脫氧核糖、脂肪酸等，若加磷時，ATP也能產生。DNA→RNA蛋白質系統(tǒng)6.1.2.2

由有機小分子生成生物大分子SindneyFox的實驗，有機單分子→滾燙的沙粒、粘土或石塊→水蒸發(fā)→類蛋白多肽。6.1.2.3多分子體系的形成實驗一:類蛋白遇冷→微球體（具選擇性滲透外膜）實驗二:含脂有機成分遇冷/水→脂質體（表面具雙分子層）實驗三:多肽+核酸+多糖+磷脂等混合物→搖動→團聚體。6.1.2.4原始細胞生命的形成現(xiàn)代細胞中，最簡單和最小的細胞是菌質體（mycoplasma），存在DNA→RNA→蛋白質的信息流。DAN/蛋白質哪個先產生？Cech的假說(20世紀80年代）：RNA可能是最早出現(xiàn)的生命活性物質.四膜蟲的前體rRNA的非功能片段具有如下功能:（1）催化合成多聚核苷酸鏈;（2）切割降解多聚核苷酸鏈;（3）攜帶遺傳信息.“RNAworld”學說RNARNA

原始生命系統(tǒng)DNA

生命系統(tǒng)啟動反轉錄蛋白質合成為什么出現(xiàn)以DNA為核心的生命系統(tǒng)？6.2生物進化的主要歷程

在多分子體系中,“DNA→RNA→蛋白質生命系統(tǒng)”的建立,就意味著原始細胞生命,即原核細胞的誕生.6.2.1原核細胞的進化原始的地球環(huán)境是無氧環(huán)境,最初的原核生物要經(jīng)過如下進程:異養(yǎng)細菌(以有機物為養(yǎng)料進行無氧呼吸)→導致有機物減少→代謝途徑變化→自養(yǎng)的藍細菌(光合作用)出現(xiàn)→二者構成了原核生物時代的生態(tài)系統(tǒng)(突破營養(yǎng)控制的重大飛躍)→藍細菌發(fā)展→氧氣濃度增加→臭氧層(為真核生物的出現(xiàn)創(chuàng)造了條件).氧氣→限制厭氧生物→需氧生物→多樣的代謝方式(光自氧型、光異氧型、化能自氧型和化能異氧型等）6.2.2

真核細胞的起源細胞結構的差異不是在動植物細胞之間,而是在原核細胞和真核細胞之間.由原核細胞向真核細胞的進化就成為生命進化史上的重要事件內共生說（endosymbiotictheory）

原始的厭氧/異養(yǎng)原核生物以吞食有機物和其他原核生物為生,有時它們能容忍所捕獲的原核生物在它們的體內生活下去,共同生活的結果,吞食者和被吞食者之間發(fā)生了共生關系.被吞食者就變成了細胞器.其中線粒體來源于需氧原核生物(紫細菌),質體來源于藍細菌,運動器(鞭毛和微管系統(tǒng))來自于螺旋體細菌.6.2.2

真核細胞的起源證據(jù)：1)線粒體和葉綠體都具有自主性活動.2)線粒體和葉綠體所含DNA是環(huán)狀的，與細菌、藍藻的相同,且與原核生物的DNA具有部分同源性。3)線粒體和葉綠體所含的核糖體與原核生物的相似，而與真核生物的不同，并且這兩種細胞器也能夠像原核生物一樣進行無絲分裂。4)線粒體和葉綠體都有兩層膜，內膜來自這些細胞器本身，外膜來自細胞的膜系統(tǒng)。弱點：不能解釋細胞核的來源。6.2.3從單細胞生物到多細胞生物現(xiàn)在一般認為多細胞植物和多細胞動物都是起源于單細胞鞭毛生物，大約出現(xiàn)于6億年前，這一過程是進化史上的重要事件。6.2.3.1多細胞植物的進化(分為4個階段)1、藻類植物階段單細胞藻類→多細胞藻類→大型藻類

2、蕨類植物階段裸蕨→石松類→羽葉類→真蕨類

3、裸子植物階段出現(xiàn)于2.8億年前的二疊紀。

特點：配子體簡化并寄生于孢子體上；種子繁殖；花粉管。

4、被子植物階段

進化特征：

1）木質部出現(xiàn)導管，韌皮部出現(xiàn)篩管和伴胞。

2）種子具有果皮包被

3）具有雙受精作用和三倍體胚乳。12346.2.3.2多細胞動物的進化分為2個階段1、多細胞無脊椎動物階段有化石記錄始于古生代的寒武紀，那時的無脊椎動物多達7個門類，其中三葉蟲最多，故稱為“三葉蟲時代”.之后取而代之的是昆蟲。2、脊椎動物階段，再分為5個階段1）魚類，盾皮魚類→軟骨魚和硬骨魚2）兩棲類魚石螈→堅頭類和塊椎類→弓椎類和殼椎類.3）爬行類杯龍類→恐龍類4）鳥類始祖鳥（古鳥亞綱）→今鳥亞綱.5）哺乳類最高級的脊椎動物。特征：胎生和哺乳.6.3生物進化的證據(jù)6.3.1化石證據(jù)化石：保存在地層中的生物遺體、遺骸、遺物和遺跡的總稱。鳥類興盛原始哺乳動物出現(xiàn)魚類興盛,昆蟲及兩棲類出現(xiàn)水生無脊椎動物繁盛棘皮,海綿,軟體動物興盛爬行類開始興盛兩棲類興盛1）動物化石

元古代和古生代早期：原生動物、軟體動物→古生代泥盆紀：魚類繁盛，兩棲類登陸→中生代：爬行類（恐龍）盛行，原始鳥出現(xiàn)→新生代：哺乳動物及隨后的人類發(fā)展。鳥類興盛原始哺乳動物出現(xiàn)魚類興盛,昆蟲及兩棲類出現(xiàn)水生無脊椎動物繁盛棘皮,海綿,軟體動物興盛爬行類開始興盛兩棲類興盛2）植物化石

太古代、元古代、古生代早期：原始藻類發(fā)生發(fā)展→古生代的志留紀：植物登陸，出現(xiàn)原始的裸蕨和蕨類→古生代的石炭紀：種子蕨發(fā)展→中生代：裸子植物大發(fā)展→中生代末期和新生代：被子植物取代裸子植物成為地球主宰。被子植物繁盛被子植物興起被子植物出現(xiàn)裸子植物繁盛裸子植物興起,蕨類植物衰退種子蕨繁盛,裸子植物出現(xiàn)裸蕨和木本蕨繁盛陸生裸蕨出現(xiàn)藻類繁盛藻類興起6.3.2胚胎學證據(jù)

從脊椎動物的胚胎發(fā)育來看,從卵裂開始到形態(tài)發(fā)生和早期的組織分化都很相似，反映了脊椎動物有共同的起源，即個體發(fā)育重演了脊椎動物系統(tǒng)發(fā)育所經(jīng)歷的主要階段，這種現(xiàn)象稱之為“重演律(lawofrecapitulation)”。魚鳥蠑螈龜人

魚蠑螈龜雞豬狗兔人6.3.3比較解剖學證據(jù)

1、同源器官(homologous

organ)

是指在胚胎發(fā)育中具有相同/相似的來源,而外形和功能有顯著差異的器官.如鳥的翅膀、蝙蝠的翼、鯨的鰭、哺乳動物的前肢、人的上肢等.是趨異演化的結果.馬貓鯨魚人蝙蝠原始的五趾型前肢2、同功器官（analogousorgan）是指形態(tài)和功能相似，而來源和構造不同的器官。如鳥和昆蟲的翅膀。是趨同演化的結果.3、痕跡器官（vestigialorgan）指生物體內保存了對機體作用已經(jīng)不大，而在祖先曾經(jīng)發(fā)達的器官的痕跡。如人體保留了在哺乳動物中相當發(fā)達的動耳肌、闌尾、體毛和尾椎骨等痕跡；鯨體內保留有后肢骨的痕跡.6.3.4細胞遺傳學證據(jù)每種生物都有自己特有的染色體組與核型特征，通過對不同生物染色體組的比較，就可以發(fā)現(xiàn)其間的親緣與演化關系。另外，通過人工雜交的方式也可以判斷兩雜交生物之間的親緣關系.例如，普通小麥為異源六倍體，2n=42，具有A、B、C3個不同的染色體組，其進化過程就是通過雜交來推斷的.

一粒小麥(AA)×擬斯卑爾脫山羊草(BB)

（Triticum

monococcum)2n=14

（Aegilops

speltoides)2n=14

↓

屬間雜種(2n=14,AB)

↓加倍擬二粒小麥

(AABB)×方穗山羊草

(DD)

(T.dicoccides)2n=28

(A.squarrosa)2n=14

↓

屬間雜種（2n=21,ABD)

↓加倍普通小麥

(AABBDD)

(T.aestivum)2n=426.3.5分子生物學證據(jù)通過對不同生物DNA和蛋白質序列的比較分析，獲取其相互之間的親緣和演化關系。分子生物學方法的優(yōu)點1）根據(jù)生物大分子結構上的差異程度，可以定量地計算出進化信息。2）對一些形態(tài)結構非常簡單的微生物進化，運用此法比較有效。3）能對一些親緣關系比較遠的生物類群進行比較分析。6.4生物進化的理論

6.4.1拉馬克學說1)環(huán)境對生物體影響的理論環(huán)境的改變能引起生物的變異,環(huán)境的多樣性是生物多樣性的主要原因.（a）家養(yǎng)動植物與野生動植物的不同全在于環(huán)境的不同.（b）植物受環(huán)境的影響比動物更為深刻.環(huán)境改變→機能改變→形態(tài)結構的改變→多代積累→變異鞏固→形成新類型.（c）對沒有神經(jīng)系統(tǒng)/簡單神經(jīng)系統(tǒng)的動物來說,環(huán)境的影響也是深刻的,但對有神經(jīng)系統(tǒng)和習性復雜的動物來說,環(huán)境的影響是間接的.2)生物按等級向上發(fā)展的理論

生物是進化的,并且是由低級向高級、由簡單向復雜,按照一系列梯度等級逐步推移的,并認為生物本身存在由低級向高級發(fā)展的力量.

3)用進廢退和獲得性遺傳理論用進廢退:

經(jīng)常使用的器官就發(fā)達,不使用的器官就退化.稱為“用進廢退法則”.獲得性遺傳：

如果增強或退化的器官為能生育的雌雄雙親所共有，則這樣的變異就能通過生育和遺傳加以保存.稱為“獲得性遺傳法則”.6.4.2達爾文進化理論1.變異和遺傳

一切生物都能發(fā)生變異,且變異是隨機的和自發(fā)的,同時一部分變異能遺傳給后代.2.繁殖過剩與生存斗爭

生物是大量的繁殖的,但與有限的生存條件之間存在矛盾,通過生存斗爭,有些生物存活下來,有些生物被淘汰或消失.3.自然選擇適者生存/物競天擇適者生存(核心思想)

在自然狀態(tài)下,生物個體存在大量變異,有的變異有利于使生物在生存斗爭中生存下來,有的變異卻使生物在斗爭中處于不利的地位而被淘汰.4.性狀分歧與物種形成

由于選擇的作用,會使一個原始的共同的祖先類型出現(xiàn)許多性狀極端歧異的類型,隨著差異的積累