(完整版)第3章-生物起源與演化

第三章生命

的起

源與

生物

進化第三章生命的起源與生物進化一、生命的起源

二、早期生物演化三、顯生宙的生物演化四、物種的形成五、生物進化的特點和規(guī)律無機分子:水分子（H2O）、磷酸分子（H3PO4）等等。有機分子：尿素[CO9NH2）2]、谷氨酸（C5H8O4N）等。生命物質(zhì)的核心成分是有機分子組成的蛋白質(zhì)和核酸。生命的本質(zhì)生命是物質(zhì)的一種特殊運動形式，它能夠進行新陳代謝．不斷地吐故納新；能夠生長發(fā)育，不斷地發(fā)展壯大自己；能夠繁殖、遺傳和變異，將上一代性狀傳給下一代，或者”青出于藍而勝于藍”；能夠感應(yīng)，對外界環(huán)境的某些變化作出反應(yīng)，等等。簡而言之．生命就是那些具有新陳代謝和自我遺傳復(fù)制的體系。蛋白質(zhì)是由多種氨基酸結(jié)合面成的長鏈狀高分子化合物。是生物體的主要組成物質(zhì)之一，是生命活動的基礎(chǔ)。具有催化作用的酶、具有免疫作用的抗體、起運輸作用的血液蛋白、有運動功能的肌肉蛋白，生物膜蛋白、某些激素和毒素等是蛋白質(zhì)的實例。核酸是由幾十個以至更多個核苷酸通過磷酸二脂鍵連接而成的高分子化合物。存在于所有動植物細胞、微生物和病毒、噬菌體內(nèi)，是生命的量基本物質(zhì)之一，對生物的生長，遺傳、變異等都起著決定性的作用。核酸分為核糖核酸（RNA)和脫氧核糖核酸(DNA)兩類。核酸---核糖核酸，英文縮寫RNA。RNA存在于一切細胞的細胞質(zhì)和細胞核中，也存在于大多數(shù)已知的植物病毒和部分動物病毒以及一些噬菌體中，核苷酸包括磷酸、核糖和堿基，因為堿基有四種，即腺嘌嶺(A)、鳥嘌嶺(G)、尿嘧啶(u)和胞嘧啶(c)，所以組成RNA的核苷酸主要有腺苷酸、鳥苷酸、胞苷酸和尿苷酸四種。核酸---脫氧核糖核酸英文縮寫DNA。DNA存在于細胞核、線粒體、葉綠體中，也可以游離狀態(tài)存在于某些細胞的細胞質(zhì)中，大多數(shù)已知噬菌體、部分動物病毒和少數(shù)植物病毒中也含有DNA。其基本單位叫脫氧核苷酸，有4種。4種脫氧核苷酸的區(qū)別在于有4種不同的堿基，即腺嘌呤(A)、鳥嘌呤(G)、胸腺嘧啶(T)和胞嘧啶(C)。雙螺旋構(gòu)造的DNA由A與T、G與C各自成對連接成兩條長鏈。

DNA有自我復(fù)制的本領(lǐng)。

基因是DNA的片-段，它是遺傳的基本單位，不同的基因能決定生物體的不同性狀；基因又是由遺傳密碼組成的，所以說基因是生物體攜帶和傳遞遺傳信息的基本單位。大部分生物的遺傳物質(zhì)是DNA，但也有個別生物，比如一些病毒，它們無DNA，而由RNA起遺傳物質(zhì)的作用。一、生命的起源(一)兩種假說假說之一:外星來源說：銀河系別的星球上的生命（細菌或孢子）傳到地球上

介質(zhì)—輻射壓力；隕石

證據(jù)—

宇宙中發(fā)現(xiàn)有機分子的存在。在已發(fā)現(xiàn)的57種星際分子中有45種為有機分子

隕石中已分析出氨基酸、密啶、脂肪酸等復(fù)雜有機化合物目前尚未獲得別的星球上存在生物的直接證據(jù)

假說之二:地球發(fā)生說：

地球上的無機物在特定的物理化學(xué)條件下形成的各種有機化合物，這些有機化合物后來再經(jīng)過一系列變化后轉(zhuǎn)變?yōu)橛袡C體。地球發(fā)生說目前比較流行，也是多數(shù)人接受的說法。地球發(fā)生說：4種觀點

陸地起源說:原始地球表面冷卻后，海洋和陸地都出現(xiàn)了。在陸地火山區(qū)附近的含有大量氨基酸的池塘，經(jīng)火山噴發(fā)烘烤而干枯，氨基酸脫水縮合而成為高聚物，雨水又把帶入海洋。高聚物在海洋里組成蛋白質(zhì)。核酸也是以同樣的方式形成，之后產(chǎn)生生命。生命誕生于空中說：

有機物是隨水一起從海洋中蒸發(fā)起來，隨著水的蒸發(fā)，水滴中的有機物濃度越來越高。在強烈陽光的照耀下，上述有機物可能發(fā)生化學(xué)反應(yīng)，簡單的有機分手結(jié)合成為復(fù)雜分子，原始的核酸和蛋白質(zhì)也許就是這樣形成的。當(dāng)水滴因彼此融合而變大，最終落回海洋。地球發(fā)生說：4種觀點

深海煙囪起源說：

科學(xué)家發(fā)現(xiàn)，在現(xiàn)代深海底的大洋中脊處，有類似煙囪的熱液噴出口，盡管那里沒有陽光，而且溫度很高．卻活躍著許多生物．無獨有偶．科學(xué)家在太古代的綠巖帶里發(fā)現(xiàn)類似現(xiàn)代海洋中脊的深海煙囪．推測，生命化學(xué)合成曾在那里進行．最后，原始生命在那里誕生。生命源自火山噴發(fā)說：火山噴發(fā)時，當(dāng)這些氣體沖出火山口融入火山口上方的蘑菇云后，氣體會降膃。在這—過程中，蘑菇云中的氫、一氧化碳和其他物質(zhì)發(fā)生劇烈反應(yīng)，生成簡單的有機化合物。當(dāng)這些有機物落到從火山口溢出并已逐漸冷卻的熔巖表面．形成有機物薄層。這些物質(zhì)落到地面，經(jīng)長時期的相互作用，可合成具有自我復(fù)制能力的核糖核酸分子，使原始生命的出現(xiàn)成為可能。（1）形成有機化合物階段原始海洋中的無機物（N、H、O、CO、CO2、H2O、NH3、H2S、Hcl、甲烷）

紫外線電離輻射高溫高壓

有機化合物（氨基酸、核甘酸、多糖、類蛋白質(zhì)、脂肪酸）1、地球上生命產(chǎn)生過程的三個階段（2）形成生物大分子階段

有機化合物（氨基酸、脂肪酸、核苷

酸、多糖、類蛋白質(zhì)）

在原始海洋中聚合

復(fù)雜有機物（甘氨酸、蛋白質(zhì)、核酸

等—生物大分子）（3）形成生命階段

復(fù)雜有機物（甘氨酸、蛋白質(zhì)、核酸

等—生物大分子）

多個生物大分子聚集

蛋白質(zhì)和核酸為基礎(chǔ)的多分子體系，它具有初步的生命現(xiàn)象，從周圍環(huán)境中吸取營養(yǎng)，亦能將廢物排出體外從此，生命開始從化學(xué)進化轉(zhuǎn)入生物進化階段一、生命的起源二、早期生物演化

三、顯生宙的生物演化四、物種的形成五、生物進化的特點和規(guī)律第三章生物的起源與進化二、早期生物演化

(經(jīng)歷了4次重大事件)

事件一:

從非生物的化學(xué)進化，發(fā)展到生物進化相關(guān)概念:

保存于寒武紀(jì)以前巖石中的化石---早期生物地球年齡約為46億年，而最早的化石記錄在38億年----南非東部Barberton鎮(zhèn)無花果樹組的燧石中的許多單細胞生物，球狀、棒狀，直徑17-20微米。它們可能是一些藻類演化的先驅(qū)。最早的化石記錄表明非生物的化學(xué)進化發(fā)展到生物進化（最早生物）。

事件二:生物發(fā)生分異，多樣性增加

化石證據(jù)：

加拿大Ontario西部蘇必利爾湖沿岸，前寒武紀(jì)Gunflint組（20億年）中，發(fā)現(xiàn)的微化石有8屬12種。表明經(jīng)10多億年的演化，原核生物已發(fā)展到相當(dāng)繁盛的程度，這可能與當(dāng)時大氣開始充氧有關(guān)。外貌類似現(xiàn)代鐵錳還原菌分類位置不明外貌類似現(xiàn)代藻GunflintChert(1900ma)中的線狀細菌和念珠狀藍綠藻事件三:原核生物演化出真核生物化石證據(jù)：

澳大利亞Amadens盆地BitterSprings組(10億年）發(fā)現(xiàn)了4個屬的微化石，一個象絲狀的藍綠藻（原核生物），其他3個屬的內(nèi)部結(jié)構(gòu)似綠藻（真核生物）。

中國串嶺溝組（17.5億年）已有真核生物宏觀藻類的報道。

我國華北霧迷山組燧石（12-14億年）綠藻化石

印度、美國、加拿大等國相當(dāng)?shù)牡貙又芯l(fā)現(xiàn)真核生物。

真核生物出現(xiàn)于18億年前，繁盛于10億年前。

上：2800Ma

下：3300-3500MaAr疊層石內(nèi)原核生物藻絲體(Australia)前寒武紀(jì)疊層石及其藻細胞事件四:后生動物出現(xiàn)

化石證據(jù)：

澳洲南部Edicara崩德砂巖的埃迪卡拉（Ediacara）動物群（5.9-7.0億年）就是代表。

該動物群后來在西南非洲、加拿大、西伯利亞、英國、瑞典，以及我國的震旦系中都有發(fā)現(xiàn)。

Ediacara動物群大部分是腔腸動物：水母、水螅、錐石、缽水母、海鰓類等，還有環(huán)節(jié)動物、節(jié)肢動物等。Ediacara

動物群Ediacaran

動物群Ediacaran

動物群Ediacara

動物群復(fù)原圖細胞增殖向多細胞生物過渡一、生命的起源二、早期生物演化

三、顯生宙的生物演化

四、物種的形成五、生物進化的特點和規(guī)律第三章生物的起源與進化三、顯生宙的生物演化1、小殼動物群的出現(xiàn)和分異2、澄江動物群3、寒武紀(jì)生物大爆發(fā)4、動物體分化重大事件5、動植物從水生到陸生發(fā)展6、生物的絕滅與復(fù)蘇三、顯生宙的生物演化顯生宙出現(xiàn)了5次重大事件：

1、小殼動物群的出現(xiàn)和分異小殼動物群個體微小(1-2mm)，主要為海生無脊椎動物，包括軟舌螺、單板類、腹足類、腕足類等小殼動物群始于震旦紀(jì)末期，大量繁盛于寒武紀(jì)初期動物界完成了從無殼到有殼的演變，它是繼埃迪卡拉動物群之后生物界又一次質(zhì)的飛躍（與伊迪卡拉動物群共生）早期小殼動物群小殼動物群(Siberia)2、澄江動物群

澄江動物群于二十世紀(jì)八十年代發(fā)現(xiàn)于云南澄江、晉寧地區(qū)的下寒武統(tǒng)(∈1)。

化石保存極好（軟、硬體），有殼和無殼動物61屬、67種，包括三葉蟲、水母、蠕蟲類、甲殼類、腕足類、甚至脊索動物（魚類）等。

澄江動物群地址澄江動物群景觀復(fù)原圖澄江動物群中的魚類澄江動物群與布吉斯動物群

此動物群是二十世紀(jì)最重大的發(fā)現(xiàn)之一，它比世界著名的布吉斯動物群更引人注目布吉斯動物群產(chǎn)于加拿大中寒武統(tǒng)的BurgessShale中(∈2)。此外，還有我國貴州的凱里（臺江）動物群。包括節(jié)肢、海綿、和水母等∈

2Burgess頁巖生態(tài)復(fù)原布吉斯動物群復(fù)原圖寒武紀(jì)初（5.7億年），動物界出現(xiàn)一次爆發(fā)式的大發(fā)展。造門的時代，幾乎所有具硬體的無脊椎動物門及絕大部分綱都已出現(xiàn)。以節(jié)肢動物門三葉蟲綱占優(yōu)勢，占60%，次為腕足動物門，占30%。3、寒武紀(jì)生物大爆發(fā)4、動物體分化重大事件

單細胞

多細胞（原生

后生）。

最低等多細胞動物—兩層細胞、無組織，為側(cè)生動物（海綿動物、古杯動物）。

低等真正后生動物—兩胚層（內(nèi)、外胚層）、無典型器官（腔腸動物）。

兩胚層

三胚層，中胚層形成復(fù)雜的組織和器官（環(huán)節(jié)動物、軟體動物、節(jié)肢動物、腕足動物、苔蘚動物、棘皮動物、脊索動物）。

脊椎動物神經(jīng)系統(tǒng)的發(fā)展

人類的高級神經(jīng)系統(tǒng)。5、動植物從水生到陸生發(fā)展植物：S以前，僅低等菌藻類，完全水生S末-D1-2：向陸地發(fā)展，產(chǎn)生莖、葉分化，出現(xiàn)原始維管束，莖表皮角質(zhì)化、具氣孔D2：具葉植物大發(fā)展T3：顯花植物祖先出現(xiàn)脊椎動物：S3：四足類祖先出現(xiàn)（總鰭魚類中的骨鱗魚）D3：兩棲類發(fā)生C2：爬行類發(fā)生（羊膜卵）非凡的羊膜卵恐龍的系統(tǒng)演化鳥臀目蜥臀目鳥類恐龍向現(xiàn)生鳥類的過渡■■■■會鳥◆◆◆熱河鳥◆■◆三、顯生宙的生物演化。1、小殼動物群的出現(xiàn)和分異2、澄江動物群3、寒武紀(jì)生物大爆發(fā)4、動物體分化重大事件5、動植物從水生到陸生發(fā)展6、生物的絕滅與復(fù)蘇6、生物的絕滅與復(fù)蘇

（1）滅絕extinction

生物的演化中也包括生物的滅絕和復(fù)蘇

生物種系的終止、不留下后代

（2）假滅絕pseudo-extinction生物種系演變?yōu)樾路N系，而舊類別消失（3）背景滅絕

backgroundextinction

生物種系的自然更替滅絕，一般0.1-1.0種/Ma（4）集群滅絕

massextinction

生物滅絕率突然數(shù)十倍地增高波及全球或大區(qū)；生態(tài)系統(tǒng)發(fā)生巨大變化地質(zhì)歷史時期生物多樣性地史時期的重大地質(zhì)事件Ma248253258263268286Assel.Sakm.Art.RoadWord.Capitan.Wuch.Chang.Gries.Dien.TriassicPermianSiberianfloodbasaltsApparentsilicicvolcanismFieldReversalsPaleozoicmid-oceanridgesystemBipolarglacialsedimentsMassiveevaporitedepositsPermo-Carboniferousglaciation(southerncontinents)Continuingsea-levelfluctuations2.5myr

cyeclRegressionSealevelMid-TriassicevaporitesHighLowCollisionofSouthChinaFormationofPangeaLongreversedsuperchronErwin,1990二疊-三疊系之交的地質(zhì)事件白堊紀(jì)末期小行星撞擊與恐龍滅絕二疊紀(jì)末生物絕滅的可能的原因（5）生物復(fù)蘇

bioticrecovery

大滅絕后的生物群，通過生物的自組織作用及對新環(huán)境的不斷適應(yīng)，逐步回到正常發(fā)展水平

絕滅

適應(yīng)

回復(fù)正常

繁榮（6）生物演替種系代謝phyleticmetabolism生態(tài)代謝ecologicmetabolism

父種被其子種所代替而衰退滅亡，叫種系代謝。

生物競爭勝利者擴大生存環(huán)境，失敗者喪失生活領(lǐng)域以至退出歷史舞臺，叫生態(tài)代替。一、生命的起源二、早期生物演化三、顯生宙的生物演化四、物種的形成五、生物進化的特點和規(guī)律第三章生物的起源與進化四、物種的形成

物種的形成依靠:遺傳、變異、隔離和自然選擇四大要素

1、遺傳

遺傳的物質(zhì)基礎(chǔ)是基因，基因具有自我復(fù)制的能力，使物種在各個世代保持自身的特性

每個個體有一定量的基因，一居群中所有個體的基因總和構(gòu)成基因庫

一個物種的基因庫基本上是穩(wěn)定的，通過基因把性狀傳給后代，所以物種的特征能世代遺傳2、變異

基因的突變和重組是個體發(fā)生變異的主要原因。遺傳變異的積累，可形成新種。同一物種的個體，基因類型都有不同程度的變化，因此每個個體之間都有一定的差異。3、隔離

包括地理隔離和生殖隔離由于地理（水體、沙漠、山脈等）隔離，同種不同居群生活在不同地區(qū)，使不同居群的個體之間性狀發(fā)生差異，導(dǎo)致各居群產(chǎn)生不同方向的變異，逐漸形成地理亞種。地理亞種進一步發(fā)展，就會形成新種。生殖隔離是指居群間由于基因型差異使基因交換不能進行，雜交不育。4、自然選擇

生物與環(huán)境是統(tǒng)一整體，生物必須改造自已去適應(yīng)變化中的環(huán)境，“適者生存，不適者被淘汰”。

性狀變異是自然選擇的原料，選擇有利(加強適應(yīng)環(huán)境）的變異積累起來，使居群的基因庫發(fā)生重大變化，為形成新種準(zhǔn)備了條件。5、成種方式

漸變論成種方式：即達爾文關(guān)于物種形成的方式，通過自然選擇，將微小的有利變異逐漸積累，最后形成新種。新種與舊種之間有一系列過渡類型。

突變論成種方式：即間斷平衡論成種方式，物種形成是突變（間斷）與漸變（平衡）的辯證統(tǒng)一，但以突變?yōu)橹?，演化量主要靠突變形成。新種在地史時期可在忽略不計的時間內(nèi)迅速形成（突變），形成后保持長期穩(wěn)定（漸變）。新種與舊種之間不一定有過渡類型。成種方式示意圖一、生命的起源二、早期生物演化

三、顯生宙的生物演化四、物種的形成五、生物進化的特點和規(guī)律第三章生物的起源與進化五、生物進化的特點和規(guī)律1、進步性發(fā)展

生物進步性發(fā)展

縱向：生物界發(fā)展由簡單→復(fù)雜，低級→高級。生物的形態(tài)結(jié)構(gòu)、生理機能復(fù)雜化、高級化，表明進化水平的全面提高。

橫向：生物對不同環(huán)境的適應(yīng)，出現(xiàn)多方向的分化，演化屬同一水平，因而生物由少→多。

生物發(fā)展具階段性：原核

真核；單細胞

多細胞；多細胞體制不斷改進。

生物進化中的重大突破性發(fā)展：異養(yǎng)

自養(yǎng)；兩極（分解者+生產(chǎn)者）生態(tài)體系

三極（生產(chǎn)者+消費者+分解者）生態(tài)體系；水生

陸生。2、進化的不可逆性含義：已演變的生物類型不可能回復(fù)祖型；已滅亡的類型不可能重新出現(xiàn)。這是道洛（L.Dollo）提出的不可逆定律實例：滅絕類型—三葉蟲、筆石、菊石等演變類型—魚、馬趾的演變、鯨魚意義：地層劃分對比的理論依據(jù)3、器官相關(guān)律定義—環(huán)境條件使生物的某種器官發(fā)生變異而產(chǎn)生新的適應(yīng)時，必然會有其它的器官隨之變異，同時產(chǎn)生新的適應(yīng)。實例：非洲干旱地區(qū)的長頸鹿，頸部伸長，前肢亦隨之變長；固著蛤右殼圓錐狀，左殼相應(yīng)為蓋狀。意義—闡明生物進化，變異過程；推斷化石生物的身體結(jié)構(gòu)，生態(tài)習(xí)性。4、重演律（生物發(fā)生律）個體發(fā)育—生物每個個體從生命開始到自然死亡的整個歷程。即從受精卵起

個體死亡為止的全過程系統(tǒng)發(fā)生—生物類群的起源和進化歷史重演律—個體發(fā)育是系統(tǒng)發(fā)生的簡短而快速重演意義—找出生物間的親緣關(guān)系，作為生物分類的依據(jù)。個體發(fā)育與系統(tǒng)發(fā)生間的關(guān)系—生物總是在個體發(fā)育早期體現(xiàn)其祖先特征，然后才體現(xiàn)本身較進步的特征。因而，生物的個體發(fā)育可以看成其類群系統(tǒng)發(fā)生的簡單縮影。個體發(fā)育與系統(tǒng)發(fā)生之間的關(guān)系(舉例)系統(tǒng)發(fā)育：即生物系統(tǒng)的發(fā)生和演變過程個體發(fā)育是系統(tǒng)發(fā)育的簡短而快速重演個體發(fā)育：即個體從生命開始到死亡為止的演變過程5