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1、生物的起源与进化现在学习的是第1页，共32页宗教认为上帝创造了人1.1 生命起源的争论 几百年前的争论现在学习的是第2页，共32页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”的说法现在学习的是第3页，共32页n n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非生生命命物物质随时形成吗？质随时形成吗？n1818世纪以前：世纪以前：n n从垃圾和粪坑里自发地产生了蛆和苍蝇从垃圾和粪坑里自发地产生了蛆和苍蝇n n从小池塘和沼泽地中自发地出现了蝌蚪和青蛙从小池塘和沼泽地中自发地出现了蝌蚪和青蛙n n从潮湿的土壤里钻出了
2、老鼠从潮湿的土壤里钻出了老鼠n n植物只能通过种子的萌发才能产生植物只能通过种子的萌发才能产生n n卵的孵化产生了昆虫和家禽等卵的孵化产生了昆虫和家禽等n n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？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？自然发生论现在学习的是第4页，共32页n n 18 18世纪意大利科学家世纪意大利科学家SpallanzaniSpallanzani的实验的实验n置置于于烧烧瓶瓶中中的的肉肉汤汤加加热热沸沸腾腾后后让让其其冷冷却却，开开口口的的烧烧瓶瓶中中很很快快就就繁繁殖殖生生长长出出许许多多微微生生物物；但但加加了了瓶瓶塞塞与与外外界界隔隔
3、离离的的烧烧瓶中就没有出现微生物。瓶中就没有出现微生物。n这这一一实实验验结结果果为为解解决决上上述述的的争争论论提提供供了了重重要要的的线索。线索。现在学习的是第5页，共32页n 巴斯德（巴斯德（PasteurPasteur）的实验）的实验n n结结论论：“所所有有生生物物只只能能来来源源于于生生物物，从从非非生生命命物物质质中中绝对不可能随时自发地产生出新的生命个体绝对不可能随时自发地产生出新的生命个体”。n 地球上的第一个生命是如何而来的？地球上的第一个生命是如何而来的？n n在生命物质与非生命物质之间没有不可逾越的鸿沟。在生命物质与非生命物质之间没有不可逾越的鸿沟。n n外星生命？外星
4、生命？n n地球早期化学演化地球早期化学演化现在学习的是第6页，共32页 原始的地球和最早出现的生物n n原原始始的的地地球球缺缺乏乏氧氧气气，大大气气中中存存在在着着许许多多还还原原性性气气体体如如H H2 2,NHNH3 3,CHCH4 4,水水蒸蒸气气(H(H2 2O)O)，也也可可能能有有COCO2 2,H H2 2S S等等。当当时时地地球球缺缺乏乏臭臭氧层的保护，太阳的紫外线辐射很强。氧层的保护，太阳的紫外线辐射很强。n n前前寒寒武武纪纪沉沉积积岩岩薄薄片片中中存存在在类类似似细细菌菌大大小小的的微微体体古古生生物物化化石石，经经鉴鉴定定主主要要是是一一些些细细菌、蓝细菌（蓝藻）
5、等。菌、蓝细菌（蓝藻）等。n n最最早早的的原原核核生生物物在在地地球球形形成成的的早早期期就就开开始始出出现现了了。一一些些早早期期出出现现的的生生物物还还具具有有光光合合放放氧氧的的能能力力和和抗抗紫紫外外线辐射的能力。线辐射的能力。现在学习的是第7页，共32页1.2 生命的化学演化n n19201920年年苏苏联联生生物物化化学学家家奥奥巴巴林林院院士士提提出出“化化学学进进化化”假假说说。原原始始地地球球环环境境可可以以产产生生组组成成生生物物体体的的糖糖、脂脂类类、蛋蛋白白质质和和核核酸酸等等大大分分子子结结构构单单元元，甚甚至至到到生生物物多多分分子子体体系系，但但还还没没有有出出
6、现现真真正正的的生生命命，这这一一时时期期称称为为化化学学演演化化期期或或前前生物期生物期。n n从从化化学学演演化化期期到到产产生生最最简简单单的的生生命命形形式式包包括括4 4个个阶阶段段：（1 1）氨氨基基酸酸、核核苷苷酸酸等等有有机机单单体体分分子子的的非非生生物物合合成成和和积积累累；（2 2）有有机机单单体体分分子子在在非非生生物物体体系系中中聚聚合合成成多多聚聚体体；（3 3）多多聚聚体体整整合合为为多多分分子子体体系系颗颗粒粒（原原球球体体）；（4 4）代代谢谢与与遗遗传传体体系系的的形形成成和和进进化化最最终终产产生生出出最最简简单单的的生生命形式命形式原核细胞。原核细胞。现
7、在学习的是第8页，共32页n n原始地球条件：原始地球条件：n n没有氧气，最初形成的生命物质不会被氧化降解；没有氧气，最初形成的生命物质不会被氧化降解；n n能量输入能量输入紫外线辐射；紫外线辐射；n其其他他因因素素如如粘粘土土矿矿物物的的化化学学催催化化作作用用、太太阳阳和和紫紫外外线线辐辐射射对对有有机机分分子子的的浓浓缩缩作作用用、火火山山爆爆发发形形成成的的特特殊环境和条件等殊环境和条件等n n如如何何模模拟拟原原始始地地球球条条件件进进行实验？行实验？现在学习的是第9页，共32页n nMillerMiller实验实验n19531953年年，美美国国芝芝加加哥哥大大学学的的研研究究生
8、生MillerMiller根根据据原原始始地地球球的的还还原原大大气气条条件件设设计计了了一一套套密密闭闭循循环环实实验验装装置置，模模拟拟和和验验证证了了非非生生命命有有机机分分子子在在原原始始地地球球环环境境中中生生成成生生物物分分子子结结构构单单元元的化学动力学过程。的化学动力学过程。n一一周周后后，检检测测出出5 5种种氨氨基基酸酸、不同有机酸、不同有机酸、HCNHCN等。等。现在学习的是第10页，共32页 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
9、、高温、射线等，还得到：嘌呤、嘧啶、核苷酸、脂肪酸、单糖等。现在学习的是第11页，共32页 关于最简单生命形式起源的几个假说nOparinOparin的团聚体学说的团聚体学说蛋蛋白白质质和和核核酸酸等等生生物物大大分分子子聚聚合合在在团团聚聚体体内内并并具具有有类类似似于于膜膜那那样样的的边边界界，其其内内部部的的化化学学特特征征显显著著区区别别于于外外部部的的溶溶液液环环境境。团团聚聚体体是是一一种种多多分分子子体体系系，它它具有一定的生命现象。具有一定的生命现象。n nFoxFox的微球体学说的微球体学说微微球球体体可可以以从从外外界界吸吸收收更更多多的的生生物物多多聚聚体体分分子子，使使
10、得得微微球球体体上上产产生生出出芽芽，甚甚至至形形成成新的微球体。新的微球体。n脂球体学说脂球体学说磷磷脂脂与与蛋蛋白白质质混混合合在在一一起起形形成成外外形形类类似似于细胞并具有双层膜的结构。于细胞并具有双层膜的结构。现在学习的是第13页，共32页 代谢系统的进化n n原原始始生生命命体体系系内内代代谢谢系系统统在在自自然然选选择择的的作作用用下下变变得得逐逐渐渐复复杂杂起起来来，这这种种代代谢谢系系统统的的进进化化经经历历了了由由简简单单到到复复杂杂的的漫长过程。漫长过程。现在学习的是第14页，共32页 代谢系统的进化n n最原始的生命形式或最早出现的细胞应该是异养的。最原始的生命形式或最
11、早出现的细胞应该是异养的。n n光光合合作作用用的的进进化化产产生生出出光光能能自自养养细细胞胞：自自然然选选择择压压力力促促进进某某些些含含卟卟啉啉类类化化合合物物的的细细胞胞能能够够吸吸收收太太阳阳光光能能，进进行行光光化化学学反反应，将无机物变成有机物，同时生成应，将无机物变成有机物，同时生成ATPATP。n自自养养细细胞胞的的出出现现不不但但可可为为异异养养细细胞胞提提供供继继续续生生存存的的营营养养物物质质及及能能量量，更更改改变变了了地地球球的的环环境境（氧气和臭氧层的出现）。（氧气和臭氧层的出现）。现在学习的是第15页，共32页遗传系统的起源n nDNADNADNADNA、RNA
12、RNARNARNA、多多多多肽肽肽肽链链链链哪哪一一种种是是原原始始生生命命最最早早贮贮存存遗遗传传信信息息并并指指导导蛋蛋白白质质合成、同时还能自我复制的物质呢？合成、同时还能自我复制的物质呢？n nRNARNA最可能成为最早的遗传物质最可能成为最早的遗传物质n n实实验验显显示示，试试管管中中RNARNA链链可可以以自自发发地地延延伸和复制伸和复制n n2020世世纪纪8080年年代代初初，CechCech和和AltmanAltman发发现现，某某些些RNARNA具具有有像像酶酶一一样样的的化化学学催催化化活活性性（19891989年诺贝尔奖）年诺贝尔奖）n nRNARNA组组成成及及三三
13、维维空空间间结结构构的的多多样样性性和和稳稳定性定性现在学习的是第16页，共32页遗传系统的起源n n偶偶然然以以RNARNA为为模模板板合合成成了了DNADNA链链，后后者者贮贮存存和和复复制制遗遗传传信信息息比比RNARNA更更稳稳定定也也更更有有效效，生生命命起起源源初初期期RNARNA发发挥挥主主要要作作用用的的时时代代便便让让位位于于DNA-RNA-DNA-RNA-蛋蛋白白质共同作用的时代。质共同作用的时代。n n繁繁殖殖、蛋蛋白白质质合合成成和和代代谢谢三三者者在在特特殊殊环环境境条条件件下下协协同同进进化化，加加深深了了遗遗传传系系统统与与代代谢谢系系统统的的偶偶联联。生生命命由
14、由起起源源阶阶段段进进入入漫漫长长的进化阶段，演化出多样性的生物世界。的进化阶段，演化出多样性的生物世界。现在学习的是第17页，共32页n n18591859年，年，DarwinDarwin物种起源物种起源n18601860年年6 6月月3030日日牛津大学图书馆牛津大学图书馆 神创论与进化论的辩论会神创论与进化论的辩论会 牛牛津津大大主主教教(威威尔尔伯伯福福斯斯）Wilberforce Wilberforce vs.vs.（贺贺胥胥黎黎）HuxleyHuxleyn n进进化化论论与与神神创创论论的的斗斗争争一一直直没没有停止有停止2.1 Darwin的进化论及其发展第二节 生命的进化现在学
15、习的是第18页，共32页 年青时代的Darwin和贝格尔号的航行n n18091809年出生，童年年出生，童年 山林和田野山林和田野n n18251825年，爱丁堡大学学习医学年，爱丁堡大学学习医学n n18281828年年，剑剑桥桥大大学学学学习习神神学学，钻钻研研博博物物学学和和自自然然史，结识了一些博学的教授学者。史，结识了一些博学的教授学者。n n18311831年，从剑桥毕业并获得学士学位年，从剑桥毕业并获得学士学位n n剑剑桥桥大大学学博博物物学学教教授授HenslowHenslow推推荐荐去去英英国国贝贝格格尔尔号号航航海船上担任博物学专家。海船上担任博物学专家。现在学习的是第1
16、9页，共32页n n加帕戈斯群岛加帕戈斯群岛,考察了一个多月，采集了大量的岩石及植物和动物标本。考察了一个多月，采集了大量的岩石及植物和动物标本。n nDarwinDarwin发发现现，岛岛上上2626种种陆陆栖栖鸟鸟类类中中，有有2525种种是是特特有有的的，1515种种海海栖栖鱼鱼类类全全部部是是新新种种，2525种种甲甲壳壳虫虫中中只只有有2 23 3种种是是南南美美洲洲也也有有的的，185185种种显花植物中新种为显花植物中新种为100100种。种。n n不不同同岛岛屿屿上上的的海海龟龟形形态态各各不不相相同同，地地雀雀的的许许多多特特征征也也有有差差异异，显显示示出出这这些些不不同同
17、的的物物种种是是这这里里特特殊殊的的气气候候和和环环境境创造的。创造的。n n物物种种是是可可变变的的，这这种种变变化化明明显显受自然环境的影响和选择！受自然环境的影响和选择！现在学习的是第20页，共32页n n18361836年年1010月，月，DarwinDarwin回到了英国。回到了英国。n n著著名名的的经经济济学学家家MalthusMalthus（马马尔尔萨萨斯斯,1766-18341766-1834）的的人人口口论论，进进一一步步认认识识到到生生存存竞竞争争的的结结果果使使各各物物种种在在自自然然界界中中保保持持适适当当的的数量，同时逐渐向着更加适应于环境的方向变化。数量，同时逐渐
18、向着更加适应于环境的方向变化。n n生生存存竞竞争争和和适适者者生生存存为为DarwinDarwin的的自自然然选选择择学学说说的的形形成成提提供供了了依依据据，他的关于生物通过自然选择而连续进化的理论开始成型。他的关于生物通过自然选择而连续进化的理论开始成型。n n18591859年，年，DarwinDarwin物种起源物种起源终于问世。终于问世。n n核心思想核心思想:自然选择自然选择,适者生存。适者生存。现在学习的是第21页，共32页 自然选择导致生物进化n n生生物物进进化化是是指指地地球球上上的的生生命命从从最最初初最最原原始始的的形形式式经经过过漫漫长长的的岁岁月月变变异异演演化化
19、为为几几百百万万种种形形形形色色色色生生物物的的过程。过程。n n所所谓谓自自然然选选择择实实质质上上是是自自然然环环境境导导致致生生物物出出现现生生存存和和繁繁殖殖能能力力的的差差别别，一一些些生生物物生生存存下下去去，另另一一些些生生物被淘汰。物被淘汰。nDarwinDarwin主主义义包包含含了了两两方方面面的的基基本本含含义义：（1 1）现现代代所所有有的的生生物物都都是是从从过过去去的的生生物物进进化化来来的的；（2 2）自然选择是生物适应环境而进化的原因。自然选择是生物适应环境而进化的原因。现在学习的是第22页，共32页n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
20、遗遗传传相相互作用的结果互作用的结果n n例：长颈鹿的进化例：长颈鹿的进化现在学习的是第23页，共32页n n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基因因库库的的变化。变化。n基基因因库库是是一一种种生生物物群群体体全全部部遗遗传传基基因因的的集集合合，它它决决定定了下一代的遗传性状。了下一代的遗传性状。n生生物物细细胞胞中中同同源源染染色色体体上上的的一一对对等等位位基基因因可可以以决决定定生生物个体的某一性状。物个体的某一性状。现在学习的是第24页，共32页 物种形成的机理n n物物种种不不但但是是生生物物分分类类的的单单元元，更更是是遗
21、遗传传生生殖殖和和进进化化的的单单元。元。n n种种群群是是同同一一物物种种的的一一群群个个体体，享享有有共共同同的的基基因因库库。同同一一种种群群生生物物个个体体之之间间的的交交配配便便造造成成了了彼彼此此间间的的基基因因交交流流并并保持着基因库的稳定。保持着基因库的稳定。n nDarwinDarwin将将某某些些地地理理障障碍碍如如大大的的山山脉脉、峡峡谷谷、海海洋洋等等把把生生物物相相互隔开称为互隔开称为地理隔离地理隔离。n n地地理理隔隔离离造造成成小小种种群群间间基基因因交交流流的的阻阻断断使使基基因因库库的的差差异异越越来来越越大大，最最终终出出现现了了生生殖殖隔隔离离，即即不不同
22、同小小种种群群间间的的个个体体不能彼此交配和产生有生殖能力的后代。不能彼此交配和产生有生殖能力的后代。n n几个基本概念几个基本概念现在学习的是第25页，共32页2.2 生物进化的证据和历程n n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，陆陆生生生生物物是从水生生物进化来的。是从水生生物进化来的。n n比较解剖学证据比较解剖学证据n n在在一一些些不不同同种种群群生生物物中中，某某些些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
23、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先进进化化来来的的轨迹。轨迹。n n退化器官痕迹、反祖现象退化器官痕迹、反祖现象现在学习的是第26页，共32页n n比较胚胎学证据比较胚胎学证据n n比比较较胚胚胎胎学学即即不不同同生生物物胚胚胎胎发发育育过过程程的的变变化化研研究究也也揭揭示示了一些不同的生物是由同一个祖先进化而来的事实。了一些不同的生物是由同一个祖先进化而来的事实。n亲亲源源关关系系相相近近的的生生物物在在它它们们发发育育过过程程中中有有相相同同的的发发育育阶段。（重演）阶段。（重演）现在学习的是第27页，共3
24、2页n n分子生物学证据分子生物学证据n n例例：人人类类与与其其他他几几种种脊脊椎椎动动物物血血红红蛋蛋白白多多肽肽链链的的氨基酸序列差别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。现在学习的是第28页，共32页第三节 人类的起源和进化n n人的细胞结构属于真核细胞。人的细胞结构属于真核细胞。动物界动物界 人种或种族：根据肤色、发型、人种或种族：根据肤色、发型、鼻型等体质特征，人类通常被划鼻型等体质特征，人类通常被划分为分为4 4种类型。种类型。人在
25、生物界的地位和特征n n不同人群存在地理隔离和文化隔离，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。但是并没导致生殖隔离。n n人与哺乳动物的显著区别人与哺乳动物的显著区别现在学习的是第29页，共32页n n最早出现的灵长类是最早出现的灵长类是5 0005 000万年前的原猴类。万年前的原猴类。n n人人猿猿类类是是在在大大约约36003600万万年年前前渐渐新新世世时时从从一一组组原原猴类进化而来的。猴类进化而来的。n n人人猿猿类类分分为为两两支支，一一支支进进化化成成猿猿猴猴，另另一一支支进进化化成成为为人人类类的的祖祖先先原原始人。始人。从猿到人现在学习的是第30页，共32页
26、n n血血清清蛋蛋白白的的分分子子免免疫疫学学以以及及血血红红蛋蛋白白的的氨氨基基酸酸序序列列分分析析和和DNADNA序序列列的的研研究究也也说说明明，人人与与大大猩猩猩猩具具有有非非常常近近的的亲亲源关系。源关系。原始人的进化原始人的进化n n约约500500万万年年前前，灵灵长长类类中中的的一一个个小小系系从从树树上上下下来来，身身体体构构造造发发生生了了与与直直立立相相适适应应的的变变化化，进进入人的进化阶段。入人的进化阶段。n n完完全全直直立立行行走走、手手、脑脑与与语语言言的的发发展展使使人人成成为为灵灵长长类类中中最高级的成员。最高级的成员。现在学习的是第31页，共32页n n约约390390万年至万年至300300万年前，阿法南猿和非洲南猿；万年前，阿法南猿和非洲南猿；n约约250250万年前，早期猿人（又称能人），直立人；万年前，早期猿人（又称能人），直立人；人类的进化人类的进化n n直直立立人人经经历历了了大大约约150150万万年年的的历历史史以以后后，出出现现了了现现代代的的人人种种智人。智人。2525万万年年至至4 4万万年年前前：早早期期智智人；人；4 4万年前：晚期智人万年前：晚期智人现在学习的是第32页，共32页