13生物的起源与进化(A) 13.1生命的起源 13.2 Darwin与进化论 13.3生物进化的证据和历程 13.4人类的起源和进化 ,,2
13 生物的起源与进化（A） 13.1 生命的起源 13.2 Darwin与进化论 13.3 生物进化的证据和历程 13.4 人类的起源和进化
13.1生命的起源 几百年前的争论 ●生命究竟是如何起源的,有机体能自发地由非生命 物质随时形成吗? >18世纪以前: 从垃圾和粪坑里自发地产生了蛆和苍蝇 °从小池塘和沼泽地中自发地岀现了蝌蚪和青蛙 △°从潮湿的土壤里钻出了老鼠 △°植物只能通过种子的萌发才能产生 △°卵的孵化产生了昆虫和家禽等 >如何通过实验来解决这个难题?
13.1 生命的起源 几百年前的争论 ⚫ 生命究竟是如何起源的，有机体能自发地由非生命 物质随时形成吗？ ➢ 18世纪以前： 从垃圾和粪坑里自发地产生了蛆和苍蝇 从小池塘和沼泽地中自发地出现了蝌蚪和青蛙 从潮湿的土壤里钻出了老鼠 植物只能通过种子的萌发才能产生 卵的孵化产生了昆虫和家禽等 ➢ 如何通过实验来解决这个难题？
●18世纪意大利科学家 Spallanzani的实验 置于烧瓶中的肉汤加热 沸腾后让其冷却,开口 的烧瓶中很快就繁殖生 长出许多微生物;但加 肉汤在开口烧冷却繁殖许多微生物 瓶中加热沸腾 了瓶塞与外界隔离的烧 瓶中就没有出现微生物 这一实验结果为解决上 述的争论提供了重要的 肉汤在加瓶塞烧冷却没有微生物繁殖 瓶中加热沸腾 线索
⚫ 18世纪意大利科学家Spallanzani的实验 ➢ 置于烧瓶中的肉汤加热 沸腾后让其冷却，开口 的烧瓶中很快就繁殖生 长出许多微生物；但加 了瓶塞与外界隔离的烧 瓶中就没有出现微生物。 ➢ 这一实验结果为解决上 述的争论提供了重要的 线索
o Pasteur的实验 细长弯曲的玻璃管 冷却后放置数天 断开细长玻璃管 放置数天 烧瓶内肉汤加热 没有微生物繁殖 繁殖大量微生物 结论:“所有生物只能来源于生物,从非生命物 质中绝对不可能随时自发地产生出新的生命个 埯￥ 球上的第一个生命是如何而来的? 在生命物质与非生命物质之间没有不可逾越的鸿沟。 >外星生命? 地球早期化学演化
⚫ Pasteur的实验 ➢ 结论：“所有生物只能来源于生物，从非生命物 质中绝对不可能随时自发地产生出新的生命个 体” 。 ⚫ 地球上的第一个生命是如何而来的？ ➢ 在生命物质与非生命物质之间没有不可逾越的鸿沟。 ➢ 外星生命？ ➢ 地球早期化学演化
原始的地球和最早出现的生物 原始的地球缺乏氧气,大气中存在着 现代蓝细菌 古蓝细菌微体生物化石 许多还原性气体如H2,NH3,CH水蒸气 (H2O),也可能有CO2,H2S等。当时地 球缺乏臭氧层的保护,太阳的紫外线 N 辐射很强。 前寒武纪沉积岩薄片中存在类似细菌 大小的微体古生物化石,经鉴定主要 是一些细菌、蓝细菌(蓝藻)等 最早的原核生物在地球形成的早 期就开始出现了。一些早期出现 的生物还具有光合放氧的能力和 抗紫外线辐射的能力
原始的地球和最早出现的生物 ➢ 原始的地球缺乏氧气，大气中存在着 许多还原性气体如H2 , NH3 , CH4 , 水蒸气 (H2O)，也可能有CO2 , H2S等。当时地 球缺乏臭氧层的保护，太阳的紫外线 辐射很强。 ➢ 前寒武纪沉积岩薄片中存在类似细菌 大小的微体古生物化石，经鉴定主要 是一些细菌、蓝细菌（蓝藻）等。 ➢ 最早的原核生物在地球形成的早 期就开始出现了。一些早期出现 的生物还具有光合放氧的能力和 抗紫外线辐射的能力
化学演化 俄国科学家 Oparin和英国科学家 Haldane提出,原始 地球环境可以产生组成生物体的糖、脂类、蛋白质 和核酸等大分子结构单元,甚至到生物多分子体系, 但还没有出现真正的生命,这一时期称为化学演化 期或前生物期。 >从化学演化期到产生最简单的生命形式包括4个阶段: (1)氨基酸、核苷酸等有机单体分子的非生物合成 和积累;(2)有机单体分子在非生物体系中聚合成 多聚体;(3)多聚体整合为多分子体系颗粒(原球 体);(4)代谢与遗传体系的形成和进化最终产生 出最简单的生命形式一一原核细胞
化学演化 ➢ 俄国科学家Oparin和英国科学家Haldane提出，原始 地球环境可以产生组成生物体的糖、脂类、蛋白质 和核酸等大分子结构单元，甚至到生物多分子体系， 但还没有出现真正的生命，这一时期称为化学演化 期或前生物期。 ➢ 从化学演化期到产生最简单的生命形式包括4个阶段： （1）氨基酸、核苷酸等有机单体分子的非生物合成 和积累；（2）有机单体分子在非生物体系中聚合成 多聚体；（3）多聚体整合为多分子体系颗粒（原球 体）；（4）代谢与遗传体系的形成和进化最终产生 出最简单的生命形式——原核细胞
●原始地球条件: 没有氧气,最初形成的生命物质不会被氧化降解; 能量输入紫外线辐射; 其他因素如粘土矿物的 化学催化作用、太阳和 紫外线辐射对有机分子火线成的 太阳和紫外线对有 特殊环境和条件 的浓缩作用、火山爆发 机分子的浓缩作用 形成的特殊环境和条件 等 最原始的生命 粘土矿物的化 学催化作用 特殊环境条件 如何模拟原始地球条件 进行实验?
⚫原始地球条件： ➢没有氧气，最初形成的生命物质不会被氧化降解； ➢能量输入——紫外线辐射； ➢ 其他因素如粘土矿物的 化学催化作用、太阳和 紫外线辐射对有机分子 的浓缩作用、火山爆发 形成的特殊环境和条件 等 ➢ 如何模拟原始地球条件 进行实验？
O Miller实驴 >1953年,美国芝加哥大学的 研究生 Milller根据原始地球 水蒸气 电极放电产生火 花(模拟闪电) 的还原大气条件设计了一套 密闭循环实验装置,模拟和 进入 验证了非生命有机分子在原 还原性大气 始地球环境中生成生物分子 冷却 冷水 水(模拟海洋)冷凝器 结构单元的化学动力学过程。 形成新化合 周后,检测出5种氨基酸 物的“雨水” 不同有机酸、HCN等 加热(模拟太阳)
⚫ Miller实验 ➢ 1953年，美国芝加哥大学的 研究生Miller根据原始地球 的还原大气条件设计了一套 密闭循环实验装置，模拟和 验证了非生命有机分子在原 始地球环境中生成生物分子 结构单元的化学动力学过程。 ➢ 一周后，检测出5种氨基酸、 不同有机酸、HCN等
关于最简单生命形式起源的几个假说 > Oparin的团聚体学说 外部溶液 蛋白质和核酸等生物大分子聚合 团聚体 在团聚体内并具有类似于膜那样的边 1-磷酸葡萄糖 磷酸化酶 界,其内部的化学特征显著区别于外( 部的溶液环境。团聚体是一种多分子 体系,它具有一定的生命现象。 麦芽糖 团聚体 Fox的微球体学说 微球体可以从外界吸收更多的生 物多聚体分子,使得微球体上产生出 芽,甚至形成新的微球体 >脂球体学说 磷脂与蛋白质混合在一起形成外 形类似于细胞并具有双层膜的结构
关于最简单生命形式起源的几个假说 ➢ Oparin的团聚体学说 蛋白质和核酸等生物大分子聚合 在团聚体内并具有类似于膜那样的边 界，其内部的化学特征显著区别于外 部的溶液环境。团聚体是一种多分子 体系，它具有一定的生命现象。 ➢ Fox的微球体学说 微球体可以从外界吸收更多的生 物多聚体分子，使得微球体上产生出 芽，甚至形成新的微球体。 ➢ 脂球体学说 磷脂与蛋白质混合在一起形成外 形类似于细胞并具有双层膜的结构
代谢系统的进化和遗传系统的起源 原始生命体系內代谢系统在自然选择的作用下变得逐 渐复杂起来,这种代谢系统的进化经历了由简单到复 杂的漫长过程。 A分子耗尽 B分子耗尽 Q有代谢 有酶X O-pATP 无代谢 无酶X 有酶X Q死亡 死亡 A分子③B分子③c分子 酶X
代谢系统的进化和遗传系统的起源 ➢ 原始生命体系内代谢系统在自然选择的作用下变得逐 渐复杂起来，这种代谢系统的进化经历了由简单到复 杂的漫长过程