生命的起源與演化生命的起源

1、第一章：生物體的基本構(gòu)造與功能,第一節(jié)-生命的起源與演化,生命的起源,◎早期的說法： 1.神創(chuàng)說- 盤古開天，女媧造人 2.隕石說- 隕石中找到一些有機(jī)物 3.外星人帶來說 4.自然發(fā)生論 (無生源說)- 生命可由無生命的物質(zhì)產(chǎn)生， 「腐草化螢，腐肉生蛆」現(xiàn)象,錯(cuò)！ 錯(cuò)！ 錯(cuò) ！,實(shí)驗(yàn)說明自然發(fā)生論是錯(cuò)的！,◎雷迪 (1626~1697),腐肉生蛆實(shí)驗(yàn),提出生源論-生物的發(fā)生

2、源自於生物,沒有蛆出現(xiàn),爭端再起…,◎雷文霍克觀察乾草浸液，發(fā)現(xiàn)細(xì)菌等微生物。 乾草浸液內(nèi)的微生物來自何方？,斯巴蘭札尼、許旺、史樂茲- 封口瓶中無微生物浦歇- 封口瓶中有微生物(乾草和水接觸後自然發(fā)生),巴斯德的鵝頸瓶實(shí)驗(yàn),生源論再度獲勝,鵝頸瓶與空氣接觸，但帶有微生物的塵埃被阻擋無法進(jìn)入瓶內(nèi)。,鵝頸瓶斷裂，塵埃與微生物進(jìn)入瓶內(nèi)並快速生長。,懸而未決的問題…,依生源論的主張--生物來自生物但地球上最早的生命究竟來自何

3、方？◎新自然發(fā)生說1.最初的生命是自然發(fā)生的 (來自無機(jī)物) 閃電及太陽輻射的能量使環(huán)境中的無機(jī)物合成有機(jī)物2.有生物後則遵照”生物來自生物”的法則 (1)有臭氧層阻隔輻射能，缺乏合成有機(jī)物的能量 (2)有機(jī)物無法累積-環(huán)境中有氧氣及異營生物。,奧柏林與侯登提出 有機(jī)演化說,內(nèi)容：歸納生命的起源及初步演化的過程，早 期生命純粹藉化學(xué)作用，由無機(jī)物合成 有機(jī)物

4、，再組成第一個(gè)生命。1.小型有機(jī)分子(胺基酸、核苷酸)的合成。2.大型有機(jī)分子(RNA 、蛋白質(zhì))的自發(fā)性合成。3.自我複製分子(RNA)的出現(xiàn)。4.原始細(xì)胞的形成。,侯登主張古老的地球海洋裡充滿了各種有機(jī)物，形成原始湯，這種環(huán)境有利於原始生命的產(chǎn)生。,,米勒與尤里的實(shí)驗(yàn)裝置(1953),有機(jī)演化-小型有機(jī)分子的合成,模擬地球早期大氣的成分及環(huán)境,,,一週後發(fā)現(xiàn)七種胺基酸！,有機(jī)演化-小型有機(jī)分子的合成,1.米勒與尤里-

5、 無機(jī)物的在外加能量下能合成胺基酸。2.?？怂?將胺基酸混合加熱，冷卻後發(fā)現(xiàn) 溶液中有類似蛋白質(zhì)的聚合物(類蛋白球)3.卡爾文- 無機(jī)物經(jīng)「γ射線」照射，能合成 胺基酸、醣類及嘌呤、嘧啶等有機(jī)物?！蛏鲜鰧?shí)驗(yàn)結(jié)果顯示：組成生命所必須的 有機(jī)物可以由無機(jī)物藉純化學(xué)作用自然合成,細(xì)胞膜與原始細(xì)胞的出現(xiàn),1.類蛋白球雖能融合、變大或分裂變小，但 仍無法表現(xiàn)出複製及能量代謝等

6、生命現(xiàn)象2.原生體（如：脂質(zhì)體）雖無法精確複製， 但能維持內(nèi)部化學(xué)環(huán)境，並表現(xiàn)出簡單的 代謝反應(yīng)。故科學(xué)家推測，細(xì)胞極可能由 原生體演化而來。,有機(jī)物組成生命的可能過程-RNA,1.1980年代，闕克及奧特曼發(fā)現(xiàn)某些RNA具 有酵素的功能，改變過去認(rèn)為只有蛋白質(zhì) 才具有酵素功能的觀點(diǎn)。2.科學(xué)家認(rèn)為最早生命的遺傳物質(zhì)應(yīng)是RNA ，再由RNA反轉(zhuǎn)錄為DNA。3.由於DNA分子較為穩(wěn)定，使得現(xiàn)今的生

7、物 世界主要以DNA為遺傳物質(zhì)。,生命起源於何處?,1.生命起源於水域環(huán)境： 水域中的有機(jī)物濃度愈來愈高，且海底熱泉 的高溫狀態(tài)，有利於物質(zhì)聚合形成原始生命2.原始生命在巖石、黏土的縫隙中形成 ： (1)古代地球環(huán)境有大量宇宙射線照射，有 機(jī)物容易遭受破壞。 (2)黏土及礦物能吸附、組成多種不同有機(jī) 分子，且黏土可作為組合RNA的骨架。3.生命來自外太空： 分析由

8、外太空掉落到地球的隕石，發(fā)現(xiàn)其中 富含有機(jī)物（包括胺基酸）。,1.異營生物 → 自營生物 2.無氧呼吸 → 有氧呼吸 3.原核生物 → 真核生物 4. 單細(xì)胞 → 多細(xì)胞,早期生物的演化趨勢,原始生物的特徵,1.構(gòu)造簡單-外覆簡單的細(xì)胞膜。不需要複雜的 生理反應(yīng)，只有少數(shù)控制繁殖的基因2.異營生物-利用水域中高濃度的有機(jī)物。3.繁殖快速-演化初期缺乏競爭對手。

9、4.突變率高-高能量的宇宙射線易導(dǎo)致突變。但 也因此使原始生物的基因數(shù)目增加 ，增加生物多樣性。,具有特殊基因進(jìn)行代謝反應(yīng)者，其存活能力增加 → 基因與物種多樣性增加。,目前發(fā)現(xiàn)最原始的生命化石是澳洲西部古老巖層中，距今35億年前的原始原核生物，在顯微鏡下成絲狀結(jié)構(gòu)，與現(xiàn)生原核生物相似。原始微生物生長繁衍並層層堆疊，形成我們今日所

10、見的疊層石化石。,最原始的化石,異營生物 → 自營生物,1.異營生物吸收有機(jī)養(yǎng)分，生長並繁殖。2.當(dāng)有機(jī)物耗盡，能利用環(huán)境無機(jī)物合成 有機(jī)物的生物存活率增加。3.自營生物需要酵素控制合成、分解作用， 因此需要的基因較多，遺傳複雜度增加。4.自營生物- 化學(xué)自營細(xì)菌、光合自營細(xì)菌 、藻類、綠色植物…等相繼出現(xiàn),無氧環(huán)境 → 有氧環(huán)境,1.最早能產(chǎn)生氧氣的藍(lán)綠菌約在27億年前出現(xiàn)，

11、 大氣中氧氣濃度升高，有利於氧化作用的進(jìn)行 （產(chǎn)生ATP較多），生物多樣性也因此增加。2.許多厭氧原核生物滅絕，生物開始行有氧呼吸 (現(xiàn)生生物多行有氧呼吸)3.高空形成臭氧層，阻擋 紫外線的傷害，有利於 生物登上陸地生活。,原核生物(簡單) → 真核生物(複雜),原核生物：約在35億年前出現(xiàn) 無核仁及核膜、無膜狀胞器，細(xì)胞質(zhì) 中只有少數(shù)的基因(DNA或RNA)。 真核生物：約在21億年

12、前出現(xiàn) 遺傳物質(zhì)由核膜包圍、有多種胞器,1.細(xì)胞膜向內(nèi)摺疊形成的構(gòu)造： 核膜、內(nèi)質(zhì)網(wǎng)、高基氏體等。2.瑪格麗斯的內(nèi)共生假說： 粒線體與色素體(包括葉綠體等)來自生活 於大型細(xì)胞內(nèi)的遠(yuǎn)古原核細(xì)胞。,如何形成複雜的真核細(xì)胞?,行有氧呼吸及行光合作用的原核細(xì)胞，被真核細(xì)胞吞噬後，演化成現(xiàn)今的粒線體與葉綠體。,連續(xù)內(nèi)共生 → 絕對性互利共生關(guān)係,內(nèi)共生假說的相關(guān)證據(jù),1.粒線體與葉綠體都行二分分裂。2.粒線體

13、與葉綠體具有和細(xì)菌相似的環(huán)狀 DNA及核糖體。3.在草履蟲、大變形 蟲體內(nèi)常有共生的 單細(xì)胞藻類。,草履蟲與細(xì)胞內(nèi)共生的單細(xì)胞藻類,單細(xì)胞 → 多細(xì)胞（約12億年前出現(xiàn)）,單細(xì)胞演化到多細(xì)胞生物1.細(xì)胞數(shù)目增加2.細(xì)胞間有聯(lián)結(jié)3.細(xì)胞分化 (分工合作),單細(xì)胞 → 多細(xì)胞,大團(tuán)藻是現(xiàn)生生物中最簡單的多細(xì)胞生物集合體(直徑約1mm),單細(xì)胞 → 多細(xì)胞,1.大團(tuán)藻（Volvox）是來自一個(gè)母細(xì)胞分裂， 而子細(xì)