生命的自然史

1、 第十七章 生命的自然史普通生物學 第二部分 個體生物學1 生命的自然史 生命的起源、演化，及人類的產(chǎn)生 （一）生命的起源 （二）生物進化的化石記錄 （三）人類起源和進化普通生物學 第二部分 個體生物學2（一）生命的起源 1、有關(guān)生命起源的幾個假說 2、生命來自無生命的物質(zhì) 3、宇宙進化和地球的形成 4、化學進化普通生物學 第二部分 個體生物學31、有關(guān)生命起源的幾個假說 ( 1 ) 神創(chuàng)論 ( 2 ) 自然發(fā)生論 ( 3 ) 宇生論普通生物學 第二部分 個體生物學4( 2 ) 自然發(fā)生論 圖Z17-1 19世紀前，無生命物質(zhì) 生命 谷粒+破舊襯衫 老鼠 ( 黑暗瓶中 ) 腐肉生蛆 17世紀，

2、Francesco Redit證明： 卵 蛆 腐肉不能生蛆 大的生物不能自然發(fā)生普通生物學 第二部分 個體生物學21天孵化5 密閉加熱殺菌實驗證明： 微生物不能自然發(fā)生 有人認為：加熱 空氣質(zhì)變 不利于生物自然發(fā)生 19世紀 Pasteur 的“ 鵝頸瓶實驗 ” 證明：生物不能自然發(fā)生 圖17-3 意義： 證明：生命 生命 對醫(yī)學（消毒）、食品工業(yè)、釀 造業(yè)貢獻極大普通生物學 第二部分 個體生物學6 ( 3 ) 宇生論 概念： 生命來自宇宙間其他星球 舉例：隕石帶來有機物或細小生命； 外星人直接到達地球 原因：一些已消失的文明難以用現(xiàn)今地球上存在的文明來做解釋普通生物學 第二部分 個體生物學7

3、太 陽 系 形 成返回8原 初 地 表 圖 景9返回原 初 地 表 圖 景102、生命來自無生命的物質(zhì)新的“自然發(fā)生”：無生命物質(zhì) 生命 Pasteur證明的是在現(xiàn)在的條件下，生命不可能自然發(fā)生 20世紀后證明：生命與無生命沒有不可逾越的鴻溝 宇宙進化的某一階段：無生命物質(zhì) 生命普通生物學 第二部分 個體生物學113、宇宙進化和地球的形成 宇宙起源：始于150土30億年前的一次突發(fā)的大爆炸。 太陽系：宇宙大爆炸后形成 地球 起初：溫度高 內(nèi)核+初級大氣圈 氫、氦及固體塵埃后逸出地球 普通生物學 第二部分 個體生物學12雷電可能為化學進化提供能量返回13 然后：表層溫度下降，但內(nèi)部溫度仍很高，火

4、山活動頻繁。產(chǎn)生大量氣體H2O、NH3、CH4、H2S，但不含02、N2形成次生大氣圈（還原性的）普通生物學 第二部分 個體生物學14 起初沒有河流和海洋，地表溫度下降后，水蒸氣凝結(jié)成雨，降到地面，匯集在低洼處形成河流和海洋，其中溶解一些氣體和可溶性化合物。 紫外線、閃電、放 射性、火山和溫泉放熱合成新的分子 地球年齡：同位素衰變計算，大概在46億年。普通生物學 第二部分 個體生物學15 4、化學進化 - 生命發(fā)生的最早階段（1）從無機分子生成有機分子（2） 從有機分子生成生物大分子（3）多分子體系的形成和原始生命的出現(xiàn)（4） 多分子體系生物化學過程的進化和自養(yǎng)營養(yǎng)的出現(xiàn)（5）真核細胞的起源普

5、通生物學 第二部分 個體生物學16（1）從無機分子生成有機分子 模擬實驗 模擬原始地球環(huán)境， 無機物 有機物分子 美國人 S. Miller ，CH4、NH3、H2、水蒸氣 電火花(模擬閃電)多種氨基酸，多種有機酸及尿素等有機分子 類似實驗，結(jié)果相似普通生物學 第二部分 個體生物學17Stanley Miller (1953 時 23 歲)18 用電擊提供能量，從簡單小分子可得到復雜的稍大分子。米勒的實驗裝置19( 2 ) 從有機分子生成生物大分子 生命物質(zhì)最主要的大分子 - 蛋白質(zhì)和核酸 蛋白質(zhì)及核酸的合成： 過程： 氨基酸、核苷酸等 在海水中濃縮 聚合作用 形成原始蛋白質(zhì)和核酸普通生物學

6、第二部分 個體生物學20 聚合作用 溶液聚合：粘土表面吸附作用下發(fā)生 濃縮聚合： 小水體中長期蒸發(fā) 水中氨基酸等分子含量很高 模擬實驗： 氨基酸溶液 類蛋白質(zhì)普通生物學 第二部分 個體生物學蒸發(fā)、濃縮21( 3 ) 多分子體系的形成和原始生命的出現(xiàn) 生物大分子 多分子體系 才顯出生命現(xiàn)象 多分子體系的產(chǎn)生： 團聚體學說 - 奧巴林 微球體學說 - ?？怂蛊胀ㄉ飳W 第二部分 個體生物學22 團聚體學說 生物大分子( 主要是蛋白質(zhì)和核酸 ) 團聚體小滴 ( 多分子體系 ) 特點：具有一定的生命 團聚體小滴： 直徑：1-500m 膜樣結(jié)構(gòu)：它與周圍介質(zhì)分開 原始代謝特性 無限制地增長和繁殖普通生物

7、學 第二部分 個體生物學23 微球體學說 干的氨基酸或?qū)嶒炈谩邦惖鞍踪|(zhì)” 形成微球體( 多分子體系 ) 特點：具有一定的生命 微球體： 直徑：1-2m ( 細菌 ) 雙層膜，能縮脹 生長和繁殖 超微結(jié)構(gòu) (簡單細菌 ) 表面膜有選擇透性普通生物學 第二部分 個體生物學加熱24微球體25微球體(?？怂箤嶒?返回26 原始生命，必備三點： 內(nèi)部：一定的物理化學結(jié)構(gòu) 保持體系的穩(wěn)定性 主要組成：蛋白質(zhì)和核酸 有遺傳信息轉(zhuǎn)錄翻譯體系 形成原始膜 以便分隔、選擇性吸收普通生物學 第二部分 個體生物學27團藻（Volvox）返回28粘菌在氮饑餓時開始聚集聚集后分化生成子實體下圖29（1）單細胞階段以細菌

8、為生 (3)分化出生殖部分粘菌 (2)氮饑餓時聚集成細胞團返回30 核酸酶和核酸-蛋白質(zhì)體系： 從核酸酶的作用，可以推斷RNA在儲存遺傳信息的DNA和表達遺傳信息的蛋白質(zhì)之間傳遞信息。DNARNAPROTEIN 遺傳密碼子的起源 - 無法解釋普通生物學 第二部分 個體生物學31（4） 多分子體系生物化學過程的進化和自養(yǎng)營養(yǎng)的出現(xiàn) 最初多分子體系 - 異養(yǎng)營養(yǎng) 生物化學過程的進化： 直接利用環(huán)境的物質(zhì) 間接利用環(huán)境中的物質(zhì) A物質(zhì)B物質(zhì)C物質(zhì) 有利用這種物質(zhì)的酶或 有使該種物質(zhì)轉(zhuǎn)化為前一種物質(zhì)的酶普通生物學 第二部分 個體生物學32 自養(yǎng)營養(yǎng) 卟啉-色素 光合作用始：ATP后：糖類 意義： 脫離

9、對有機物的依賴 給其它營養(yǎng)方式的生物提供有機物普通生物學 第二部分 個體生物學33 產(chǎn)生現(xiàn)代大氣層（氧化性），出現(xiàn)以下現(xiàn)象： 形成臭氧保護層 - 阻擋紫外線 產(chǎn)生有氧呼吸 有氧呼吸：1葡萄糖分子 36個ATP （60%能量） 糖酵解：1葡萄糖分子 2個ATP （3.2%能量）（無氧呼吸）普通生物學 第二部分 個體生物學34（5）真核細胞的起源團聚體 多分子體系 原始細胞發(fā)生的起點微球體 逐漸完善表面膜，具有遺傳密碼轉(zhuǎn)錄翻譯機制 原核生物普通生物學 第二部分 個體生物學35 真核生物 晚于原核生物出現(xiàn)的證據(jù)： 最早化石： 原核生物 至少34億年 真核生物 不超過20億年 真核生物都好氧 大氣含氧

10、后才出現(xiàn)普通生物學 第二部分 個體生物學36 內(nèi)共生學說：真核生物 原核生物 厭氧原核細胞吞食其它原核生物 形成細胞器 真核生物 線粒體 需氧的原核生物 （紫色光合細菌） 葉綠體 藍藻（現(xiàn)代共生種 ） 證據(jù)： 自主性 DNA環(huán)狀 70S核糖體( 細菌、藍藻 ) 普通生物學 第二部分 個體生物學37 由此解釋： 外膜向內(nèi)折入發(fā)展 線粒體和質(zhì)體的內(nèi)膜系統(tǒng) 內(nèi)質(zhì)網(wǎng)膜延伸 外膜 該學說不能解釋核的起源另有主張：真核生物和原核細胞 同起源于原始生命 事實上 ：細菌分成真細菌和古細菌， 二者不同。共同起源于原始生命。普通生物學 第二部分 個體生物學38（二）生物進化的化石記錄 1、化石和地層年齡 2、顯生

11、宙以前的化石 3、顯生宙的化石普通生物學 第二部分 個體生物學39 1、化石和地層年齡 化石： 古代埋葬在地層中的動、植物遺跡 礦物質(zhì)沉積變硬、石化 化石 地球史 - 46億年 四個宙：冥古宙、元古宙、顯生宙 顯生宙(從6億年到現(xiàn)在)： 古生代、中生代、新生代 地層年齡測定：同位素衰變普通生物學 第二部分 個體生物學40始祖鳥化石和恐龍化石相比41人、貓、鯨和蝙蝠的前肢骨骼具有同源性返回422、顯生宙以前的化石 冥古宙 無 太古宙 原核生物 元古宙晚期真核生物及多細胞生物3、顯生宙的化石 （1） 寒武紀物種的爆發(fā)式突 （2） 古生代 （3） 中生代 （4） 新生代普通生物學 第二部分 個體生物

12、學43（1） 寒武紀物種的爆發(fā)式突增 所有多細胞動物出現(xiàn) 生態(tài)位空白 輻射進化（2） 古生代 早期：高等藻類和無脊椎動物的時代 中期：裸蕨類和魚類 晚期：蕨類和兩棲類普通生物學 第二部分 個體生物學44（3）中生代 - 裸子植物和爬行類繁盛時代 森林，現(xiàn)在地下的煤炭 三疊紀末出現(xiàn)原始的哺乳動物 侏羅紀則出現(xiàn)鳥類（4）新生代 被子植物大發(fā)展 昆蟲大發(fā)展 哺乳類和鳥類大發(fā)展 靈長類中的一支進化為人類17-16普通生物學 第二部分 個體生物學45（三）人類起源和進化從生物學角度看，人是動物 1、人在分類系統(tǒng)中的地位 2、人的起源和進化 3、早期人類文化發(fā)展和體質(zhì)演化的關(guān)系 4、人種普通生物學 第二部

13、分 個體生物學461、人在分類系統(tǒng)中的地位(1) 人屬靈長目，與猩猩、黑猩猩、大 猩猩 的血緣關(guān)系很近。 大猿科：生活于熱 帶森林，都瀕臨滅絕。 人科：智力高度發(fā)達，全球分布017-2 普通生物學 第二部分 個體生物學47(2) 人：足 - 直立行走 手- 巧，能制工具 腦 -發(fā)達，有語言，有社會組織(3) 分子生物學研究表明： 人和這些近親在500萬年前分開普通生物學 第二部分 個體生物學482、人的起源和進化（1）南方古猿（400萬年-100萬年前）（2）能人（200萬年-175萬年前）（3）直立人（200萬年-20萬年前）（4）智人（25萬年）普通生物學 第二部分 個體生物學49（1）南

14、方古猿（400-100萬年前） 纖細南猿（100-200萬年前） 粗壯南猿（200-300萬年前） 腦容量 500ml-700ml，與大猿相近 結(jié)構(gòu)似人 直立行走普通生物學 第二部分 個體生物學50（2）能人（200萬年-175萬年前） 腦量 - 600ml以上 結(jié)構(gòu) - 似人 骨骼 - 更接近現(xiàn)代人 可能有語言 可能制造石器普通生物學 第二部分 個體生物學51（3）直立人（200-20萬年前） 像爪哇人、北京人 腦量 - 800-1100ml，上限與現(xiàn)代人腦量相銜接 有語言 會用火 能制石器普通生物學 第二部分 個體生物學52（4）智人（25萬年） 腦量 1400ml，與現(xiàn)代人接近。又分為：

15、 早期智人（古人）， 25-4萬年前 晚期智人（新人）， 4 萬年前 像山頂洞人 能制復合工具 會人工取火 現(xiàn)代人類起源于何處： a、非洲遷徙各地 b、各地雜交，基因交流，保持一個種 普通生物學 第二部分 個體生物學533、 早期人類文化發(fā)展和體質(zhì)演化的關(guān)系( 1 ) 文化 概念：人類的創(chuàng)造活動及其成果的復合體 范疇：超越本能，有意識作用于自然和社會的活動 特點： 人類特有的適應方式 比較：哺乳動物：皮毛抵御寒冷 生物性適應 人 ：衣服，取火 文化適應普通生物學 第二部分 個體生物學54( 2 ) 勞動使人區(qū)別于猿 體質(zhì)：不如某些動物 制造和使用工具 能戰(zhàn)勝動物 生活條件： 動物體質(zhì)的演變 - 專門去適應 人類 - 適應人類所特有的制造工具和使用 工具 的勞動 某些性狀適應氣候等環(huán)境條件 (見下一頁)普通生物學 第二部分 個體生物學55 如： 較高的鼻梁和較大的鼻腔 適應干燥、寒冷的氣候， 濕潤和溫暖吸入的氣體 這些性狀不構(gòu)成人和猿的本質(zhì)區(qū)別 原因： 勞動作為選擇因素比氣候等因素重要得多 勞動是人類進化的主要推動力 一萬年以來，人類體質(zhì)沒發(fā)生大變化 而文化卻發(fā)生了巨大而深刻的變化(見下一頁)普通生物學 第二部分 個體生物學56磨制石器 陶器推進文化的交流和文化的積累 狩獵 農(nóng)業(yè)和畜牧業(yè) 金屬工具 文字 文明時代 栽培植物