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文檔簡介
1、第一節(jié) 生命起源第二節(jié) 生物進化歷程第三節(jié) 生物進化證據第四節(jié) 生物進化理論第五節(jié) 人類起源和進化第十三章 生物進化第1頁第1頁一、生命起源研究生命主宰物質是核酸和蛋白質這兩類生物大分子。生物大分子起源研究是解開生命起源奧秘鑰匙。生物大分子原始生命體這些過程何時何地在何種條件下陸續(xù)完畢?這些都是有待摸索問題第一節(jié) 生命起源如何演變原始細胞?如何構成原始生命體?第2頁第2頁(一) 生命大分子發(fā)生問題核苷酸、氨基酸和卟啉等有機物起源,已有相稱多研究 (1)從球外空間摸索這些分子存在證據; (2)從球外起源隕石中分析這類物質是否存在; (3)試驗室中創(chuàng)造類似于生命發(fā)生期地球條件,開展人工模擬試驗。第
2、3頁第3頁人們利用精密觀測設備從球外空間、從天外飛來隕石中已找到40各種存在于地球之外有機物,其中包括了各種氨基酸、核苷酸和卟啉。第4頁第4頁1.有機構成物模擬合成 1828年德國化學家維勒(FWohler 18001882)在試驗室里用氧化鉛和銨合成尿素。氰酸銨(NH4OCN)開辟了從無機物合成有機物新紀元,填補了有機物與無機物之間鴻溝。尿素(NH2CONH2)第5頁第5頁德國化學家維勒FriedrichWohler 18001882第6頁第6頁1953年,米勒(Mi11er)對靠近于地表原始氣氛氣體混合系統(tǒng)第7頁第7頁NH3、 H2、CH4、H2O甲醛核糖 氰化氫天冬氨酸 核苷核苷酸ADP
3、、ATP聚磷酸混合系統(tǒng)腺嘌呤谷氨酸氨基丙酸(紫外線)(沖擊波) (射線)高壓電弧第8頁第8頁生物大分子構成物可從無機物和簡樸有機物小分子在靠近地表原始狀態(tài)物理、化學條件下合成出來,這是生命起源于地球化學演化有力證實。第9頁第9頁2. 生物大分子模擬合成類蛋白: 美國??怂?F.Fox)模擬原始地球條件、將一些氨基酸混合后,倒入160200熱砂或粘土中,使水分蒸發(fā)、氨基酸濃縮,通過0.5h3.0h,就產生了一個琥珀色透明物質,即類蛋白質(proteinoids)。 第10頁第10頁類蛋白: 氨基酸混合物加熱縮合而成。合成系統(tǒng)應不含水,含水時類蛋白即趨于分解。類蛋白具顯色反應、肽鏈結構、可被蛋白酶
4、水解、水解后產生氨基酸、含有微弱但卻是擬定酶活性。 但無旋光性、有序度較差,不能引起免疫反應。 生物體內高效能酶是從“ 原始”酶演進出來。第11頁第11頁核苷酸聚磷酸這種聚合物含有RNA某種特性,受RNA酶部分水解。加熱聚合聚核苷酸第12頁第12頁聚核苷酸線性分子含有信息: 聚U 苯丙氨酸聚合物 聚A 賴氨酸聚合物 A與U聚合 苯丙氨酸(UUU),亮氨酸(UUA),異亮氨酸(AUU、AUA)、酪氨酸(UAU)、天冬氨酰(AAU)等各種氨基酸異構排列類蛋白信息。第13頁第13頁A與U隨機排列UUU 苯丙氨酸UUA 亮氨酸UAU酪氨酸AUU,AUA 異亮氨酸AAU 天冬氨酰AAA 賴氨酸由此可見,
5、遺傳信息能夠通過非生物系統(tǒng)產生。第14頁第14頁核酸同原始蛋白質哪個先發(fā)生,有三種說法:核酸先發(fā)生;蛋白質先發(fā)生;兩者同時發(fā)生。核酸先發(fā)生也許性較大,由于核酸構成成份較簡樸,聚合較容易。同時發(fā)生也許性不大。核酸先發(fā)生,但沒有發(fā)揮它信息傳導體潛在功效。這種潛能只有在原始生命微體系出現后才干表現出來。依據最近研究,核酸先發(fā)生。因某種核酸同時還含有酶功效。第15頁第15頁(二) 原始生命體發(fā)生問題微球說:美國福克斯(Fox)試驗室主張微球說,認為有生物質在水液環(huán)境內能夠形成微小球狀物。(類蛋白加熱濃縮形成微球體)這種微球外周具者雙層表面膜,能將它與環(huán)境隔離成為相對獨立小體系。這種微球可因內外改變而變
6、形,“增長”體積;分裂為二,也能出芽,它們還能吸取物質。第16頁第16頁蛋白鏈形成微球體水溶液中 11000第17頁第17頁由簡樸直鏈脂肪產生多重分隔脂肪球第18頁第18頁團聚粒說:蘇聯奧巴林(Oparin)試驗室主張有生物質最先形成團聚小粒。這種團聚小粒大小不一,但有一定范圍,形態(tài)類似球狀菌。團聚小粒類似簡樸細胞,外表有雙層膜,膜大小形態(tài)因環(huán)境滲入壓而改變。它能“選擇吸取”一些物質,也能進行“分裂”,能自發(fā)“出芽”。第19頁第19頁奧巴林將白明膠(蛋白質)水溶液與阿拉伯膠(糖)水溶液混在一起,在混合之前,這種溶液都是透明,混合之后,變?yōu)榛鞚?。在顯微鏡下能夠看到在均勻溶液中出現了小滴,即團聚體
7、。它們四周與水液有明顯界線。第20頁第20頁奧巴林第21頁第21頁微球說與團聚粒共同點。 福克斯微球說認為,從類蛋白質在一定條件下即可形成有雙膜結構微球,這樣微球有各種多樣形態(tài)改變和反應“活性”。奧巴林團聚粒也含有類似性質,但是它構成物質是從植物或動物那里得到。第22頁第22頁 兩個模型研究共同證實一點地球表面物質化學演化,在適宜條件下即有也許通過物理,化學過程,產生原始有膜包被微小球體,達種微球體含有一些類似簡樸生命活動特性。第23頁第23頁第24頁第24頁原生第一個細胞必須具備下列最基本性質:(1)有類似質膜生物膜。(2)有能完畢自我復制和自發(fā)整合生命大分子物質體系。(3)含有內在物質代謝
8、、能量代謝和信息交流基本性能。第25頁第25頁(一) 從非細胞形態(tài)到細胞形態(tài)普通都認為早期生命形態(tài)必定是非細胞形態(tài)病毒:大小在0.080.10左右,中心一個核酸分子,含有RNA(噬菌體和動物病毒中含有 DNA) 外面是蛋白質外殼。二、細胞起源和發(fā)展類病毒:只有病毒1/80,也就是0.001左右。連蛋白質外殼度沒有,只有裸露RNA分子。第26頁第26頁枝原體:大小在0.100.25左右, 結構類似原核生物,有細胞膜和核糖體,含有DNA和RNA兩種核酸和各種蛋白酶,能在培養(yǎng)基上自由生活,但無細胞壁。認為是病毒和細菌間過度生物。第27頁第27頁1. 共生起源假說: 認為原始真核細胞一些細胞器是吞噬了
9、另一個細胞,或兩者融合起來,實現共生結果。 但是它無法解釋細胞核起源。(二) 從原核細胞到真核細胞第28頁第28頁被捕獲后生活在大細菌細胞膜和細胞壁之間小細菌(黑色橢圓)(Bdellovibrio-意即蛭形弧菌)第29頁第29頁生活在一個原生生物中共生細菌(黑色橢圓),大小類似線粒體。此原生生物生活在白蟻后腸中。第30頁第30頁2. 分化假說: 真核細胞器是由原生質膜內伸和核質再分派而同時形成。 不過既然各種細胞器是同時形成,為何生化特性如此不同?(葉綠素)第31頁第31頁附:真核細胞是不是來自原核細胞,這個問題現在還沒有一個最后答案。有些人主張真核細胞不是來自原核細胞,而是和原核細胞一同起源
10、于原始生命。第32頁第32頁第33頁第33頁(三) 從單細胞到多細胞衣藻是一個單細胞生物。盤藻是由 4、16或32個細胞構成,每個細胞都和衣藻相同。散開也能獨立生活。以同配生殖方式繁殖后代。實球藻由 8,16或32個細胞構成,已有前端和后端之分了,單個細胞不能獨立生活,有性生殖是異配。第34頁第34頁空球藻(Eudorina)是由16、32或64個細胞組成,中央充滿膠質液體。雌雄配子大小不同,雌配子比雄配子大好多倍。團藻(Volvox)是由50050000個細胞構成空心球群體,細胞功效分化為營養(yǎng)細胞和生殖細胞。有性生殖是卵配。第35頁第35頁從系統(tǒng)發(fā)生來看,生物是從單細胞生物發(fā)展到多細胞生物。
11、衣藻第36頁第36頁盤藻第37頁第37頁實球藻第38頁第38頁空球藻第39頁第39頁團藻第40頁第40頁一、從無生物到生物海洋中元素小分子有機物大分子有機物 團聚體和微球體 原核細胞 真核細胞 真核多細胞第二節(jié) 生物進化歷程第41頁第41頁二、從異養(yǎng)生物到自養(yǎng)生物早期地球地表大氣無氧氣,首先出現必定是厭氧異養(yǎng)生物。自養(yǎng)生物出現使地球上生物具備了自養(yǎng)和異養(yǎng),合成與分解兩個物質循環(huán)基本環(huán)節(jié)。形成了一個統(tǒng)一完整生態(tài)系統(tǒng)。第42頁第42頁三、從無性生殖到有性生殖生物從無性生殖到有性生殖,意味著生物變異潛能得到了充足發(fā)揮,使生物含有更大適應力, 能夠朝著多樣性方向發(fā)展。第43頁第43頁四、從水生到陸生生
12、物進化是從海洋到陸地,只有上陸后生物才也許提升機體水平,才有也許發(fā)展成恒溫動物哺乳類靈長類人類。第44頁第44頁一、古生物學證據30億年前太古代地層發(fā)覺古球藻化石,隨后元古代地層開始出現古動物和古植物化石,越近年代地層,出現動,植物越高等。同時也發(fā)覺了許多中間過渡類型化石。第三節(jié) 生物進化證據第45頁第45頁在西澳大利亞發(fā)覺35億年前細胞間連絲(左)第46頁第46頁在羅德西亞發(fā)覺31億年前石灰石子座斷面。暗有機物和亮無機物尤如當代具光合作用微生物。(右)第47頁第47頁親緣關系比較近物種之間盡管有時外部形態(tài)有很大差別,卻有共同結構特性。親緣關系比較遠物種之間盡管有時外部形態(tài)有十分相同,結構卻有
13、很大差別。二、比較解剖學證據第48頁第48頁痕跡器官(vestigial organ):動物身上往往保留著一些沒有用處器官,稱為痕跡器官。如:人盲腸、闌尾、耳肌、毛肌、尾椎骨等,海豚和一些蛇類后肢骨,蚊蠅平衡棒等都是。第49頁第49頁同源器官(homologous organ):不同動物器官,功用不同,形狀相異,但起源和基本結構卻相同,叫做同源器官。 如:牛馬前肢、蝙蝠翼、鯨鰭狀肢等同源;哺乳動物三塊聽骨和魚類部分咽弓同源。第50頁第50頁第51頁第51頁同功器官(analogous organ):是指兩種動物身體上功用相同,形狀相同,但起源和基本結構完全不同器官。 如:蝴蝶與鳥翼第52頁第5
14、2頁重演律表明了動物個體發(fā)育重演了系統(tǒng)發(fā)育過程。三、胚胎學證據第53頁第53頁(一) 生命共同起源物質基礎構成生命元素和化合物大體是相同,構成蛋白質氨基酸都是L-型,核酸結構和三體密碼也是同樣,所有細胞都利用ATP 轉化能量。四、生理學和生物化學證據第54頁第54頁(二) 親緣遠近與化學結構關系細胞色素C 構成差別大小與親緣關系遠近成正比。血紅蛋白氨基酸排列方式也是。第55頁第55頁(三) 生理學證據用抗人血清沉淀多少也可測定動物與人親緣遠近。第56頁第56頁一、拉馬克學說用進廢退取得性遺傳第四節(jié) 生物進化理論第57頁第57頁二、達爾文進化論達爾文用自然選擇(natural selection
15、)來解釋生物進化。這個學說歸納起來有下列5點:1. 遺傳遺傳是生物進化主要原因。遺傳是生物一個普遍特性,生物有了這個特性,物種才干穩(wěn)定存在。第58頁第58頁2. 變異親代與子代之間、同一親本產生各子女之間都存在著差別。變異是隨機產生,第59頁第59頁3. 繁殖過剩生物都有極強大生殖力。例:假如每一雌象一生(30歲90歲)產仔6頭,每頭活到100歲,都能繁殖,750年后就可有19,000,000頭子孫。自然界各種生物數量在一定期期內都保持相對穩(wěn)定基于下列兩個事實:第60頁第60頁4. 生存斗爭物種之因此不會數量大增,乃是由于生存斗爭。種內斗爭 種間斗爭環(huán)境斗爭第61頁第61頁5. 適者生存不同個
16、體在形態(tài)、生理等方面存在著不同變異。有變異使生物在斗爭中生存下來,有變異卻使生物在斗爭中不能生存。例:在常有大風海島上,無翅昆蟲不翱翔,不至被大風吹到海里,而有翅昆蟲卻在翱翔時被風吹到海里而死亡。第62頁第62頁達爾文第63頁第63頁貝格爾號第64頁第64頁貝格爾號5年環(huán)游世界路線第65頁第65頁華萊士第66頁第66頁三、當代達爾文主義(綜合進化論 )費希爾(R.A.Fisher),霍爾丹(J.B.S.Haldane)和賴特(S.Wright|)等在孟德爾(Gregor Johann Mendel)和摩爾根(T.H.Morgen)遺傳基礎發(fā)展了群體遺傳學。第67頁第67頁綜合進化論有兩個基本點
17、 第一,認為群體是生物進化基本單位,進化機制研究應當屬于群體遺傳學研究范圍。 第二,突變,選擇和隔離是物種進化,是物種形成和新種產生機制。 第68頁第68頁突變?yōu)樾路N形成提供了原材料。但只有很少數突變是有利,能夠作為進化原材料。突變是否有利,隨所處環(huán)境而異。第69頁第69頁突變形成了基因重組,新基因形成新種通過自然選擇能適應個體保留下來,不能適應淘汰掉。第70頁第70頁隔離使生活在不同環(huán)境中物種,性狀逐步發(fā)生分歧,形成不同亞種,深入地理隔離,則有利于新種形成。地理隔離生物學意義在于制止了遺傳物質交流。第71頁第71頁四、 澄江生物群1984年南京地質古生物研究所侯先光在云南省澄江縣境內發(fā)覺了娜
18、羅蟲(Naraoia)古老節(jié)肢動物化石后,開始了大規(guī)模發(fā)掘。第72頁第72頁它不但證實了大爆發(fā)式演化事件在五億三千萬年前確實曾經發(fā)生,最令人震撼則是在這一事件發(fā)生短短數百萬年(也許只有一兩百萬年)期間,幾乎所有現生動物門類和許多已滅絕了生物,突發(fā)式地出現于寒武紀地層,而在更老地層卻完全沒有其祖先型生物化石發(fā)覺。第73頁第73頁在這一個瞬間性突發(fā)大事件中,不但建立了所有現生動物門類(包括脊索動物在內)結構藍圖。另外尚有二十幾種已經滅絕了生物種,與現生動物分類系統(tǒng)沒有任何關聯,但每一個種卻各自代表一個相稱于門一級結構藍圖。第74頁第74頁1984年我國科學家在云南省昆明市南面60千米澄江縣發(fā)覺,在
19、距今55.7億年地層中,生物化石類群紛雜繁多,現存30幾種門生物,那時已經所有都出現了,并且在接下來5億年時間里,改變相對較慢。復旦大學哲學系專家俞金吾認為,生命進化中,突變和緩慢進化是交錯進行。 第75頁第75頁五、其它進化理論1. 分子進化中性理論 生物在分子水平上進化不是由于自然選擇作用于“有利”突變,而是在連續(xù)突變壓下選擇中性或非??拷行酝蛔?,隨機固定而成。 第76頁第76頁2. 間斷平衡論 生物體主要形態(tài)改變發(fā)生在新物種出現時候;物種分化不是按照自然選擇學說慢慢地出現,物種改變方向與物種能否適應無關;物種含有長期穩(wěn)定性,是由本身形態(tài)和本身制約原因決定;造成生物形態(tài)長期改變傾向,是物
20、種分化時形態(tài)改變方向性所擬定。 第77頁第77頁3.新災變學說 漸變進化學說包括這樣一個前提,地球歷史是漸變。那么在地球歷史上是否發(fā)生過猛烈災變,這種劇變對生物進化帶來了什么樣影響? 第78頁第78頁1. 靈長類起源 認為靈長類和食肉類動物在系統(tǒng)發(fā)生中是由同一系統(tǒng)出發(fā),由于環(huán)境改變,食性逐步分化,有演化為純食肉類,成為現在食肉動物;有演化為以植物為食素食動物,猿猴即是素食動物,并適應樹上生活。一、人類起源(一) 人類起源于古類人猿第五節(jié) 人類起源和進化第79頁第79頁倭黑猩猩在80英尺高樹上行走,手中握著水果。第80頁第80頁長臂猿四肢和身體適合于林間活動。第81頁第81頁眼鏡猴只能垂直攀爬和
21、跳躍第82頁第82頁食蟲類juqing與靈長類有共同祖先第83頁第83頁凡出現了較靠近人類化石出現時,猿猴化石便不見了。起源地點很也許是亞洲中部,包括北京周口店和原屬亞洲大陸爪哇。但也有化石在南非和東非發(fā)覺。最新研究認為人類起源于非洲猿猴。2. 人類起源第84頁第84頁1. 人和猿骨骼十分相近:結構上看幾乎完全相同2. 人和猿痕跡器官比較:盲腸退化,蚓突保留3. 人和猿胚胎發(fā)育和胎盤比較:前五個月胚胎,盤形胎盤4. 人和猿生理、病理比較:三維視覺、月經周期、血型(二) 人類起源于古類人猿證據第85頁第85頁1. 人和猿骨骼十分相近:結構上看幾乎完全相同第86頁第86頁(一) 早期猿人階段1. 能人1963年在坦桑尼亞奧杜韋峽谷發(fā)覺頭骨連大部分牙齒和下頜骨化石,腦量637ml,下肢能直立行走,拇指可與其它四指對握,但不甚準確。有礫石作工具,能用石塊圍成圈防風?;嘟?50萬年二、人類進化第87頁第87頁能人第88頁第88頁2. 1470號人1972年在東非肯尼亞特卡納湖東岸發(fā)覺頭骨,腦量為700ml
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