第二講+生命起源與細(xì)胞進(jìn)化課件

第二講生命起源與細(xì)胞進(jìn)化馬彬廣第二講生命起源與細(xì)胞進(jìn)化馬彬廣1什么是生命如吾所識(shí)的生命（Lifeasweknow，物質(zhì)定義）如恩格斯：生命是蛋白質(zhì)的存在形式。地球上現(xiàn)存的，我們所認(rèn)識(shí)的生命（狹義）。核心問題：生命從哪一層次開始？細(xì)胞？

如其所能的生命（Lifeasitcouldbe，功能定義）以生命具有的特征去定義，廣義生命。如異類生物、外星生物、機(jī)器生物、虛擬生物等。核心問題：生命本質(zhì)特征是什么？自我繁殖？什么是生命2什么是生命分子生物學(xué)定義：

生命是指主要由核酸和蛋白質(zhì)組成的，具有不斷自我更新能力的，以及向多方向發(fā)生突變并可以復(fù)制自身的多分子體系。什么是生命分子生物學(xué)定義：32December2010GFAJ-1isastrainofrod-shapedbacteriuminthefamilyHalomonadaceae.TheextremophilewasisolatedfromthehypersalineandalkalineMonoLakeineasternCaliforniabyaresearchteamledbyNASAastrobiologistFelisaWolfe-Simon.嗜鹽、耐堿的桿狀細(xì)菌能以砷代磷生長！2December2010GFAJ-1isastr4生命的本質(zhì)生命的物質(zhì)基礎(chǔ)生命活動(dòng)的基本特征生命和熵生命的本質(zhì)5生命的物質(zhì)基礎(chǔ)生物體化學(xué)成分的同一性構(gòu)成元素：60/109，主要是C、H、O、N、P、S，其次是Ca、Mg、Na、Cl等，與無機(jī)界相同，生命并不存在特有的元素。離子形式對生命至關(guān)重要（見后表）。生命的物質(zhì)基礎(chǔ)生物體化學(xué)成分的同一性6第二講+生命起源與細(xì)胞進(jìn)化ppt課件7生命的物質(zhì)基礎(chǔ)生物體化學(xué)成分的同一性分子成份：70%的水和無機(jī)物，多種有機(jī)分子，如生物大分子核酸、蛋白質(zhì)、糖類、脂類和維生素等，雖然其組成和結(jié)構(gòu)可能不同，但它們的單體，如葡萄糖、ATP、氨基酸、核苷酸等對所有生物幾乎都一樣，因此，生物在化學(xué)成分上存在高度的同一性。生命的物質(zhì)基礎(chǔ)生物體化學(xué)成分的同一性8生命的物質(zhì)基礎(chǔ)結(jié)構(gòu)的有序性和功能的復(fù)雜性生物體內(nèi)化學(xué)分子有序組織，非隨機(jī)堆積。

蛋白質(zhì)是主要成份（人體固重45%，酵母46.6%，細(xì)菌50-80%），蛋白質(zhì)是由多肽鏈狀分子折疊、盤繞而成有序結(jié)構(gòu)（一到四級(jí)結(jié)構(gòu)）。結(jié)構(gòu)決定功能，蛋白質(zhì)功能多樣。生命的物質(zhì)基礎(chǔ)結(jié)構(gòu)的有序性和功能的復(fù)雜性9第二講+生命起源與細(xì)胞進(jìn)化ppt課件10第二講+生命起源與細(xì)胞進(jìn)化ppt課件11生命的物質(zhì)基礎(chǔ)結(jié)構(gòu)的有序性和功能的復(fù)雜性核酸是遺傳分子，有脫氧核糖核酸DNA和核糖核酸RNA。

DNA由A、C、G、T組成，以雙鏈形式存在。RNA中T替換成U，多以單鏈形式存在（局部折疊配對）。DNA能自我復(fù)制，是遺傳信息的載體，控制的蛋白質(zhì)的合成和各種性狀，按照基因程序?qū)崿F(xiàn)生長、發(fā)育、繁殖和進(jìn)化等生命活動(dòng)。生命的物質(zhì)基礎(chǔ)結(jié)構(gòu)的有序性和功能的復(fù)雜性12第二講+生命起源與細(xì)胞進(jìn)化ppt課件13討論DNA決定論：先天決定一切。表觀遺傳學(xué)（epigenetics）：后天影響很大。討論14生物界的多層次結(jié)構(gòu)…生物圈生態(tài)系統(tǒng)群體個(gè)體器官組織細(xì)胞分子原子…生物界的多層次結(jié)構(gòu)…15生命活動(dòng)的基本特征1自我更新同化與異化對立統(tǒng)一，構(gòu)成新陳代謝的動(dòng)力。同化（assimilation）：將外界物質(zhì)轉(zhuǎn)化為自身物質(zhì)，并儲(chǔ)存能量，也稱合成代謝（anabolism）。異化（dissimilation）：將自身物質(zhì)轉(zhuǎn)化成外界物質(zhì)，并釋放能量，也稱分解代謝（catabolism）。對立性：兩者互為相反過程。統(tǒng)一性：相互依存（同化為異化提供物質(zhì)基礎(chǔ)，異化為同化提供能量）、相互轉(zhuǎn)化（異化也為同化提供物質(zhì)基礎(chǔ)，同化也為異化提供能量，如光合/呼吸依存關(guān)系），相互滲透（合成途徑中有分解反應(yīng)，反之亦然）生命活動(dòng)的基本特征1自我更新16合成中的分解反應(yīng)舉例尿素的合成途徑卻涉及到精氨酸的分解。合成中的分解反應(yīng)舉例尿素的合成途徑卻涉及到精氨酸的分解。17生命活動(dòng)的基本特征1自我更新生物體是一個(gè)開放的系統(tǒng)，時(shí)刻進(jìn)行著與外界的物質(zhì)和能量交換，生物的生長發(fā)育需要一定的環(huán)境條件，生物主動(dòng)從環(huán)境吸收自身所需的營養(yǎng)物質(zhì)（主動(dòng)性和選擇性），如，每生產(chǎn)100kg小麥，需要從土壤吸收氮素2.65~2.77kg、磷素1.00~1.20kg、鉀素3.35~4.27kg。生物體之間、生物體與環(huán)境之間是相互依賴，有著不可分割的聯(lián)系，研究生命必須與其環(huán)境關(guān)聯(lián)起來，這就是生態(tài)學(xué)的生命觀。生命活動(dòng)的基本特征1自我更新18生命活動(dòng)的基本特征2自我復(fù)制分子層次：DNA雙鏈的半保留復(fù)制。細(xì)胞層次：細(xì)胞一分為二的復(fù)制自身。個(gè)體水平：親代對子代的繁殖（克隆技術(shù)？）更高層次？總之，自我復(fù)制是生命活動(dòng)的基本特征（本質(zhì)特征？）。注意：復(fù)制中有變異。生命活動(dòng)的基本特征2自我復(fù)制19第二講+生命起源與細(xì)胞進(jìn)化ppt課件20生命活動(dòng)的基本特征3自我調(diào)控自我調(diào)控是生物環(huán)境適應(yīng)性的基礎(chǔ)之一。分子層次，如大腸桿菌的乳糖操縱子模型。細(xì)胞層次，如細(xì)菌趨化性。個(gè)體層次，如樹葉脫離、動(dòng)物換毛等。更高層次，種群競爭與生態(tài)平衡。生命活動(dòng)的基本特征3自我調(diào)控21生命活動(dòng)的基本特征4自我突變

自我突變帶來變異，也是生物環(huán)境適應(yīng)性的基礎(chǔ)。如：小麥從晚熟變早熟，普通羊群中出現(xiàn)短腿的安康羊（anconsheep），細(xì)菌抗性的產(chǎn)生（關(guān)于超級(jí)病菌的報(bào)道）等。自我突變能力產(chǎn)生生物的多樣性，是選擇作用的對象。生命活動(dòng)的基本特征4自我突變22生命和熵1熵的概念熵（entropy）：簡言之，無序度的度量。

熱力學(xué)第二定律：孤立系統(tǒng)熵增加。熵是很多過程自發(fā)性和方向性的表征。熵增與進(jìn)化：貌似矛盾？尚在爭論。生命和熵1熵的概念23生命和熵2生命與熵變生物的發(fā)育和進(jìn)化都是有序度增加的過程。

生物是開放系統(tǒng)，與環(huán)境的物質(zhì)能量交換帶來熵變。熵變=熵產(chǎn)生+熵流。熵產(chǎn)生恒為正，熵流可為負(fù)。生物體是耗散結(jié)構(gòu)（dissipativestructure，即開放系統(tǒng)遠(yuǎn)離平衡態(tài)出現(xiàn)的有序結(jié)構(gòu)），負(fù)熵對生物是必需的（我們一日三餐吃負(fù)熵）。生命和熵2生命與熵變24生命在地球上的起源各種生命起源學(xué)說生命起源的條件生命起源的過程（化學(xué)演化說）生命在地球上的起源25各種生命起源學(xué)說1原始自然發(fā)生論（spontaneousgenerationtheory）又稱“自生論”，認(rèn)為生物可以從非生命物質(zhì)直接而迅速地，隨時(shí)隨地地產(chǎn)生出來，如古代各種說法，“腐草為螢”、“白石化羊”、“腐肉生蛆”等。十七世紀(jì)初，范.赫爾蒙特（VanHelment，1577-1644）甚至給出了制造老鼠的配方，據(jù)稱根據(jù)該配方21天就可以制造出老鼠（見后圖）。各種生命起源學(xué)說1原始自然發(fā)生論（spontaneous26第二講+生命起源與細(xì)胞進(jìn)化ppt課件27各種生命起源學(xué)說2神創(chuàng)論又稱“天創(chuàng)論”，認(rèn)為生命是由神秘力量創(chuàng)造的。如前面提到的大主教，認(rèn)為上帝造人在公元前4004年10月23日上午9時(shí)，并說先創(chuàng)造了一個(gè)男人，后又取男人的一根肋骨，創(chuàng)造了一個(gè)女人，這樣女人自然就成了男人的附屬品，上帝也懂男尊女卑，顯然是出于特定目的編造的。中國也有女媧造人的傳說（主奴之別）。各種生命起源學(xué)說2神創(chuàng)論28各種生命起源學(xué)說3生源論（biogenesis）認(rèn)為生命只能由生命產(chǎn)生。1669年，意大利醫(yī)生（FrancescoRedi,1621-1691），第一次用實(shí)驗(yàn)說明腐肉不能生蛆。各種生命起源學(xué)說3生源論（biogenesis）29各種生命起源學(xué)說3生源論（biogenesis）后來關(guān)于肉腐敗的原因，巴斯德給出了答案，但其結(jié)論是支持“生源論”，而不是自然發(fā)生說。各種生命起源學(xué)說3生源論（biogenesis）30各種生命起源學(xué)說4天外胚種論（泛胚種論、宇生論）20世紀(jì)初，瑞典化學(xué)家（S.A.Arrhenirius）發(fā)表了《宇宙的形成》一書（1907），提到，宇宙一直有一種生命的胚種，它們以孢子的形式，考光的壓力在星際旅行，遇到行星就定居下來，發(fā)展成生物。1959年，澳大利亞，碳質(zhì)隕石，含有有機(jī)酸和氨基酸，與地球不同。宇宙塵埃顆粒，表明形成有機(jī)質(zhì)，隨彗星或小行星到達(dá)地球，帶來生命。各種生命起源學(xué)說4天外胚種論（泛胚種論、宇生論）31各種生命起源學(xué)說5新自然發(fā)生論

早在1809年，德國著名自然哲學(xué)家Oken（1779-1851），就提出原始生命來自生化物質(zhì)原始粘液（urschleim），他認(rèn)為所有有機(jī)物都是從這種粘液演化來的，而這種粘液是從無機(jī)物演化來的。尿素（1828）、脂肪（1854）的等有機(jī)質(zhì)的人工合成，致使E.H.Haeckel在1866年提出了，可以把生命“看作由高分子碳化物所組成的蛋白體”，恩格斯正是在此基礎(chǔ)上，提出“生命的起源必然是通過化學(xué)的途徑實(shí)現(xiàn)的”。20世紀(jì)50年代，米勒（S.L.Miller）實(shí)驗(yàn)?zāi)M了地球早期的條件，用簡單的能量，進(jìn)行了生命起源的實(shí)驗(yàn)，后來，奧巴林和?？怂惯M(jìn)行了大量的研究，逐步揭示了地球上生命起源的化學(xué)演化過程。各種生命起源學(xué)說5新自然發(fā)生論32生命起源的條件宇宙的起源和地球的誕生早期地球的物質(zhì)條件早期地球的能源條件生命起源的條件33生命起源的條件1宇宙起源與地球誕生生命起源的條件1宇宙起源與地球誕生34生命起源的條件2早期地球的物質(zhì)條件初生大氣煙消云散：46年前，氫、氦大氣，先冷后熱，加之太陽風(fēng)，初生大氣被驅(qū)散。次生大氣（原始大氣）的形成：內(nèi)部噴射出來，還原性氣體，無游離態(tài)氧。原始海洋的形成：水蒸汽冷卻，匯集到低洼處，形成原始海洋，包括各種物質(zhì)成分。生命起源的條件2早期地球的物質(zhì)條件35生命起源的條件3早期地球的能源條件：熱能、太陽能、放電。生命起源的條件3早期地球的能源條件：熱能、太陽能、放電。36氰化氫氰化氫37生命演化的過程生命演化的過程38生命起源的過程1從無機(jī)小分子到有機(jī)小分子2從有機(jī)小分子到生物大分子3由生物大分子組成多分子體系4有多分子體系發(fā)展成原始生命生命起源的過程39生命起源的過程1從無機(jī)小分子到有機(jī)小分子

第一次化學(xué)反應(yīng)：主要是NH3、H2O、CH4、CN、CO、CO2、NO3，可逆反應(yīng)。碳?xì)浠衔锖苌锏纳桑喝绨被岬男纬?，由米勒?953年通過實(shí)驗(yàn)進(jìn)行了驗(yàn)證（見后圖）。核苷酸的形成和卟啉的形成。生命起源的過程1從無機(jī)小分子到有機(jī)小分子40米勒實(shí)驗(yàn)裝置圖米勒實(shí)驗(yàn)裝置圖41腺嘌呤合成部分核苷酸的合成胞嘧啶合成腺嘌呤合成部分核苷酸的合成胞嘧啶合成42生命起源的過程2從有機(jī)小分子到生物大分子核酸和蛋白質(zhì)由小分子在一定的條件下（黏土表面）聚合而成。問題是先有核酸還是先有蛋白？三種觀點(diǎn)：（1）蛋白先起源，先有代謝，后有復(fù)制（奧巴林和原田馨）。（2）核酸先起源，先有復(fù)制，后有代謝（里奇和奧格爾），核酶的發(fā)現(xiàn)，RNA世界假說。（3）共同起源，復(fù)制和代謝同時(shí)產(chǎn)生（迪肯森、趙玉芬-曹培生理論），1994年磷酰化氨基酸，1996年，《生命化學(xué)進(jìn)化的基本模型》，獲得高度評(píng)價(jià)和廣泛支持。生命起源的過程2從有機(jī)小分子到生物大分子43RNA的自我復(fù)制RNA的自我復(fù)制44化學(xué)演化的磷?；被崮Ｐ突瘜W(xué)演化的磷?；被崮Ｐ?5生命起源的過程2從有機(jī)小分子到生物大分子關(guān)于生命起源地點(diǎn)的三種說法：（1）陸相起源說，大陸火山附近，干燥環(huán)境利于縮合反應(yīng)（?？怂梗＃?）海相起源說，海洋黏土或蒙脫石表面，進(jìn)行縮合反應(yīng)（M.P.Horowitz等）。（3）深海煙囪起源說，深海煙囪，溫度梯度，有利于各種反應(yīng)的發(fā)生（美S.M.Stanley）。生命起源的過程2從有機(jī)小分子到生物大分子46海底煙囪起源說：海底煙囪起源說：47生命起源的過程3由生物大分子組成多分子體系原始海洋，局部濃縮（如蒸發(fā)作用、黏土吸附），使生物分子形成膠質(zhì)小球。（1）團(tuán)聚體模型：20世紀(jì)50年代，奧林巴提出，膠質(zhì)微團(tuán)，產(chǎn)生類似生長、分裂的現(xiàn)象（見后圖），但奧林巴承認(rèn)這不是唯一可能的模型。（2）類蛋白微球模型：Fox提出，氨基酸干熱聚合，再降溫生成類蛋白微球體，在通過pH值和溫度的改變，可以模擬出類似出芽繁殖的現(xiàn)象（見后圖），但無核酸。生命起源的過程3由生物大分子組成多分子體系48奧巴林的團(tuán)聚體模型奧巴林的團(tuán)聚體模型49Fox的類蛋白微球體模型：Fox的類蛋白微球體模型：50多分子體系發(fā)展成原始生命要解決的問題：（1）原始膜的起源（2）開放系統(tǒng)的建立（3）遺傳密碼的起源多分子體系發(fā)展成原始生命要解決的問題：51多分子體系發(fā)展成原始生命Goldacre的類脂蛋白囊假說：多分子體系發(fā)展成原始生命Goldacre的類脂蛋白囊假說：52奧巴林的模型系統(tǒng)兩種酶，活性相當(dāng)，就可維持團(tuán)聚體物質(zhì)的代謝。奧巴林的模型系統(tǒng)兩種酶，活性相當(dāng)，就可維持團(tuán)聚體物質(zhì)的代謝。53遺傳密碼的起源與進(jìn)化1最早的遺傳密碼2密碼進(jìn)化的方向3密碼進(jìn)化的過程遺傳密碼的起源與進(jìn)化54遺傳密碼的起源與進(jìn)化1最早的遺傳密碼已知現(xiàn)在的密碼子是三聯(lián)體碼，最早是什么？

1-2-3的演化？遺傳密碼的起源與進(jìn)化1最早的遺傳密碼55遺傳密碼的起源與進(jìn)化2密碼進(jìn)化的方向密碼子簡并性，1966年克拉克擺動(dòng)假說（wobblehypothesis），主要涉及密碼子第3位。氨基酸性質(zhì)的歸類：酸性、堿性、中性，涉及密碼子第1位。反映了生物的容錯(cuò)能力。遺傳密碼的起源與進(jìn)化2密碼進(jìn)化的方向56遺傳密碼的起源與進(jìn)化3密碼進(jìn)化的過程美國生化基礎(chǔ)研究所的M.O.Dayhoff等人，從tRNA的序列分析出發(fā)，研究了三聯(lián)體密碼的進(jìn)化歷程，大致為GNC—>GNY—>RNY—>RNN—>NNN，其中，R代表G、A，Y代表C、U，N代表四種核苷酸任意一種。見下表：遺傳密碼的起源與進(jìn)化3密碼進(jìn)化的過程57第二講+生命起源與細(xì)胞進(jìn)化ppt課件58有關(guān)生命起源問題的探討隕擊作用與生命起源

老的，阿列紐斯的“天外胚種論”；新的，20世紀(jì)60年代，“天外來客論”：1968年9月28日，巨大含碳隕石落在澳大利亞，經(jīng)生化學(xué)家龐然佩魯馬的分析，發(fā)現(xiàn)微量甘氨酸、丙氨酸、谷氨酸、纈氨酸、脯氨酸，這些氨基酸無光學(xué)活性，非地球生命途徑產(chǎn)生。宇宙空間用微米波檢測到各種有機(jī)小分子和金屬離子的存在，基于此事實(shí)，J.J.Gilvarry和A.R.Hochstim曾設(shè)想，如果原始地球上的海洋是大隕石或微行星沖撞而形成的，這種撞擊會(huì)帶來和產(chǎn)生大量有機(jī)物，促進(jìn)了地球上的化學(xué)進(jìn)化。地球早期，隕擊頻繁，所以，該說法有一定道理。有關(guān)生命起源問題的探討隕擊作用與生命起源59JournalofCosmologyJournalofCosmology,2011March,Vol13RichardB.Hoover,Ph.D.NASA/MarshallSpaceFlightCenter,Huntsville,AL“FossilsofCyanobacteriainCI1CarbonaceousMeteorites”JournalofCosmologyJournalof60第二講+生命起源與細(xì)胞進(jìn)化ppt課件61FossilsofCyanobacteriainCI1CarbonaceousMeteoritesSynopsisDr.HooverhasdiscoveredevidenceofmicrofossilssimilartoCyanobacteria,infreshlyfracturedslicesoftheinteriorsurfacesoftheAlais,Ivuna,andOrgueilCI1carbonaceousmeteorites.BasedonFieldEmissionScanningElectronMicroscopy(FESEM)andothermeasures,Dr.Hooverhasconcludedtheyareindigenoustothesemeteorsandaresimilartotrichomiccyanobacteriaandothertrichomicprokaryotessuchasfilamentoussulfurbacteria.HeconcludesthesefossilizedbacteriaarenotEarthlycontaminantsbutarethefossilizedremainsoflivingorganismswhichlivedintheparentbodiesofthesemeteors,e.g.comets,moons,andotherastralbodies.Theimplicationsarethatlifeiseverywhere,andthatlifeonEarthmayhavecomefromotherplanets.MembersoftheScientificcommunitywereinvitedtoanalyzetheresultsandtowritecriticalcommentariesortospeculateabouttheimplications.ThesecommentarieswillbepublishedonMarch7throughMarch10,2011.FossilsofCyanobacteriainCI62FossilsofCyanobacteriainCI1CarbonaceousMeteoritesOfficialStatementfromDr.RudySchild,

CenterforAstrophysics,Harvard-Smithsonian,

Editor-in-Chief,JournalofCosmology.Dr.RichardHooverisahighlyrespectedscientistandastrobiologistwithaprestigiousrecordofaccomplishmentatNASA.Giventhecontroversialnatureofhisdiscovery,wehaveinvited100expertsandhaveissuedageneralinvitationtoover5000scientistsfromthescientificcommunitytoreviewthepaperandtooffertheircriticalanalysis.Ourintentionistopublishthecommentaries,bothproandcon,alongsideDr.Hoover'spaper.Inthisway,thepaperwillhavereceivedathoroughvetting,andallpointsofviewcanbepresented.Nootherpaperinthehistoryofsciencehasundergonesuchathoroughanalysis,andnootherscientificjournalinthehistoryofsciencehasmadesuchaprofoundlyimportantpaperavailabletothescientificcommunity,forcomment,beforeitispublished.Webelievethebestwaytoadvancescience,istopromotedebateanddiscussion.FossilsofCyanobacteriainCI63有關(guān)生命起源問題的探討是否存在外星生物？月球：自1969年7月阿波羅11號(hào)首次登陸至今先后5次載人登月，從月球取回土壤樣品達(dá)幾百公斤，但經(jīng)微生物和生物培養(yǎng)都沒發(fā)現(xiàn)任何有生命的東西，土壤分析僅發(fā)現(xiàn)極其微量氨基酸，被認(rèn)為污染所致。月球大氣稀薄，沒有氧，沒有水，白天溫度到127攝氏度，晚上最低為-180度，不太適合我們所知的生命生存。其它太陽系行星：金星：大氣成分CO2占97%，氮小于2%，水小于1%，氧小于0.1%，地面氣壓90-100大氣壓，最高溫485度火星：大氣成分也是CO2為主，氮?dú)庑∮?%，氧小于0.1%，還有CO和水，有四季更迭，兩級(jí)覆蓋冰雪極冠，夏季火星赤道附近，午間溫度27～28度，子夜時(shí)分-50度左右，自轉(zhuǎn)一天為24h37min，與地球較為接近，因此，被認(rèn)為最有可能存在（類地）生命。木、土星：條件也很惡劣，被認(rèn)為不太適宜生命存在。太陽系外生命：銀河系108～109個(gè)類太陽系，整個(gè)宇宙空間有1020個(gè)。射電天外望遠(yuǎn)鏡被用來尋找地外生命。是否存在外星生物？月球：自1969年7月阿波羅11號(hào)首次登陸至今先后5次載人登月，從月球取回土壤樣品達(dá)幾百公斤，但經(jīng)微生物和生物培養(yǎng)都沒發(fā)現(xiàn)任何有生命的東西，土壤分析僅發(fā)現(xiàn)極其微量氨基酸，被認(rèn)為污染所致。月球大氣稀薄，沒有氧，沒有水，白天溫度到127攝氏度，晚上最低為-180度，不太適合我們所知的生命生存。其它太陽系行星：金星：大氣成分CO2占97%，氮小于2%，水小于1%，氧小于0.1%，地面氣壓90-100大氣壓，最高溫485度火星：大氣成分也是CO2為主，氮?dú)庑∮?%，氧小于0.1%，還有CO和水，有四季更迭，兩級(jí)覆蓋冰雪極冠，夏季火星赤道附近，午間溫度27～28度，子夜時(shí)分-50度左右，自轉(zhuǎn)一天為24h37min，與地球較為接近，因此，被認(rèn)為最有可能存在（類地）生命。木、土星：條件也很惡劣，被認(rèn)為不太適宜生命存在。太陽系外生命：銀河系108～109個(gè)類太陽系，整個(gè)宇宙空間有1020個(gè)。射電天外望遠(yuǎn)鏡被用來尋找地外生命。是否存在外星生物？月球：自1969年7月阿波羅11號(hào)首次登陸至今先后5次載人登月，從月球取回土壤樣品達(dá)幾百公斤，但經(jīng)微生物和生物培養(yǎng)都沒發(fā)現(xiàn)任何有生命的東西，土壤分析僅發(fā)現(xiàn)極其微量氨基酸，被認(rèn)為污染所致。月球大氣稀薄，沒有氧，沒有水，白天溫度到127攝氏度，晚上最低為-180度，不太適合我們所知的生命生存。其它太陽系行星：金星：大氣成分CO2占97%，氮小于2%，水小于1%，氧小于0.1%，地面氣壓90-100大氣壓，最高溫485度火星：大氣成分也是CO2為主，氮?dú)庑∮?%，氧小于0.1%，還有CO和水，有四季更迭，兩級(jí)覆蓋冰雪極冠，夏季火星赤道附近，午間溫度27～28度，子夜時(shí)分-50度左右，自轉(zhuǎn)一天為24h37min，與地球較為接近，因此，被認(rèn)為最有可能存在（類地）生命。木、土星：條件也很惡劣，被認(rèn)為不太適宜生命存在。太陽系外生命：銀河系108～109個(gè)類太陽系，整個(gè)宇宙空間有1020個(gè)。射電天外望遠(yuǎn)鏡被用來尋找地外生命。是否存在外星生物？月球：自1969年7月阿波羅11號(hào)首次登陸至今先后5次載人登月，從月球取回土壤樣品達(dá)幾百公斤，但經(jīng)微生物和生物培養(yǎng)都沒發(fā)現(xiàn)任何有生命的東西，土壤分析僅發(fā)現(xiàn)極其微量氨基酸，被認(rèn)為污染所致。月球大氣稀薄，沒有氧，沒有水，白天溫度到127攝氏度，晚上最低為-180度，不太適合我們所知的生命生存。其它太陽系行星：金星：大氣成分CO2占97%，氮小于2%，水小于1%，氧小于0.1%，地面氣壓90-100大氣壓，最高溫485度火星：大氣成分也是CO2為主，氮?dú)庑∮?%，氧小于0.1%，還有CO和水，有四季更迭，兩級(jí)覆蓋冰雪極冠，夏季火星赤道附近，午間溫度27～28度，子夜時(shí)分-50度左右，自轉(zhuǎn)一天為24h37min，與地球較為接近，因此，被認(rèn)為最有可能存在（類地）生命。木、土星：條件也很惡劣，被認(rèn)為不太適宜生命存在。太陽系外生命：銀河系108～109個(gè)類太陽系，整個(gè)宇宙空間有1020個(gè)。射電天外望遠(yuǎn)鏡被用來尋找地外生命。是否存在外星生物？月球：自1969年7月阿波羅11號(hào)首次登陸至今先后5次載人登月，從月球取回土壤樣品達(dá)幾百公斤，但經(jīng)微生物和生物培養(yǎng)都沒發(fā)現(xiàn)任何有生命的東西，土壤分析僅發(fā)現(xiàn)極其微量氨基酸，被認(rèn)為污染所致。月球大氣稀薄，沒有氧，沒有水，白天溫度到127攝氏度，晚上最低為-180度，不太適合我們所知的生命生存。其它太陽系行星：金星：大氣成分CO2占97%，氮小于2%，水小于1%，氧小于0.1%，地面氣壓90-100大氣壓，最高溫485度火星：大氣成分也是CO2為主，氮?dú)庑∮?%，氧小于0.1%，還有CO和水，有四季更迭，兩級(jí)覆蓋冰雪極冠，夏季火星赤道附近，午間溫度27～28度，子夜時(shí)分-50度左右，自轉(zhuǎn)一天為24h37min，與地球較為接近，因此，被認(rèn)為最有可能存在（類地）生命。木、土星：條件也很惡劣，被認(rèn)為不太適宜生命存在。太陽系外生命：銀河系108～109個(gè)類太陽系，整個(gè)宇宙空間有1020個(gè)。射電天外望遠(yuǎn)鏡被用來尋找地外生命。是否存在外星生物？月球：自1969年7月阿波羅11號(hào)首次登陸至今先后5次載人登月，從月球取回土壤樣品達(dá)幾百公斤，但經(jīng)微生物和生物培養(yǎng)都沒發(fā)現(xiàn)任何有生命的東西，土壤分析僅發(fā)現(xiàn)極其微量氨基酸，被認(rèn)為污染所致。月球大氣稀薄，沒有氧，沒有水，白天溫度到127攝氏度，晚上最低為-180度，不太適合我們所知的生命生存。其它太陽系行星：金星：大氣成分CO2占97%，氮小于2%，水小于1%，氧小于0.1%，地面氣壓90-100大氣壓，最高溫485度火星：大氣成分也是CO2為主，氮?dú)庑∮?%，氧小于0.1%，還有CO和水，有四季更迭，兩級(jí)覆蓋冰雪極冠，夏季火星赤道附近，午間溫度27～28度，子夜時(shí)分-50度左右，自轉(zhuǎn)一天為24h37min，與地球較為接近，因此，被認(rèn)為最有可能存在（類地）生命。木、土星：條件也很惡劣，被認(rèn)為不太適宜生命存在。太陽系外生命：銀河系108～109個(gè)類太陽系，整個(gè)宇宙空間有1020個(gè)。射電天外望遠(yuǎn)鏡被用來尋找地外生命。是否存在外星生物？月球：自1969年7月阿波羅11號(hào)首次登陸至今先后5次載人登月，從月球取回土壤樣品達(dá)幾百公斤，但經(jīng)微生物和生物培養(yǎng)都沒發(fā)現(xiàn)任何有生命的東西，土壤分析僅發(fā)現(xiàn)極其微量氨基酸，被認(rèn)為污染所致。月球大氣稀薄，沒有氧，沒有水，白天溫度到127攝氏度，晚上最低為-180度，不太適合我們所知的生命生存。其它太陽系行星：金星：大氣成分CO2占97%，氮小于2%，水小于1%，氧小于0.1%，地面氣壓90-100大氣壓，最高溫485度火星：大氣成分也是CO2為主，氮?dú)庑∮?%，氧小于0.1%，還有CO和水，有四季更迭，兩級(jí)覆蓋冰雪極冠，夏季火星赤道附近，午間溫度27～28度，子夜時(shí)分-50度左右，自轉(zhuǎn)一天為24h37min，與地球較為接近，因此，被認(rèn)為最有可能存在（類地）生命。木、土星：條件也很惡劣，被認(rèn)為不太適宜生命存在。太陽系外生命：銀河系108～109個(gè)類太陽系，整個(gè)宇宙空間有1020個(gè)。射電天外望遠(yuǎn)鏡被用來尋找地外生命。是否存在外星生物？月球：自1969年7月阿波羅11號(hào)首次登陸至今先后5次載人登月，從月球取回土壤樣品達(dá)幾百公斤，但經(jīng)微生物和生物培養(yǎng)都沒發(fā)現(xiàn)任何有生命的東西，土壤分析僅發(fā)現(xiàn)極其微量氨基酸，被認(rèn)為污染所致。月球大氣稀薄，沒有氧，沒有水，白天溫度到127攝氏度，晚上最低為-180度，不太適合我們所知的生命生存。其它太陽系行星：金星：大氣成分CO2占97%，氮小于2%，水小于1%，氧小于0.1%，地面氣壓90-100大氣壓，最高溫485度火星：大氣成分也是CO2為主，氮?dú)庑∮?%，氧小于0.1%，還有CO和水，有四季更迭，兩級(jí)覆蓋冰雪極冠，夏季火星赤道附近，午間溫度27～28度，子夜時(shí)分-50度左右，自轉(zhuǎn)一天為24h37min，與地球較為接近，因此，被認(rèn)為最有可能存在（類地）生命。木、土星：條件也很惡劣，被認(rèn)為不太適宜生命存在。太陽系外生命：銀河系108～109個(gè)類太陽系，整個(gè)宇宙空間有1020個(gè)。射電天外望遠(yuǎn)鏡被用來尋找地外生命。有關(guān)生命起源問題的探討是否存在外星生物？是否存在外星生物？是64射電望遠(yuǎn)鏡波多黎各的阿雷西沃望遠(yuǎn)鏡（305米口徑）康奈爾大學(xué)設(shè)計(jì)，美國國家科學(xué)基金會(huì)支持貴州省黔南州平塘縣（500米口徑）將于2014年建成，投資約7億人民幣。射電望遠(yuǎn)鏡波多黎各的阿雷西沃望遠(yuǎn)鏡（305米口徑）貴州省黔南65第二講+生命起源與細(xì)胞進(jìn)化ppt課件66細(xì)胞的起源與進(jìn)化原始細(xì)胞的起源細(xì)胞的進(jìn)化真核細(xì)胞起源的意義細(xì)胞的起源與進(jìn)化67原始細(xì)胞的起源超循環(huán)組織模式

1971年，德國學(xué)者，艾根（Eigen）和舒斯特，提出超循環(huán)組織（hypercyclicorganization）學(xué)說，提出分子準(zhǔn)種（molecularquasispecies）的概念，是變異與選擇驅(qū)動(dòng)的分子達(dá)爾文系統(tǒng)。階梯式過渡模式

1984年，奧地利學(xué)者，舒斯特（Schuster）提出6階段躍遷動(dòng)力學(xué)過程；1993年，美國學(xué)者Kauffman進(jìn)一步闡述了此思想。原始細(xì)胞的起源68超循環(huán)組織模式ManfredEigenCycle:自催化或自復(fù)制的化學(xué)過程。Hypercycle:循環(huán)的循環(huán)，互相促進(jìn)循環(huán)彼此聯(lián)系而成的更大的循環(huán)。超循環(huán)組織模式ManfredEigenCycle:自催化69階梯過渡模式階梯過渡模式70非達(dá)爾文進(jìn)化模式Dyson在1985年提出，非達(dá)爾文進(jìn)化的另一種過渡模式。根據(jù)分子進(jìn)化中性理論，認(rèn)為化學(xué)進(jìn)化到生物進(jìn)化的過渡是一個(gè)隨機(jī)過程，即分子系統(tǒng)隨機(jī)變異和隨機(jī)固定的過程，而不是通過選擇達(dá)到完善的。奧巴林式的原始細(xì)胞也可能通過類似小種群的遺傳漂移而進(jìn)化出有活性的蛋白質(zhì)，然后，在原核細(xì)胞內(nèi)“寄生”的RNA通過隨機(jī)過程進(jìn)化出RNA基因，不過，Dyson的模式?jīng)]有回答酶隨機(jī)產(chǎn)生的概率有多大這一關(guān)鍵問題。不管經(jīng)歷怎樣的進(jìn)化過程，以自由能最小為目標(biāo)（原則）的自組織作用是大分子體系進(jìn)化成細(xì)胞的關(guān)鍵。非達(dá)爾文進(jìn)化模式Dyson在1985年提出，非達(dá)爾文進(jìn)化的另71細(xì)胞的進(jìn)化原核細(xì)胞的出現(xiàn)古細(xì)菌的發(fā)現(xiàn)與早期生物三分枝進(jìn)化觀點(diǎn)真核細(xì)胞的祖先可能是古細(xì)菌真核細(xì)胞的起源途徑細(xì)胞的進(jìn)化72原核細(xì)胞的出現(xiàn)據(jù)化石證據(jù)，最早的細(xì)胞形態(tài)的生命出現(xiàn)在大概35億年之前，因?yàn)樵即髿馐沁€原性的，缺乏游離態(tài)的氧，因此，早期的細(xì)胞是厭氧性的，光合自養(yǎng)、化能自養(yǎng)和異養(yǎng)等類型的生物。光合微生物藍(lán)細(xì)菌（藍(lán)藻）曾一度是生物圈的唯一或主要成員，并改變了地球的大氣組成。在原核細(xì)胞出現(xiàn)18億年之后，才出現(xiàn)了真核細(xì)胞。支原體是可以自由生活的最小生物，被認(rèn)為類似最原始的生命形式?；C據(jù)：澳大利亞太古宙藍(lán)菌化石、疊層石等。原核細(xì)胞的出現(xiàn)據(jù)化石證據(jù)，最早的細(xì)胞形態(tài)的生命出現(xiàn)在大概3573古細(xì)菌與生物三分枝對單支等級(jí)進(jìn)化的觀念帶來很大的挑戰(zhàn)古細(xì)菌與生物三分枝對單支等級(jí)進(jìn)化的觀念帶來很大的挑戰(zhàn)74古（原）細(xì)菌Archea多生活在極端環(huán)境中，如高溫、高壓、高鹽、低溫、干旱等地方。如：大洋洋嵴水熱噴口，生存3X104kPa，250℃（Baross和Deming，1983）。有報(bào)道說：500~2800米深的陸地鉆孔的巖心中分離出多種微生物。地下，化學(xué)自養(yǎng)、利用硫化物和氫獲得能量。古（原）細(xì)菌Archea75古細(xì)菌可能是真核細(xì)胞的祖先古細(xì)菌可能是真核細(xì)胞的祖先76真核細(xì)胞的起源途徑1內(nèi)共生起源說2漸進(jìn)說3線粒體的起源4葉綠體的起源5細(xì)胞核的起源6其它細(xì)胞器的起源7真核細(xì)胞起源的大致歷程（綜合假說）8病毒的起源真核細(xì)胞的起源途徑77真核細(xì)胞的化石證據(jù)尚有爭議，無定論可能最早的是在加拿大安大略省西南部Gunflint鐵燧石中芽球或萌發(fā)成管狀的球星微生物，同位素鑒定距今19億年。另一方面，確鑿的后生動(dòng)物化石最早出現(xiàn)在7億年前，所以，真核細(xì)胞生物出現(xiàn)的時(shí)間大概距今7～20億年之間。真核細(xì)胞的化石證據(jù)尚有爭議，無定論78真核細(xì)胞起源的途徑真核細(xì)胞與原核細(xì)胞的標(biāo)志性區(qū)別在于細(xì)胞器。如果真核細(xì)胞是從原核細(xì)胞進(jìn)化來的，那么細(xì)胞器是怎么出現(xiàn)的呢？由于缺少中間過渡類型，學(xué)界爭論了20多年，主要有兩派觀點(diǎn)：漸進(jìn)形成說和細(xì)胞內(nèi)共生起源（endosymbiosis）說。真核細(xì)胞起源的途徑79真核細(xì)胞起源的途徑1內(nèi)共生起源說100多年前（1883），A.F.Schimper發(fā)現(xiàn)植物的葉綠體可以自主繁殖、分裂，從而認(rèn)為其來源于“寄生”的藍(lán)細(xì)菌。1910年，俄國人梅列肖夫斯基提出了真核細(xì)胞的細(xì)胞器來源于細(xì)胞內(nèi)共生。上世紀(jì)60年代，電鏡技術(shù)的發(fā)展，提供了細(xì)胞的超微結(jié)果，提供了更多支持內(nèi)共生的證據(jù)。上世紀(jì)80年代，美國波士頓大學(xué)的生物學(xué)家L.Margulis出版了她的專著《細(xì)胞進(jìn)化中的共生》（Margulis，1981），重新提出并詳細(xì)論證了“真核細(xì)胞起源于細(xì)胞內(nèi)共生的假說”。她認(rèn)為，真核細(xì)胞是一個(gè)復(fù)合體，原核細(xì)胞才是最小的細(xì)胞單位。具體地說，真核細(xì)胞的線粒體和葉綠體來源于共生的真細(xì)菌（線粒體可能來源于紫細(xì)菌，葉綠體來源于藍(lán)菌），運(yùn)動(dòng)器（包括鞭毛和胞內(nèi)微管系統(tǒng)）來自共生的螺旋體類真細(xì)菌，它們被原始的真核細(xì)胞吞噬，與宿主進(jìn)行了長期的共生，逐漸演化成細(xì)胞器。真核細(xì)胞起源的途徑1內(nèi)共生起源說80第二講+生命起源與細(xì)胞進(jìn)化ppt課件81內(nèi)共生起源說的證據(jù)（1）膜的形態(tài)結(jié)構(gòu)，成分內(nèi)外不一。（2）線粒體和葉綠體的半自主性，環(huán)狀DNA等。（3）線粒體、葉綠體的核糖體大小和對蛋白合成抑制劑的反應(yīng)。（4）現(xiàn)今的生物中，真核細(xì)胞存在內(nèi)共生現(xiàn)象。（藍(lán)細(xì)菌寄生于變形蟲、原生動(dòng)物中使其獲得光合作用能力，草履蟲中寄生卡巴粒，毒素競爭等）（5）分子進(jìn)化的證據(jù)（16sRNA的比較）（6）同工酶和代謝途徑的研究反對者認(rèn)為，該學(xué)說太粗糙，且偏重形態(tài)學(xué)，忽略生理生化，不能解釋細(xì)胞核的起源等。內(nèi)共生起源說的證據(jù)（1）膜的形態(tài)結(jié)構(gòu)，成分內(nèi)外不一。82真細(xì)胞的起源途徑2漸進(jìn)說20世紀(jì)70年代，有學(xué)者用吞噬作用（phagocytosis）、內(nèi)胞形成（endocytosis）和細(xì)胞內(nèi)間隔作用的發(fā)展來解釋細(xì)胞核與細(xì)胞器的起源。后來又興起了膜進(jìn)化理論，即用膜分化導(dǎo)致代謝分割來解釋細(xì)胞器和細(xì)胞核的起源（Nakamura和Hase1991），主張?jiān)思?xì)胞到真核細(xì)胞是漸進(jìn)的直接的進(jìn)化過程。證據(jù)：（1）原核細(xì)胞與真核細(xì)胞之間存在一些過渡類型。原綠藻（沒有細(xì)胞核，但色素特征與綠藻接近）藍(lán)菌（屬于原核生物，但光合作用與真核植物類似）紅藻（屬于真核生物，但色素組成上接近藍(lán)細(xì)菌）腰鞭藻（屬于原核細(xì)胞，但有類似真核生物的核區(qū)）（2）從生理生化看，真核細(xì)胞的需氧代謝，可能是原核生物的發(fā)酵途徑改造。（3）某些行光合作用的原核生物也具有復(fù)雜的胞內(nèi)膜結(jié)構(gòu)。真細(xì)胞的起源途徑2漸進(jìn)說83第二講+生命起源與細(xì)胞進(jìn)化ppt課件84真細(xì)胞的起源途徑3線粒體的起源

共生說：1970年，Margulis提出內(nèi)共生假說，吞噬，未被消化，高效利用宿主原料，供給宿主能量，形成互利共生。證據(jù)：（1）獨(dú)立復(fù)制的基因組（2）類似原核的蛋白合成系統(tǒng)（3）分裂像細(xì)菌，且與宿主不同步（4）可轉(zhuǎn)入異源細(xì)胞（如把雞的線粒體轉(zhuǎn)給鼠）。非共生說：認(rèn)為真核細(xì)胞的前身是一個(gè)進(jìn)化上比較高等的好氧細(xì)菌，比典型的原核細(xì)胞大，為了增加呼吸功能的膜表面，膜內(nèi)陷、擴(kuò)張、分化，并形成小泡，逐漸形成一個(gè)內(nèi)部蛋白合成系統(tǒng)，這就是線粒體的雛形，再轉(zhuǎn)入一個(gè)質(zhì)粒環(huán)狀DNA就成了現(xiàn)在的線粒體。證據(jù)：