高中生物競賽《生命起源與生物進化》課件

生命的起源與生物的進化LOGO一、生命的起源（一）、生命的本質觀點1：生命就是由核酸和蛋白質組成的，具有自我更新與復制能力的多分子體系。觀點2：生命是耗散結構，即從受精卵到成熟個體是一個熵減過程。一、生命的起源（二）、生命起源的條件原始地球條件：原始大氣是還原性的（H2,NH3,CH4,水蒸氣(H2O)，也可能有CO2,H2S等），沒有氧氣，最初形成的生命物質不會被氧化降解；能量輸入——火山逸出的熱能，太陽能（紫外線，輻射，可見光等），電能。電能最有效，它是電、高溫與紫外線的混合能源。原始海洋，生命起源的主要場所一、生命的起源（三）、生命起源的化學過程1、無機小分子至有機小分子2、有機小分子至有機高分子3、有機高分子至多分子體系4、多分子體系至原始生命（三）、生命起源的化學過程1、無機小分子至有機小分子1953年，美國學者米勒根據原始地球的還原大氣條件設計的模擬實驗，驗證了有機小分子在原始地球環(huán)境中生成的化學動力學過程。一周后，檢測出5種氨基酸、不同有機酸、HCN等（三）、生命起源的化學過程2、有機小分子至有機高分子發(fā)生場所的爭議觀點一：火山附近高溫條件下形成，后由雨水沖入原始海洋。觀點二：發(fā)生在原始海洋氨基酸形成蛋白質、核苷酸形成核酸（三）、生命起源的化學過程3、有機高分子至多分子體系奧巴林的團聚體學說 蛋白質和核酸等生物大分子聚合在團聚體內并具有類似于膜那樣的邊界，其內部的化學特征顯著區(qū)別于外部的溶液環(huán)境。團聚體是一種多分子體系，它具有一定的生命現象。福克斯的微球體學說 類蛋白體形成的微球體可以從外界吸收更多的生物多聚體分子，使得微球體上產生出芽，甚至形成新的微球體。脂球體學說 磷脂與蛋白質混合在一起形成外形類似于細胞并具有雙層膜的結構。（三）、生命起源的化學過程3、有機高分子至多分子體系無論那種模式，“界膜”的形成非常重要（三）、生命起源的化學過程4、多分子體系至原始生命原始生命的最初形態(tài)觀點一：以蛋白質為基礎，無核酸美國物理學家戴森，計算機模擬發(fā)現在無核酸條件下，蛋白質可以隨機組合形成，誤差率小于25%。且有實驗能證明蛋白質的前生命合成，無實驗證明核酸的前生命合成。核酸后起源，且為寄生起源，以內共生途徑與蛋白質共存，逐漸分工。觀點二：以核酸為基礎，無蛋白質（三）、生命起源的化學過程4、多分子體系至原始生命先有RNA還是DNARNA最可能成為最早的遺傳物質實驗顯示，試管中RNA鏈可以自發(fā)地延伸和復制20世紀80年代初，切赫和奧特曼發(fā)現，某些RNA具有像酶一樣的化學催化活性（1989年諾貝爾獎）DNA比RNA更穩(wěn)定和復雜一、生命的起源（四）、生命起源問題的新爭論1、關于原始大氣的成分。氨基酸等有機小分子物質來源于隕石。2、生命起源時間；距今35億年前距今37－38億年前二、生物的進化（一）生物進化的理論1.拉馬克的進化學說用進廢退，獲得性遺傳2.達爾文的自然選擇學說二、生物的進化（一）生物進化的理論3.杜布贊斯基的綜合理論1937年首次提出，又叫“現代達爾文主義”。后修改，1970年提出“新綜合理論”4.木村資本生的中性突變學說中性基因在種內的積累不是由于自然選擇，而是由于遺傳漂變導致的偶然固定；決定分子進化的主導因素是那些對生物生存既無利、又無害的“中性”基因；中性基因的進化速率對所有生物是一致的。二、生物的進化（一）生物進化的理論4.木村資本生的中性突變學說中性基因可能有以下幾種情況：氨基酸序列改變、性狀變異，但無選擇意義(中性性狀)；氨基酸序列改變，但蛋白質功能不發(fā)生改變(中性突變)；氨基酸序列不改變(同義突變)。非功能性DNA順序中的突變二、生物的進化（二）生物進化的證據1.古生物學證據化石：遺體、遺物、遺跡、模鑄、微體、超微體化石化石地質年代的測定：地質年代是指地殼上不同年代的巖石在形成過程中的時間和順序。測定方法，放射性同位素法，常用鈾－238，碳－14、鈷－60，鉑－206等。二、生物的進化（二）生物進化的證據2.胚胎學證據比較胚胎學即不同生物胚胎發(fā)育過程的變化研究也揭示了一些不同的生物是由同一個祖先進化而來的事實。親源關系相近的生物在它們發(fā)育過程中有相同的發(fā)育階段。（重演）二、生物的進化（二）生物進化的證據2.胚胎學證據俄國胚胎學家貝爾比較不同脊椎動物的胚胎發(fā)育，得出的結論，P126二、生物的進化（二）生物進化的證據3.比較解剖學的證據對不同種群生物的個體解剖結構進行比較。在一些不同種群生物中，某些器官即使行使不同功能，它們在解剖結構上也具有相同或相似性，反映出這些生物之間具有的親源關系和從某個共同祖先進化來的軌跡。（同源器官）還有同功器官。退化器官痕跡、反祖現象二、生物的進化（二）生物進化的證據5.生理學上的證據生理學研究提供的進化證據主要是血清的鑒別。例如，用狗的血清注射到家兔的血液內，家兔會產生抗體，用這種具有抗體的血液制成的血清稱為抗血清。再把家兔的抗血清分別與狗、狼、狐、牛的血清混合，結果發(fā)現狗的血清發(fā)生的沉淀最多，狼的血清沉淀少一些，狐的血清沉淀更少一些，而牛的血清沒有發(fā)生沉淀。這說明家兔抗血清中的抗體與幾種動物血清發(fā)生了作用，狗和狼的血清沉淀多，說明它的血清蛋白的結構和性質相似，則親緣關系很近；狗與孤和牛相比，則血清蛋白的差別就較大，其親緣關系較遠。再如，把人的血清作為抗原注入家兔體內，分離出抗血清，再用家兔的抗血清檢驗人、黑猩猩、佛狒和豬等動物的血清，得到的結果見上表（表中的百分數表示沉淀的多少）。根據表中的百分數就可以得知，動物親緣關系越近，沉淀量就越大，反之，沉淀量就越小。二、生物的進化（二）生物進化的證據6.分子生物學上的證據遺傳密碼的通用性說明，自然界所有生命形式都是相互關聯的。親源關系近的生物，其DNA或蛋白質有更多相同性。反之亦然。利用分子生物學技術對不同生物同種蛋白的氨基酸序列分析是一種分析和判斷生物之間親源關系和進化順序的先進手段。二、生物的進化（二）生物進化的證據6.分子生物學上的證據除了蛋白質氨基酸序列的分析外，DNA同源序列分析和DNA多態(tài)性分析等也已成為判斷生物之間親源關系和進化順序的常用手段。分子生物學證據例：人類與其他幾種脊椎動物血紅蛋白多肽鏈的氨基酸序列差別人—猴子：8人—鼠：30人—八目鰻：125二、生物的進化（二）生物進化的證據7.遺傳學上的證據遺傳學研究表明，親緣關系相近的生物之間染色體的結構具有相似性，這可以成為生物進化的證據之一。另外，相似種的染色體數目常常相近，如人的體細胞中有46條染色體，猩猩和黑猩猩的體細胞中都有48條染色體。在高等植物中，染色體的多倍化，可形成具有親緣關系的類群。例如，小麥的染色體基數為7，而單粒小麥、二粒小麥和普通小麥體細胞中的染色體數分別是14、28和42，這三種雜色體核型形成了一個系統，說明它們之間的親緣關系。二、生物的進化（二）生物進化的證據7.遺傳學上的證據對于細胞減數分裂中染色體配對聯會的研究，也可以說明近親種間的親緣關系。例如，將兩種果蠅雜交，觀察雜種的染色體，可以發(fā)現在減數分裂第1次分裂的聯會時期，有的部分是可以配對的，有的部分不能配對。能配對的部分說明具有相同的遺傳物質、相同的基因序列。能配對的部分越多說明雜交的兩個親本的親緣關系越近。目前，科學家已經把許多種果蠅進行雜交來鑒定它們之間的親緣關系。二、生物的進化（三）生物進化的機制（綜合理論）1.種群生物進化的基本單位2.基因頻率的變化是生物進化的根本原因3.進化機制（1）.突變和染色體變異為生物進化提供了原材料（2）.自然環(huán)境起到了定向選擇作用（3）.隔離導致了新物種的形成基因頻率一個群體內某特定等位基因占全部等位基因總數的比例，也稱為基因頻率。在一個個體數為N的二倍體生物群體中，一對等位基因(A,a)的共有2N個基因座位，兩種基因的頻率如下表所示：基因頻率等位基因基因基因頻率A2D'+H'(2×30＋60)p=(2D'+H')/2ND+?Ha2R'+H'(2×10＋60)q=(2R'+H')/2NR+?H2N(200)11基因型個體數基因型頻率AAD'(30)D=D'/N(30/100)AaH'(60)H=H'/N(60/100)aaR'(10)R=R'/N(10/100)N(100)1遺傳平衡定律的提出與內容英國數學家哈迪與德國醫(yī)生溫伯格(1908、1909)分別推導出隨機交配群體的基因頻率、基因型頻率變化規(guī)律——遺傳平衡定律(哈迪-溫伯格定律)：在一個完全隨機交配的大群體內，如果沒有其他因素干擾時，群體的基因頻率與基因型頻率在生物世代之間將保持不變。群體遺傳平衡的條件種群是極大的；種群個體間的交配是隨機的；沒有突變產生；種群之間不存在個體的遷移或基因交流沒有自然選擇?！狻酇(p)a(q)A(p)AA(p2)Aa(pq)a(q)Aa(pq)aa(q2)遺傳平衡定律可以寫成：(p+q)2=p2+2pq+q2=1(p+q+r)2=p2+q2+r2+2pq+2pr+2qr=1（復等位基因）二、生物的進化（四）生物進化的趨勢1.由少到多2.水生到陸生3.簡單到復雜4.低級到高級人類的起源和發(fā)展人的細胞結構屬于真核細胞、異養(yǎng)、組織器官發(fā)達、能運動、動物界。人歸屬于脊椎動物亞門、哺乳動物綱、靈長目、人科、人屬。 人種或種族：根據膚色、發(fā)型、鼻型等體質特征，人類通常被劃分為4種類型。

人在生物界的地位和特征不同人群存在地理隔離和文化隔離，但是并沒導致生殖隔離。人與哺乳動物的顯著區(qū)別

從猿到人新生代早期哺乳動物從類似食蟲樹類哺乳動物中進化出最早的靈長類動物。為了適應樹林中的生活環(huán)境，最早的靈長類身體較小，棲息在樹上，善于在樹林中跳躍、攀緣、以昆蟲為食?！笆帧敝饾u發(fā)達起來。一對眼睛并列于臉的前方，靈長類開始具有復雜的社會行為。

靈長類的進化最早出現的靈長類是5000萬年前的原猴類。在第三紀末期氣候變得寒冷和干燥，原猴類逐漸絕滅，少數演化成現代的猴類。

靈長類的進化人猿類是在大約3600萬年前漸新世時從一組原猴類進化而來的。人猿類分為兩支，一支進化成猿猴，另一支進化成為人類的祖先—原始人。血清蛋白的分子免疫學以及血紅蛋白的氨基酸序列分析和DNA序列的研究也說明，人與大猩猩具有非常近的親源關系。

原始人的進化約500萬年前，靈長類中的一個小系從樹上下來，身體構造發(fā)生了與直立相適應的變化，進入人的進化階段。完全直立行走、手、腦與語言的發(fā)展使人成為靈長類中最高級的成員。約390萬年至300萬年前，阿法南猿和非洲南猿；約250萬年前，早期猿人（又稱能人），直立人；

人類的進化直立人經歷了大約150萬年的歷史以后，出現了現代的人種—智人。25萬年至4萬