生命的起源和生物进化
空 球 藻
•空球藻(Eudorina)是由16、32或64个细胞组成, 中央充满胶质液体。雌雄配子大小不同。
团 藻
•团藻(Volvox)是由500~50000个细胞组成的空 心球群体,细胞功能分化为营养细胞和生殖细 胞。有性生殖是卵配。
三、多细胞生物出现后的生物演化
1、生物个体结构与功能的进化; 2、大量新物种形成和生态系统的进化。
二、 从单细胞到多细胞
多细胞生物出现: 6亿年前
单细胞真核生物
多细胞真核生物
从系统发生来看,生物是从单细胞生物发展到多细胞生物。
衣 藻
•衣藻是一种单细胞生物。
盘 藻
•盘藻是由 4、16或32个细胞组成,每个细胞都 和衣藻相似。散开也能独立生活。以同配生殖 的方式繁殖后代。
实 球 藻
•实球藻由 8,16或32个细胞组成,单个细胞不 能独立生活,有性生殖是异配的。
开辟了从无机物合 成有机物的新纪元,填 补了有机物与无机物之 间的鸿沟。
1953 年,米勒
(Mi11er) 对接近于 地表原始 气氛的气 体混合系 统
NH3、 H2、
CH4、 H2O
(紫外线) (冲击波) (射线)
混合系统高压电弧
天冬氨酸 谷氨酸
β-氨基丙酸 等
生物大分子的构成物可从无机物和简单有 机物小分子在接近地表原始状态的物理的、化 学的条件下合成出来,这是生命起源于地球化 学演化的有力证明。
(2)从球外来源的陨石中分析这类物质是否存 在;
(3)实验室中创造类似于生命发生期的地球条 件,开展人工模拟的实验。
人们运用精密观测设备从球外空间、从天 外飞来的陨石中已找到40多种存在于地球之外 的有机物,其中包括了多种氨基酸、核苷酸和 卟啉。
1828年德国化学家 维勒(F·Wohler 1800- 1882) 在 实 验 室 里 用 氧 化铅和铵合成尿素 (NH2CONH2)。
关于未来人类的体质特征将发展成什么样子,日本科学家根 据对日本不同时期人类的体质形态结构的发展状况,用计算 机进行推演。
未来的人类可能会像我们想象中的太空人一样,长着一个大 大的如足球一样的脑袋,尖尖的下巴。由于脑量越来越增大, 脑颅会越变越大。随着食物的进一步精细,人们不再需要用 臼齿磨研食物,而逐渐退化。
(3)早期智人阶段
• 尼安德特人
早期智人或称古人,如德国的尼安德特人 脑量为1575ml,身高160cm。
马坝人 广东的马坝人,距今10-20万年。
(4)晚期智人阶段
• 克罗马人
晚期智人又称新人,是古人的后裔,距今 约5万年。如1868年在法国发现的克罗马人, 被认为是现代白种人的直接祖先。
克罗马人
一、从原核细胞到真核细胞
1.共生起源假说: 认为原始的真核细胞的某些细胞器是吞噬
了另一个细胞,或两者融合起来,实现共生的 结果。
但是它无法解释细胞核的起源。
被捕获后生活在大细菌细胞膜和细胞壁之间的 小细菌(黑色椭圆)(Bdellovibrio-意即蛭形弧菌)
生活在一种原生生物中的共生细菌,大小类似线 粒体。此原生生物生活在白蚁的后肠中。
2.分化假说(膜进化假说):
真核细胞器是由原生质膜内伸和核质再分 配而同时形成的。原核生物到真核生物是渐进 的、直接的进化过程。
但是既然各种细胞器是同时形成的,为何 生化特性如此不同。
3、分子进化 中性理论:
30亿年前就 有了古细菌、 真细菌、真 核细胞生物 的分化
30亿年前
真核细胞是不是来自原核细胞,这个 问题现在还没有一个最后的答案。
• 山顶洞人
北京周口店龙骨山发现的山顶洞人,距今 2.5万年,被认为是代表原始黄种人,与中国 人,爱斯基摩人和印第安人十分接近。
(5)现代人的人种
蒙古利亚人(Mongoloid)或称黄种人,肤色黄 、头发直、脸扁平、鼻扁、鼻孔宽大;
高加索人(Caucasoid)或称白种人。皮肤白、鼻 子高而狭窄,眼睛颜色和头发类型多种多样;
父系遗传 Y-染色体
2000年11月,在《自然遗传 学》杂志上发表了一篇文章, 应用新的寻找Y多态性的技 术,对世界各地的男性人群 进行了Y-染色体的研究。根 据Y的多态性也画出了一个 树状图,显示Y-染色体最底 端的分叉也在非洲,也就是 说,父系遗传的根也在非洲, 结果与母系遗传之根在非洲 的结果完全吻合。进一步肯 定了现代人起源于非洲的学 说。
两个模型的研究共同证明一点地球表面物 质的化学演化,在适宜的条件下即有可能通过 物理的,化学的过程,产生原始的有膜包被的 微小球体,达种微球体具有某些类似的简单生 命活动的特性。
第二节 生物的进化历程
四个重要的进化事件和阶段:
原核细胞 真核细胞 ? 单细胞 多细胞 多细胞生物出现后的生物演化 人类的起源
多细胞植物
多细胞动物
澄江生物群
1984年南京地质 古生物研究所的侯先 光在云南省澄江县境 内发现了娜罗虫 (Naraoia)的古老节肢 动物的化石后,开始 了大规模的发掘。
它证实了大爆发式的演化事件在五亿三 千万年前确实曾经发生,最令人震撼的则 是在这一事件发生的短短数百万年(可能只 有一两百万年)期间,几乎所有现生动物的 门类和许多已灭绝了的生物,突发式地出 现于寒武纪地层,而在更老的地层却完全 没有其祖先型的生物化石发现。
(3)具有内在的物质代谢、能量代谢和信息 交流的基本性能。
原始生命体的发生
1、微球说:
美国的福克斯(Fox)实验室主张微球说,认 为有生物质(浓缩干燥的氨基酸)在水液环境内 可以形成微小球状物。
这种微球外周具者双层表面膜,能将它与 环境隔离成为相对独立的小体系。这种微球可 因内外变化而变形,“增长”体积;分裂为二 ,也能出芽,它们还能吸收物质。
1470号人
(2) 晚期猿人阶段
• 北京猿人
1921年发现 。北京猿人脑 量1088ml,以 能制造石器, 用火和营群体 生活。距今50 万年。
• 蓝田猿人
1963-1966 年在陕西蓝田 县发现的化石 ,形态上比北 京猿人更为原 始,脑量为 780ml。距今 65-80万年。
• 元谋猿人
1965年在云南 元谋发现的上内 侧门齿各一枚, 有三件石英岩刮 削 器 。 距 今 170 万年。
连大部分牙齿和下颌骨化石,脑量637ml,下肢 能直立行走,拇指可与其他四指对握,但不甚 精确。有砾石作工具,能用石块围成圈防风。 化石距今150万年
能人
• 1470号人 (直立人)
1972年在东非肯尼亚特卡纳湖东岸发现的 头骨,脑量为700ml以上,肢骨与现代人相似 ,已能直立行走。化石距今200万年。
源
模
氨基酸聚合成 肽链又重新回
式
到水中
各种大分子进化 成原核细胞、真 核细胞、多细胞
生命的诞生
三个焦点问题:
生物大分子的出现 DNA-RNA-蛋白质秩序的建立 细胞形成
一、 生物大分子的出现
38-40亿年前
核苷酸、氨基酸和卟啉等有机物的起源, 已经有相当多的研究
(1)从球外空间探索这些分子存在的证据;
生物的进化
第一节 生命的起源 第二节 生物进化的历程 第三节 生物进化的证据 第四节 生物进化的理论
第一节 生命的起源
“道生一,一生二,二生三,三生万物。” —— 老子:《道德经》
“物类之起,必有所始。” —— 旬子:《劝学》
原始气体冷凝 汇流成海洋
生
命
火山爆发和闪电 的能量使气体合
起
成简单有机物
蛋 白 链 形 成 的 微 球 体
水溶液中 × 11000
2、团聚体说:
苏联的奥巴林(Oparin)实验室主张有生物 质最先形成团聚小体。这种团聚小体大小不一, 但有一定范围,形态类似球状菌。团聚小体类 似简单的细胞,外表有双层膜,膜的大小形态 因环境渗透压而变化。它能“选择吸收”某些 物质,也能进行“分裂”,能自发“出芽”。
尼格罗人(Negroid)或称黑种人,皮肤黑、嘴唇 厚、鼻子宽、头发鬈曲;
澳大利亚人(Australoid)或称棕种人,皮肤棕 色或巧克力色,头发棕黑色而鬈曲,鼻宽, 胡须及体毛发达。
黄色人种(蒙古人种) 白色人种(高加索人种) 黑色人种(尼格罗人种) 棕色人种(澳大利亚人种)
人种学(Ethnics)
根据研究,RNA先发生的可能性较大,称 为“RNA世界”。因某种核酸同时还具有酶 的功能。
三、细胞形成
细胞出现: 35-38亿年前
膜结构和分隔化的形成是生命功能实现 的必要条件
原始的第一个细胞必须具备下列最基本的 性质:
(1)有类似质膜的生物膜。
(2)有能完成自我复制和自发整合的生命大 分子物质体系。
二、 DNA-RNA-蛋白质秩序的建立
生命的主宰物质是核酸和蛋白质这 两类生物大分子。生物大分子起源的研 究是解开生命起源奥秘的钥匙。
Replication
Reverse Translation
核酸同原始蛋白质哪个先发生,有三种说法:
核酸先发生;蛋白质先发生;二者同时发生。
核酸先发生的可能性较大,因为核酸的构 成成分较简单,聚合较容易。同时发生的可能 性不大。核酸先发生,但没有发挥它的信息传 导体的潜在功能。这种潜能只有在原始生命微 体系出现后才能表现出来。
奥巴林将白明胶(蛋白质)的水溶液与阿拉 伯胶(糖)的水溶液混在一起,在混合之前,这 种溶液都是透明的,混合之后,变为混浊。在 显微镜下可以看到在均匀的溶液中出现了小滴, 即团聚体。它们四周与水液有明显的界限。
微球说与团聚粒的共同点。
福克斯的微球说认为,从类蛋白质在一定 条件下即可形成有双膜结构的微球,这样的微 球有多种多样的形态变化和反应“活性”。奥 巴林的团聚粒也具有类似的性质,不过它的构 成物质是从植物或动物那里得到的。
是人类学的一个分支学科。是研究人类 各人种的起源、演化、分布和体质特征等, 并探讨人种与自然环境和生活条件的关系的 科学。