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2020年2月10日星期一1自然科学基础—生命的起源与演化生命是宇宙中最绚丽的花朵，今天的人们比以往任何时候都热爱生命，珍视生命；生命运动是宇宙中最神妙的音乐，今天的人类比以往任何时候都对生命满怀向往，饱含探索的渴望与热情。科学技术的整体发展为人类探索生命提供了手段，使人类深入了解生命世界，揭示生命科学的真谛成为可能.2020年2月10日星期一2自然科学基础—生命的起源与演化第十章生命的起源与进化生命的起源-----曾被认为是20世纪十大科学之谜之一，或许在21世纪它仍是难解之谜。2020年2月10日星期一3自然科学基础—生命的起源与演化代表人物：米勒等……2020年2月10日星期一4自然科学基础—生命的起源与演化广为接受的生命起源学说——新的自然发生学说：1924年苏联生物学家奥巴林发表生命起源专著。1929年英国遗传学家霍尔丹也提出类似观点。1936年奥巴林专著再版，他提出的生命起源学说引起世界重视。按照这个学说，生命是在长时期宇宙进化过程中发生的，是宇宙进化的某一阶段无生命的物质所发生的一个进化过程，而不是在现在条件下由非生命的有机物质突然产生的。所以，生命起源大约发生在距今45—35亿年间。2020年2月10日星期一5自然科学基础—生命的起源与演化现代科学的观点是：生命一定是在地球诞生和进化的过程中，从非生物产生出来的。也就是化学进化学说：生命起源于原始地球上的无机物，由无机到有机，由简单到复杂，通过一系列的化学进化过程，在极其漫长的时间内，非生命物质经过极其复杂的化学过程，慢慢演变为原始生命体。一、生命的化学起源过程2020年2月10日星期一6自然科学基础—生命的起源与演化（一）生命前的化学进化46亿年以前的原始地球是炽热的，组成地球的元素多呈气体状态蟹状星云表明了宇宙形成的“大爆炸”理论的可能性1、生命物质的原料的产生（原始大气的形成）原始地球地球表面温度逐渐降低，形成地壳后,火山喷发出的二氧化碳、水蒸气、氨、甲烷等气体组成了原始大气原始大气中的水蒸气遇冷形成降于地表，集聚成原始海洋2020年2月10日星期一8自然科学基础—生命的起源与演化2.从无机分子生成有机小分子几十亿年前，荒凉的地球上只有一些简单的化学材料，在原始地球各种自然能源如太阳紫外线辐射、雷电等强大的作用下，原始大气中甲烷、氨、水蒸气等简单分子，合成为氨基酸、核苷酸、含氮碱基和糖等有机小分子，在原始海洋中积累下来。这就是奥巴林和哈尔达内所说的“原始汤”。2020年2月10日星期一9自然科学基础—生命的起源与演化米勒的实验证明了什么用米勒实验装置进行实验，进行火花放电，结果生成了氨基酸。实验表明：在生命起源过程中，从无机物生成有机物的化学进化过程是完全可能的。2020年2月10日星期一10自然科学基础—生命的起源与演化3.从有机小分子合成有机大分子从有机物小分子到有机大分子物质。在原始海洋的“浓汤”中，有机小分子又进一步构成有机大分子，大量的氨基酸脱水聚合为蛋白质分子，大量的核苷酸分子脱水聚合为核糖核酸分子，形成原始的蛋白质和核酸等生命物质。蛋白质和核酸等生物分子是生命的物质基础。有机大分子是指什么？主要是指蛋白质、核酸如何形成呢？2020年2月10日星期一11自然科学基础—生命的起源与演化4.从有机大分子组成多分子体系随着“原始汤”越来越浓，有机高分子物质越来越多，它们相互作用，凝聚成与原始海洋环境分隔开的小滴，这种独立体系即多分子体系。它能够与外界进行原始的物质交换活动。多分子体系的特点？（1）有原始的界膜（2）能进行原始的物质交换2020年2月10日星期一12自然科学基础—生命的起源与演化5.从多分子体系演变为原始生命多分子体系经过长期不断的演变，特别是蛋白质和核酸这两大主要成分的相互作用，终于形成了原始生命。这个时候，就由生命起源的化学演化阶段进入了生命出现以后的生物进化阶段。这是距今30亿年前的事情。但是对于生物大分子物质如何相互作用形成多分子体，进而演变为原始生命形态，还没有人证实过。这个神秘的化学演化第四阶段因而成为研究的焦点，原始生命的特点是什么？（1）有新陈代谢作用（2）能进行繁殖2020年2月10日星期一13自然科学基础—生命的起源与演化无机小分子物质生成形成组成演变第一阶段场所实验第二阶段场所过程第三阶段场所过程第四阶段场所过程原始大气1953、美国米勒原始海洋聚合、缩合原始海洋原始海洋浓缩、凝聚长期演变、相互作用特点特点原始界膜和原始的物质交换原始新陈代谢和繁殖有机小分子物质有机大分子物质多分子体系原始生命生命起源2020年2月10日星期一14自然科学基础—生命的起源与演化（二）生命热泉起源说随着深海探测的深入研究，特别是20世纪70年代对加拉巴哥斯群岛（GalapagosIslands)洋中脊的火山喷口的研究，表明海水在深海烟囱（deep-seavent）中经历了巨大的温度和化学梯度的变化，可能形成多种溶解物，包括原始生物化学物质。因此，美国霍普金斯大学的地质古生物学家斯坦利（S.M.Stanly，1985）提出生命的深海底烟囱起源说。据美国《华盛顿邮报》最近（1992）报道，加利福尼亚大学洛杉矶分校的分子生物学家詹姆·莱克在大洋底烟囱附近找到了在黄石公园热泉里生存的嗜硫细菌，为海底烟囱热泉生命起源的非常规理论提供了证据。2020年2月10日星期一15自然科学基础—生命的起源与演化热泉生态系统之所以与生命的起源相联系，主要基于以下的事实：(1)现今所发现的古细菌，大多都生活在高温、缺氧、含硫和偏酸的环境中，这种环境与热泉喷口附近的环境极其相似；(2)热泉喷口附近不仅温度非常高，而且又有大量的硫化物、CH4、H2和CO2等，与地球形成时的早期环境相似。2020年2月10日星期一16自然科学基础—生命的起源与演化二.生物的进化（一）生物进化的证据进化含有连续变化的意思，而这种变化又带有定向的成分，进化即朝一定方向变化的趋势。生物从共同祖先由低级到高级，由简单到复杂逐步分化演变的过程叫进化（evolution)。1.古生物学上的证据根据古生物学和地质学的研究，各种地质年代的地层理分布着的化石记录了生物进化的历程，成为进化的直接证据。化石是指保存在地层中的古代生物的遗体、遗物或遗迹。由于某种原因被埋藏在地层中，经过若干万年的复杂变化形成的。琥珀化石2020年2月10日星期一18自然科学基础—生命的起源与演化过渡类型生物化石的发现，是生物进化最有力的证据，如在中生代地层中发现的始祖鸟化石就是一例。始祖鸟是原始的鸟类，体表被羽毛、前肢变成翼、足有四趾，三趾向前、一趾向后，这是鸟类的特征。但始祖鸟口内有牙齿、翼上有三个指，指端有爪、还有一条由脊椎骨组成的长尾，而这些又是爬行动物的特征。始祖鸟化石证明了鸟类是由爬行动物进化而来的。始祖鸟复原图始祖鸟有牙齿、爪被覆羽毛，有翅膀、嘴外形像鸟喙——像鸟——像爬行动物资料二34亿年前的生物化石9亿~7亿年前的生物化石6亿年前的生物化石5亿年前的生物化石恐龙的遗体化石古生物学揭示了生物由少到多、结构由简到繁、由低等到高等的进化顺序和规律。仔细观察几种脊椎动物前肢骨骼模式图，比较脊椎动物前肢骨骼的基本组成，你能发现他们的共同之处吗？从中你能得出什么结论？2.比较解剖学证据同源器官是指具有不同的功能和外部形态，但却有相同的基本结构的器官。如：蝾螈和鳄的前肢；鸟类的翅和哺乳类的前肢以及人的手臂。同源器官在构造及发育上的一致性说明这些动物起源于共同的祖先，具有相似的遗传基础。痕迹器官是指生物体在进化过程中，有些作用不大，但依然存在的器官。如：人的盲肠、阑尾、耳肌和尾椎骨等。说明人类祖先内存在这些器官，由于适应新的环境这些器官无用而逐渐退化了。痕迹器官的存在，也证明了进化中的亲缘关系。3.胚胎学上的证据鸡和人等脊椎动物的祖先是相同的，都是由水生的鱼类进化而来的。从胚胎学上得出的结论：从鱼类、两栖类、爬行类、鸟类到哺乳类和人，它们的早期胚胎很相似，都具有鳃裂和尾。这说明脊椎动物也具有共同的祖先，它们均来自用鳃呼吸、有尾的水栖动物祖先，而人类则是从有尾的动物发展而来的。4.分子生物学证据2020年2月10日星期一27自然科学基础—生命的起源与演化除上述四个证据外，生理学、遗传学和生物地理学也为生物进化提供了新证据。根据细胞色素C分子中氨基酸顺序的差异，可以得知这一分子的基因核苷酸顺序的差异，依此也同样反映出不同生物之间的亲缘关系。差异越小，亲缘关系越近；反之，差异越大，亲缘关系越远。2020年2月10日星期一28自然科学基础—生命的起源与演化（二）、生物进化的理论生物为什么会进化？达尔文继承了进化论先驱的思想，综合当时自然科学的成果，创立了生物进化的理论——达尔文进化学说。现代所有的生物都是从过去的生物进化来的；自然选择是生物适应环境而进化的原因—适者生存。自然选择的理论是达尔文进化论的核心，它解释了生物进化的机理达尔文•达尔文是世界近代史上最伟大的生物学家之一，他在观察、研究大量动物的基础上，于1859年出版了震惊学术界的巨著《物种起源》。他认为，生物最初是由非生物发展起来的，现存的各种生物拥有共同的祖先。自然界中的生物，通过激烈的生存斗争，适应者生存下来，而不适应者则被淘汰掉，这就是“自然选择”。生物正是通过遗传、变异和自然选择，从低级到高级，从简单到复杂，种类由少到多地发展着、进化着。达尔文关于生物进化的关点，已成为现代生物学的经典理论。你们了解我吗？2020年2月10日星期一30自然科学基础—生命的起源与演化达尔文对家鸡品种起源的解释：人们经过很多年饲养野生原鸡，先驯化成家鸡，以后家鸡不断地发生变异，人类根据自己的需要(如需要下蛋多的鸡、需要产肉鲜嫩的鸡、需要美丽羽毛的鸡等)进行选择，分别留种进行繁殖。在后代再根据自己的需要选择、再培育、这样一代代地选择和培育，结果形成了蛋用鸡、肉用鸡和羽毛美丽的观赏鸡等。1、达尔文进化学说（1）人工选择达尔文进化学说的核心是自然选择，自然选择的建立是受到人工选择学说的启发，达尔文认为人工选择包括变异、遗传和选择三个因素。2020年2月10日星期一31自然科学基础—生命的起源与演化人工选择导致家养狗的形态各异古代英国牧羊犬伯恩山犬狐狸犬俄罗斯牧羊犬哈士奇松狮犬京巴2020年2月10日星期一32自然科学基础—生命的起源与演化（2）自然选择1、繁殖过剩2、生存斗争3、遗传变异4、适者生存通过对人工选择的研究，达尔文提出了自然界各种物种起源也有一个相似的选择过程，就是自然选择。2020年2月10日星期一33自然科学基础—生命的起源与演化过度繁殖2020年2月10日星期一34自然科学基础—生命的起源与演化因此按照理论计算，即使是繁殖很慢的动、植物，也会在不太长的时期内产生大量的后代而占满整个地球。可见，生物普遍具有过度繁殖的能力。——过度繁殖2020年2月10日星期一35自然科学基础—生命的起源与演化虽然生物的繁殖能力很强，但其赖以生存的各种资源都很有限，任何生物要想生存下去，就得为获取足够的食物、空间等而进行生存斗争。——生存斗争由于生存斗争的存在，生物个体的数量不会无限增多。2020年2月10日星期一36自然科学基础—生命的起源与演化生物个体之间为争夺有限的生活条件进行的相互斗争，以及生物与无机自然环境之间的斗争，赖以维持个体生存并繁衍种族的自然现象。斗争的结果是生物大量死亡，少量存活。生存斗争对生物个体往往有害，但对生物物种是有利的。生存斗争包括:种内斗争种间斗争无机条件的斗争2020年2月10日星期一37自然科学基础—生命的起源与演化无机条件指自然界中的水分、温度、湿度、光和空气等理化因素。如动物的冬眠特性就是对寒冷的斗争；沙漠中的植物，叶子退化、根系发达，这是对干旱的斗争；种间斗争是指不同物种之间相互争夺食物和空间的斗争，如作物和杂草之间争夺阳光、水分、养料和土壤的斗争。狼吃羊、羊吃草等都是种间斗争；种内斗争是指同一物种个体之间，争夺生活场所、食物、配偶或其他生存条件的斗争。达尔文认为，同种生物由于