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第十讲生命的起源和人类的起源一.生命是什么?----宇宙间一个尚未解决的问题Crick在论分子与人一书中写道:“给生命这个词下定义是极为困难的”。至今还没有一个为大多数科学家所接受的关于生命的定义。经典生物学：认识到有细胞才有生命。现代生物学：把生命理解为比细胞更小的蛋白质，核酸等生物大分子。（一）对生命的认识1.直观论：凭直观（感性认识）和常识来理解生命。“活的就是生命”这句话在哲学家看来是“同义反复”。直观论者无法确认病毒是否有生命？2.活力论Vitalism：活力论认为生命的本质是一种未知的或起源于神的灵魂或活力(Vitality)。一个死亡的细胞，同样具有核酸、蛋白质，但它是死的，看来细胞死与活的区别在于它们有没有活力。Muller（1942年）认为生物具有特殊的能，这种能被称为生命或活力（Vitalforce)。他将生命与生物体分开。3.机械论Mechanism：Harvey等人认为生命现象可以用机械的原理加以阐明。认为人和一个用杠杆和弹簧装配起来的机器没有本质的区别。4.还原论Reductionism：认为生命现象可以用构成生命体的生命物质的物理、化学运动规律来说明蛋白质分子或核酸分子就其本质来说并不是活的，在这个意义上，它同其他任何分子并没有什么区别。试以薛定锷的负熵论为例：热力学第二定律告诉我们，在一个孤立系统中发生的自发过程，其熵总是增加的，表现为从有序向无序的演化方向。生命的表现形式就是能不断地从外界环境中吸取“负熵”（以食物形式存在的物质和能），通过新陈代谢，把它们转化为高熵状态后，排出体外，从而使生物体这一开放系统的总熵不致增加。生物体是通过增加环境中的熵值，使环境的无序性增加来创造并维持自身的有序性的。生物的这种有序结构称为耗散结构（dissipativestructure)。5.整体论Holism：它认为，生物体是一个整体，它的各组成部分的规律，如：分子的规律、细胞的规律等，加起来不等于整体的规律，局部的规律只有在整体的调节下才有意义，单靠生物体内的分子层次的规律是不能解释生物整体的属性的。目前，还原论和整体论这两种意见还在继续争论。（二）生命的主要属性尽管很难给“生命”下一个科学的定义，但是生命有一系列的属性，即生命现象的一些共性。1.化学成分的同一性：从元素成分上看：C、H、O、N、P、S、Ca……等。从分子成分上看：无机化合物：NaCl、KCl……等有机分子：蛋白质、核酸、糖、脂、维生素…等。2.严整有序的结构：生物大分子细胞组织器官系统个体。生物体的各种化学成分在体内不是随机堆砌在一起的，而是严整有序的。3.新陈代谢：生物是开放系统，生物和周围环境在不断地进行着物质的交换和能的流动。新陈代谢包括两个相反相成的过程：组成作用（anabolism)，分解作用（catalolism)。各种生物的基本代谢过程一般也都是同一类型的。4.应激性和运动：生物都能接受外界刺激而发生一定的反应。应激性（irritability)是生物的普遍特性。5.稳态homeostasis：生物体内环境的性质维持不变，即生物体内环境总是保持相对稳定。6.生长发育：生物体都能通过新陈代谢而生长发育。生长发育是一个遗传决定的稳定的过程。7.繁殖和遗传：生物能繁殖，并通过繁殖后代而使生命得以延续下去。生物在繁殖过程中，把它们的特性传给后代，“种瓜得瓜，种豆得豆”，这就是“遗传”。生物的遗传是由基因所决定的，基因或基因的组合发生了变化，生物的性状就要出现变异（可遗传的变异）。8.适应：生物的结构都适合于一定的功能。生物的结构和功能适合于该生物在一定的环境条件下的生存和延续。适应是生物界普遍存在的现象。二.生命的起源（一）有关生命起源的假说（1）神创论——上帝创造万物，最后造成人。它将生命起源这一科学命题划入神学领域，是不科学的。（2）灾变论——每一次灾变后，旧生物被毁没，新的生物又被上帝重新创造出来。（3）自然发生论——生物是从非生物环境中自然发生出来的。如：腐草化萤、腐肉生蛆、淤泥生鼠（4）宇生论——地球上的生命来自宇宙空间别的星球。•星际分子的发现：A.1963年以来，陆续发现太阳系其他的行星上都有碳氢化合物及其衍生物的存在，例如：氨、水、氰化氢、甲醛、乙醛、甲酸、乙醇等。B.1978年上半年，已知由C、H、O、N构成的星际分子共37种，其中80％是有机化合物。C.1997年，美国对火星表面成分探测表明，火星上也含有生物有机物。•陨石中有机化合物的发现：A.从陨石的提取物中，已确定了许多有机化合物，如：各种碳氢化合物、氧化物、氮化物、硫化物及卤化物等。B.1969年9月，澳大利亚麦启逊附近落下一块陨石，从碎片成分分析中检出了天然型的氨基酸等。（5）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。（二）生命的起源和演化过程，从逻辑上看可被分为三个时期:（1）前生物的“化学”时期，称为化学进化（或称为分子进化）时期。（2）复制“个体”（细胞）的自组织时期。（3）个体物种的进化期。长期以来，人们关注的是第(3)期，成果也最多，但对化学进化到生物进化期至今还未能从历史的角度和演化的观点来揭示非生命和生命之间的关系。1.从无机分子生成有机分子甲烷、氨、硫化氢、氰化氢、水蒸汽……等等紫外线太阳辐射提供能量闪电火山爆发合成一些简单的光、热雷鸣电闪有机化合物有机酸、氨基酸、核苷酸、单糖、脂类……等等支持此阶段的证据：1953年美国芝加哥大学研究生S.Miller（米勒）的模拟试验。1969年9月澳大利亚麦启逊落下一块陨石，从碎片成份分析中找到氨基酸、嘧啶、脂酸等。2.从有机小分子合成生物大分子在原始海洋的岸边、岩石、粘土的表层或像湖泊样的小水体中，氨基酸、核苷酸等有机小分子沉积，吸收能量，通过溶液聚合或浓缩聚合的方式生成原始的蛋白质、核酸等生物大分子。支持此阶段的证据：美国福克斯（F.FOX)试验证实：将氨基酸混合物倾倒在160oC—200oC的热砂或粘土上，水分蒸发，氨基酸浓缩并化合生成类蛋白质分子。后来的类似实验：HCN+NH3类似肽的化合物多聚磷脂酸单核苷酸多核苷酸50oC—60oC3.从生物大分子生成多分子体系奥巴林的团聚体学说生物大分子主要是蛋白质溶液和核酸溶液，合在一起时，可形成团聚体小滴，这就是多分子体系，它具有一定的生命现象。混合白明胶（蛋白质）＋阿拉伯胶（多糖）团聚体（小滴）团聚体小滴的性质（1）直径1µm—500µm；（2）稳定存在几小时至几周；（3）外周增厚呈膜状结构，与周围水液有明显界限；（4）具有原始代谢特征；（5）可以增长和繁殖。福克斯的微球体学说最初实验：类蛋白质微球体浓缩微球体的性质（1）直径1µm—2µm（相当于细菌大小）；（2）可吸纳周围环境的脂类，并形成膜状结构；（3）膜表现选择透性，反映渗透压的变化；（4）吸纳周围环境中蛋白质分子，微球体可“增长”和“繁殖”。4.从多分子体系进化为原始生命无论哪一种多分子体系（团聚体或微球体），如果具备以下特征的综合，那么，原始生命就诞生了。（1）具有脂双层膜围成的与周围环境隔开的含水囊泡。（2）囊泡内有多种核酸、蛋白质、糖类大分子。（3）能选择性地从周围环境中吸纳“食物”。（4）利用“食物”的分解，复制自身一部分起核心作用的大分子。（5）囊泡因大分子增多而“生长”和“繁殖”。原始生命是异养、厌氧的。DNARNA蛋白质体系的可能进化过程：RNARNADNARNA蛋白质蛋白质5.从原始生命进化到原始细胞出现原始的细胞膜原始祖细胞类似于今天的小的支原体。支原体没有细胞壁，其外围是细胞膜，细胞质中只有核糖体，只含DNA、RNA和多种蛋白质。它除了可以在细胞中寄生外，也能在无细胞系统的培养基中生长、繁殖。体积相当于病毒大小，为细菌的1/1000，直径约0.1µm。自养生命的出现：卟啉是一种有色物质，能吸收太阳光能，进行光化学反应，有了卟啉就有了自养营养。现代生物中的叶绿素、血红素及各种细胞色素中均含有卟啉。自养型细胞的出现改变了地球的面目（1）大气中有了氧，不再是还原性环境。（2）大气上层有了臭氧层。有氧呼吸的产生是生命进化的一大飞跃（1）有氧呼吸极大地提高了生物从食物中获取能量的效率：无氧分解（糖酵解）有氧分解1mol葡萄糖3.2%能量60％能量2个ATP36个ATP（2）有氧呼吸生物的出现给生命世界带来了第一次大繁荣：出现了多细胞生物出现了动物出现了植物6.真核细胞的起源1970年，LynnMargulis出版了真核细胞的起源一书，提出了真核细胞起源的内共生学说。原始厌氧原核细胞吞食需氧菌细胞膜多重内褶原核复合生物内褶形成内质网、核膜等（共生关系）被吞食的原核生物演变为细胞器真核植物细菌线粒体真核动物真核细胞真菌蓝藻叶绿体某些原生生物内共生学说7.在研究单细胞到多细胞生物的发展过程中，两种生物引起人们的兴趣团藻（绿藻的一种）：许多(约500~50,000）单细胞（衣藻）集合在一起，结构上联合成疏松群体，但彼此离开群体仍然可以独立生活。群体细胞在生理上开始有分工。粘菌：细胞有分有合，单细胞阶段以细菌为生，多细胞阶段聚集成细胞团，具有含多个核的原生质体，原生质体分化出生殖部分——果体。8.生命可能来自宇宙从星际分子的发现、陨石成份的分析来看，地球以外确实存在着有机物，当然也就有存在生命的可能，不过这不能证明地球上的生命就是来自天外的。但无论生命是来自天外，还是来自地球本身，生命总是从无生命的物质经过化学进化的阶段而来的。三.人类的起源和进化1.人类在自然界中的位置在生物分类学中，人属于哺乳动物纲（Mammalia)真兽亚纲（Eutheria)中的灵长目（Primates)。详见下图•树鸲科Tupaiidae•原猴亚目狐猴科Lemuridae•(Prosimiae)懒猴科Lorisidae•阔鼻超下目：卷尾猴科Cebidae灵长目(Platyrrhini)•猴超科：猴科：猕猴、金丝猴•类人猿亚目(Cercopithecoidea)(Cercopithecoidea)•(Anthropodiea)•狭鼻超下目长臂猿科：长臂猿•(Catrrhini)(Hylobatidae)•人猿超科猩猩科Pongidae或称•(Hominoidea)类人猿科Simiidae：猩•猩、大猩猩、黑猩猩•人科Hominidae：人人科中现存的仅一属一种，即Homosapiens。从亲缘关系来看，人与类人猿科动物关系最近:抗原—抗体试验表明，类人猿即猩猩、大猩猩、黑猩猩的血清蛋白与人类十分接近。人与黑猩猩的血红蛋白氨基酸序列完全相同，而与大猩猩和猕猴分别有2和15个氨基酸不同。人类起源于动物，是从动物进化而来的，即人来源于（古）猿。灵长类-Primates•人类是一种属于灵长类家族的哺乳类动物。大多数灵长类是树栖的。有些物种以昆虫为食，也有些靠水果和其他植物生活。也由于树栖，灵长类动物在许多方面为适应环境而进化：他们有一根可反向的大拇指，以便抓住树枝；有一张扁平的脸，以便产生立体视觉；长长的可以灵活旋转的四肢使他们能活跃地在树枝间穿梭。灵长类Primates灵长类可分为两类：原猴亚目——与灵长类祖先相类似，包括马达加斯加岛的狐猴（thelemursofMadagascar)以及类人猿。类人猿又可分为三类：theNewWorldmonkeys,拥有一条适于抓住的尾巴，能挂在树枝上；theOldWorldmonkeys,有尾巴但不适于抓住；以及没有尾巴的人科动物（thehominoids）。如猿（大猩猩，猩猩，黑猩猩，长臂猿）、