第八章生命的起源

1、第八章第八章 生命的起源生命的起源第一节 对生命的几种假说 神造论神造论-上帝造万物，造人（圣经）上帝造万物，造人（圣经） 自然发生论自然发生论-生物从非生物环境中自然生物从非生物环境中自然发生出来发生出来 宇生论宇生论-生命来自宇宙中别的星球生命来自宇宙中别的星球 进化论进化论 一、原始人的图腾思辨一、原始人的图腾思辨二、神造论二、神造论 圣经旧约圣经旧约创世纪创世纪：上帝在：上帝在6天之内创造天之内创造了包括宇宙、陆地、海洋、各种动物、植了包括宇宙、陆地、海洋、各种动物、植物、男人、女人在内的世界万物。物、男人、女人在内的世界万物。女娲造人女娲造人 三、自然发生论三、自然发生论 腐草化萤腐

2、草化萤 腐肉生蛆腐肉生蛆 淤泥生鼠淤泥生鼠 四、生源论四、生源论 巴斯德巴斯德-曲颈甑试验曲颈甑试验五、新自然发生说五、新自然发生说 地球上由地球上由没有生命没有生命的无机物的无机物逐渐发展逐渐发展到今天的到今天的生命世界生命世界 进化论的创立进化论的创立 共同由来学说（共同由来学说（theory of common descent） 自然选择学说（自然选择学说（theory of natural selection）多重证据支持共同由来学说 加拉帕戈斯地雀加拉帕戈斯地雀 形态学的比较研形态学的比较研究：究： 化石记录化石记录多重证据支持共同由来学说加拉帕戈斯地雀 加拉帕戈斯群岛位于东加拉帕戈

3、斯群岛位于东太平洋，由太平洋，由19个火山岛个火山岛组成，从未和大陆相连组成，从未和大陆相连 岛上独有的物种岛上独有的物种 13种地雀种地雀 彼此相似而又互有区别彼此相似而又互有区别的物种来自同一个祖先的物种来自同一个祖先自然选择学说 达尔文做出推论达尔文做出推论 选择淘汰脆弱的个体选择淘汰脆弱的个体 变异产生新的性状变异产生新的性状 连续选择使轻微的变异积累连续选择使轻微的变异积累 人工选择效应人工选择效应-自然选择的佐证自然选择的佐证家养动物家养动物栽培植物栽培植物金鱼的驯化金鱼的驯化 金鱼金鱼 鲫鱼（鲫鱼（Carassius auratus） 我国饲养金鱼最早的国家我国饲养金鱼最早的国家

4、 七八百年中，完成了金鱼的七八百年中，完成了金鱼的驯化，选育出绚丽多姿、颜驯化，选育出绚丽多姿、颜色各异的不同品种色各异的不同品种 2n=100六、地外起源论（宇生论）六、地外起源论（宇生论） 澳大利亚发现澳大利亚发现-含碳物质的陨石含碳物质的陨石 月球样品月球样品-氨基酸和有机酸氨基酸和有机酸 地球上生命来自宇宙地球上生命来自宇宙空间别的星球。空间别的星球。彗星彗星陨石坑陨石坑生命起源于地球的自身演化过程生命起源于地球的自身演化过程地球地球是迄是迄今为今为止发止发现唯现唯一存一存在生在生命的命的星球星球第二节 化学进化 一、物理进化、化学进化与生物进化一、物理进化、化学进化与生物进化 二、化

5、学进化二、化学进化l 1920s,奥巴林和霍尔丹：化学演化期或前生物期1.1.简单有机体的形成简单有机体的形成 l 1828年，维勒，氧化铅+铵尿素l Miller实验古老大气环境的模拟实验l 澳大利亚澳大利亚 陨石中发现陨石中发现(1959)氨基酸、嘧啶氨基酸、嘧啶 和脂肪酸和脂肪酸2.2.聚合有机体的形成聚合有机体的形成3.3.多分子体系的形成和原始生命的出现多分子体系的形成和原始生命的出现4.4.代谢系统的进化和遗传系统的起源代谢系统的进化和遗传系统的起源 用电击提供能量，从简单小分子可得到复杂大分子。1. 1.蛋白质起源说蛋白质起源说l 奥巴林的团聚体奥巴林的团聚体 (coacerva

6、te)假说假说(1924)： 用蛋白质（白明胶）和多糖用蛋白质（白明胶）和多糖(阿拉伯胶阿拉伯胶)混合得到团聚体混合得到团聚体l 福克斯用类蛋白质加热得到福克斯用类蛋白质加热得到微球体微球体三、生命的蛋白质起源说与核酸起源说三、生命的蛋白质起源说与核酸起源说“蛋鸡悖论蛋鸡悖论”2 2、核酸起源说、核酸起源说l 遗传学家遗传学家Muller (20年代年代) 提出提出“裸基因说裸基因说” (naked gene theory): 生命发生从基因开始；生命发生从基因开始；l T.Cech (80年代年代) 发现具有催化活性的发现具有催化活性的RNA -ribozymel H.F.Noller (1

7、992) 发现纯化的发现纯化的rRNA有催化肽链有催化肽链合成的功能合成的功能具有催化活性的具有催化活性的RNA: 包括包括rRNA和和tRNA; 完成多种功能：自我剪接；催化剪切；多肽合完成多种功能：自我剪接；催化剪切；多肽合成；催化核苷酸的合成等成；催化核苷酸的合成等RNA既能储存信息，也能催化化学反应既能储存信息，也能催化化学反应 （1）RNA初始序列作为互补序列模板；初始序列作为互补序列模板； （2）互补序列作为模板，合成具初始序列）互补序列作为模板，合成具初始序列RNA分子。分子。RNA在进化上早于在进化上早于DNA：RNA world如何转化为如何转化为DNA world基于基于R

8、NA的系统的系统RNA复制复制基于基于RNA和蛋白质和蛋白质的系统的系统RNA到蛋白质到蛋白质现代细胞现代细胞DNARNA蛋白质蛋白质生物大分子的化学分工与进化生物大分子的化学分工与进化DNA较较RNA稳定，有利于遗传稳定性；稳定，有利于遗传稳定性；蛋白质多样性大于蛋白质多样性大于RNA, 有利于反应复杂性的进化有利于反应复杂性的进化 四、生命秩序起源的新思考四、生命秩序起源的新思考 五、核酸和蛋白质的专业化分工合作五、核酸和蛋白质的专业化分工合作第三节第三节 细胞的形成和进化细胞的形成和进化一、细胞的形成细胞起源于细胞起源于?细胞起源于地球细胞起源于地球地球的形成及地球大气层条件地球的形成及

9、地球大气层条件的变化是细胞生命形成的关键的变化是细胞生命形成的关键 细细 胞胞 生物大分子生物大分子 （蛋白质、核酸等）（蛋白质、核酸等） 生物小分子生物小分子（氨基酸、核苷酸、（氨基酸、核苷酸、 单糖、脂肪酸等）单糖、脂肪酸等） 无机物小分子无机物小分子（ 甲烷、氨、氢、水等）甲烷、氨、氢、水等）CH4NH3H2OH2生物小分子形成生物小分子形成氨基酸、尿素等氨基酸、嘌呤、氨基酸、嘌呤、嘧啶、脂肪酸等嘧啶、脂肪酸等电火花电火花生物大分子（如线生物大分子（如线性多核苷酸）形成性多核苷酸）形成原始细胞原始细胞 二、细胞的进化二、细胞的进化 一、原核细胞的进化 异养细菌 化能自养 光合自养 兼性好

10、氧 完全好氧 2.真核细胞的起源真核细胞的起源 蓝藻在35亿年前就已出现，在之后的十几亿年里，他对改变地球的原始大气有很大的作用。 当是的生态环境中只有蓝藻蓝藻 细菌细菌 20 亿年前，某些原核细胞通过内共生的方法，进化出真核细胞。（目前较公认的假说） 蓝藻蓝藻 叶绿体叶绿体 细菌细菌 线粒体线粒体 真核细胞的出现为有性生殖、多细胞化、动植物的分化都奠定了基础。 线粒体和叶绿体起源的内共生学说 内共生是指一种较大的细胞把另一种较小的细胞“吞吃”到细胞里面，但并不把小细胞消化掉，而是与其建立起一种互惠的共生关系（如大细胞利用小细胞的某种功能，从中得益，小细胞则利用大细胞提供的环境与食物，得以更好

11、地生存） 线粒体和叶绿体起源的内共生学说 现代生物界内共生的例子 许多种单细胞的绿藻、甲藻和硅藻可以共生于高等植物、真菌、其他藻类以及脊椎动物和无脊椎动物的细胞中 蓝菌可以共生在真菌、变形虫、鞭毛虫以及已失去叶绿体的绿藻的细胞中，蓝菌可以进行光合作用，为宿主提供一定的养分在不少昆虫的特殊细胞中，有正常共生的细菌，这些细菌对于宿主来说往往是有重要的生理意义池沼多核变形虫（大小有2至3毫米）的细胞中并没有线粒体，但却有一些需氧的胞内共生细菌，这些细菌实际上是起到了线粒体的作用 细胞器的内共生起源学说就是根据自然界中比较普遍地存在着细胞内共生这一现象，认为一些细胞器也是通过细胞内共生的过程而起源的

12、设想一种较大的单细胞生物“吞吃”了另一种较小的单细胞生物，两者首先建立起内共生的关系 在细胞进化的过程中，被“吞吃”的小细胞逐步高度特化，不能再在细胞外长期生存，从而就成为了细胞内的一种具有专门功能的细胞器官 很早就发现叶绿体可以通过分裂来进行增殖，因此早在19世纪末20世纪初，就有人提出了叶绿体是起源于胞内共生的蓝菌的设想 早在发现线粒体这种细胞器时，就有人指出它们在大小和形状上与细菌很相似；在这种相似性的基础上，20世纪20年代前后有人提出线粒体是来自胞内共生的细菌；后来发现线粒体也可以像细菌那样通过分裂而增殖，这给线粒体具内共生起源的提法增添了一些依据 光凭线粒体与细菌之间、叶绿体与蓝菌

13、之间的一些表面上的相似性，就认为线粒体和叶绿体是内共生起源的，这未免缺乏足够的说服力 因此，直到20世纪60年代，这一学说都没有得到多大的发展 三、细胞的产生是基因定位第四节 对地外生命的探索 据研究，今天生活在地球上已确知的生物物种据研究，今天生活在地球上已确知的生物物种约约170万种，加上未被发现和已经灭绝的物种万种，加上未被发现和已经灭绝的物种（物种灭绝的同时会有新物种产生），地球上（物种灭绝的同时会有新物种产生），地球上物种的数目是相当可观的。保守估计在亿种以物种的数目是相当可观的。保守估计在亿种以上。上。 迄今为止，人们从迄今为止，人们从未见过地球以外的未见过地球以外的生命形态。生命

14、形态。 宇宙中存在着与宇宙中存在着与地球上地球上相同模式相同模式而构建的生命吗？而构建的生命吗？地外生命存在的依据地外生命存在的依据哲学的研究证据哲学的研究证据天文学的研究证据天文学的研究证据 哲学的研究证据 哲学中有句名言：哲学中有句名言：世界是世界是物质的物质的。即生命是物质的。即生命是物质的。构成生命的基本物质材料构成生命的基本物质材料和构成非生命的基本物质和构成非生命的基本物质材料并没有区别，无非是材料并没有区别，无非是各种化学元素，而这些元各种化学元素，而这些元素则是由更为基本的一些素则是由更为基本的一些粒子粒子原子、中子和电原子、中子和电子组成。子组成。天文学的研究证据天文学的研究

15、证据 构成恒星、星系、星构成恒星、星系、星际物质等的基本材料，际物质等的基本材料，物质间相互作用的物物质间相互作用的物理过程、化学过程和理过程、化学过程和生物过程所遵循的规生物过程所遵循的规律与地球上是一致的。律与地球上是一致的。 （右图为三色石。是（右图为三色石。是“勇气勇气”号号拍下的火星岩石的合成照片。拍下的火星岩石的合成照片。岩石有三种颜色：红色、绿色岩石有三种颜色：红色、绿色和蓝色。）和蓝色。） 星际有机分子的发现表明：在宇宙的许星际有机分子的发现表明：在宇宙的许多地方，由无机物形成有机物的化学演多地方，由无机物形成有机物的化学演化早已完成！化早已完成！细胞和膜的表面有许多核孔，细胞

16、和膜的表面有许多核孔，核孔的周围有核孔的周围有8种颗粒，组成种颗粒，组成核孔轮。通过这一核孔，促核孔轮。通过这一核孔，促使使RNA等进入细胞质，完成等进入细胞质，完成传传递遗传信息的任务。递遗传信息的任务。 结论：在太阳系内的其结论：在太阳系内的其他天体上不存在像地球他天体上不存在像地球人那样的高度发达的生人那样的高度发达的生命形式；命形式； 至于是否存在低至于是否存在低级生命的可能至今也没级生命的可能至今也没有定论。有定论。 寻找液态水？！寻找液态水？！ 月球：月球：“克莱门汀克莱门汀”号号航天器，发现月球南极的航天器，发现月球南极的冰湖冰湖 火星：火星：“火星快车火星快车”飞飞行器发回了长

17、期受水流侵行器发回了长期受水流侵蚀的火星表面照片蚀的火星表面照片（右上图显示美（右上图显示美“机遇号机遇号”曾发现火曾发现火星表面可能存在过咸海；下图为星表面可能存在过咸海；下图为 “火星快车火星快车”发回的照片）发回的照片）巨行星的卫星巨行星的卫星 木卫二：木卫二：99年年“伽利伽利略略”号考察表明，木卫号考察表明，木卫二表面布满环形山，为二表面布满环形山，为冰层所覆盖冰层所覆盖 05年，年，“卡卡西尼号西尼号”飞船四次近距飞船四次近距离拍摄土卫二，发现南离拍摄土卫二，发现南极有一系列裂痕和喷口极有一系列裂痕和喷口 （下左图为卡西尼号拍摄的木（下左图为卡西尼号拍摄的木卫二表面，右图为根据卫二

18、表面，右图为根据“伽伽利略利略”号采集的数据绘制的号采集的数据绘制的木卫二的大气）木卫二的大气）木卫六木卫六 97年发射的年发射的“卡西卡西尼号尼号”于于04年抵达土年抵达土星，发现土卫六的物星，发现土卫六的物理条件类似于原始地理条件类似于原始地球球 05年，年，“卡西尼卡西尼号号”携带的携带的“惠更斯惠更斯号号”降落在降落在“泰坦泰坦”表面，照片表明，泰表面，照片表明，泰坦上可能富含碳氢化坦上可能富含碳氢化合物和冰块合物和冰块（下图为图为“惠更斯惠更斯”号探测器离号探测器离开开“卡西尼卡西尼”号飞船，飞向土号飞船，飞向土星的卫星星的卫星土卫六的想象图土卫六的想象图）现在我们就以文明产生的条件

19、来估计银河现在我们就以文明产生的条件来估计银河系中符合这些条件的星球数量，即著名的系中符合这些条件的星球数量，即著名的德雷克方程德雷克方程。N= Rs X fp X fg X n X f1 X fi X fc X L式中：式中：N为银河系内可以联络的文明星球数；为银河系内可以联络的文明星球数； Rs为银河系中的恒星形成率，即每年为银河系中的恒星形成率，即每年 形成的恒星数目；形成的恒星数目； fp为有行星系的恒星所占比率；为有行星系的恒星所占比率； fg为类太阳型恒星所占比率；为类太阳型恒星所占比率； n为每个恒星有多少个行星处在其生命圈为每个恒星有多少个行星处在其生命圈 内；内；fi为有生命

20、的行星中出现智慧生命的比率为有生命的行星中出现智慧生命的比率f1为直属行星中出现生命的行星的比率；为直属行星中出现生命的行星的比率；fc为有智慧生命的行星中，具有星际通讯能力的行为有智慧生命的行星中，具有星际通讯能力的行星的比率；星的比率；L为文明存在的寿命。为文明存在的寿命。如何与地外文明取得联系如何与地外文明取得联系? ? 除了技术和设备除了技术和设备上的限制上的限制, ,时空屏时空屏障是最大难题障是最大难题. . 空间问题空间问题:最近的文明星最近的文明星球可能在球可能在35光年之外光年之外,即即使用无线电联系使用无线电联系,也要也要70年后得到回音年后得到回音; 时间问题时间问题:文明

21、发展程度文明发展程度差异太大的星球是无法差异太大的星球是无法进行通信沟通的进行通信沟通的地外文明的分类地外文明的分类地外文明地外文明发展发展的的程度程度第第1类类工业技术水平接近于工业技术水平接近于地球上已达到的水平地球上已达到的水平能量约为能量约为1016瓦特瓦特第第3类类掌握自己的恒星系统的掌握自己的恒星系统的一切资料一切资料能量约为能量约为1036瓦特瓦特第第2类类掌握自己的中心恒星和掌握自己的中心恒星和行星系统行星系统能量约为能量约为1026瓦特瓦特地外文明的探索地外文明的探索 无线电通信无线电通信 光学通信光学通信 空间探测器空间探测器 载人飞船载人飞船 (图为图为“火星快车火星快车”探测器探测器)无线电通信无线电通信 1960年天文学家德雷克实施年天文学家德雷克实施“奥兹奥兹玛玛”(OZMA)计划计划; 1992年年NASA实施实施“高分辨率微波高分辨率微波 巡天巡天”(HRMS)计划计划; 中国计划在中国计划在FAST计划之后计划之后,再实施再实施1 平方千米的平方千米的SKA的建设的建设.发射无线电信号发射无线电信号