《古生物学》课件2 生命起源

1、第二章 生命的起源7/6/20221第一节地外起源论第二节自然起源论第三节生命的演化历程第二章 生命的起源？7/6/20222什么是生命自我复制新陈代谢7/6/20223生命的动力?能量来自太阳地球有极好的位置冥王星距太阳太远金星距太阳太近，表面温度400度地球与太阳的距离刚好使水保持液态地球上为什么有生命7/6/20224地球上为什么有生命地球提供了良好的生物繁衍场所.具有大气圈（可防止陨石撞击、紫外线辐射、可稳定温度）.地球的铁质核心在旋转中产生磁场，可防止太阳电离层（电子风暴）7/6/20225生命的起源论对生命起源的认识：神创论：地球上一切生命都是上帝设计和创造的。宇宙论/地外起源论：

2、生命宇宙固有，地球上的生命来自地球之外。自然起源论：地球上的生命是在特殊的条件下，通过化学的途径而实现的。7/6/20226构成生命的元素和物质地球上有很多种元素，但构成生命的主要为C、H、O、N及其他微量元素。组成生命主要物质：蛋白质、水分和无机盐三大类蛋白质一般含碳50%左右、氧20%左右，氮15%左右，氢6%左右，硫2%左右，及P、Fe、Zn、Cu、等7/6/20227第一节地外起源论（宇生论）地球上生命来自宇宙空间别的星球彗星陨石坑1969年澳大利亚麦启逊镇的陨石坑7/6/20228地外生命的证据40年前开始流行生源说（胚种说），认为生命之源来自宇宙。陨石中发现有遗传物质主要成分糖类化

3、合物墨西哥天文学家在恒星上发现有生命元素水蒸汽和强力磁场第一节地外起源论7/6/202291 宇宙中的生命分子美国的路易斯辛德通过频谱分析在靠近银河系中心的星云中发现了生命分子氨基酸，他们认为这一发现有可能解释生命的起源问题。7/6/2022102 慧星和生命彗星是一种很特殊的星体，与生命的起源可能有着重要的联系。据研究，白垩纪/古近纪界线处有机尘埃（粘土岩）是彗星撞击地球后留下的氨基酸形成的。在地球形成早期，彗星也可能以这种方式将有机物质洒落在地球上-成为地球上的生命之源7/6/202211陨石分为球粒陨石和非球粒陨石。一般认为球粒陨石来自宇宙，它们含有氨基酸、烃类、乙醇和其它可能形成保护原

4、始细胞膜的脂肪族化合物。这对生命起源有重要意义一种新的天外起源说3 陨石和生命7/6/202212深海烟囱起源说原始生命的有机汤说大气生命单分子说火山与生命起源说第二节 自然起源论地内起源论7/6/202213、深海烟囱起源说 理论依据随着对深海探测深入研究，特别是20世纪70年代对大洋中脊火山喷口的研究表明：海水在深海烟囱（deep-sea vent）中经历了巨大的温度和化学梯度变化，可形成多种溶解物，包括原始生物化学物质。这些物质在高热作用下经过一系列变化，可以合成氨基酸，并进一步合成“硫细菌”。7/6/202214、深海烟囱起源说证据据报道，加利福尼亚大学的分子生物学家詹姆莱克在大洋底烟

5、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。此外，海底火山口附近有大型软体动物蛤类（厌氧）7/6/202215、原始生命的有机汤说简单、低分子量有机物与地表水作用，可以形成含有机化合物的水溶液，而在某些火山活动区域有可能形成浓的溶液。这些稀的和浓的溶液最后汇集到大的水体或原始海洋中，并继续演化产生生命。这就是现今流行的观点：生命起源于早期地球“温暖小水池”的“有机汤”中。7/6/202216、大气生命单分子说认为：原始地球的生物单分子是由生命元素在外动力（能源）的推动下，通过无机化合而成。生命元素在原始地球大气中广泛存在，外动力（放电、紫外线、热能

6、）促使生命元素合成生物单分子，其中，部分生物单分子在一定条件下形成生物大分子。第一个模拟原始大气进行放电实验获得氨基酸的是S. L. Miller，1953“米勒放电说”7/6/202217反复加热最后分离出5种氨基酸原始的海洋“还原性 大气”模拟降雨加热米勒实验装置7/6/202218、火山与生命起源原始地球火山活动频繁，可以形成局部高温缺氧地区，使得附近水池里的有机物形成大量的氨基酸和核酸。氨基酸自我装配形成蛋白质。这样，就为生命起源提供了所需的有机分子。7/6/202219第三节生命的演化历程7/6/2022207/6/202221 生命的元素构成与元素演化碳、氢、氧、氮、硫和磷这六种生

7、命元素构成了生物体物质总量的98%宇宙中的物质诞生在爆炸之中。氢和氦是在约150 亿年前的大爆炸强烈热辐射中形成的。7/6/2022222 生命的化学进化生命的化学进化过程大致可分为三个阶段：（1）有机化合物形成阶段：原始海洋中的N，H等元素和H2O、CO、CO2、H2S、HCl、甲烷等无机化合物，在紫外线、电离辐射、高温、高压等一定条件下，形成氨基酸、核苷酸及单糖等有机化合物（生物单分子阶段）。 7/6/2022232 生命的化学进化（2）生物大分子形成阶段：氨基酸、核苷酸等有机化合物，在海洋中聚合形成复杂的有机化合物，如甘氨酸、蛋白质、核酸-生物大分子。 （3）生命形成阶段：多个生物大分子

8、聚集，形成以蛋白质和核酸为基础的多分子体系原生体，它具有初步的生命现象从周围环境中吸取营养，将废物排出体外(？现象)。从此，生命开始从化学进化转入生物进化阶段。大量的化石记录证实了生命是在地球上发生的，而生物是随地球的发展而演化的。7/6/202224 早期(细胞)生物的发生和演化 保存于前寒武纪岩石中的化石记录表明，早期生物演化经历了4次重大事件： 1）生命的出现：最早的生物化石出现于38亿年前的地层中南非无花果树组（Fig Tree)燧石中的棒状细菌和球状细菌，它们均为单细胞生物，其中球状细菌直径1720m。在澳大利亚的Warrawoona群中发现35亿年前的叠层石的丝状体。7/6/202

9、2252）生物的分异：表现为生物多样性发展属种数量的增加。如加拿大Ontaria（安大略省）西部20亿年前的Gunflint组中出现8属12种微化石。表明当时的原核生物已有相当的发展和繁盛，可能与当时大气开始充氧有关。 早期(细胞)生物的发生和演化7/6/2022263）真核生物的出现： 以宏观藻类的出现为特色，如我国17.5亿年前串岭沟组、团山子组中发现的Vendotaenides（文德带藻）。 早期(细胞)生物的发生和演化7/6/2022277/6/2022287/6/2022294）后生动物的出现 ： 出现于67亿年前。主要为软躯体生物。以伊迪卡拉（Ediacara）动物群为代表，是指震

10、旦纪后期出现的，主要由腔肠动物（67%水母、海鳃纲）、环节动物（25%）、节肢动物（似三叶虫）（5%）组成的不具外壳的多细胞后生动物群。我国发现地点：鄂西、陕南、淮南、辽南和黑龙江。 早期(细胞)生物的发生和演化7/6/202230伊迪卡拉动物群及复原图 早期(细胞)生物的发生和演化7/6/202231伊迪卡拉动物群及复原图 早期(细胞)生物的发生和演化7/6/202232 显生宙生物的发生和演化显生宙生物演化经历了两大飞跃1）动物界的第一次大发展（1）小壳动物群的出现：震旦纪末期出现、寒武纪初大量繁盛，个体微小（12mm），具外壳的多门类海生无脊椎动物群。包括软体动物门中的软舌螺、单板类和腹

11、足类、腕足类以及分类位置不明的类型。 意义：第一个带壳生物群，寒武纪（古生代）的起点。7/6/202233澄江动物群: 寒武系底部继小壳动物群之后出现的第一个多门类混生生物群。主要门类有海绵、腔肠、栉水母、节肢、鳃曳、叶足、腕足、古虫、脊索动物门和步带类(包括棘皮动物和半索动物门)、星虫、毛颚动物及藻类。 至2005年已描述160属, 180多种, 新种130个。最早发现于云南澄江(张文堂, 侯先光, 1985), 其地层的沉积环境为正常-风暴浪基面之间, 年龄520Ma.意义：是寒武纪初期生物大爆发的典型代表。（2） 澄江动物群/Chengjiang fauna昆明鱼中华微网虫0.5 cm7

12、/6/202234叶足动物门，Microdictyon sinicum Chen, Hou et Lu,19897/6/202235澄江动物群线形虫动物门,中国古蠕虫Palaeoscolex sinensis Hou et Sun, 1988Chengjiang fauna7/6/202236澄江动物群Chengjiang fauna7/6/202237澄江动物群中的海口鱼化石Chengjiang fauna海口鱼7/6/202238Chengjiang fauna17/6/202239帽天山7/6/202240澄江动物群Chengjiang fauna7/6/202241澄江动物群生态复原7

13、/6/202242 显生宙生物的发生和演化澄江动物群 昆明鱼海口鱼澄江动物群7/6/202243 显生宙生物的发生和演化 昆明鱼海口鱼寒武纪生物大爆炸之谜？大约56亿年前的寒武纪开始之时，绝大多数无脊椎动物在几百万年的很短时间内出现，是一个“造门”的时代。起先是寒武纪初小壳化石的爆发式发展，继之被大型带壳动物取代。是什么原因使得寒武纪早期地球能够激发这样的生命“爆发”呢？7/6/202244昆明鱼海口鱼寒武纪生物大爆炸之谜？ 云南东部早寒武世澄江动物群，以软躯体化石的罕见保存为特色，是一个举世闻名的化石宝库。该动物群是由当年在中科院南京地质古生物研究所工作的侯先光于1984年在澄江帽天山首次发

14、现，现已描述的澄江动物群化石共120余种，分属海绵动物、腔肠动物、鳃曳动物、叶足动物、腕足动物、软体动物、节肢动物、棘皮动物、脊索动物等10多个动物门以及一些分类位置不明的奇异类群，此外，还有多种共生的海藻。 众所周知，寒武纪大爆发是令达尔文最为困惑的一个科学问题。达尔文在物种起源中承认他无法解释在寒武纪早期生物化石突然出现这一事实，同时，他还承认这一事实将可能成为否认其进化理论的有力证据。而澄江动物群化石生动再现了距今五亿三千万年前海洋生物世界的真实面貌，充分显示出寒武纪早期生物多样性，将绝大多数现生动物门的演化历史追溯到寒武纪开始，为揭示早期生命演化“寒武纪大爆发”的奥秘提供了极其珍贵的证

15、据，因而在国际上被誉为“二十世纪最惊人的科学发现之一”。 近二十年来，以陈均远、侯先光和舒德干等科学家通过对澄江动物群化石的不断挖掘发现和深入系统研究，研究并回答了寒武纪大爆发这一重大疑难科学问题，探索了脊椎动物、真节肢、螯肢和甲壳等动物的起源，证实了现生动物门和亚门以及复杂生态体系起源于早寒武世，挑战了自下而上倒锥形进化理论模型，为自上而下的爆发式理论模型提供了化石证据。研究提出了神经脊动物的概念，创建了无脊椎动物向脊椎动物演化五个阶段的假说。共发表高水平学术论文90余篇，其中Nature和Science14篇，出版专著6部；Nature和Science发表专评9篇。该研究引起了国际学术界广

16、泛的关注，并产生了震撼性的影响。 7/6/202245 显生宙生物的发生和演化 昆明鱼海口鱼寒武纪生物大爆炸之谜？澄江动物群的发现和研究引起国际社会的强烈关注。一位英国皇家科学院院士认为澄江动物群“永远是科学的大厦”；纽约时报则评论这是“世纪最惊人的发现之一”这个项目的完成人已发表论文多篇，其中在国际著名杂志自然和科学上发表论文篇 7/6/202246 显生宙生物的发生和演化昆明鱼海口鱼寒武纪生物大爆炸之谜？“寒武纪大爆发”难倒了无数科学家，探索生命起源仍然是摆在世界上的一个难题。澄江动物群正是人们期盼已久的、探索生命源头奥秘的最佳科学窗口 。或许是因为大气中积累了足够的有利于呼吸作用的氧；或

17、全球环境变化有利于后生动物的生存；或海洋化学物质的变化积累了大量的磷酸盐，使得软体动物有可能演化出保护性的骨骼；等等等，这些问题还有待进一步探索和研究。7/6/202247 显生宙生物的发生和演化 昆明鱼海口鱼 2）动、植物从水生到陆生的发展（1）植物的发展：在志留纪末期早、中泥盆世，由于大陆面积的扩大，植物完成了登陆的使命。以出现裸蕨植物为代表，并产生茎、叶的分化，发育了维管束系统。 7/6/202248 显生宙生物的发生和演化 昆明鱼海口鱼 2）动、植物从水生到陆生的发展（2）动物的发展：在晚泥盆世，出现了鱼类向两栖类的演化，动物完成了登陆的使命。以出现总鳍鱼类为代表，具有强大的肉鳍，当水体干枯时，可用肉鳍爬