现代生物科学导论市公开课获奖课件

1、第一节 生命起源第二节 生物进化历程第三节 生物进化证据第四节 生物进化理论第五节 人类起源和进化第十三章 生物进化第1页第1页一、生命起源研究生命主宰物质是核酸和蛋白质这两类生物大分子。生物大分子起源研究是解开生命起源奥秘钥匙。生物大分子原始生命体这些过程何时何地在何种条件下陆续完毕?这些都是有待摸索问题第一节 生命起源如何演变原始细胞?如何构成原始生命体?第2页第2页(一) 生命大分子发生问题核苷酸、氨基酸和卟啉等有机物起源，已有相称多研究 (1)从球外空间摸索这些分子存在证据； (2)从球外起源陨石中分析这类物质是否存在； (3)试验室中创造类似于生命发生期地球条件，开展人工模拟试验。第

2、3页第3页人们利用精密观测设备从球外空间、从天外飞来陨石中已找到40各种存在于地球之外有机物，其中包括了各种氨基酸、核苷酸和卟啉。第4页第4页1.有机构成物模拟合成 1828年德国化学家维勒(FWohler 18001882)在试验室里用氧化铅和铵合成尿素。氰酸铵(NH4OCN)开辟了从无机物合成有机物新纪元，填补了有机物与无机物之间鸿沟。尿素(NH2CONH2)第5页第5页德国化学家维勒FriedrichWohler 18001882第6页第6页1953年，米勒(Mi11er)对靠近于地表原始气氛气体混合系统第7页第7页NH3、 H2、CH4、H2O甲醛核糖 氰化氢天冬氨酸 核苷核苷酸ADP

3、、ATP聚磷酸混合系统腺嘌呤谷氨酸氨基丙酸(紫外线)(冲击波) (射线)高压电弧第8页第8页生物大分子构成物可从无机物和简朴有机物小分子在靠近地表原始状态物理、化学条件下合成出来，这是生命起源于地球化学演化有力证实。第9页第9页2. 生物大分子模拟合成类蛋白： 美国福克斯(F.Fox)模拟原始地球条件、将一些氨基酸混合后，倒入160200热砂或粘土中，使水分蒸发、氨基酸浓缩，通过0.5h3.0h，就产生了一个琥珀色透明物质，即类蛋白质(proteinoids)。 第10页第10页类蛋白： 氨基酸混合物加热缩合而成。合成系统应不含水，含水时类蛋白即趋于分解。类蛋白具显色反应、肽链结构、可被蛋白酶

4、水解、水解后产生氨基酸、含有微弱但却是拟定酶活性。 但无旋光性、有序度较差，不能引起免疫反应。 生物体内高效能酶是从“ 原始”酶演进出来。第11页第11页核苷酸聚磷酸这种聚合物含有RNA某种特性，受RNA酶部分水解。加热聚合聚核苷酸第12页第12页聚核苷酸线性分子含有信息： 聚U 苯丙氨酸聚合物 聚A 赖氨酸聚合物 A与U聚合 苯丙氨酸(UUU)，亮氨酸(UUA)，异亮氨酸(AUU、AUA)、酪氨酸(UAU)、天冬氨酰(AAU)等各种氨基酸异构排列类蛋白信息。第13页第13页A与U随机排列UUU 苯丙氨酸UUA 亮氨酸UAU酪氨酸AUU，AUA 异亮氨酸AAU 天冬氨酰AAA 赖氨酸由此可见，

5、遗传信息能够通过非生物系统产生。第14页第14页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；两者同时发生。核酸先发生也许性较大，由于核酸构成成份较简朴，聚合较容易。同时发生也许性不大。核酸先发生，但没有发挥它信息传导体潜在功效。这种潜能只有在原始生命微体系出现后才干表现出来。依据最近研究，核酸先发生。因某种核酸同时还含有酶功效。第15页第15页(二) 原始生命体发生问题微球说：美国福克斯(Fox)试验室主张微球说，认为有生物质在水液环境内能够形成微小球状物。(类蛋白加热浓缩形成微球体)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小体系。这种微球可因内外改变而变

6、形，“增长”体积；分裂为二，也能出芽，它们还能吸取物质。第16页第16页蛋白链形成微球体水溶液中 11000第17页第17页由简朴直链脂肪产生多重分隔脂肪球第18页第18页团聚粒说：苏联奥巴林(Oparin)试验室主张有生物质最先形成团聚小粒。这种团聚小粒大小不一，但有一定范围，形态类似球状菌。团聚小粒类似简朴细胞，外表有双层膜，膜大小形态因环境渗入压而改变。它能“选择吸取”一些物质，也能进行“分裂”，能自发“出芽”。第19页第19页奥巴林将白明胶(蛋白质)水溶液与阿拉伯胶(糖)水溶液混在一起，在混合之前，这种溶液都是透明，混合之后，变为混浊。在显微镜下能够看到在均匀溶液中出现了小滴，即团聚体

7、。它们四周与水液有明显界线。第20页第20页奥巴林第21页第21页微球说与团聚粒共同点。 福克斯微球说认为，从类蛋白质在一定条件下即可形成有双膜结构微球，这样微球有各种多样形态改变和反应“活性”。奥巴林团聚粒也含有类似性质，但是它构成物质是从植物或动物那里得到。第22页第22页 两个模型研究共同证实一点地球表面物质化学演化，在适宜条件下即有也许通过物理，化学过程，产生原始有膜包被微小球体，达种微球体含有一些类似简朴生命活动特性。第23页第23页第24页第24页原生第一个细胞必须具备下列最基本性质：(1)有类似质膜生物膜。(2)有能完毕自我复制和自发整合生命大分子物质体系。(3)含有内在物质代谢

8、、能量代谢和信息交流基本性能。第25页第25页(一) 从非细胞形态到细胞形态普通都认为早期生命形态必定是非细胞形态病毒：大小在0.080.10左右，中心一个核酸分子，含有RNA(噬菌体和动物病毒中含有 DNA) 外面是蛋白质外壳。二、细胞起源和发展类病毒：只有病毒1/80，也就是0.001左右。连蛋白质外壳度没有，只有裸露RNA分子。第26页第26页枝原体：大小在0.100.25左右， 结构类似原核生物，有细胞膜和核糖体，含有DNA和RNA两种核酸和各种蛋白酶，能在培养基上自由生活，但无细胞壁。认为是病毒和细菌间过度生物。第27页第27页1. 共生起源假说： 认为原始真核细胞一些细胞器是吞噬了

9、另一个细胞，或两者融合起来，实现共生结果。 但是它无法解释细胞核起源。(二) 从原核细胞到真核细胞第28页第28页被捕获后生活在大细菌细胞膜和细胞壁之间小细菌(黑色椭圆)(Bdellovibrio-意即蛭形弧菌)第29页第29页生活在一个原生生物中共生细菌(黑色椭圆)，大小类似线粒体。此原生生物生活在白蚁后肠中。第30页第30页2. 分化假说： 真核细胞器是由原生质膜内伸和核质再分派而同时形成。 不过既然各种细胞器是同时形成，为何生化特性如此不同?(叶绿素)第31页第31页附：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答案。有些人主张真核细胞不是来自原核细胞，而是和原核细胞一同起源

10、于原始生命。第32页第32页第33页第33页(三) 从单细胞到多细胞衣藻是一个单细胞生物。盘藻是由 4、16或32个细胞构成，每个细胞都和衣藻相同。散开也能独立生活。以同配生殖方式繁殖后代。实球藻由 8,16或32个细胞构成，已有前端和后端之分了，单个细胞不能独立生活，有性生殖是异配。第34页第34页空球藻(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，雌配子比雄配子大好多倍。团藻(Volvox)是由50050000个细胞构成空心球群体，细胞功效分化为营养细胞和生殖细胞。有性生殖是卵配。第35页第35页从系统发生来看，生物是从单细胞生物发展到多细胞生物。

11、衣藻第36页第36页盘藻第37页第37页实球藻第38页第38页空球藻第39页第39页团藻第40页第40页一、从无生物到生物海洋中元素小分子有机物大分子有机物 团聚体和微球体 原核细胞 真核细胞 真核多细胞第二节 生物进化历程第41页第41页二、从异养生物到自养生物早期地球地表大气无氧气，首先出现必定是厌氧异养生物。自养生物出现使地球上生物具备了自养和异养，合成与分解两个物质循环基本环节。形成了一个统一完整生态系统。第42页第42页三、从无性生殖到有性生殖生物从无性生殖到有性生殖，意味着生物变异潜能得到了充足发挥，使生物含有更大适应力， 能够朝着多样性方向发展。第43页第43页四、从水生到陆生生

12、物进化是从海洋到陆地，只有上陆后生物才也许提升机体水平，才有也许发展成恒温动物哺乳类灵长类人类。第44页第44页一、古生物学证据30亿年前太古代地层发觉古球藻化石，随后元古代地层开始出现古动物和古植物化石，越近年代地层，出现动，植物越高等。同时也发觉了许多中间过渡类型化石。第三节 生物进化证据第45页第45页在西澳大利亚发觉35亿年前细胞间连丝(左)第46页第46页在罗德西亚发觉31亿年前石灰石子座断面。暗有机物和亮无机物尤如当代具光合作用微生物。(右)第47页第47页亲缘关系比较近物种之间尽管有时外部形态有很大差别，却有共同结构特性。亲缘关系比较远物种之间尽管有时外部形态有十分相同，结构却有

13、很大差别。二、比较解剖学证据第48页第48页痕迹器官(vestigial organ)：动物身上往往保留着一些没有用处器官，称为痕迹器官。如：人盲肠、阑尾、耳肌、毛肌、尾椎骨等，海豚和一些蛇类后肢骨，蚊蝇平衡棒等都是。第49页第49页同源器官(homologous organ)：不同动物器官，功用不同，形状相异，但起源和基本结构却相同，叫做同源器官。 如：牛马前肢、蝙蝠翼、鲸鳍状肢等同源；哺乳动物三块听骨和鱼类部分咽弓同源。第50页第50页第51页第51页同功器官(analogous organ)：是指两种动物身体上功用相同，形状相同，但起源和基本结构完全不同器官。 如：蝴蝶与鸟翼第52页第5

14、2页重演律表明了动物个体发育重演了系统发育过程。三、胚胎学证据第53页第53页(一) 生命共同起源物质基础构成生命元素和化合物大体是相同，构成蛋白质氨基酸都是L-型，核酸结构和三体密码也是同样，所有细胞都利用ATP 转化能量。四、生理学和生物化学证据第54页第54页(二) 亲缘远近与化学结构关系细胞色素C 构成差别大小与亲缘关系远近成正比。血红蛋白氨基酸排列方式也是。第55页第55页(三) 生理学证据用抗人血清沉淀多少也可测定动物与人亲缘远近。第56页第56页一、拉马克学说用进废退取得性遗传第四节 生物进化理论第57页第57页二、达尔文进化论达尔文用自然选择(natural selection

15、)来解释生物进化。这个学说归纳起来有下列5点：1. 遗传遗传是生物进化主要原因。遗传是生物一个普遍特性，生物有了这个特性，物种才干稳定存在。第58页第58页2. 变异亲代与子代之间、同一亲本产生各子女之间都存在着差别。变异是随机产生，第59页第59页3. 繁殖过剩生物都有极强大生殖力。例：假如每一雌象一生(30岁90岁)产仔6头，每头活到100岁，都能繁殖，750年后就可有19,000,000头子孙。自然界各种生物数量在一定期期内都保持相对稳定基于下列两个事实：第60页第60页4. 生存斗争物种之因此不会数量大增，乃是由于生存斗争。种内斗争 种间斗争环境斗争第61页第61页5. 适者生存不同个

16、体在形态、生理等方面存在着不同变异。有变异使生物在斗争中生存下来，有变异却使生物在斗争中不能生存。例：在常有大风海岛上，无翅昆虫不翱翔，不至被大风吹到海里，而有翅昆虫却在翱翔时被风吹到海里而死亡。第62页第62页达尔文第63页第63页贝格尔号第64页第64页贝格尔号5年环游世界路线第65页第65页华莱士第66页第66页三、当代达尔文主义(综合进化论 )费希尔（R.A.Fisher），霍尔丹（J.B.S.Haldane）和赖特（S.Wright|）等在孟德尔（Gregor Johann Mendel）和摩尔根（T.H.Morgen）遗传基础发展了群体遗传学。第67页第67页综合进化论有两个基本点

17、 第一，认为群体是生物进化基本单位，进化机制研究应当属于群体遗传学研究范围。 第二，突变，选择和隔离是物种进化，是物种形成和新种产生机制。 第68页第68页突变为新种形成提供了原材料。但只有很少数突变是有利，能够作为进化原材料。突变是否有利，随所处环境而异。第69页第69页突变形成了基因重组，新基因形成新种通过自然选择能适应个体保留下来，不能适应淘汰掉。第70页第70页隔离使生活在不同环境中物种，性状逐步发生分歧，形成不同亚种，深入地理隔离，则有利于新种形成。地理隔离生物学意义在于制止了遗传物质交流。第71页第71页四、 澄江生物群1984年南京地质古生物研究所侯先光在云南省澄江县境内发觉了娜

18、罗虫(Naraoia)古老节肢动物化石后，开始了大规模发掘。第72页第72页它不但证实了大爆发式演化事件在五亿三千万年前确实曾经发生，最令人震撼则是在这一事件发生短短数百万年(也许只有一两百万年)期间，几乎所有现生动物门类和许多已灭绝了生物，突发式地出现于寒武纪地层，而在更老地层却完全没有其祖先型生物化石发觉。第73页第73页在这一个瞬间性突发大事件中，不但建立了所有现生动物门类(包括脊索动物在内)结构蓝图。另外尚有二十几种已经灭绝了生物种，与现生动物分类系统没有任何关联，但每一个种却各自代表一个相称于门一级结构蓝图。第74页第74页1984年我国科学家在云南省昆明市南面60千米澄江县发觉，在

19、距今55.7亿年地层中，生物化石类群纷杂繁多，现存30几种门生物，那时已经所有都出现了，并且在接下来5亿年时间里，改变相对较慢。复旦大学哲学系专家俞金吾认为，生命进化中，突变和缓慢进化是交错进行。 第75页第75页五、其它进化理论1. 分子进化中性理论 生物在分子水平上进化不是由于自然选择作用于“有利”突变，而是在连续突变压下选择中性或非常靠近中性突变，随机固定而成。 第76页第76页2. 间断平衡论 生物体主要形态改变发生在新物种出现时候；物种分化不是按照自然选择学说慢慢地出现，物种改变方向与物种能否适应无关；物种含有长期稳定性，是由本身形态和本身制约原因决定；造成生物形态长期改变倾向，是物

20、种分化时形态改变方向性所拟定。 第77页第77页3.新灾变学说 渐变进化学说包括这样一个前提，地球历史是渐变。那么在地球历史上是否发生过猛烈灾变，这种剧变对生物进化带来了什么样影响？ 第78页第78页1. 灵长类起源 认为灵长类和食肉类动物在系统发生中是由同一系统出发，由于环境改变，食性逐步分化，有演化为纯食肉类，成为现在食肉动物；有演化为以植物为食素食动物，猿猴即是素食动物，并适应树上生活。一、人类起源(一) 人类起源于古类人猿第五节 人类起源和进化第79页第79页倭黑猩猩在80英尺高树上行走，手中握着水果。第80页第80页长臂猿四肢和身体适合于林间活动。第81页第81页眼镜猴只能垂直攀爬和

21、跳跃第82页第82页食虫类juqing与灵长类有共同祖先第83页第83页凡出现了较靠近人类化石出现时，猿猴化石便不见了。起源地点很也许是亚洲中部，包括北京周口店和原属亚洲大陆爪哇。但也有化石在南非和东非发觉。最新研究认为人类起源于非洲猿猴。2. 人类起源第84页第84页1. 人和猿骨骼十分相近：结构上看几乎完全相同2. 人和猿痕迹器官比较：盲肠退化，蚓突保留3. 人和猿胚胎发育和胎盘比较：前五个月胚胎，盘形胎盘4. 人和猿生理、病理比较：三维视觉、月经周期、血型(二) 人类起源于古类人猿证据第85页第85页1. 人和猿骨骼十分相近：结构上看几乎完全相同第86页第86页（一） 早期猿人阶段1. 能人1963年在坦桑尼亚奥杜韦峡谷发觉头骨连大部分牙齿和下颌骨化石，脑量637ml,下肢能直立行走，拇指可与其它四指对握，但不甚准确。有砾石作工具，能用石块围成圈防风。化石距今150万年二、人类进化第87页第87页能人第88页第88页2. 1470号人1972年在东非肯尼亚特卡纳湖东岸发觉头骨，脑量为700ml