生命科学导论课件

生命科学导论课件第一页，共三十一页，编辑于2023年，星期日

生命何时、何处、特别是怎样起源的问题，是现代自然科学尚未完全解决的重大问题，是人们关注和争论的焦点。第一节生命的起源

历史上对这个问题也存在着多种臆测和假说，并有很多争议。随着认识的不断深入和各种不同证据的发现，人们对生命起源的问题有了更深入的研究，下面介绍几种著名的假说。1.

生命起源的假说和争论

（1）“神创论”“神创论”否认一切事物是自然形成的说法，认为地球上的一切生物都来自于神的创造或超智能的设计。《圣经》上说：起初，神创造天地。

神创论与现代科学无法调和，更无事实根据。生命体的最根本特征是

自组织的，不是被制造的。

现代科技使人类拥有了非凡的制造能力，但却对更多的生命问题无能为力，原因也在于生命是自组织的而不是被制造的，制造能力再大也无能为力。第二页，共三十一页，编辑于2023年，星期日

（2）“宇生论”“宇生论”认为：地球上的初始生命是宇宙中存在的某些有机分子或微生物孢子，附着在尘埃上由彗星带到地球上的。进而，或者在宇宙中的其它星球上可能存在与地球上完全不同的生命形式。“宇生论”的有力证据是在澳大利亚发现的一颗含碳物质的陨石和月球

样品中检测出了许多氨基酸和有机酸。但这只能说明宇宙中存在有机物和化学进化过程，不能证明地球上的生命来自天外。

（3）自然发生说自然发生说是19世纪前广泛流行的理论，这种学说认为：生命随时可从无生命的物质自然发生。如：腐草化萤、腐肉生蛆、破布或烂泥生蛙或鼠。

直到19世纪60年代，法国微生物学家巴斯德的精确的“曲颈瓶”实验证明：地球上的任何生命不能从无生命的物质自发地产生，从而彻底否认了自然发生说。第一节生命的起源第三页，共三十一页，编辑于2023年，星期日

（4）生物进化起源说生物进化起源说认为：生命起源是一个自然的历史事件。长期的地球进化、生命的化学进化和生物进化是生命起源的基础。

生物进化起源说因为有比较充分的根据和实验证明，所以为多数科学家所承认。2.

生命的摇篮--地球的进化宇宙在约150亿年前的一次大爆炸中诞生了地球。早期的地球是由热的氢和氦以及一些固体尘埃聚合的内核和外面包围的一层气体构成的，称为初级大气层。

随着地球的收缩，温度逐渐升高，氢和氦很快进入宇宙，初级大气层消失。随后，地表温度下降，内部温度很高，物质分解产生的大量气体通过频繁的火山活动喷射出地表，形成了次级大气层。

次级大气层的主要化合物有:H2O、NH3、CH4、H2S等。而饱和水蒸汽冷却凝结成雨水落下形成了原始的河流和海洋（原始鲜汤）。第一节生命的起源第四页，共三十一页，编辑于2023年，星期日

原始海洋成了原始生命的诞生地。原始生命发生所需要的能量在当时很可能是紫外线、闪电、同位素衰变的辐射能以及火山、热泉散发的热能。利用这些能量开始合成了一系列的小分子有机化合物如氨基酸、核苷酸、单糖、脂肪酸和卟啉等。就是在这样的环境下，原始生命诞生了。

古生物化石表明，具有光合作用的原核生物诞生于35亿年前，由此推测生命起源可能更早（约40亿

年前）。第一节生命的起源第五页，共三十一页，编辑于2023年，星期日3.

生命的化学进化

（1）有机小分子的非生物合成有机小分子化合物是由远古大气层中的H2O、NH3、CH4、H2S等在强烈的紫外线和宇宙射线或闪电、火山口爆发的局部高温等高能作用下的产物。1953年，美国科学家Miller根据原始地球的大气条件设计了一套密闭循环实验装置，模拟和验证了非生命的有机小分子在原始地球环境中的形成过程。20世纪70年代以来，在太平洋海底火山口热泉的“热液口”发现了极端嗜热的古细菌和其他的生物类群。

而喷出的水中有CH4、H2、H2S、He等。以后人们在实验室中模拟海底“热液口”的水热条件，合成了氨基酸等有机小分子。第一节生命的起源第六页，共三十一页，编辑于2023年，星期日

（2）聚合体的形成从有机小分子物质生成生物大分子物质。这一过程是在原始海洋中发生的，即氨基酸、核苷酸等有机小分子物质，经过长期积累，相互作用，在适当条件下（如辐射能、黏土的吸附作用），通过缩合作用或聚合作用形成了原始的蛋白质分子和核酸分子。第一节生命的起源第七页，共三十一页，编辑于2023年，星期日

（3）核酸-蛋白质等多分子体系的建成生物大分子不是原始生命，只有核酸与蛋白质精巧地组成高度有序的独立多分子体系时，才会表现出新陈代谢、生长、繁殖等生命现象。①“团聚体”学说奥巴林不但用蛋白质、核酸、多糖和脂类等形成了具有明显边界的团聚体，而且显示了这些团聚体具有某些最简单的代谢性质。

奥巴林斯根据实验提出“团聚体”学说认为：蛋白质和核酸等生物大分子聚合在团聚体内并具有类似于半透膜那样的边界，其内部的化学特征显著地区别于外部的溶液环境。团聚体因而具有一定的生命现象。第一节生命的起源第八页，共三十一页，编辑于2023年，星期日

②“微球体”学说福克斯发现，浓缩干燥的氨基酸在水溶液中可以形成微小的蛋白质球状体，他称之为微球体。微球体可以从外界吸收更多的生物多聚体分子，使得微球体上出现芽体，甚至形成新的微球体。

这些微球体表面的蛋白膜具有选择透性，它们能够在不同浓度的盐溶液中由于内外渗透压的变化而膨胀或收缩。膜内外的电荷梯度差还能维持微球体的能量的聚集和贮存。“微球体”学说为认识生命的起源提供了重要的依据。

另外，科学家将磷脂与蛋白质混合在一起还形成了外形类似于细胞并具有双层膜的结构，被称为脂球体。人们相信：团聚体、微球体、脂球体等为最原始的细胞的出现提供了机会。第一节生命的起源第九页，共三十一页，编辑于2023年，星期日

（4）代谢系统的进化和遗传系统的起源生命现象的本质特征是不断地与环境进行物质和能量交换，原始的生命体系通过它的外膜有选择地吸收周围的物质，并且在其内部发生酶促反应。

经过图解的变化发展，原始生命体系内代谢系统经过简单到复杂的漫长过程而变得逐渐复杂起来。

根据代谢系统进化的过程，最原始的生命形式或最早出现的细胞应该是异养的。

原始地球上没有氧气，它们不可能进行有氧呼吸，只能直接消耗有机分子并获得能量。糖酵解普遍存在于原核细胞和真核细胞似乎也支持这一观点。第一节生命的起源第十页，共三十一页，编辑于2023年，星期日

光合作用产生的氧气为异养细胞的有氧呼吸和向更高级程度的进化提供了条件。而且，大量的氧气逐渐形成的包围地球的臭氧层为地球上的生命免受紫外线的伤害提供了保护屏障。

早期原始的为异养细胞提供能量的营养物质不会自发地再生，终究将被消耗殆尽。自然选择的压力促进了某些含卟啉类化合物的细胞能够吸收太阳能进行光化学反应，将无机物转变成有机物，同时生产ATP。这一过程的复杂化便是光合作用的进化，其最终结果是产生了光能自养细胞。

自养细胞的出现不仅可为异养细胞提供继续生存的营养物质和能量，更改变了地球的环境。第一节生命的起源第十一页，共三十一页，编辑于2023年，星期日

原始生命代谢系统的进化及代谢过程的复杂化同时必须伴随遗传系统的出现，否则，催化各种代谢反应的酶如果不能以某种形式被“记忆”或者“复制”并传递给下一代新细胞，代谢系统的进化就不会逐渐被“积累”。

生物学家认为RNA是最早出现的遗传信息的载体分子。在现存的生物的细胞中，

RNA位于遗传表达系统的中心位置，最有可能在原始的细胞中成为最早的遗传物质，既能自我复制，又能指导蛋白质的合成。

或许是偶然的机会，由RNA模板合成

DNA，DNA贮存和复制遗传信息比RNA

更加稳定和更加有效，生命起源初期RNA

发挥主要作用的时代便让位于DNA-RNA-

蛋白质共同作用的时代。第一节生命的起源第十二页，共三十一页，编辑于2023年，星期日4.

真核生物的起源及内共生学说生命起源的学说揭示，地球上最早出现的生物应该是最简单的单细胞原核生物。目前在沉积地层中发现的最古老的化石是34亿年以前的原核生物，而最早的真核生物化石所在的地层年代不超过20亿年以前。第一节生命的起源

从结构上看，真核生物细胞要比原核细胞复杂得多，它们之间的差别远远大于动物细胞与植物细胞之间的差别。第十三页，共三十一页，编辑于2023年，星期日

具有膜包被的细胞器即区域高度组织性的真核细胞是如何从较简单的原核细胞进化而来的？第一节生命的起源

许多生物学家认为：真核细胞的内膜系统如内质网、高尔基体以及相关结构是原核细胞的外膜向内折入而发展起来的，这些内折的膜也将DNA

包围在局部区域便形成了细胞核。

内共生学说：较大的原核细胞可以吞入其他较小的原核细胞，被吞入的细胞与其发生了共生关系，以后逐渐转化为其中的一部分，即被吞入的原核细胞通过内共生变成了细胞器，逐渐完成了向真核细胞的进化。

目前，还不可能用实验来完全证实真核生物起源的内共生学说，但从观察到的一些现象和实验结果分析，内共生学说具有一定的合理性。第十四页，共三十一页，编辑于2023年，星期日

支持该学说的证据主要有：

①

共生是生物界的普遍现象；

②

叶绿体和线粒体都有其独特的

DNA，可以自行复制，不完全受核

DNA的控制；线粒体和叶绿体的

DNA

同细胞核的

DNA

有很大差别，但同

细菌和蓝藻的DNA却很相似；

③线粒体和叶绿体都有自己特殊的蛋白质合成系统，不受核合成系统

的控制。原核生物的核糖体由

30S

和

50S

两个亚基组成，而真核生物的核

糖体由

40S

和

60S

两个亚基组成。线粒体和叶绿体的核糖体分别与细菌和

蓝藻的一致，也是由

30S

和

50S

两个亚基组成，这说明细菌和线粒体、蓝

藻和叶绿体是同源的；

④

线粒体、叶绿体的内、外膜有显著差异，内、外膜之间也充满了液体。第一节生命的起源第十五页，共三十一页，编辑于2023年，星期日5.

病毒的起源

（1）病毒是细胞出现以后的产物病毒没有完整的酶系统，不能制造ATP和独立生活，但确有控制特定活细胞代谢的遗传信息，而且病毒离开了细胞就没有生命活动，不表现任何生命现象。因此，多学者认为：病毒不可能是细胞出现之前的“前细胞”

生物，只能是细胞出现以后的产物。第一节生命的起源

（2）病毒可能起源于细胞病毒可能是一类起源于细胞中某些能独立存在的核苷酸片段，并高度进化成为具有一系列基本生物性状、能独立存在的遗传因子。①一些病毒与质粒、转座子类似；

病毒起源之谜尚待继续研究。

②所有生物几乎都有其相应的一种或多种病毒；

③某些病毒的核苷酸序列与其宿主的核苷酸序列具有一定的同源性。第十六页，共三十一页，编辑于2023年，星期日1.

神创论与进化论的斗争已知，地球上的物种有几百万之多，众多的生物物种从何而来？第二节生物进化

一次神创论：生物在某个时刻一次被创造出来，一旦形成就永远不会改变。

连续创造论：生物是一次又一次被创造出来，因此地球上的物种是有变化的。这两种看法都认为物种是神所创造的，只是创造的时间和方式不同。19世纪中叶以前，神创论或特创论一直占据着主导地位。

生物进化的思想，即一个物种是从另一个物种演化出来的思想在达尔文之前就有，但研究者或由于时代的局限或缺乏令人信服的证据，没有确立进化论。第十七页，共三十一页，编辑于2023年，星期日

直到1859年达尔文发表了《物种起源》，给了神创论以巨大打击，使生物学摆脱了神学的羁绊。

达尔文进化论的确立，是生物学研究历史上新的里程碑，是生物学的一场革命。有的学者认为：没有进化论，生物学将毫无意义。

贝格尔号探险航行路线

达尔文随着贝格尔号进行了长达5年的航海探险考察。第二节生物进化第十八页，共三十一页，编辑于2023年，星期日2.自然选择学说达尔文用自然选择来解释生物的进化，主要包含了两个方面的基本含义：即，现代所有的生物都是从过去的生物进化而来的；自然选择是生物适应环境而进化的原因。

（2）变异变异在生物体中普遍存在，变异具有随机产生性和变异方向不定性。生物在变异的基础上进行着进化，或者说变异是生物进化的原材料。

（3）繁殖过剩--极强的生殖力一对家蝇，每代产卵1,000个，每世代为10天，繁殖一年，可把地球复盖2.54厘米厚。大象（繁殖很慢），一头雌象一生产仔6头，活到100

岁，750年后可有149万头子孙。

自然界中各种生物的数量在一定时期内都保持相对稳定，为什么？第二节生物进化

（1）遗传遗传是生物体存在的普遍特征，它是物种稳定存在的基础。第十九页，共三十一页，编辑于2023年，星期日

（4）生存竞争为争取食物和生存场所而进行的种内竞争、种间竞争。

种内竞争：争夺食物和交配权。

种间竞争：争夺食物和生存空间。生存竞争意义：通过生存竞争，有些生物活下来了，有许多生物被淘汰或消灭了。

（5）适者生存生存竞争的结果就是适者生存。选择：有适应性变异的个体被保留下来。淘汰：不具适应性变异的个体被消灭。第二节生物进化第二十页，共三十一页，编辑于2023年，星期日3.

适应和进化形式

（1）适应

适应是生物特有的普遍存在的现象，包含两方面涵义：

①生物的结构（从生物大分子、细胞，到组织器官、系统、个体乃至由个体组成的群体等）大都适合于一定的功能。第二节生物进化②生物的结构与其功能适合于该生物在一定的环境条件下的生存和繁殖。

适应可以有多方面的表现：形态→花色；生理→出汗；行为→装死、放墨汁；单个基因→多个基因；个别器官→整个生物体。

适应的类型多种多样。如：花对于传粉生物（蜜蜂、蜂鸟、蛾、蝇）采粉的适应；保护色（椒花蛾、变色龙）躲避天敌；恶臭（黄鼠狼）驱赶敌害；警戒色（毛毛虫、真菌）吓唬捕食者；拟态则是一种生物在形态、行为等特征上模拟另一种生物，从而使一方或双方受益的生态适应。第二十一页，共三十一页，编辑于2023年，星期日

（2）协同进化（共进化）

协同进化：两个相互作用的物种在进化过程中发展的相互适应的共同进化，是一个物种由于另一物种影响而发生遗传进化的进化类型。第二节生物进化

例如：花和传粉动物的进化，双方都有利，各取所需；捕食者与被捕食者的进化，后者不可能被吃光，否则前者也无法生存；寄生虫与寄主的进化，寄生虫不可对寄主太有害，等等。

（3）趋同进化不同的生物甚至在进化上相距甚远的生物，在同样选择压的作用下，有可能产生功能相同或十分相似的形态结构，以适应相同的环境条件。趋同进化也指不同起源的蛋白质或核酸分子出现相似的结构和功能。

例如：鱼、海豚（鱼类）和鲸（哺乳类）→流线型体型和鳍

→有利于水中运动；

仙人掌科植物和大戟科植物→外形相似→有利于沙漠生活。第二十二页，共三十一页，编辑于2023年，星期日

（4）趋异进化生物进化过程中，由于共同祖先适应于不同环境而向两个或者以上方向发展的进化过程。趋异进化是分化式（生物类型由少到多）进化的基本方式，是生物多样化的基础。第二节生物进化

例如：北极熊是从棕熊发展而来。在第四纪的更新世时，一次大冰川将一群棕熊从主群中分了出来，它们在北极严寒环境的选择之下，发展成为北极熊。

（5）适应辐射趋异进化的结果使亲缘相同或相近的一类动物适应多种不同的环境而分化成多个在形态、生理和行为上各不相同的种，形成一个同源的辐射状的进化系统，即是适应辐射。

生物进化史上出现的三次大的生物适应辐射分别为：脊椎动物由水生到陆生、爬行动物的出现和哺乳动物的出现。第二十三页，共三十一页，编辑于2023年，星期日4.

物种形成的原理

（1）物种

物种是生物分类的基本单元，是形态上类似，彼此能够交配，要求类似环境条件的生物个体的总称。现代遗传学中，物种为一个具有共同基因库且与其他类群有生殖隔离的类群。

（2）种群种群为同一物种的个体的集合，享有共同的基因库。同一种群生物个体之间的交配便造成了彼此间的基因交流并保持着基因库的稳定。

（3）新种形成（遗传变异-自然选择-隔离）地理障碍（山脉、峡谷、海洋等）将生物相互隔开称为地理隔离。地理隔离把一个种群分成多个小种群，使种群变小，改变了基因交流的范围。长期的地理隔离使不同的小种群在各自小范围内进行交流，各自范围内的基因突变也不相同，造成小种群的基因库的差异越来越大，最终出现了生殖隔离，也就形成了新的物种。第二节生物进化第二十四页，共三十一页，编辑于2023年，星期日

据英国《每日邮报》报道，加拿大无毛猫（即斯芬克斯猫）向来被称为猫族中的调味品——有些人很喜欢，有些人很讨厌。英国正式承认，它们是一个新的猫种。第二节生物进化第二十五页，共三十一页，编辑于2023年，星期日第二节生物进化

许多人将无毛猫描述成半猴、半猪、半人一样的动物，原因是它们性情温顺，聪慧谦逊，感情细腻。第二十六页，共三十一页，编辑于2023年，星期日5.种群、基因、基因组、基因库和基因频率

（1）种群在一定的地域中，一个物种的全体成员构成一个种群。它的特征是，种群内的雌雄个体能够通过有性生殖而实现基因的交流。例如：一个湖泊中的所有鲤鱼、田螺等。第二节生物进化

（3）基因组基因组一般的定义是单倍体细胞中的全套染色体为一个基因组，或是单倍体细胞中的全部基因为一个基因组。因此，基因组应该指单倍体细胞中包括编码序列和非编码序列在内的全部DNA分子。

（2）基因基因是指携带有遗传信息的

DNA或

RNA序列，也称为遗传因子，是控制性状的基本遗传单位。基因通过指导蛋白质的合成来表达自己所携带的遗传信息，从而控制生物个体的性状表现。第二十七页，共三十一页，编辑于2023年，星期日

（5）基因频率基因频率是指携带某一基因的个体在种群中的比例。6.哈迪-温伯格定律（1）哈迪-温伯格定律

1918年，哈迪和温伯格分别提出基因频率稳定性的见解。

一个有性生殖的自然种群符合以下5个条件，可以保持基因平衡。

①种群大；

②种群中个体间的交配随机；

③没有突变发