生物的起源与进化包括人类

生物的起源与进化包括人类第一页，共三十六页，编辑于2023年，星期日生命的起源

一、几百年前的争论生命究竟是如何起源的，有机体能自发地由非生命物质随时形成吗？

18世纪以前，人们相信新的生命随时都能从非生命的物质中自发产生出来：

从垃圾和粪坑里自发地产生了蛆和苍蝇

从小池塘和沼泽地中自发地出现了蝌蚪和青蛙

从潮湿的土壤里钻出了老鼠第二页，共三十六页，编辑于2023年，星期日18世纪意大利科学家Spallanzani的实验第三页，共三十六页，编辑于2023年，星期日1860年，现代微生物学的奠基人Pasteur设计了一个简单的实验第四页，共三十六页，编辑于2023年，星期日实验结果表明：空气中的微生物进入烧瓶，才使肉汤中产生和繁殖出大量的新的微生物得出结论：所有的生物只来源于生物，从非生物物质中决不可能自发地产生新的生命个体第五页，共三十六页，编辑于2023年，星期日地球上的第一个生命是如何而来的？

这个问题直到今天还无法肯定地回答，因为生命起源的过程无法被重复和验证目前存在两种推测：

地球上的生命来源于外星球

在地球形成初期特殊的原始大气环境下，非生命的有机分子经过长期的化学演化，逐渐形成最简单的生命形式第六页，共三十六页，编辑于2023年，星期日二、原始的地球和最早出现的生物1、原始的地球——在大约46亿年前形成原始的大气：含有大量还原性气体，如H2、NH3、CH4，还有水蒸气、CO2、H2S，缺乏氧气，无臭氧层——地球上紫外线辐射强原始地球条件：

没有氧气，最初形成的生命物质不会被氧化降解；

能量输入——

紫外线辐射；

其他因素——

粘土矿物的化学催化作用、太阳和紫外线辐射对有机分子的浓缩作用、火山爆发形成的特殊环境和条件等第七页，共三十六页，编辑于2023年，星期日第八页，共三十六页，编辑于2023年，星期日2、最早出现的生物

迄今发现的最早的生物化石存在于34亿年前南非的燧石层中——是一种能进行光合作用的蓝细菌可见，最早的原核生物在地球形成的早期就开始出现了，这些早期出现的生物还具有光合放氧的能力和抗紫外线辐射的能力

它们所释放的氧气，最终形成了保护地球的臭氧层第九页，共三十六页，编辑于2023年，星期日第十页，共三十六页，编辑于2023年，星期日三、化学演化俄国科学家Oparin和英国科学家Haldane提出——原始地球环境可以产生组成生物体的糖、脂类、蛋白质和核酸等大分子结构单元，甚至到生物多分子体系，但还没有出现真正的生命，这一时期称为化学演化期或前生物期从化学演化期到产生最简单的生命形式包括4个阶段：

（1）氨基酸、核苷酸等有机单体分子的非生物合成和积累；（2）有机单体分子在非生物体系中聚合成多聚体；（3）多聚体整合为多分子体系颗粒（原球体）；（4）代谢与遗传体系的形成和进化，最终产生出最简单的生命形式——原核细胞第十一页，共三十六页，编辑于2023年，星期日1953年，美国芝加哥大学的研究生Miller根据原始地球的还原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有机分子在原始地球环境中生成生物分子结构单元的化学动力学过程

一周后，检测出5种氨基酸、不同有机酸、HCN等第十二页，共三十六页，编辑于2023年，星期日四、生命起源形式的几个假说1、Oparin的团聚体学说 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膜那样的边界，其内部的化学特征显著区别于外部的溶液环境，直径为1～500m，它具有一定的生命现象：

具原始代谢

特性能增长能繁殖第十三页，共三十六页，编辑于2023年，星期日2、Fox的微球体学说将干的氨基酸或实验室所得的“类蛋白质”加热浓缩，可形成直径为1-2m的微球体，能表现出许多生物学特性：

表面具有双层膜结构——

能有选择性地吸收外界物质

能吸收溶液中的类蛋白质而生长

能以出芽的方式进行繁殖第十四页，共三十六页，编辑于2023年，星期日五、代谢系统的进化和遗传系统的起源1、代谢系统的进化原始生命体系内代谢系统在自然选择的作用下变得逐渐复杂起来，这一过程十分漫长第十五页，共三十六页，编辑于2023年，星期日根据代谢系统的进化过程，科学家们分析了原始生命的进化过程：最原始的生命形式是异养的——直接消耗外部的有机分子并获得能量

当外界的有机分子消耗完时，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光能，进行光化学反应，将无机物合成有机物，同时产生ATP——

产生光能自养细胞

自养细胞的出现不但可为异养细胞提供继续生存的营养物质及能量，更改变了地球的环境（氧气和臭氧层的出现），为以后其他生物的生存和演化创造了条件第十六页，共三十六页，编辑于2023年，星期日2、遗传系统的起源原始生命代谢系统的进化和代谢过程的复杂化同时必须伴随着遗传系统的出现，这样代谢系统的进化才会逐渐被“积累”出现一个新问题——DNA、RNA哪一个构成原始生命的遗传系统？分析：DNA在没有酶的作用下无法复制、DNA无法指导蛋白质的合成；

RNA在试管中能自发地延伸和复制、某些RNA具有象酶一样的催化活性结论：RNA能自我复制，又能指导蛋白质的合成，构成最原始的遗传系统第十七页，共三十六页，编辑于2023年，星期日遗传系统的进化过程：在特殊原始的环境中，那些更稳定、复制更快、活性更高的RNA分子在自然选择作用下，逐渐进化，建立起最简单的遗传系统

偶然合成的能促进RNA复制活性的短肽链与RNA的合作促进了原始细胞遗传系统的进化

偶然以RNA为模板合成了DNA链，后者贮存和复制遗传信息比RNA更稳定也更有效，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十八页，共三十六页，编辑于2023年，星期日Darwin与进化论一、神创论和进化论

19世纪中叶以前，神创论或称特创论一直占据着生物学的主导地位一次创造论认为，世界上各种各样的生物，包括所有植物和动物都是上帝（神）在最初一次就造好放在地球上的，它们永远不变、一代一代地繁衍下来连续创造论则认为，世界上各种各样的生物是一次又一次不断地被神创造的，因此造成了地球上过去的物种与现代物种的差别第十九页，共三十六页，编辑于2023年，星期日1859年，Darwin通过多年的研究、考查和标本采集，在积累了大量令人信服的证据的基础上，发表了划时代的著作《物种起源》，其英文名称为“OntheOriginofSpeciesbyMeansofNaturalSelection,orthePreservationofFabouredRacesintheStruggleforLife”对Darwin最具影响的事件：

1831年11月，Darwin随贝格尔号探险船出发进行环球探险调查

1835年的夏天，贝格尔号到达太平洋东部，离南美洲西海岸965km的加帕戈斯群岛。考察了一个多月，采集了大量的岩石及植物和动物标本。

Darwin认识到：物种是可变的，这种变化明显受自然环境的影响和选择！第二十页，共三十六页，编辑于2023年，星期日加帕戈斯群岛上的髭鳞蜥第二十一页，共三十六页，编辑于2023年，星期日1838年，他阅读了著名的经济学家Malthus（马尔萨斯,1766-1834）的《人口论》，进一步认识到生存竞争的结果使各物种在自然界中保持适当的数量，同时逐渐向着更加适应于环境的方向变化生存竞争和适者生存为Darwin的自然选择学说的形成提供了依据，他的关于生物通过自然选择而连续进化的理论开始成型第二十二页，共三十六页，编辑于2023年，星期日Darwin的进化论的基本内容：

现代所有生物都是从过去的生物进化来的

自然选择是生物适应环境而进化的原因按照该理论，自然界中各种生物适应环境生存和繁殖能力各不相同，那些最适应环境的生物具有最大的繁殖力和生存力，在竞争生存空间和赖以生存的资源时，那些对环境适应差的个体会逐渐被淘汰如此一代一代地竞争，必将导致生物群体可遗传特征向着有利于生存竞争的方向变化和积累，并随着环境的变化而进化第二十三页，共三十六页，编辑于2023年，星期日二、自然选择（naturalselection）基本概念：生物进化（elution）——地球上的生命从最初最原始的形式经过漫长的岁月变异演化为几百万种形形色色生物的过程自然选择（naturalseletion）——自然环境导致生物出现生存和繁殖能力的差别，一些生物生存下去，另一些生物被淘汰。经过几百代或几千代的自然选择，必然会改变物种的一些特征和性状，最终导致新物种的出现人工选择（artificialselection）——人们驯养动物和培育植物的过程，在相对较短的时间内，人工选择就能产生效果第二十四页，共三十六页，编辑于2023年，星期日自然选择与人工选择第二十五页，共三十六页，编辑于2023年，星期日

生物性状和特征变化往往是环境和遗传相互作用的结果例：长颈鹿的进化第二十六页，共三十六页，编辑于2023年，星期日

从遗传学的角度研究，自然选择作用下群体水平的进化实质上反映了生物基因库的变化基因库（genepool）——是一个种群全部个体所带的全部遗传基因的集合每一代个体基因型的改变要影响种群基因库的组成影响种群基因库改变的因素就是引起种群进化的因素第二十七页，共三十六页，编辑于2023年，星期日食物充足陆地食物不足，要到海洋中寻找食物第二十八页，共三十六页，编辑于2023年，星期日5种因素导致基因库发生变化：1、遗传漂变（geneticdrift）基因频率在小群体（<100）里随机增减的现象2、基因流（geneflow）同一物种的不同群体之间的隔离是不完全的，存在不同程度的基因流动3、突变（mutation）包括点突变和染色体畸变，能产生等位基因，经过有性生殖过程产生各种基因组合；还能产生复等位基因，丰富了生物的多样性第二十九页，共三十六页，编辑于2023年，星期日4、非随机交配（nonrandommating）交配是有选择的而不是随机的5、自然选择（naturalselection）群体内遗传组成上有差异的个体当中，能较好适应环境的个体具有较强的存活能力和繁殖能力，会留下较多的后代；反之，其后代则少第三十页，共三十六页，编辑于2023年，星期日三、物种形成的机理物种（species）——形态上类似的，彼此能够交配的要求类似环境条件的生物个体的总和物种是生物分类的单元，同时也是遗传生殖和进化的单元种群(population)——是同一物种的一群个体，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地理隔离（geographicalisolation）——某些地理障碍如大的山脉、峡谷、海洋、河流等把生物相互隔开——一个种群被分成多个小种群，各自向不同方向发展第三十一页，共三十六页，编辑于2023年，星期日

地理隔离造成小种群间基因交流的阻断使基因库的差异越来越大，最终出现了生殖隔离(reproductiveisolation)，即不同小种群间的个体不能彼此交配和产生有生殖能力的后代新物种形成的方式：

地理隔离造成生殖隔离，生殖隔离导致新种的形成，这种形成新物种的方式称为“异地物种形成”（allopatricspeciation）——是生物进化过程形成新物种的主要方式环境的突变、生物个体基因的突变也有可能产生新物种植物多倍体的形成、人工杂交、自然杂交也能导致新物种的产生第三十二页，共三十六页，编辑于2023年，星期日人类的起源和进化一、人在自然界的地位和特征人的细胞结构属于真核细胞、异养、组织器官发达、能运动。人归属于动