普通生物学第6章：生物的起源与进化

第6章生物的起源与进化6.1生命的起源6.1.1对生命起源的认识1、自然发生论认为生物可以从非生命的物质直接产生。2、神创论生命是由超物质力量的神所创造的，或者是一种超越物质的先验所决定的。即地球上的各种生物，都是由上帝按照一定计划、一定目的创造出来的。3、天外种胚论地球生命来源于别的星球或宇宙的“胚种”，即地球上的生命是由天外飞来的。4、化学起源论认为在原始地球条件下，无机物可以转变为有机物，有机物可以发展为生物大分子和多分子体系直到最后出现原始的生命体。6.1.2生命起源的主要阶段

生命的起源发生在35亿年前，并经历了无机小分子→有机小分子→生物大分子→多分子体系→原始细胞4个阶段6.1.2.1由无机小分子生成有机小分子原始大气成分：氨、甲烷、氰化氢、硫化氢、二氧化碳、氢气和水蒸气。化学进化假说——奥巴林和霍尔丹在20世纪20年代提出。即原始大气成分在闪电、紫外线辐射、宇宙射线和高温提供能量的作用下,可自然地合成一系列小分子有机化合物.1953年，米勒的模拟实验，用无机物(如氨、甲烷、氢气等)制造出了11氨基酸。此后，其他研究者陆续又用不同配方的原始大气混合物，合成了所有20种氨基酸、以及嘌呤、嘧啶、脱氧核糖、脂肪酸等，若加磷时，ATP也能产生。DNA→RNA蛋白质系统6.1.2.2

由有机小分子生成生物大分子SindneyFox的实验，有机单分子→滚烫的沙粒、粘土或石块→水蒸发→类蛋白多肽。6.1.2.3多分子体系的形成实验一:类蛋白遇冷→微球体（具选择性渗透外膜）实验二:含脂有机成分遇冷/水→脂质体（表面具双分子层）实验三:多肽+核酸+多糖+磷脂等混合物→摇动→团聚体。6.1.2.4原始细胞生命的形成现代细胞中，最简单和最小的细胞是菌质体（mycoplasma），存在DNA→RNA→蛋白质的信息流。DAN/蛋白质哪个先产生？Cech的假说(20世纪80年代）：RNA可能是最早出现的生命活性物质.四膜虫的前体rRNA的非功能片段具有如下功能:（1）催化合成多聚核苷酸链;（2）切割降解多聚核苷酸链;（3）携带遗传信息.“RNAworld”学说RNARNA

原始生命系统DNA

生命系统启动反转录蛋白质合成为什么出现以DNA为核心的生命系统？6.2生物进化的主要历程

在多分子体系中,“DNA→RNA→蛋白质生命系统”的建立,就意味着原始细胞生命,即原核细胞的诞生.6.2.1原核细胞的进化原始的地球环境是无氧环境,最初的原核生物要经过如下进程:异养细菌(以有机物为养料进行无氧呼吸)→导致有机物减少→代谢途径变化→自养的蓝细菌(光合作用)出现→二者构成了原核生物时代的生态系统(突破营养控制的重大飞跃)→蓝细菌发展→氧气浓度增加→臭氧层(为真核生物的出现创造了条件).氧气→限制厌氧生物→需氧生物→多样的代谢方式(光自氧型、光异氧型、化能自氧型和化能异氧型等）6.2.2

真核细胞的起源细胞结构的差异不是在动植物细胞之间,而是在原核细胞和真核细胞之间.由原核细胞向真核细胞的进化就成为生命进化史上的重要事件内共生说（endosymbiotictheory）

原始的厌氧/异养原核生物以吞食有机物和其他原核生物为生,有时它们能容忍所捕获的原核生物在它们的体内生活下去,共同生活的结果,吞食者和被吞食者之间发生了共生关系.被吞食者就变成了细胞器.其中线粒体来源于需氧原核生物(紫细菌),质体来源于蓝细菌,运动器(鞭毛和微管系统)来自于螺旋体细菌.6.2.2

真核细胞的起源证据：1)线粒体和叶绿体都具有自主性活动.2)线粒体和叶绿体所含DNA是环状的，与细菌、蓝藻的相同,且与原核生物的DNA具有部分同源性。3)线粒体和叶绿体所含的核糖体与原核生物的相似，而与真核生物的不同，并且这两种细胞器也能够像原核生物一样进行无丝分裂。4)线粒体和叶绿体都有两层膜，内膜来自这些细胞器本身，外膜来自细胞的膜系统。弱点：不能解释细胞核的来源。6.2.3从单细胞生物到多细胞生物现在一般认为多细胞植物和多细胞动物都是起源于单细胞鞭毛生物，大约出现于6亿年前，这一过程是进化史上的重要事件。6.2.3.1多细胞植物的进化(分为4个阶段)1、藻类植物阶段单细胞藻类→多细胞藻类→大型藻类

2、蕨类植物阶段裸蕨→石松类→羽叶类→真蕨类

3、裸子植物阶段出现于2.8亿年前的二叠纪。

特点：配子体简化并寄生于孢子体上；种子繁殖；花粉管。

4、被子植物阶段

进化特征：

1）木质部出现导管，韧皮部出现筛管和伴胞。

2）种子具有果皮包被

3）具有双受精作用和三倍体胚乳。12346.2.3.2多细胞动物的进化分为2个阶段1、多细胞无脊椎动物阶段有化石记录始于古生代的寒武纪，那时的无脊椎动物多达7个门类，其中三叶虫最多，故称为“三叶虫时代”.之后取而代之的是昆虫。2、脊椎动物阶段，再分为5个阶段1）鱼类，盾皮鱼类→软骨鱼和硬骨鱼2）两栖类鱼石螈→坚头类和块椎类→弓椎类和壳椎类.3）爬行类杯龙类→恐龙类4）鸟类始祖鸟（古鸟亚纲）→今鸟亚纲.5）哺乳类最高级的脊椎动物。特征：胎生和哺乳.6.3生物进化的证据6.3.1化石证据化石：保存在地层中的生物遗体、遗骸、遗物和遗迹的总称。鸟类兴盛原始哺乳动物出现鱼类兴盛,昆虫及两栖类出现水生无脊椎动物繁盛棘皮,海绵,软体动物兴盛爬行类开始兴盛两栖类兴盛1）动物化石

元古代和古生代早期：原生动物、软体动物→古生代泥盆纪：鱼类繁盛，两栖类登陆→中生代：爬行类（恐龙）盛行，原始鸟出现→新生代：哺乳动物及随后的人类发展。鸟类兴盛原始哺乳动物出现鱼类兴盛,昆虫及两栖类出现水生无脊椎动物繁盛棘皮,海绵,软体动物兴盛爬行类开始兴盛两栖类兴盛2）植物化石

太古代、元古代、古生代早期：原始藻类发生发展→古生代的志留纪：植物登陆，出现原始的裸蕨和蕨类→古生代的石炭纪：种子蕨发展→中生代：裸子植物大发展→中生代末期和新生代：被子植物取代裸子植物成为地球主宰。被子植物繁盛被子植物兴起被子植物出现裸子植物繁盛裸子植物兴起,蕨类植物衰退种子蕨繁盛,裸子植物出现裸蕨和木本蕨繁盛陆生裸蕨出现藻类繁盛藻类兴起6.3.2胚胎学证据

从脊椎动物的胚胎发育来看,从卵裂开始到形态发生和早期的组织分化都很相似，反映了脊椎动物有共同的起源，即个体发育重演了脊椎动物系统发育所经历的主要阶段，这种现象称之为“重演律(lawofrecapitulation)”。鱼鸟蝾螈龟人

鱼蝾螈龟鸡猪狗兔人6.3.3比较解剖学证据

1、同源器官(homologous

organ)

是指在胚胎发育中具有相同/相似的来源,而外形和功能有显著差异的器官.如鸟的翅膀、蝙蝠的翼、鲸的鳍、哺乳动物的前肢、人的上肢等.是趋异演化的结果.马猫鲸鱼人蝙蝠原始的五趾型前肢2、同功器官（analogousorgan）是指形态和功能相似，而来源和构造不同的器官。如鸟和昆虫的翅膀。是趋同演化的结果.3、痕迹器官（vestigialorgan）指生物体内保存了对机体作用已经不大，而在祖先曾经发达的器官的痕迹。如人体保留了在哺乳动物中相当发达的动耳肌、阑尾、体毛和尾椎骨等痕迹；鲸体内保留有后肢骨的痕迹.6.3.4细胞遗传学证据每种生物都有自己特有的染色体组与核型特征，通过对不同生物染色体组的比较，就可以发现其间的亲缘与演化关系。另外，通过人工杂交的方式也可以判断两杂交生物之间的亲缘关系.例如，普通小麦为异源六倍体，2n=42，具有A、B、C3个不同的染色体组，其进化过程就是通过杂交来推断的.

一粒小麦(AA)×拟斯卑尔脱山羊草(BB)

（Triticum

monococcum)2n=14

（Aegilops

speltoides)2n=14

↓

属间杂种(2n=14,AB)

↓加倍拟二粒小麦

(AABB)×方穗山羊草

(DD)

(T.dicoccides)2n=28

(A.squarrosa)2n=14

↓

属间杂种（2n=21,ABD)

↓加倍普通小麦

(AABBDD)

(T.aestivum)2n=426.3.5分子生物学证据通过对不同生物DNA和蛋白质序列的比较分析，获取其相互之间的亲缘和演化关系。分子生物学方法的优点1）根据生物大分子结构上的差异程度，可以定量地计算出进化信息。2）对一些形态结构非常简单的微生物进化，运用此法比较有效。3）能对一些亲缘关系比较远的生物类群进行比较分析。6.4生物进化的理论

6.4.1拉马克学说1)环境对生物体影响的理论环境的改变能引起生物的变异,环境的多样性是生物多样性的主要原因.（a）家养动植物与野生动植物的不同全在于环境的不同.（b）植物受环境的影响比动物更为深刻.环境改变→机能改变→形态结构的改变→多代积累→变异巩固→形成新类型.（c）对没有神经系统/简单神经系统的动物来说,环境的影响也是深刻的,但对有神经系统和习性复杂的动物来说,环境的影响是间接的.2)生物按等级向上发展的理论

生物是进化的,并且是由低级向高级、由简单向复杂,按照一系列梯度等级逐步推移的,并认为生物本身存在由低级向高级发展的力量.

3)用进废退和获得性遗传理论用进废退:

经常使用的器官就发达,不使用的器官就退化.称为“用进废退法则”.获得性遗传：

如果增强或退化的器官为能生育的雌雄双亲所共有，则这样的变异就能通过生育和遗传加以保存.称为“获得性遗传法则”.6.4.2达尔文进化理论1.变异和遗传

一切生物都能发生变异,且变异是随机的和自发的,同时一部分变异能遗传给后代.2.繁殖过剩与生存斗争

生物是大量的繁殖的,但与有限的生存条件之间存在矛盾,通过生存斗争,有些生物存活下来,有些生物被淘汰或消失.3.自然选择适者生存/物竞天择适者生存(核心思想)

在自然状态下,生物个体存在大量变异,有的变异有利于使生物在生存斗争中生存下来,有的变异却使生物在斗争中处于不利的地位而被淘汰.4.性状分歧与物种形成

由于选择的作用,会使一个原始的共同的祖先类型出现许多性状极端歧异的类型,随着差异的积累