生命的起源和演化(四)

生命的起源与进化（originoflife&biologicalevolution）人类最富有挑战性的思考生命起源的思考

什么是生命?

何时形成的?

如何形成?生物学家以细胞为基本结构单位具备新陈代谢、繁殖、遗传等特征张昀的定义：生命是高度组织化的物质结构，核酸、蛋白质等相互作用的生物大分子构成其分子基础，通过生物膜结构实现其内外之间和内部的分隔化，其内部的无数相关的生物化学反应循环通过耦联，并借助分隔化的结构而组成高度有序的、紧凑的生物化学反应平衡的有序状态，同时实现自身复制生物物理学家薛定谔：耗散结构：热力学第二定律：什么是生命？（生命是由核酸和蛋白质组成的、具有新陈代谢和自我复制能力并与外界环境不断进行物质和能量交换的多分子体系）生命起源天外胚种说自然发生化学起源说200亿年以前，没有能量，时间、空间150亿年前，宇宙大爆炸45亿年前-太阳系形成，地球形成35亿年前-化石记录生命起源于45-35亿年之间地球进化——生命起源于何时？35亿年前的兰细菌化石生命起源的基本条件原始大气（还原性）：H2O、NH3、CH4、H2S能源：热能、太阳能、放电原始海洋

原始气体冷凝汇流成海洋火山爆发和闪电的能量使气体合成简单有机物溅到岩石上的氨基酸聚合成肽链又重新回到水中各种大分子进化成原核细胞和真和细胞生命起源模式生命起源的主要阶段从无机小分子生成有机小分子从有机小分子合成生物大分子从生物大分子生成多分子体系从多分子体系进化为原始生命1.从无机小分子生成有机小分子原始大气（还原性）：H2O、NH3、CH4、H2SH2N2CO模拟原始地球还原性大气中雷鸣闪电的实验，开辟了生命起源研究的新途径

StanleyMiller的实验Miller——电极，得到35种有机物，其中有10种组成蛋白质的氨基酸高温、紫外线、γ射线已能合成出20种天然氨基酸中的17种首先甲烷与氨作用生成氰，甲烷与水作用生成醛类；然后氰、醛类与氨作用生成氨基腈（aminoni-trile）；氨基腈水解就生成氨基酸。2.从有机小分子合成生物大分子生物大分子包括蛋白质和核酸（1）陆相起源说：（2）海相起源说（3）深海“烟囱”起源说3.从生物大分子生成多分子体系（1）.团聚体模型：（2）微球体模型

奥巴林的团聚体学说

混合

白明胶＋阿拉伯胶团聚体（小滴）（蛋白质）（多糖）团聚体小滴的性质（1）直径1µm—500µm；（2）稳定存在几小时至几周；（3）外周增厚呈膜状结构，与周围水液有明显界限；（4）具有原始代谢特征；（5）可以增长和繁殖。

美国福克斯（F.FOX)试验证实：将氨基酸混合物倾倒在160oC—200oC的热砂或粘土上，水分蒸发，氨基酸浓缩并化合生成类蛋白质分子。

后来的类似实验：

HCN+NH3类似肽的化合物单核苷酸多核苷酸

50oC—60oC

福克斯的微球体学说微球体的性质（1）直径1µm—2µm（相当于细菌大小）；（2）可吸纳周围环境的脂类，并形成膜状结构；（3）膜表现选择透性，反映渗透压的变化；（4）吸纳周围环境中蛋白质分子，微球体可“增长”和“繁殖”。多分子体系具有下列性质，就成为原始生命（1）具有脂双层膜围成的与周围环境隔开的含水囊泡。（2）囊泡内有多种核酸、蛋白质、糖类大分子。（3）能选择性地从周围环境中吸纳“食物”。（4）利用“食物”的分解，复制自身一部分起核心作用的大分子。（5）囊泡因大分子增多而“生长”和“繁殖”。

4.从多分子体系进化为原始生命由多分子发展成原始生命的关键问题1.原始膜的起源磷脂双子层2.开放系统的建立3.遗传密码的起源（1）立体化学假说：沃依塞1966（2）“冻结说”：克里克1968（1）立体化学假说：原始的信息系统产生于前生物时期成核阶段的“原始汤”中，由于核酸碱基和游离氨基酸之间特殊的立体化学的相互作用，使各个特定的密码分配给予相应的氨基酸。（2）“冻结说”：在成核期间偶然形成的氨基酸和转运器之间的分配型式由于进化上的约束而被冻结起来，从而形成了遗传密码RNA世界论（S.Altman

T.R.Cech

）

（RNAworldtheory）先有鸡还是先有蛋？先有蛋白质还是先有核酸？RNA-第一个基因同时具有催化功能RNA世界论：指的是在生命起源的早期其关键作用的不是蛋白子，也不是DNA,而是具有催化作用的RNA。核酸和蛋白质起源的动力模型

赵玉芬曹培生（1994）磷氨基酸蛋白磷酰化氨基酸+氨基酸+核苷二核苷酸二肽氨基酸磷酸+氨基酸+核苷三核苷酸三肽氨基酸磷酸核酸蛋白多核苷酸多肽n氨基酸磷酸+n氨基酸+n核苷遗传密码的进化戴霍夫：密码是按照GNC----GNY----RNY----RNN-----NNN的路线进化的。N:GCAUY:CUR:GA作业：概念：生命化学进化米勒模拟实验海底“黑烟囱”陆相起源说海相起源说立体化学假说“冻结说”