生命起源与植物多样性的演化历程

1、1,第十七章 生命起源与植物多样性的演化历程,2,为什么对生命起源如此关注？ 好奇 无机物如何变成有机物的 无生命的有机物是如何变成有生命的有机物的 生命物质产生、进化的历程和机理,3,在生命起源研究方面人类的努力： 模拟试验：探讨生命在地球上起源的自然历程 人工合成生命物质：蛋白质和核酸 探索其它星球：有无生命和生命起源问题 古生物化石分析：回答生命起源的时间、地点等问题,4,生命起源争论： 特创论： 物种起源（ 1859年，达尔文）问世后，该论被多数人否定； 起源于地球： （1）根据化学进化学说，大海是生命的摇篮，在海洋中由元素无机小分子物质有机小分子物质有机高分子物质多分子体系原始生命的

2、诞生。 （2）同源说：地球与生命是同时形成的。 起源于太空：陨石中发现了许多氨基酸；射电天文望远镜和宇宙飞船支持。,5,最原始的生命是何时诞生的？ 最古老的生物化石发现于澳大利亚西海岸， 距今约35亿年前。 1965年美国Sol Spiegelman在试管中复制了成功了RNA病毒，两年后又有人离体复制了一个DNA病毒。,6,第二节 真核藻类的起源与演化,寒武纪Cambrian时代出现真核细胞藻类,7,藻类化石,8,估计在距今1814亿年间出现； 真核生物的核可能来自中核，细胞器的起源是“内共生”而来； 元古代晚期至古生代志留纪是藻类分化、发展和繁盛的时期； 原始绿藻可能是绿色植物的祖先； 原绿

3、藻的地位？ 红藻与蓝藻关系近； 鞭毛藻类的位置？,9,(Porter, 2006),10,第三节 蕨类植物和苔藓植物的发生与演化,一、裸蕨植物和苔藓植物的产生与演化,志留纪Silurian到泥盆纪Devonian早期陆生植物裸蕨及苔藓植物出现,11,苔藓植物产生与演化,观点1：由配子体发达的藻类产生； 观点2：由裸蕨孢子体退化而形成； 观点3：苔藓与蕨类都来自绿藻并经平行演化而来。,12,苔藓植物的演化,观点1：苔藓植物是进化中的盲支 观点2：苔藓植物是进化中的分支,13,The seas of the Silurian Period(珊瑚虫 corals, 鹦鹉螺nautiloid, 海百合

4、crinoids and 腕足类动物 brachiopods ),珊瑚虫,腕足类动物,海百合,鹦鹉螺,14,典型的泥盆纪珊瑚礁的生物区系Biota of a typical Devonian coral reef,15,裸蕨Psilophyton和星木Asteroxylon,裸蕨,星木,16,叶及孢子叶的起源,17,二、蕨类植物的繁盛（石炭纪Carboniferous）,18,鳞木属Lepidodendron,19,封印木属Sigillaria（起源于鳞木）,20,芦木属Calamites,21,蕨类植物出现不早于晚志留纪； 石松类植物最早发现于志留纪，繁盛于石碳纪（磷木属、封印木属，灭绝于二

5、叠纪到三叠纪）； 木贼类植物出现于泥盆纪，繁盛于石炭纪。 真蕨类植物最早出现于中泥盆纪，石炭纪曾大量灭绝，三叠纪和侏罗纪发展许多新类群，是现代蕨类的前身。 木本蕨类至二叠纪后相继灭绝，现仅见桫椤。之后，裸子植物占据主要地位。,22,第四节 裸子植物的发生和演化,最早出现于泥盆纪的古蕨属Archaeopteris,23,种子蕨类髓木属medullosa,泥盆纪出现，繁盛于石炭纪 单性孢子叶球的类型进化为拟苏铁（进一步演化为苏铁和买麻藤植物）和苛得狄植物（演化为其它裸子植物） 两性孢子叶球者进化为本内苏铁和半被子植物,24,二叠纪Permian,25,左图为出现于二叠纪的科达树Cordaites（

6、演化为银杏、红豆杉和松柏纲） 上图为出现于二叠纪的本内苏铁Bennettitinae,26,裸子植物的繁盛（三叠纪Triassic）,27,侏罗纪Jurassic(松柏类繁盛，被子植物出现),28,白垩纪Cretaceous（被子植物发展）,29,中生代Mesozoic Era（三叠纪到白垩纪）,30,31,32,第五节 被子植物的起源与演化,一、被子植物发生的时间 研究方法：化石，如叉网叶属Furcula（三叠纪）；舌羊齿（二叠纪）；花粉化石 分子生物学（叶绿体基因rbcl） 分子生物学和其他结构和技术的结合,33,白垩纪中期发现的植物化石,34,二、被子植物的发生地,（一）高纬度起源说 （

7、二）中低纬度起源说,35,36,三、被子植物的祖先,真花说 假花说,37,第六节 被子植物的分类系统,恩格勒系统（假花说） 第一个较完善的自然分类系统 将单子叶植物放于双子叶植物之前 哈钦松系统（真花说） 双子叶植物分为木本和草本两大平行发展支 单子叶植物起源于毛茛目，分化为萼花群、冠花群和颖花群 塔赫他间系统（真花说） 首次冲破了双子叶植物的离瓣花和合瓣花的概念 被子植物起源于种子蕨，通过幼态成熟（neoteny）演化而成 建立芍药目芍药科 草本植物由木本植物演化而来 单子叶植物起源于原始的水生双子叶植物睡莲目莼菜科 克朗奎斯特系统 现代被子植物亚纲不可能从现存的其他亚纲进化来 木兰亚纲是被

8、子植物的基础复合群；柔荑花序各目起源于金缕梅目 单子叶植物起源于类似现代睡莲目的祖先，泽泻亚纲是百合亚纲进化线上近基部的一个侧枝,38,亚纲的系统关系,前被子植物,菊亚纲,蔷薇亚纲,木兰亚纲,金缕梅亚纲,石竹亚纲,五桠果亚纲,槟榔亚纲,百合亚纲,鸭跖草亚纲,姜亚纲,泽泻亚纲,39,第七节 植物进化的规律,一、植物类群演化的趋势 能从植物类群上分析细胞、组织、器官、生活史的演化 二、单元起源和多元起源 了解不同学者观点 三、趋同、趋异和平行演化 理解概念,40,四、原始性状和进化性状 不要以一点特征或几个非重要特征进行比较，而应全面对比。 同一物种可以同时具有进化或原始性状,41,五、植物进化的

9、速率 分类群的进化是形态演进（aromorphosis）过程，也是演化前进和上升的方向。各个分类群在时间和空间上的发展，其演化速率不同，甚至有些类群长期保留原始性状，尤其是在生境中不占优势的那些类群。 有些植物既具有进化的性状，也具有较原始的性状。这种性状进化速率不同的现象被称为异速进化或称镶嵌进化。如在较原始的毛茛科中，乌头属（Aconitum）和飞燕草属（Delphinium）具有较进化的两侧对称花，果实却是原始的聚合蓇葖果；类叶升麻属（Actaea）的果实却是进化的浆果。,42,几个问题的探讨,什么是生命？最简单的细胞与最复杂的化学分子之间存在巨大差异。细胞是真正的生命。细胞生命之前的进

10、化为化学进化，细胞什么之后出现的进化是生物进化；前者是化学过程支配，后者是生物学过程（变异、遗传、选择）支配。 超循环组织（hypercyclic organization）：在化学演化与生物进化之间存在一个分子自我组织阶段，通过生物大分子的自我组织建立起超循环组织并过渡到原始的有细胞结构的生命。（1971年 德国 M. Eigen） 阶梯式过渡模式（1984年奥地利 Schuster，1993年美国kauflman）：小分子-杂聚合物-多核苷酸-分子准种-超循环组织-分割结构-细胞生命,43,几个问题的探讨,生命的本质：是主要由核酸和蛋白质组成的，具有不断自我更新能力的，以及向多方向发生突变并可复制自身的多分子系统。生命是物质的，是物质存在和运动的特殊形式。生命物质？C、H、O、N、P、S，Ca、Mg、Na、Cl等；大分子：核酸、蛋白质、糖、脂质、维生素；而单体是一致的，如蛋白质，主要20种氨基酸组成，？ 生物体结构的有序性和功能的复杂性 如蛋白质的1，2，3级结构,44,课堂讨论安排,第十二周 生命起源与植物多样性演化历程（讨论课） 生物101班：重点-生命起源与原核生物产生 真核藻类的起源与演化 生物102班：重点-蕨