1、CompanyLOGO一、进化、生物进化与进化生物学一、进化、生物进化与进化生物学二、从进化论到进化生物学二、从进化论到进化生物学三、进化生物学的研究现状和发展的新方向三、进化生物学的研究现状和发展的新方向四、学习和研究进化生物学的意义和方法四、学习和研究进化生物学的意义和方法什么是“进化”?v书面作业(10003000字)达尔文进化论是在什么样的背景下产生的?你认为达尔文进化论是否过时?为什么?(纸质本3月13日前交给助教)(星期一)v请你例举地球上的生物请你例举地球上的生物?v请你想像如果地球上没有这些生物请你想像如果地球上没有这些生物将是什么样子将是什么样子?v你有没有想过地球生物是来自
2、何处你有没有想过地球生物是来自何处?是怎样来的是怎样来的?v有没有想过地球生物这样千姿百态有没有想过地球生物这样千姿百态其成因其成因?什么是生命?地球生命是怎么来的?一一二二三三四四生命的本质生命的本质生命在地球上的起源生命在地球上的起源有关生命起源问题的探索有关生命起源问题的探索遗传密码的起源与进化遗传密码的起源与进化一、生命的本质一、生命的本质v生命是物质运动的特殊形式生命是物质运动的特殊形式（一）生命的物质基础（一）生命的物质基础1.生物体化学成分的同一性生物体化学成分的同一性 目前已确定自然中有近目前已确定自然中有近60元素种构成生物体，主要有元素种构成生物体，主要有C、H、O、N、P
3、和和S，其次是，其次是Ca、Mg、Na和和Cl等。等。生物除含有生物除含有70的水和无机物外，还含有多种有机分子，的水和无机物外，还含有多种有机分子，如核酸、蛋白质、糖类、脂类和维生素等。各种生物蛋白如核酸、蛋白质、糖类、脂类和维生素等。各种生物蛋白质的单体包括质的单体包括20种氨基酸，且都是种氨基酸，且都是L型，构成生物核酸的型，构成生物核酸的单体均是单体均是8种核苷酸。种核苷酸。2.结构的有序性结构的有序性和和功能的复杂性功能的复杂性 蛋白质和核酸是生命的主要物质基础。蛋白质和核酸是生命的主要物质基础。蛋白质蛋白质：一级结构：一级结构二级结构二级结构三级结构三级结构四级结构四级结构 核苷酸
4、核苷酸:DNA、RNA 的结构的结构（二）生命活动的基本特征（二）生命活动的基本特征1.自我更新自我更新（1）生物体的自我更新）生物体的自我更新v 同化同化作用作用与异化作用与异化作用v 二者相互转换二者相互转换v 相互渗透相互渗透（2）生物体与外界环境条件的特殊联系）生物体与外界环境条件的特殊联系v 生物体在生长发育过程中需要一定的环境条件，主动地生物体在生长发育过程中需要一定的环境条件，主动地从周围环境中吸取所需地营养物质，体现从周围环境中吸取所需地营养物质，体现主动性和选择主动性和选择性性。v 这种联系也是生物体生存和发展的必要条件。生物有机这种联系也是生物体生存和发展的必要条件。生物有
5、机体是一个开放系统，它和周围环境不断进行体是一个开放系统，它和周围环境不断进行物质交换物质交换和和能量流动能量流动。2.自我复制自我复制v 自我复制是生命活动地另一个基本特征，体现在分子、自我复制是生命活动地另一个基本特征，体现在分子、细胞、个体，以致群体水平等不同层次上。（细胞、个体，以致群体水平等不同层次上。（Fig:DNA的半保留复制）的半保留复制）3.自我调控自我调控trp操纵子是负责色氨酸合成的操纵子。是由一个启动子和一个操纵基因区组成。该操纵基因控制一个编码色氨酸生物合成需要的5种蛋白的多顺反子mRNA的表达。4.自我突变自我突变v 突变突变DNA分子结构内部的改变，是发生了化学变
6、化分子结构内部的改变，是发生了化学变化。e.g.e.g.安康羊的由来：安康羊的由来：17911791年，在美国新英格兰的一户农民赛斯年，在美国新英格兰的一户农民赛斯怀特（怀特（Seth Seth WrightWright）家的羊群里，发现了一只背长腿短且略弯曲的雄绵羊。）家的羊群里，发现了一只背长腿短且略弯曲的雄绵羊。由于腿短，它跳不过羊圈篱笆，故而易于圈养。经过怀特的精心由于腿短，它跳不过羊圈篱笆，故而易于圈养。经过怀特的精心选育，一个新的绵羊品种选育，一个新的绵羊品种-安康羊（安康羊（Ancon sheepAncon sheep）产生了。达尔）产生了。达尔文对此很感兴趣，曾将该例收录在他的
7、著作文对此很感兴趣，曾将该例收录在他的著作动物和植物在家养动物和植物在家养下的变异下的变异一书中。但安康羊在一书中。但安康羊在18701870年左右绝种了。这种短腿羊，年左右绝种了。这种短腿羊，最初是在其亲代的生殖细胞中的基因产生了变化而导致的。基因最初是在其亲代的生殖细胞中的基因产生了变化而导致的。基因的变化称为基因突变。的变化称为基因突变。大约在大约在19201920年左右，挪威一户农民年左右，挪威一户农民 的羊群里，又突然出现了一只短腿羊，的羊群里，又突然出现了一只短腿羊，这是因为又新产生了一次基因突变。这是因为又新产生了一次基因突变。由此又重新育成了一个短腿绵羊的新由此又重新育成了一个
8、短腿绵羊的新 品种。品种。5 生命活动的节律性生命活动的节律性v生物节律 天(24 小时)非常普遍 月 一些海洋生物随潮水变化的周期 年非常普遍二、生命在地球上的起源二、生命在地球上的起源v（一）人类对生命起源的几种认识（一）人类对生命起源的几种认识v（二）生命起源的条件（二）生命起源的条件v（三）生命起源的过程（三）生命起源的过程生命起源的化学演化生命起源的化学演化学说学说（一）人类对生命起源的几种认识（一）人类对生命起源的几种认识v 1 原始的自然发生论原始的自然发生论 认为生物可以从非生命的物质直认为生物可以从非生命的物质直接而迅速地产生出来。这不符合事物的发展规律。接而迅速地产生出来。
9、这不符合事物的发展规律。v 2“天创论天创论”（神创论）（神创论）天创论。天创论。v 3“生生论生生论”与与“天外胚种论天外胚种论”（1）“生生论生生论”又称又称“生源论生源论”16691669年意大利医生弗朗西斯科第一次实验说明腐肉不能年意大利医生弗朗西斯科第一次实验说明腐肉不能生蛆（如下图）。生蛆（如下图）。16751675年，荷兰人列文胡克在显微镜中观察年，荷兰人列文胡克在显微镜中观察到细菌等微生物。到细菌等微生物。直到直到1919世纪，法国微生物学家巴斯德设计实验说明微生世纪，法国微生物学家巴斯德设计实验说明微生物并非自然发生。物并非自然发生。（2 2）天外胚种论）天外胚种论v 这一学
10、说认为地球上的生命是天外飞来的。有人认为，带有有机分子的尘埃可以由彗星带到地球上，从而使地球上有了生命。v 宇宙空间的确有简单的有机物生成，为宇宙论提供了依据，但不能说明地球上的生命就是来自天外。4 新自然发生论新自然发生论 认为地球上的生命起源是通过化学的途径实现的。无机物有机物生物大分子。（德国自然哲学家奥肯1809年）20世纪50年代的Miller的放电实验。（二）生命起源的条件（二）生命起源的条件v1 1 宇宙的起源和地球的诞生宇宙的起源和地球的诞生 大爆炸理论大爆炸理论 （137137亿年前）亿年前）康德拉普斯星云学说（关于太阳系康德拉普斯星云学说（关于太阳系起源）起源）v2 2 早
11、期地球条件早期地球条件:地球诞生于地球诞生于4646亿年前亿年前 （1 1）初生大气烟消云散）初生大气烟消云散 （2 2）次生大气）次生大气(原始大气原始大气)的形成的形成 不含游离氧的次生大气又称原始大气，为不含游离氧的次生大气又称原始大气，为地球上的生命起源提供了地球上的生命起源提供了原始素材原始素材。（3 3）原始海洋的诞生）原始海洋的诞生 地球上的原始海洋为生命的起源提供了地球上的原始海洋为生命的起源提供了场场所所。v3 3 早期地球可以利用的能源早期地球可以利用的能源 （1 1）热能）热能 （2 2）太阳能）太阳能 （3 3）放电）放电 (4)(4)宇宙射线、放射线、陨石冲击等宇宙射
12、线、放射线、陨石冲击等（三）生命起源的过程（三）生命起源的过程生命起源的化学演化学说生命起源的化学演化学说v 原始生命诞生在距原始生命诞生在距今今3738亿年前亿年前后。原始生命诞生后。原始生命诞生之后开始了生物进之后开始了生物进化。化。（距今（距今35亿年的丝状微化石）亿年的丝状微化石）（生命进化过程时间表）（生命进化过程时间表）1 从无机小分子生成有机小分子从无机小分子生成有机小分子 （1）第一次化学反应）第一次化学反应 在地球形成的同时进行在地球形成的同时进行 （2）炭氢化合物、氮衍生物的生成）炭氢化合物、氮衍生物的生成 a.氨基酸的形成氨基酸的形成 米勒的实验为生命起源的化学演米勒的实
13、验为生命起源的化学演化提供了实验依据化提供了实验依据（见右图）（见右图）b.核苷酸的形成核苷酸的形成 不少学者模拟早期地球条件，采不少学者模拟早期地球条件，采用简单能源先后合成了嘌啉、嘧啶、用简单能源先后合成了嘌啉、嘧啶、核糖。核糖。c.卟啉的生成卟啉的生成 卟啉是生物体内某些重要色素的卟啉是生物体内某些重要色素的组成部分，如叶绿素和血红素。它的组成部分，如叶绿素和血红素。它的生成为光合作用奠定了基础。生成为光合作用奠定了基础。1953,Stanley Miller and Harold Urey tested the Oparin-Haldane hypothesis by creating
14、,in the laboratory.2 从有机小分子发展成生物大分子从有机小分子发展成生物大分子v（1 1）蛋白质和核酸起源问题）蛋白质和核酸起源问题 其一其一是以奥巴林和原田馨为代表，认为生命起源的化学演化是以奥巴林和原田馨为代表，认为生命起源的化学演化实质是蛋白质的形成与演化，在功能上先有代谢，后有复制，实质是蛋白质的形成与演化，在功能上先有代谢，后有复制，认为蛋白质首先起源。认为蛋白质首先起源。支持这一看法的事实是有些蛋白质的支持这一看法的事实是有些蛋白质的合成不需要核酸为其编码。合成不需要核酸为其编码。其二其二是以里奇和奥格尔为代表，认为生命起源的化学演化实是以里奇和奥格尔为代表，认
15、为生命起源的化学演化实质是核酸分子的形成与演化，认为在功能上是先有复制，后质是核酸分子的形成与演化，认为在功能上是先有复制，后有代谢，核酸首先起源，因为核酸是遗传信息的载体，它控有代谢，核酸首先起源，因为核酸是遗传信息的载体，它控制着蛋白质的合成等。制着蛋白质的合成等。支持依据包括支持依据包括DNA和和RNA具有酶活性。具有酶活性。其三其三是以迪肯森为代表，认为核酸与蛋白质共同起源，复制是以迪肯森为代表，认为核酸与蛋白质共同起源，复制与代谢两者相依为命。与代谢两者相依为命。蛋白质合成的蛋白质合成的中间产物氨基酸腺苷酸中间产物氨基酸腺苷酸盐盐既可以使氨基酸缩合成多肽，又因为它含有碱基又可形成既可
16、以使氨基酸缩合成多肽，又因为它含有碱基又可形成多核苷酸。又称多核苷酸。又称“赵玉芬曹培生理论赵玉芬曹培生理论”，提出磷酰化氨基，提出磷酰化氨基酸是核酸和蛋白质最小单元的结合体。酸是核酸和蛋白质最小单元的结合体。目前，倾向于第三种看法。目前，倾向于第三种看法。蛋白质说蛋白质说核酸说核酸说共同起源说共同起源说核酸与蛋白共同起源的动力学模型核酸与蛋白共同起源的动力学模型（2）关于核酸和蛋白质起源的三大分支学说关于核酸和蛋白质起源的三大分支学说v 陆相起源说：陆相起源说：核酸核蛋白之形成的缩合反应是在大陆火山附近，核酸核蛋白之形成的缩合反应是在大陆火山附近，哪里是氨基酸或核酸缩合的理想场所。哪里是氨基
17、酸或核酸缩合的理想场所。v 海相起源说：海相起源说：在原始海洋中，小想对分子质量的氨基酸和核苷酸在原始海洋中，小想对分子质量的氨基酸和核苷酸可以吸附在粘土、蒙脱石一类物质的活性表面，在适当的缩合剂可以吸附在粘土、蒙脱石一类物质的活性表面，在适当的缩合剂存在时，可以发生脱水，缩合成高想对分子质量的聚合物。存在时，可以发生脱水，缩合成高想对分子质量的聚合物。v 深海深海“烟囱烟囱”起源说：起源说：海水和洋脊下的岩浆体之间有物质和能量海水和洋脊下的岩浆体之间有物质和能量交换，与热水一起喷出的有各种气体交换，与热水一起喷出的有各种气体 和金属及非金属，金属与硫化氢反应和金属及非金属，金属与硫化氢反应
18、生成硫化物沉淀于喷口周围，逐步堆生成硫化物沉淀于喷口周围，逐步堆 积成黑色的烟囱状构造。这里有一个积成黑色的烟囱状构造。这里有一个 温度梯度和化学反应梯度。温度梯度和化学反应梯度。以上三种说法，都应当被认为是以上三种说法，都应当被认为是 有道理的，有道理的，“原始生命存在不同原始生命存在不同 时间，不同地点曾多次发生、分解时间，不同地点曾多次发生、分解 又重新形成又重新形成”。3 由生物大分子组成多分子体系由生物大分子组成多分子体系v（1 1）团聚体模型）团聚体模型 2020世纪世纪5050年代奥巴林曾将白明胶水溶液和阿拉年代奥巴林曾将白明胶水溶液和阿拉伯胶水溶液混合，发现混合后使原本澄清的液
19、体伯胶水溶液混合，发现混合后使原本澄清的液体变得混浊了，显微镜下观察发现了许多大小不等变得混浊了，显微镜下观察发现了许多大小不等的小滴，把它称为的小滴，把它称为团聚体团聚体。在一定的条件下团聚体可进行所谓的在一定的条件下团聚体可进行所谓的生长、生长、分裂分裂，具备原始生命的萌芽。，具备原始生命的萌芽。Coacervate droplets formed by interaction between gelatine and gum arabic.A.I.Oparin v（2 2）类蛋白质微球体模型）类蛋白质微球体模型 FoxFox把多种氨基酸干热聚合形成的酸性类蛋白把多种氨基酸干热聚合形成的酸
20、性类蛋白质放入稀薄的盐溶液中冷却，或将其溶于水使温质放入稀薄的盐溶液中冷却，或将其溶于水使温度降低到度降低到0 0，在显微镜下观察会看到大量直径，在显微镜下观察会看到大量直径0.5-3微米的均一球状小体，即微米的均一球状小体，即类蛋白微球体类蛋白微球体。改变其改变其PH值，可清楚看到其值，可清楚看到其双层膜结构；双层膜结构；有出芽现象有出芽现象，但在组成上没有核酸成分。，但在组成上没有核酸成分。类蛋白质微球体4 由多分子体系发展成原始生命由多分子体系发展成原始生命v（1 1）原始膜的起源）原始膜的起源 一般认为随着浓缩机制的发展，多分子体系的一般认为随着浓缩机制的发展，多分子体系的形成，就可以
21、产生这种界膜。另外，戈尔达克尔形成，就可以产生这种界膜。另外，戈尔达克尔提出类脂蛋白质囊假说，认为原始海洋中类脂和提出类脂蛋白质囊假说，认为原始海洋中类脂和蛋白质之间互相作用逐渐形成囊状，把富含有机蛋白质之间互相作用逐渐形成囊状，把富含有机物的海水包进去，使之成为一个独立于环境的原物的海水包进去，使之成为一个独立于环境的原始生命体。始生命体。e.g.e.g.磷脂分子结构磷脂分子结构v（2 2）开放系统的建立）开放系统的建立 生命现象的本质特征是不断地与环境进行物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，作为原始生命体必然是一个开质和能量交换，作为原始生命体必然是一个开放系统。放系统。
22、e.g.e.g.奥巴林实验奥巴林实验组蛋白组蛋白+多核苷酸团聚体多核苷酸团聚体三三 遗传密码的起源与进化遗传密码的起源与进化v（一）最早的遗传密码子（一）最早的遗传密码子 最早的遗传密码就是三体密码。最早的遗传密码就是三体密码。v（二）密码进化的方向（二）密码进化的方向 密码进化是由容许错误向减少错误的方向发展，是向着利于生物稳定密码进化是由容许错误向减少错误的方向发展，是向着利于生物稳定的方向发展。的方向发展。例例1：克里克的摆动假说：克里克的摆动假说 例例2：当密码子的第一个碱基发生错误时，即使氨基酸发生变化，蛋：当密码子的第一个碱基发生错误时，即使氨基酸发生变化，蛋 白质的功能不受影响，
23、因为转变前后的氨基酸化学性质相似。白质的功能不受影响，因为转变前后的氨基酸化学性质相似。（三）密码的进化过程（三）密码的进化过程 据戴霍夫的推测，在化学进化和生物进化过程中，据戴霍夫的推测，在化学进化和生物进化过程中，遗传密码经历了遗传密码经历了GNCGNYRNYRNNNNN5个阶段的变化。个阶段的变化。N可以是可以是G、C、A、U中任何一种中任何一种碱基；碱基；Y=C或或U；R=G或或A。a.由由G、C的高含量比例推测：最早的密码通式是的高含量比例推测：最早的密码通式是GNC（GGC、GCC、GAC、GUC），分别决定甘、），分别决定甘、丙、天冬和缬丙、天冬和缬4种氨基酸，这也是蛋白质中含量
24、最种氨基酸，这也是蛋白质中含量最多、最常见的。多、最常见的。b.随着化学进化中氨基酸种类的增加，遗传密码也随着化学进化中氨基酸种类的增加，遗传密码也由由GNC GNY。这种扩展仍决定。这种扩展仍决定4种氨基酸，但种氨基酸，但已增加了信息已增加了信息RNA突变的可能性。突变的可能性。c.以后又由以后又由GNY RNY，这样翻译出来的蛋白，这样翻译出来的蛋白质便可含多达质便可含多达8种氨基酸。种氨基酸。d.接着再由接着再由RNY RNN，可决定，可决定13种氨基酸参种氨基酸参与蛋白质合成，而且出现了起始密码与蛋白质合成，而且出现了起始密码AUG，为一，为一个信息个信息RNA包括包括1个以上的基因提
25、供了可能。个以上的基因提供了可能。e.由由RNN NNN，使参加蛋白质的氨基酸增加，使参加蛋白质的氨基酸增加到到20种，侧基复杂的氨基酸如苯丙氨酸、酪氨酸、种，侧基复杂的氨基酸如苯丙氨酸、酪氨酸、半胱氨酸、色氨酸、精氨酸、组氨酸、脯氨酸等半胱氨酸、色氨酸、精氨酸、组氨酸、脯氨酸等都是在这次扩展中出现的，同时还出现了都是在这次扩展中出现的，同时还出现了3个无个无义密码，充当肽链合成中的终止信号，构成现在义密码，充当肽链合成中的终止信号，构成现在的遗传密码表。的遗传密码表。v戴霍夫关于密码子进化的路线是：戴霍夫关于密码子进化的路线是：GNCGNY RNY RNN NNN该进化学说是目前最合理的假说
26、，包含了一体、二体和三体学说。四四 有关生命起源问题的探讨有关生命起源问题的探讨（一）陨击作用与生命起源（一）陨击作用与生命起源 早期地球陨击作用十分频早期地球陨击作用十分频繁，陨星将大量简单的有机分繁，陨星将大量简单的有机分子带到地球，促进了地球上生子带到地球，促进了地球上生命起源的化学演化。命起源的化学演化。著名的美国亚利桑那州巴著名的美国亚利桑那州巴林杰陨石坑林杰陨石坑（二）（二）其它天体上是否有生命其它天体上是否有生命 1 月球月球 科学家们经过认真的检测没有发现任何生命科学家们经过认真的检测没有发现任何生命的痕迹。的痕迹。2 金星、木星、土星、火星上是否有生命？金星、木星、土星、火星
27、上是否有生命？由各星球大气组成和温度范围的探测推测：由各星球大气组成和温度范围的探测推测：金星、木星和土星上也不会有生命；火星上可能金星、木星和土星上也不会有生命；火星上可能存在类似早期地球上的那种原始嫌气性的低等生存在类似早期地球上的那种原始嫌气性的低等生命类型。命类型。3 太阳系以外的星球上是否有生命？太阳系以外的星球上是否有生命？宇宙空间约有宇宙空间约有109个像太阳那样的恒星，不个像太阳那样的恒星，不能排除其他星球上生命存在的可能。能排除其他星球上生命存在的可能。e.g.火星上有过水的痕迹火星上有过水的痕迹v 火星上几个大峡口的图片证明火星上一度是一片汪洋，这火星上几个大峡口的图片证明
28、火星上一度是一片汪洋，这意味着火星上有过生命出现的可能性大大增加。新近研究意味着火星上有过生命出现的可能性大大增加。新近研究表明，火星每平方公里拥有的水量曾经超过地球。表明，火星每平方公里拥有的水量曾经超过地球。v 据称，在这项研究中人类首次在火星大气中探测到氢原子。据称，在这项研究中人类首次在火星大气中探测到氢原子。在对火星大气中氢原子数量的测定结果进行分析之后，研在对火星大气中氢原子数量的测定结果进行分析之后，研究人员表示大量氢原子的存在说明火星曾经水源丰富，这究人员表示大量氢原子的存在说明火星曾经水源丰富，这就使得这颗红色星球上曾经出现过生命的可能性显著增加。就使得这颗红色星球上曾经出现过生命的可能性显著增加。THE END!
