生命的起源和人类的起源课件.ppt
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- 生命 起源 人类 课件
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1、第十讲第十讲生命的起源和人类的起源生命的起源和人类的起源 一一.生命是什么生命是什么?-宇宙间一个尚未解决的问题宇宙间一个尚未解决的问题 Crick Crick 在在一书中写道一书中写道:“给给生命生命这这个词下定义是极为困难的个词下定义是极为困难的”。至今还没有一个为大多数科学家所接受的关于生命至今还没有一个为大多数科学家所接受的关于生命的定义。的定义。经典生物学经典生物学:认识到有细胞才有生命。:认识到有细胞才有生命。现代生物学现代生物学:把生命理解为比细胞更小的蛋白质,:把生命理解为比细胞更小的蛋白质,核酸等生物大分子。核酸等生物大分子。(一)对生命的认识(一)对生命的认识1.1.直观论
2、:直观论:凭凭直观直观(感性认识)和常识来理解生命。(感性认识)和常识来理解生命。“活的就是生命活的就是生命”这句话在哲学家看来是这句话在哲学家看来是“同义反复同义反复”。直观论者无法确认病毒是否有生命?直观论者无法确认病毒是否有生命?2.2.活力论活力论 Vitalism Vitalism:活力论认为生命的本质是一种未知的或起源活力论认为生命的本质是一种未知的或起源于神的于神的灵魂或活力灵魂或活力(Vitality)(Vitality)。一个死亡的细胞,同样具有核酸、蛋白质,一个死亡的细胞,同样具有核酸、蛋白质,但它是死的,看来细胞死与活的区别在于它们但它是死的,看来细胞死与活的区别在于它们
3、有没有有没有活力活力。MullerMuller(19421942年)认为生物具有特殊的年)认为生物具有特殊的能能,这种能被称为这种能被称为生命或活力生命或活力(Vital force)Vital force)。他。他将生命与生物体分开。将生命与生物体分开。3.3.机械论机械论 Mechanism Mechanism:Harvey Harvey等人认为生命现象可以用等人认为生命现象可以用机械的机械的原理原理加以阐明。加以阐明。认为人和一个用杠杆和弹簧装配起来的认为人和一个用杠杆和弹簧装配起来的机机器器没有本质的区别。没有本质的区别。4.4.还原论还原论 Reductionism Reductio
4、nism:认为生命现象可以用构成生命体的生命物质的认为生命现象可以用构成生命体的生命物质的物理、化学运动规律物理、化学运动规律来说明来说明蛋白质分子或核酸分子就其本质来说并不是活蛋白质分子或核酸分子就其本质来说并不是活的,在这个意义上,它同其他任何分子并没有的,在这个意义上,它同其他任何分子并没有什么区别。什么区别。试以薛定锷的负熵论为例:试以薛定锷的负熵论为例:热力学第二定律告诉我们,在一个孤立系统中发生的自发过热力学第二定律告诉我们,在一个孤立系统中发生的自发过程,其程,其熵熵总是增加的,表现为从有序向无序的演化方向。总是增加的,表现为从有序向无序的演化方向。生命的表现形式就是能不断地从外
5、界环境中吸取生命的表现形式就是能不断地从外界环境中吸取“负熵负熵”(以食物形式存在的物质和能以食物形式存在的物质和能),通过新陈代谢,把它们转),通过新陈代谢,把它们转化为高熵状态后,排出体外,从而使生物体这一化为高熵状态后,排出体外,从而使生物体这一开放系统开放系统的的总熵不致增加。总熵不致增加。生物体是通过增加环境中的熵值,使环境的无序性增加来创生物体是通过增加环境中的熵值,使环境的无序性增加来创造并维持自身的有序性的。生物的这种有序结构称为造并维持自身的有序性的。生物的这种有序结构称为耗散结耗散结构构(dissipative structure)dissipative structure
6、)。5.5.整体论整体论 Holism Holism:它认为,生物体是一个它认为,生物体是一个整体整体,它的各组成部分,它的各组成部分的规律,如:分子的规律、细胞的规律等,加起的规律,如:分子的规律、细胞的规律等,加起来不等于整体的规律,局部的规律只有在整体的来不等于整体的规律,局部的规律只有在整体的调节下才有意义,单靠生物体内的分子层次的规调节下才有意义,单靠生物体内的分子层次的规律是不能解释生物整体的属性的。律是不能解释生物整体的属性的。目前,还原论和整体论这两种意见还在继续争论。目前,还原论和整体论这两种意见还在继续争论。(二)生命的主要属性(二)生命的主要属性 尽管很难给尽管很难给“生
7、命生命”下一个科学的定义,下一个科学的定义,但是生命有一系列的但是生命有一系列的属性属性,即生命现象的一,即生命现象的一些共性。些共性。1.1.化学成分的同一性:化学成分的同一性:从元素成分上看:从元素成分上看:C C、H H、O O、N N、P P、S S、Ca Ca等。等。从分子成分上看:从分子成分上看:无机化合物:无机化合物:NaClNaCl、KCl KCl等等 有机分子:蛋白质、核酸、糖、脂、维生有机分子:蛋白质、核酸、糖、脂、维生 素素等。等。2.2.严整有序的结构:严整有序的结构:生物大分子生物大分子 细胞细胞 组织组织 器官器官 系统系统 个体。个体。生物体的各种化学成分在体内不
8、是随机堆砌在生物体的各种化学成分在体内不是随机堆砌在一起的,而是一起的,而是严整有序严整有序的。的。3.3.新陈代谢:新陈代谢:生物是生物是开放系统开放系统,生物和周围环境在不断地进行,生物和周围环境在不断地进行着物质的交换和能的流动。着物质的交换和能的流动。新陈代谢包括两个相反相成的过程:新陈代谢包括两个相反相成的过程:组成作用组成作用(anabolism)anabolism),分解作用分解作用(catalolism)catalolism)。各种生物的基本代谢过程一般也都是同一类型的。各种生物的基本代谢过程一般也都是同一类型的。4.4.应激性和运动:应激性和运动:生物都能接受外界刺激而发生一
9、定的反应。生物都能接受外界刺激而发生一定的反应。应激性应激性(irritability)irritability)是生物的普遍特性。是生物的普遍特性。5.5.稳态稳态 homeostasis homeostasis:生物体内环境的性质维持不变,即生生物体内环境的性质维持不变,即生物体内环境总是保持相对稳定。物体内环境总是保持相对稳定。6.6.生长发育:生长发育:生物体都能通过新陈代谢而生长发育。生物体都能通过新陈代谢而生长发育。生长发育是一个遗传决定的稳定的过程。生长发育是一个遗传决定的稳定的过程。7.7.繁殖和遗传:繁殖和遗传:生物能繁殖,并通过繁殖后代而使生命得以延生物能繁殖,并通过繁殖后
10、代而使生命得以延续下去。续下去。生物在繁殖过程中,把它们的特性传给后代,生物在繁殖过程中,把它们的特性传给后代,“种瓜得瓜,种豆得豆种瓜得瓜,种豆得豆”,这就是,这就是“遗传遗传”。生物的遗传是由生物的遗传是由基因基因所决定的,基因或基因的所决定的,基因或基因的组合发生了变化,生物的性状就要出现变异组合发生了变化,生物的性状就要出现变异(可遗传的变异)。(可遗传的变异)。8.8.适适 应:应:生物的结构都适合于一定的功能。生物的结构都适合于一定的功能。生物的结构和功能适合于该生物在一定的环境生物的结构和功能适合于该生物在一定的环境条件下的生存和延续。条件下的生存和延续。适应适应是生物界普遍存在
11、的现象。是生物界普遍存在的现象。二二.生生 命命 的的 起起 源源(一)有关生命起源的假说(一)有关生命起源的假说(1 1)神创论)神创论上帝创造万物,最后造成人。上帝创造万物,最后造成人。它将生命起源这一科学命题划入神学领域,是它将生命起源这一科学命题划入神学领域,是不科学的。不科学的。(2 2)灾变论)灾变论每一次灾变后,旧生物被毁没,新每一次灾变后,旧生物被毁没,新 的生物又被上帝重新创造出来。的生物又被上帝重新创造出来。(3 3)自然发生论)自然发生论生物是从非生物环境中自然发生物是从非生物环境中自然发生出来的。生出来的。如:腐草化萤、腐肉生蛆、淤泥生鼠如:腐草化萤、腐肉生蛆、淤泥生鼠
12、(4 4)宇生论)宇生论地球上的生命来自宇宙空间别的星球。地球上的生命来自宇宙空间别的星球。星际分子的发现:星际分子的发现:A.A.1963 1963年以来,陆续发现太阳系其他的行星上都有碳氢年以来,陆续发现太阳系其他的行星上都有碳氢化合物及其衍生物的存在,例如:氨、水、氰化氢、化合物及其衍生物的存在,例如:氨、水、氰化氢、甲醛、乙醛、甲酸、乙醇等。甲醛、乙醛、甲酸、乙醇等。B.B.1978 1978年上半年,已知由年上半年,已知由C C、H H、O O、N N构成的星际分子共构成的星际分子共3737种,其中种,其中8080是有机化合物。是有机化合物。C.C.2019 2019年,美国对火星表
13、面成分探测表明,火星上也含年,美国对火星表面成分探测表明,火星上也含有生物有机物。有生物有机物。陨石中有机化合物的发现:陨石中有机化合物的发现:A.A.从陨石的提取物中,已确定了许多有机化合物,从陨石的提取物中,已确定了许多有机化合物,如:各种碳氢化合物、氧化物、氮化物、硫化物如:各种碳氢化合物、氧化物、氮化物、硫化物及卤化物等。及卤化物等。B.B.1969 1969年年9 9月,月,澳大利亚麦启逊澳大利亚麦启逊附近落下一块陨石,附近落下一块陨石,从碎片成分分析中检出了天然型的氨基酸等。从碎片成分分析中检出了天然型的氨基酸等。(5 5)广为接受的生命起源学说)广为接受的生命起源学说 新的自然发
14、生学说:新的自然发生学说:19241924年苏联生物学家年苏联生物学家奥巴林奥巴林发表发表专著。专著。19291929年英国遗传学家年英国遗传学家霍尔丹霍尔丹也提出类似观点。也提出类似观点。19361936年奥巴林专著再版,他提出的生命起源学说引年奥巴林专著再版,他提出的生命起源学说引起世界重视。起世界重视。按照这个学说,生命是在长时期宇宙进按照这个学说,生命是在长时期宇宙进化过程中发生的,是宇宙进化的某一阶段无生命的化过程中发生的,是宇宙进化的某一阶段无生命的物质所发生的一个进化过程,而不是在现在条件下物质所发生的一个进化过程,而不是在现在条件下由非生命的有机物质突然产生的。由非生命的有机物
15、质突然产生的。所以,生命起源大约发生在距今所以,生命起源大约发生在距今45354535亿年间。亿年间。(二)生命的起源和演化过程,从逻辑上看可(二)生命的起源和演化过程,从逻辑上看可 被分为三个时期被分为三个时期:(1 1)前生物的前生物的“化学化学”时期,称为时期,称为化学进化化学进化(或称(或称为为 分子进化分子进化)时期。)时期。(2 2)复制复制“个体个体”(细胞)的自组织时期。(细胞)的自组织时期。(3 3)个体物种的进化期。个体物种的进化期。长期以来,人们关注的是第长期以来,人们关注的是第(3)(3)期,成果也最期,成果也最多,但对多,但对化学进化化学进化到到生物进化生物进化期至今
16、还未能从历期至今还未能从历史的角度和演化的观点来揭示非生命和生命之间史的角度和演化的观点来揭示非生命和生命之间的关系。的关系。1.1.从无机分子生成有机分子从无机分子生成有机分子 甲烷、氨、硫化氢、氰化氢、水蒸汽甲烷、氨、硫化氢、氰化氢、水蒸汽等等等等 紫外线紫外线 太阳辐射太阳辐射 提供能量提供能量 闪闪 电电 火山爆发火山爆发 合成一些简单的合成一些简单的 光、热光、热 雷鸣电闪雷鸣电闪 有机化合物有机化合物 有机酸、氨基酸、核苷酸、单糖、脂类有机酸、氨基酸、核苷酸、单糖、脂类等等等等支持此阶段的证据:支持此阶段的证据:1953 1953年美国芝加哥大学研究生年美国芝加哥大学研究生S.Mi
17、llerS.Miller(米(米勒)的模拟试验。勒)的模拟试验。1969 1969年年9 9月月澳大利亚麦启逊澳大利亚麦启逊落下一块陨石,从落下一块陨石,从碎片成份分析中找到氨基酸、嘧啶、脂酸等。碎片成份分析中找到氨基酸、嘧啶、脂酸等。2.2.从有机小分子合成生物大分子从有机小分子合成生物大分子 在原始海洋的岸边、岩石、粘土的表层或像在原始海洋的岸边、岩石、粘土的表层或像湖泊样的小水体中,湖泊样的小水体中,氨基酸氨基酸、核苷酸核苷酸等有机小分等有机小分子沉积,吸收能量,通过子沉积,吸收能量,通过溶液聚合溶液聚合或或浓缩聚合浓缩聚合的的方式生成原始的方式生成原始的蛋白质蛋白质、核酸核酸等生物大分
18、子。等生物大分子。支持此阶段的证据:支持此阶段的证据:美国福克斯(美国福克斯(F.FOX)F.FOX)试验证实试验证实:将氨基酸混合物倾倒在将氨基酸混合物倾倒在160160o oC200C200o oC C的热砂或粘土上,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。水分蒸发,氨基酸浓缩并化合生成类蛋白质分子。后来的类似实验后来的类似实验:HCN+NH HCN+NH3 3 类似肽的化合物类似肽的化合物 多聚磷脂酸多聚磷脂酸 单核苷酸单核苷酸 多核苷酸多核苷酸 5050o oC60C60o oC C3.3.从生物大分子生成多分子体系从生物大分子生成多分子体系奥巴林的团聚体学说奥巴林
19、的团聚体学说 生物大分子主要是蛋白质溶液和核酸溶液,合在生物大分子主要是蛋白质溶液和核酸溶液,合在一起时,可形成团聚体小滴,这就是一起时,可形成团聚体小滴,这就是多分子体系多分子体系,它,它具有一定的生命现象。具有一定的生命现象。混合混合 白明胶(蛋白质)阿拉伯胶(多糖)白明胶(蛋白质)阿拉伯胶(多糖)团聚体(小滴)团聚体(小滴)团聚体小滴的性质团聚体小滴的性质 (1 1)直径直径1m500m1m500m;(2 2)稳定存在几小时至几周;稳定存在几小时至几周;(3 3)外周增厚呈膜状结构,与周围水液有明显界限;外周增厚呈膜状结构,与周围水液有明显界限;(4 4)具有原始代谢特征;具有原始代谢特
20、征;(5 5)可以增长和繁殖。可以增长和繁殖。福克斯的微球体学说福克斯的微球体学说最初实验:最初实验:类蛋白质类蛋白质 微球体微球体 浓缩浓缩微球体的性质微球体的性质(1 1)直径直径1m2m1m2m(相当于细菌大小);(相当于细菌大小);(2 2)可吸纳周围环境的脂类,并形成膜状结构;可吸纳周围环境的脂类,并形成膜状结构;(3 3)膜表现选择透性,反映渗透压的变化;膜表现选择透性,反映渗透压的变化;(4 4)吸纳周围环境中蛋白质分子,微球体可吸纳周围环境中蛋白质分子,微球体可“增长增长”和和 “繁殖繁殖”。4.4.从多分子体系进化为原始生命从多分子体系进化为原始生命 无论哪一种多分子体系(团
21、聚体或微球体),无论哪一种多分子体系(团聚体或微球体),如果具备以下特征的综合,那么,如果具备以下特征的综合,那么,原始生命原始生命就诞就诞生了。生了。(1 1)具有脂双层膜围成的与周围环境隔开的含水囊泡。具有脂双层膜围成的与周围环境隔开的含水囊泡。(2 2)囊泡内有多种核酸、蛋白质、糖类大分子。囊泡内有多种核酸、蛋白质、糖类大分子。(3 3)能选择性地从周围环境中吸纳能选择性地从周围环境中吸纳“食物食物”。(4 4)利用利用“食物食物”的分解,复制自身一部分起核心作用的分解,复制自身一部分起核心作用的的 大分子。大分子。(5 5)囊泡因大分子增多而囊泡因大分子增多而“生长生长”和和“繁殖繁殖
22、”。原始生命是异养、厌氧的。原始生命是异养、厌氧的。DNA RNA 蛋白质体系的可能进化过程蛋白质体系的可能进化过程:RNA RNA DNA RNA 蛋白质蛋白质 蛋白质蛋白质 5.5.从原始生命进化到原始细胞从原始生命进化到原始细胞出现原始的细胞膜出现原始的细胞膜 原始祖细胞类似于今天的小的支原体。支原原始祖细胞类似于今天的小的支原体。支原体没有细胞壁,其外围是细胞膜,细胞质中只有体没有细胞壁,其外围是细胞膜,细胞质中只有核糖体,只含核糖体,只含DNADNA、RNARNA和多种蛋白质。它除了和多种蛋白质。它除了可以在细胞中寄生外,也能在无细胞系统的培养可以在细胞中寄生外,也能在无细胞系统的培
23、养基中生长、繁殖。体积相当于病毒大小,为细菌基中生长、繁殖。体积相当于病毒大小,为细菌的的1/10001/1000,直径约,直径约0.1m0.1m。自养生命的出现:自养生命的出现:卟啉卟啉是一种有色物质,能吸收太阳光是一种有色物质,能吸收太阳光能,进行光化学反应,有了卟啉就有了能,进行光化学反应,有了卟啉就有了自自养营养养营养。现代生物中的叶绿素、血红素及。现代生物中的叶绿素、血红素及各种细胞色素中均含有卟啉。各种细胞色素中均含有卟啉。自养型细胞的出现改变了地球的面目自养型细胞的出现改变了地球的面目(1 1)大气中有了氧,不再是大气中有了氧,不再是还原性还原性环境。环境。(2 2)大气上层有了
24、大气上层有了臭氧层臭氧层。有氧呼吸的产生是生命进化的一大飞跃有氧呼吸的产生是生命进化的一大飞跃(1)有氧呼吸极大地提高了生物从食物中获取有氧呼吸极大地提高了生物从食物中获取 能量的效率:能量的效率:无氧分解(糖无氧分解(糖 酵酵 解)解)有氧分解有氧分解1 mol 1 mol 葡萄糖葡萄糖 3.2%3.2%能量能量 60 60能量能量 2 2个个ATP 36ATP 36个个ATPATP(2 2)有氧呼吸生物的出现给生命世界带来了)有氧呼吸生物的出现给生命世界带来了第一次大繁荣:第一次大繁荣:出现了出现了多细胞生物多细胞生物 出现了出现了动物动物 出现了出现了植物植物 6.6.真核细胞的起源真核
25、细胞的起源 1970 1970年,年,Lynn MargulisLynn Margulis出版了出版了一书,提出了真核细胞起源的一书,提出了真核细胞起源的内内共生学说共生学说。原始厌氧原核细胞原始厌氧原核细胞 吞食需氧菌吞食需氧菌 细胞膜多重内褶细胞膜多重内褶 原核复合生物原核复合生物 内褶形成内质网、核膜等内褶形成内质网、核膜等 (共生关系)(共生关系)被吞食的原核生物被吞食的原核生物 演变为细胞器演变为细胞器 真核植物真核植物 细菌细菌 线粒体线粒体 真核动物真核动物 真核细胞真核细胞 真菌真菌 蓝藻蓝藻 叶绿体叶绿体 某些原生生物某些原生生物 内共生学说内共生学说7.7.在研究单细胞到多
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