生命的起源与演化生命的起源课件.ppt

1、第一章：生物體的基本構造與功能第一章：生物體的基本構造與功能第一節第一節-生命的起源與演化生命的起源與演化生命的起源生命的起源早期的說法：1.神創說神創說-盤古開天，女媧造人 2.隕石說隕石說-隕石中找到一些有機物 3.外星人帶來說外星人帶來說 4.自然發生論自然發生論(無生源說)-生命可由無生命的物質產生，腐草化螢，腐肉生蛆現象錯！錯！錯！錯！錯錯 ！實驗說明自然發生論是錯的！實驗說明自然發生論是錯的！雷迪雷迪(16261697)腐肉生蛆實驗腐肉生蛆實驗提出生源論生源論-生物的發生源自於生物生物的發生源自於生物沒有蛆出現沒有蛆出現 爭端再起爭端再起雷文霍克雷文霍克觀察乾草浸液，發現細菌等微生

2、物。乾草浸液內的微生物來自何方？斯巴蘭札尼、許旺、史樂茲-封口瓶中無微生物浦歇-封口瓶中有微生物(乾草和水接觸後自然發生)巴斯德巴斯德的鵝頸瓶實驗的鵝頸瓶實驗生源論再度獲勝生源論再度獲勝鵝頸瓶與空氣接觸，但帶有微生物的塵埃被阻擋無法進入瓶內。鵝頸瓶斷裂，塵埃與微生物進入瓶內並快速生長。懸而未決的問題懸而未決的問題依生源論的主張-生物來自生物但地球上最早的生命究竟來自何方？新自然發生說新自然發生說1.最初的生命最初的生命是自然發生的(來自無機物)閃電及太陽輻射的能量使環境中的無機物合成有機物2.有生物後則遵照”生物來自生物”的法則 (1)有臭氧層臭氧層阻隔輻射能，缺乏合成有機物的能量 (2)有機

3、物無法累積-環境中有氧氣氧氣及異營生物異營生物。奧柏林奧柏林與與侯登侯登提出提出 有機演化說有機演化說內容：歸納生命的起源及初步演化的過程，早 期生命純粹藉化學作用，由無機物合成 有機物，再組成第一個生命。1.小型有機分子(胺基酸、核苷酸)的合成。2.大型有機分子(RNA、蛋白質)的自發性合成。3.自我複製自我複製分子(RNA)的出現。4.原始細胞的形成。侯登侯登主張古老的地球海洋裡充滿了各種有機物，形成原始湯原始湯，這種環境有利於原始生命的產生。米勒米勒與與尤里尤里的實驗裝置(1953)有機演化有機演化-小型有機分子的合成小型有機分子的合成模擬地球早期大氣的成分及環境一週後發現一週後發現七種

4、胺基酸！七種胺基酸！有機演化有機演化-小型有機分子的合成小型有機分子的合成1.米勒米勒與與尤里尤里-無機物的在外加能量下能合成胺基酸。2.福克斯福克斯-將胺基酸混合加熱，冷卻後發現 溶液中有類似蛋白質的聚合物(類蛋白球類蛋白球)3.卡爾文卡爾文-無機物經射線射線照射，能合成 胺基酸、醣類及嘌呤、嘧啶等有機物。上述實驗結果顯示：組成生命所必須的 有機物可以由無機物藉純化學作用自然合成有機物可以由無機物藉純化學作用自然合成細胞膜與原始細胞的出現細胞膜與原始細胞的出現1.類蛋白球雖能融合、變大或分裂變小，但 仍無法表現出複製及能量代謝等生命現象2.原生體（如：脂質體脂質體）雖無法精確複製，但能維持內

5、部化學環境，並表現出簡單的 代謝反應。故科學家推測，細胞極可能由 原生體演化而來。有機物組成生命的可能過程有機物組成生命的可能過程-RNA1.1980年代，闕克闕克及奧特曼奧特曼發現某些某些RNA具具 有酵素的功能有酵素的功能，改變過去認為只有蛋白質 才具有酵素功能的觀點。2.科學家認為最早生命的遺傳物質應是最早生命的遺傳物質應是RNA ，再由RNA反轉錄反轉錄為DNA。3.由於DNA分子較為穩定分子較為穩定，使得現今的生物 世界主要以DNA為遺傳物質。生命起源於何處生命起源於何處?1.生命起源於水域環境生命起源於水域環境：水域中的有機物濃度愈來愈高有機物濃度愈來愈高，且海底熱泉 的高溫高溫狀

6、態，有利於物質聚合物質聚合形成原始生命2.原始生命在岩石、黏土的原始生命在岩石、黏土的縫隙中縫隙中形成形成：(1)古代地球環境有大量宇宙射線照射，有 機物容易遭受破壞。(2)黏土及礦物能吸附吸附、組成多種不同有機 分子，且黏土可作為組合組合RNA的骨架的骨架。3.生命來自外太空生命來自外太空：分析由外太空掉落到地球的隕石，發現其中 富含有機物（包括胺基酸）。1.異營生物 自營生物 2.無氧呼吸 有氧呼吸 3.原核生物 真核生物 4.單細胞 多細胞早期生物的演化趨勢早期生物的演化趨勢原始生物的特徵原始生物的特徵1.構造簡單構造簡單-外覆簡單的細胞膜。不需要複雜的 生理反應，只有少數控制繁殖的基因

7、2.異營生物異營生物-利用水域中高濃度的有機物。3.繁殖快速繁殖快速-演化初期缺乏競爭對手。4.突變率高突變率高-高能量的宇宙射線易導致突變。但 也因此使原始生物的基因數目增加 ，增加生物多樣性。具有特殊基因進行代謝反應者，其存活能力增加 基因與物種多樣性增加。目前發現最原始的生命化石是澳洲澳洲西部古老岩層中，距今距今35億年前億年前的原始原核生物，在顯微鏡下成絲狀結構，與現生原核生物相似。原始微生物生長繁衍並層層堆疊，形成我們今日所見的疊層石化石疊層石化石。最原始的化石最原始的化石異營生物異營生物 自營生物自營生物1.異營生物吸收有機養分，生長並繁殖。2.當有機物耗盡有機物耗盡，能利用環境無

8、機物合成能利用環境無機物合成 有機物的生物存活率增加有機物的生物存活率增加。3.自營生物需要酵素酵素控制合成、分解作用，因此需要的基因較多需要的基因較多，遺傳複雜度增加。4.自營生物自營生物-化學自營細菌、光合自營細菌 、藻類、綠色植物等相繼出現無氧環境無氧環境 有氧環境有氧環境1.最早能產生氧氣的藍綠菌約在27億年前億年前出現，大氣中氧氣氧氣濃度升高，有利於氧化作用的進行 （產生ATP較多），生物多樣性也因此增加。2.許多厭氧原核生物滅絕，生物開始行有氧呼吸有氧呼吸 (現生生物多行有氧呼吸)3.高空形成臭氧層臭氧層，阻擋 紫外線的傷害，有利於 生物登上陸地生活。原核生物原核生物(簡單簡單)真

9、核生物真核生物(複雜複雜)原核生物原核生物：約在35億年前出現 無核仁及核膜、無膜狀胞器，細胞質 中只有少數的基因(DNA或RNA)。真核生物真核生物：約在約在21億年前出現億年前出現 遺傳物質由核膜核膜包圍、有多種胞器胞器 1.細胞膜向內摺疊形成的構造：細胞膜向內摺疊形成的構造：核膜、內質網、高基氏體等。2.瑪格麗斯瑪格麗斯的內共生假說內共生假說：粒線體粒線體與色素體色素體(包括葉綠體等)來自生活 於大型細胞內的遠古原核細胞。如何形成複雜如何形成複雜的真核的真核細胞細胞?行有氧呼吸有氧呼吸及行光合作用光合作用的原核細胞，被真核細胞吞噬後，演化成現今的粒線體粒線體與葉綠體葉綠體。連續內連續內共

10、生共生 絕對性互利共生關絕對性互利共生關係係內共生假說的相關證據內共生假說的相關證據1.粒線體與葉綠體都行二分分裂二分分裂。2.粒線體與葉綠體具有和細菌相似的環狀 DNA及核糖體。3.在草履蟲、大變形 蟲體內常有共生的 單細胞藻類。草履蟲與細胞內共生的單細胞藻類草履蟲與細胞內共生的單細胞藻類單細胞單細胞 多細胞多細胞（約（約12億年前出現）億年前出現）單細胞演化到多細胞生物1.細胞數目增加2.細胞間有聯結3.細胞分化細胞分化(分工合作)單細胞單細胞 多細胞多細胞大團藻大團藻是現生生物中最簡單的多細胞生物集合體(直徑約1mm)單細胞單細胞 多細胞多細胞1.大團藻大團藻（Volvox）是來自一個母細胞分裂，而子細胞沒有完全分開的情況下形成。2.大型細胞團可能會減少被其他生物吞食減少被其他生物吞食的 機會，或能爭取到較多的生存資源爭取到較多的生存資源，因而 提高其存活率。3.細胞間發生競爭促使資源區隔，個別細胞 開始分工分工及分化分化，較複雜的多細胞生物因 而逐漸演化出。生物的演化簡圖生物的演化簡圖 氧氣大量增加：約氧氣大量增加：約27億年前億年前真核生物真核生物：約在約在21億年前出現億年前出現多細胞生物：約多細胞生物：約12億年前出現億年前出現