（origin of life & biological evolution） 生命的起源与进化 （origin of life & biological evolution）

人类最富有挑战性的思考 宇宙起源的思考 生命起源的思考 什么是生命? 何时形成的? 如何形成?

本讲主要内容 什么是生命 生命起源的假说 寻求生物进化的轨迹

什么是生命?——思辨过程 被列入生命特征的每一条都可能在哲学诡辩中受到诘难 应答 植物人/机械 繁殖 休眠孢子/火焰 应答 植物人/机械 繁殖 休眠孢子/火焰 用1、2句话解释什么是生命很难

物理学家的角度 热力学第二定律 生命依靠吸纳负熵，避免趋向平衡的衰退（“生命是什么”，薛定谔，1944）

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

生命起源的种种假说 神造论-上帝造万物，造人（圣经） 自然发生论-生物从非生物环境中自然发生出来 宇生论-生命来自宇宙中别的星球 进化论

神造论 圣经旧约《创世纪》：上帝在6天之内创造了包括宇宙、陆地、海洋、各种动物、植物、男人、女人在内的世界万物。 BACK

自然发生论 腐草化萤 腐肉生蛆 淤泥生鼠 巴斯德-曲颈甑试验 BACK

宇生论 澳大利亚发现-含碳物质的陨石 月球样品-氨基酸和有机酸 BACK

进化论 进化论的创立 共同由来学说（theory of common descent） 自然选择学说（theory of natural selection）

多重证据支持共同由来学说 加拉帕戈斯地雀 形态学的比较研究： 人的上肢、马的前腿、海豚的鳍足、蝙蝠的翼手——骨骼构造相似

多重证据支持共同由来学说 化石记录

加拉帕戈斯地雀 加拉帕戈斯群岛位于东太平洋，由19个火山岛组成，从未和大陆相连 岛上独有的物种 13种地雀 彼此相似而又互有区别的物种来自同一个祖先

自然选择学说 达尔文做出推论 选择淘汰脆弱的个体 变异产生新的性状 连续选择使轻微的变异积累 人工选择效应-自然选择的佐证 家养动物 栽培植物

金鱼的驯化 金鱼 鲫鱼（Carassius auratus） 我国饲养金鱼最早的国家 七八百年中，完成了金鱼的驯化，选育出绚丽多姿、颜色各异的不同品种 2n=100

寻求生物进化的轨迹 元素演化 地球进化（evolution of earth） 生命的化学进化（chemical evolution） 生物进化（biological evolution）

地球进化 ——生命起源于何时？ 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

地球宝宝 次生大气圈（还原性）：H2O、NH3、CH4、H2S 原始海洋 紫外线、闪电、 辐射、火山

化学进化——生命的两大步 简单小分子合成复杂大分子 多分子体系到原始生命细胞 1924年苏联学者A.N.奥帕林——《地球上生命的起源》 英国学者J.B.S.霍尔丹

Stanley Miller 的实验 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

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。

多分子体系到原始生命细胞 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

 后来的类似实验： 美国福克斯（F.FOX)试验证实： HCN+NH3 类似肽的化合物 单核苷酸 多核苷酸 50oC—60oC 单核苷酸 多核苷酸 50oC—60oC

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。

 福克斯的微球体学说 实

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”。

RNA世界假说 （RNA world theory） 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

最初的生命摇篮 最早的生物- 水生、单细胞原核生物、厌氧、异养 原始生命靠“原始汤”中的有机物获得能量

自养型细胞改变了地球的面貌 卟啉化合物——是一种有色物质，能吸收太阳光能，进行光化学反应，有了卟啉就有了自养营养。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。 发现于澳洲西部的 35 亿年前的蓝细菌化石 垫藻岩——岩石上面有35亿年前原核生物的踪迹

自养型细胞改变了地球的面貌 光合作用 （1）大气中有了氧，不再是还原性环境。 （2）大气上层有了臭氧层。

厌氧 生物 O2 出现 死亡 变化 （进化） 驱赶 极端环境 臭氧层出现 挡住紫外线

有氧呼吸极大地提高了生物从 食物中获取能量的效率 有氧呼吸的产生是生命进化的一大飞跃 无氧分解（糖酵解） 2个ATP 葡萄糖

有氧呼吸生物的出现给生命世界带来了第一次大繁荣 出现了多细胞生物 出现了植物 出现了动物

单细胞生物到多细胞生物 团藻 粘菌

团藻 团藻属（Volvox）绿藻门，绿藻纲，团藻科。 属群体类型的藻类。由500多个至50000多个 类似衣藻的细胞组成。

粘菌门（Myxomycota） 营养体 子实体

从聚集到分工——单细胞生物向多细胞生物的进化

生物进化的主要时期 太古代 元古代 古生代 中生代 新生代

对生物进化的研究，使人们得到更为合理的分类系统 病 毒 生物五界分类系统

生物进化的探索永无止境 单细胞到多细胞 异氧到自养 厌氧到有氧 Summary

仍然留下很多疑点和谜团 物种灭绝之谜——大约每隔2，600万年，生物界就要发生一次大规模的物种绝灭。 灾变学说

这种大规模的物种绝灭是因为太阳有颗姐妹星，名曰“复仇女神”，太阳与她以2,600万年的周期相互围绕旋转，也就是说每隔2,600万年“复仇女神”要经过一次由数十亿颗彗星组成的奥特星云，此时就会把一颗甚至几颗彗星赶出正常轨道冲击地球，即所谓的“彗星轰击”灾变。

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