厦门大学进化生物学第3章细胞的起源与进化PPT课件
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• 分子系统这种存在着类似物种的系统组合，叫做分子准种， 选择作用于这些分子准种而促使其进化。
77
（二）阶梯式过渡模式
Peter K. Schuster (born March 7, 1941) is a renowned theoretical chemist, known for his work with the German Nobel Laureate Manfred Eigen in developing the quasispecies model. His work has made great strides in the understanding of viruses and their replication, as well as theoretical mechanisms in the origin of life
12 12
阶梯式过度模型：由原始的化学结构过渡到原始细胞 的过程包括6个阶梯式步骤，该过程的各主要阶段都 受到内部的动力学稳定和对外环境的适应等因素的选 择。
能量危机
基因型与表型区分 6
细胞生命
信息危机
适应危机
4
5
分隔结构
糖酵解 光合作用
超循环组织
原始细胞分裂
复杂性危机
3 分子准种
功能组织分化
组织化危机
在超循环模式的基础上，逐渐发展出一个综合的过 渡理论：由原始的化学结构过渡到原始细胞的过 程包括6个阶梯式步骤，该过程的各主要阶段都受 到内部的动力学稳定和对外环境的适应等因素的 选择。 • 第一步：从小分子到形成杂聚合物，进化系统面 临着“组织化危机”（即分散的、无组织的小分 子如果不能初步组织起来，就不能进入下一步进 化），克服这个危机是通过聚合作用。
22
课堂讨论(第一, 二章)
拉马克学说和达尔文学说的要点有哪些? 生命活动的基本特征是什么?
33
第三章 细胞的起源与进化
一 、原始细胞的起源 二 、细胞的进化 三 、真核细胞起源的意义 四 、关于病毒起源问题的讨论 五 、生物进化的又一重大事
件——多细胞化
44
一 原始细胞的起源
细胞是地球上一切生命基本的结构形式，是生命活动 的基本单位。
2 ຫໍສະໝຸດ Baidu核苷酸
优化(突变+选择)
1 杂聚合物
选择
小分子
聚合作用
13 13
最原始细胞应包含的3个基本要素
• 生物大分子的自我复制系统 • 简单的遗传密码体系 • 原始的生物膜，形成分隔空间
• 第二步：从无序的杂聚合物到多核苷酸，分子之 间的选择作用，有助于度过“复杂性危机”。
10 10
• 第三步：多核苷酸进一步自组合成为一种较为复 杂的分子系统（分子准种），这时的多核苷酸还 没有成为遗传载体。环境因素对其有选择作用， 多核苷酸通过突变、选择度过适应危机。
• 第四步：此时蛋白质合成才被纳入多核苷酸自我 复制系统中。多肽结构依赖于碱基顺序，最早的 基因和遗传密码产生了，这一关键性的步骤是通 过上述所谓的超循环模式达到的。分子准种形成 超循环组织，通过功能组织化，克服信息危机。
现存种类繁多的生物与构成生物的各种细胞是几亿年 漫长岁月的进化产物，这些不同种类生物的细胞在进化上 都是相互联系的，都是由原始细胞经过长期的进化与演变 而来的。
最简单的细胞生命与最复杂的化学分子之间的差异是 巨大的。细胞生命出现之前是化学演化，细胞生命出现之 后的进化是生物进化。
由于原始细胞太脆弱，不易留下坚硬的化石，目前只 能根据一些模拟实验，再加以理论概括，提出一些假说。
11 11
• 第五步：分隔结构的形成，新形成的多核苷酸基因 系统必须个别地分隔开来才能选择实现优化，基因 的翻译产物接受选择作用，实现基因型和表型的区 分。分隔结构要保持其特征延续，需要使内部的多 核苷酸复制、蛋白质合成和形成新的分隔结构三者 同步，原始细胞的分裂满足了这些要求。
• 第六步：原始细胞生命(微生物)的形成。原始细胞 体系需要更多的、更连续的能量供给(供多核苷酸 复制及蛋白质合成等所需的能量)，因此原来的体 系出现了能量危机，原始细胞实现了糖酵解和光合 作用，真正意义的原核细胞生命诞生。
对于原始细胞的起源有2个假说，即超循环组织模式 和阶梯式过渡模式。
55
（一） 超循环组织模式
• 德国学者艾根于1971年首次提出超循 环组织的理论。
在化学演化与生物进化之间有一 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.
66
（一） 超循环组织模式
前一章回顾
• 生命的本质
➢生命的物质基础 ➢生命活动的基本特征
• 生命在地球上的起源
➢人类对生命起源的几种认识 ➢生命起源的条件 ➢生命起源的过程----生命起源的
化学演化
11
前一章回顾
• 遗传密码的起源与进化
➢最早的遗传密码子 ➢密码进化的方向 ➢密码进化的过程
• 有关地球生命起源问题的探讨 ➢陨击作用与生命起源 ➢其他天体上是否有生命
proposed the self-organized emergence of collectively autocatalytic sets of polymers, specifically peptides,
for the origin of molecular reproduction.
99
• 超循环：化学反应循环有不同的复杂性等级或组织水平， 各个简单的、低级的、相互关系的反应循环可以组成复杂 的、高级的大循环系统。
• 超循环组织:指由自催化或自我复制的单元组织起来的超级 循环系统。这个系统由于自我复制而能保持和积累遗传信 息，又由于复制中可能出现错误而产生变异。 ——单链RNA的自我复制。能通过遗传、变异、选择而 进化的“分子系统”。可以称之为“分子达尔文系统”。
Quasispecies model
88
（二）阶梯式过渡模式
Stuart Alan Kauffman (September 28, 1939) is an American theoretical biologist and complex systems researcher who studies the origin of life on Earth. In 1971 Kauffman
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（二）阶梯式过渡模式
Peter K. Schuster (born March 7, 1941) is a renowned theoretical chemist, known for his work with the German Nobel Laureate Manfred Eigen in developing the quasispecies model. His work has made great strides in the understanding of viruses and their replication, as well as theoretical mechanisms in the origin of life
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阶梯式过度模型：由原始的化学结构过渡到原始细胞 的过程包括6个阶梯式步骤，该过程的各主要阶段都 受到内部的动力学稳定和对外环境的适应等因素的选 择。
能量危机
基因型与表型区分 6
细胞生命
信息危机
适应危机
4
5
分隔结构
糖酵解 光合作用
超循环组织
原始细胞分裂
复杂性危机
3 分子准种
功能组织分化
组织化危机
在超循环模式的基础上，逐渐发展出一个综合的过 渡理论：由原始的化学结构过渡到原始细胞的过 程包括6个阶梯式步骤，该过程的各主要阶段都受 到内部的动力学稳定和对外环境的适应等因素的 选择。 • 第一步：从小分子到形成杂聚合物，进化系统面 临着“组织化危机”（即分散的、无组织的小分 子如果不能初步组织起来，就不能进入下一步进 化），克服这个危机是通过聚合作用。
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课堂讨论(第一, 二章)
拉马克学说和达尔文学说的要点有哪些? 生命活动的基本特征是什么?
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第三章 细胞的起源与进化
一 、原始细胞的起源 二 、细胞的进化 三 、真核细胞起源的意义 四 、关于病毒起源问题的讨论 五 、生物进化的又一重大事
件——多细胞化
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一 原始细胞的起源
细胞是地球上一切生命基本的结构形式，是生命活动 的基本单位。
2 ຫໍສະໝຸດ Baidu核苷酸
优化(突变+选择)
1 杂聚合物
选择
小分子
聚合作用
13 13
最原始细胞应包含的3个基本要素
• 生物大分子的自我复制系统 • 简单的遗传密码体系 • 原始的生物膜，形成分隔空间
• 第二步：从无序的杂聚合物到多核苷酸，分子之 间的选择作用，有助于度过“复杂性危机”。
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• 第三步：多核苷酸进一步自组合成为一种较为复 杂的分子系统（分子准种），这时的多核苷酸还 没有成为遗传载体。环境因素对其有选择作用， 多核苷酸通过突变、选择度过适应危机。
• 第四步：此时蛋白质合成才被纳入多核苷酸自我 复制系统中。多肽结构依赖于碱基顺序，最早的 基因和遗传密码产生了，这一关键性的步骤是通 过上述所谓的超循环模式达到的。分子准种形成 超循环组织，通过功能组织化，克服信息危机。
现存种类繁多的生物与构成生物的各种细胞是几亿年 漫长岁月的进化产物，这些不同种类生物的细胞在进化上 都是相互联系的，都是由原始细胞经过长期的进化与演变 而来的。
最简单的细胞生命与最复杂的化学分子之间的差异是 巨大的。细胞生命出现之前是化学演化，细胞生命出现之 后的进化是生物进化。
由于原始细胞太脆弱，不易留下坚硬的化石，目前只 能根据一些模拟实验，再加以理论概括，提出一些假说。
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• 第五步：分隔结构的形成，新形成的多核苷酸基因 系统必须个别地分隔开来才能选择实现优化，基因 的翻译产物接受选择作用，实现基因型和表型的区 分。分隔结构要保持其特征延续，需要使内部的多 核苷酸复制、蛋白质合成和形成新的分隔结构三者 同步，原始细胞的分裂满足了这些要求。
• 第六步：原始细胞生命(微生物)的形成。原始细胞 体系需要更多的、更连续的能量供给(供多核苷酸 复制及蛋白质合成等所需的能量)，因此原来的体 系出现了能量危机，原始细胞实现了糖酵解和光合 作用，真正意义的原核细胞生命诞生。
对于原始细胞的起源有2个假说，即超循环组织模式 和阶梯式过渡模式。
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（一） 超循环组织模式
• 德国学者艾根于1971年首次提出超循 环组织的理论。
在化学演化与生物进化之间有一 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.
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（一） 超循环组织模式
前一章回顾
• 生命的本质
➢生命的物质基础 ➢生命活动的基本特征
• 生命在地球上的起源
➢人类对生命起源的几种认识 ➢生命起源的条件 ➢生命起源的过程----生命起源的
化学演化
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前一章回顾
• 遗传密码的起源与进化
➢最早的遗传密码子 ➢密码进化的方向 ➢密码进化的过程
• 有关地球生命起源问题的探讨 ➢陨击作用与生命起源 ➢其他天体上是否有生命
proposed the self-organized emergence of collectively autocatalytic sets of polymers, specifically peptides,
for the origin of molecular reproduction.
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• 超循环：化学反应循环有不同的复杂性等级或组织水平， 各个简单的、低级的、相互关系的反应循环可以组成复杂 的、高级的大循环系统。
• 超循环组织:指由自催化或自我复制的单元组织起来的超级 循环系统。这个系统由于自我复制而能保持和积累遗传信 息，又由于复制中可能出现错误而产生变异。 ——单链RNA的自我复制。能通过遗传、变异、选择而 进化的“分子系统”。可以称之为“分子达尔文系统”。
Quasispecies model
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（二）阶梯式过渡模式
Stuart Alan Kauffman (September 28, 1939) is an American theoretical biologist and complex systems researcher who studies the origin of life on Earth. In 1971 Kauffman