生物的起源与进化

➢ 1859年，Darwin《物种起源》终于问世。当天，1250册售完。
自然选择导致生物进化
➢ Darwin主义包含了两方面的基本含义： ➢ （1）现代所有的生物都是从过去的生物进
化来的； ➢ （2）自然选择是生物适应环境而进化的原
因。
人工选择与自然选择
生物性状和特征变 化往往是环境和遗 传相互作用的结果
➢ 光合作用的进化产生出光能自养细胞：自然选择压力 促进某些含卟啉类化合物的细胞能够吸收太阳光能， 进行光化学反应，将无机物变成有机物，同时生成 ATP。
➢ 自养细胞的出现不但可为异养 细胞提供继续生存的营养物质 及能量，更改变了地球的环境 （氧气和臭氧层的出现）。
代谢系统的进化和遗传系统的起源
➢ DNA、RNA、多肽链——哪一种是 原始生命最早贮存遗传信息并指导 蛋白质合成、同时还能自我复制的 物质呢？
然史，结识了一些博学的教授学者。 ➢ 1831年，从剑桥毕业并获得学士学位 ➢ 剑桥大学博物学教授Henslow推荐去英国贝格
尔号航海船上担任博物学专家。
➢出发之前，Henslow教授特别向 Darwin赠送了Lyell的《地质学原 理》第一卷。
Sailing Rout of Beagle
➢ 1831年11月，贝格尔号探险船出发进行环球探险调查
➢不同岛屿上的海龟形态各 不相同，地雀的许多特征 也有差异，显示出这些不 同的物种是这里特殊的气 候和环境创造的。
➢物种是可变的，这种变化 明显受自然环境的影响和 选择！
➢ 随着贝格尔号长达 5年的航海探险考察后，1836年10月， Darwin回到了英国。
➢ 整理和收集资料：1838年，他阅读了著名的经济学家Malthus （马尔萨斯, 1766-1834）的《人口论》，进一步认识到生存竞 争的结果使各物种在自然界中保持适当的数量，同时逐渐向着 更加适应于环境的方向变化。
➢ 英国牛津大学的一位副校长兼牧师甚至根据旧约记载还 推测出上帝创造地球和造人的准确时间。
➢ 公元前6世纪，希腊哲学家Anaximandev预言，生物是逐 渐进化的；
• J. Ussher (1600中叶）：爱尔兰大主教根据“创世纪” 所述时间算出地球的形成日期为公元前4004年10月 22日
➢ 18世纪，瑞典医生Linnaeus发明双名制生物命名法则；
➢ 1859年，Darwin (1809—1882) 《物 种起源》
➢ 1860年6月30日 牛津大学图书馆 神创论与进化论的辩论会 牛津大主教Wilberforce vs. Huxley
➢ 进化论与神创论的斗争一 直没有停止
年青时代的Darwin和贝格尔号的航行
➢ 1809年出生，童年 山林和田野 ➢ 1825年，爱丁堡大学学习医学 ➢ 1828年，剑桥大学学习神学，钻研博物学和自
➢ 脂球体学说
磷脂与蛋白质混合在一起形成外 形类似于细胞并具有双层膜的结构。
代谢系统的进化和遗传系统的起源
➢ 原始生命体系内代谢系统在自然选择的作用下变得逐 渐复杂起来，这种代谢系统的进化经历了由简单到复 杂的漫长过程。
代谢系统的进化和遗传系统的起源
➢ 最原始的生命形式或最早出现的细胞应该是异养的。
➢ 1835年的夏天，贝格尔号到达太平洋东部，离南美洲西海岸 965 km的加帕戈斯群岛。考察了一个多月，采集了大量的岩 石及植物和动物标本。
➢ Darwin发现，岛上26种陆栖鸟类中，有25种是特有的，15种海 栖鱼类全部是新种，25种甲壳虫中只有2～3种是南美洲也有 的，185种显花植物中新种为100种。
• 否认获得性状遗传 • 所有性状只能通过性细胞“传递” (germplasm理论） • 强调自然选择的作用，强调渐进式的进化
2. 综合进化论（Synthetic theory of evolution)－
1920－1950
群体遗传学家（population geneticists)将孟德尔遗传定律 与达尔文的自然选择相结合，将遗传学家对染色体的研究 成果也应用到达尔文的进化论中 ，同时应用各种模型“测 量”自然选择，使达尔文的进化论有了科学的遗传机制
➢ 如何通过实验来解决这个难题？
18世纪意大利科学家Spallanzani的实验
➢ 置于烧瓶中的肉汤加热 沸腾后让其冷却，开口 的烧瓶中很快就繁殖生 长出许多微生物；但加 了瓶塞与外界隔离的烧 瓶中就没有出现微生物。
➢ 这一实验结果为解决上 述的争论提供了重要的 线索。
Pasteur的实验
➢ 结论：“所有生物只能来源于生物，从非生命物 质中绝对不可能随时自发地产生出新的生命个
R. A. Fisher，S. Wright J. Huxley， T. Dobzhansky E. Mayr， Stebbins
➢ 从化学演化期到产生最简单的生命形式包括4个阶段： （1）氨基酸、核苷酸等有机单体分子的非生物合成 和积累；（2）有机单体分子在非生物体系中聚合成 多聚体；（3）多聚体整合为多分子体系颗粒（原球 体）；（4）代谢与遗传体系的形成和进化最终产生 出最简单的生命形式——原核细胞。
原始地球条件： ➢没有氧气，最初形成的生命物质不会被氧化降解； ➢能量输入——紫外线辐射；
Байду номын сангаас
5 生物的起源与进化
一、生命的起源 二、Darwin与进化论 三、生物进化的证据和历程 四、人类的起源和进化
一、 生命的起源
几百年前的争论
生命究竟是如何起源的，有机体能自发地由非生命 物质随时形成吗？ ➢ 18世纪以前：
从垃圾和粪坑里自发地产生了蛆和苍蝇 从小池塘和沼泽地中自发地出现了蝌蚪和青蛙 从潮湿的土壤里钻出了老鼠 植物只能通过种子的萌发才能产生 卵的孵化产生了昆虫和家禽等
二、 Darwin与进化论
神创论与进化论的斗争
➢ 19世纪中叶以前，神创论或称特创论一直占据着生物学 的主导地位。
➢ 一次创造论认为，世界上各种各样的生物，包括所有植 物和动物都是上帝（神）在最初一次就造好放在地球上 的，它们永远不变、一代一代地繁衍下来。
➢ 连续创造论则认为，世界上各种各样的生物是一次又一 次不断地被神创造的，因此造成了地球上过去的物种与 现代物种的差别。
➢ 生存竞争和适者生存为Darwin的自然选择学说的形成提供了依 据，他的关于生物通过自然选择而连续进化的理论开始成型。
➢ 1858年，英国年青的博物学家Wallace给Darwin写信，阐述他通 过对马来西亚群岛动植物的考察所得出的生物进化的结论。
➢ 同年，Darwin和Wallace在英国Linnaean学会上公布了他们各自 的论文和摘要。
• 主要论点：
第一定律：用进废退 第二定律：所有由环境变化而产生的生物体 的主要的变化是可遗传的，获得性状遗传 （inheritance of acquired characters， 又称为 soft-inheritance）
• 拉马克的物种进化模式
A' B'
C'
D'
A
B
C
D
➢Darwin的祖父Erasmas Darwin也提出了 生物进化的可能性，但他们都没有拿出 足够令人信服的证据，或由于各种时代 的局限，进化论并没有被确立起来，神 创论所占据的主导地位一直没有被动摇。
➢ 1830年，苏格兰地质学家Lyell发表《地质学原理》 第一卷，阐述了古老地球在很早以前就形成了，地 质过程经历了缓慢渐进的变化。同时，古生物化石 的研究也被引入了地质学，为进化理论提供了基础；
拉马克 Jean Baptist de Lamarck （1744 .8.1. — 1829）
1800年前讲学内容→生物永恒不变 1801年（56岁）→生物是变化的，为什么？ 软体动物标本 + 化石
➢ 一周后，检测出5种氨基酸、 不同有机酸、HCN等
关于最简单生命形式起源的几个假说
➢ Oparin的团聚体学说
蛋白质和核酸等生物大分子聚合 在团聚体内并具有类似于膜那样的边 界，其内部的化学特征显著区别于外 部的溶液环境。团聚体是一种多分子 体系，它具有一定的生命现象。
➢ Fox的微球体学说
微球体可以从外界吸收更多的生 物多聚体分子，使得微球体上产生出 芽，甚至形成新的微球体。
➢ 其他因素如粘土矿物的 化学催化作用、太阳和 紫外线辐射对有机分子 的浓缩作用、火山爆发 形成的特殊环境和条件 等
➢ 如何模拟原始地球条件 进行实验？
Miller实验 ➢ 其导师尤利(H.C.Urey) 文章署名问题，单独署名。
➢ 1953年，美国芝加哥大学的 研 究 生 Miller （ 时 年 23 岁 ） 根据原始地球的还原大气条 件设计了一套密闭循环实验 装置，模拟和验证了非生命 有机分子在原始地球环境中 生成生物分子结构单元的化 学动力学过程。
• J. Hutton (1795年）：现代地质学之父，均变论创始 人，提出地球是一个“superorganism”。认为地球不 可能只有5000年的历史
• G. De Buffon (1707-1788): 法国人，认为物种是可变的， 是因为环境的变化造成的。但在宗教的逼迫下放弃他 的观点
• J.de Lamarck (1744-1829): 高等、复杂的生物由低等、 简单的生物演变而来，动力来自生物自身的愿望 (internal desire)，获得性状遗传(inheritance of acquired characters).
➢ 偶然以RNA为模板合成了DNA链， 后者贮存和复制遗传信息比RNA 更稳定也更有效，生命起源初 期RNA发挥主要作用的时代便让 位 于 DNA-RNA- 蛋 白 质 共 同 作 用 的时代。
➢ 繁殖、蛋白质合成和代谢三者在特殊环境条件下协同进 化，加深了遗传系统与代谢系统的偶联。生命由起源阶 段进入漫长的进化阶段，演化出多样性的生物世界。