细胞的形成与进化
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细胞的形成和 进化
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细胞的形成和进化
• 地球上生命确立的标志： 有封闭和相对稳定 的内部结构，具有自主的代谢和生长能力， 获得增殖分裂能力，并且世代间表现出“遗 传”的稳定性。今天，生物表现出细胞#在 的多样性，从基本结构看有原核细胞和真核 细胞之分，从代谢类型看有异养型和自养型 的不同。长期以来人们一直持有一种单支进 化观念，即最原始的细胞一定在十分温、优 越的环境中才可能出现，原核化能异养细胞 首先出现，再通过细胞能量利用方式的进步 和细胞间的融合组建了自养生物和真核细胞。
细胞的形成和进化
Biblioteka Baidu
1
细胞的形成
2
细胞的进化
3
细胞的产生使基因定居
原核细胞的结构模式
真核细胞的结构模式
真核细胞和原核细胞的区别
• 真核细胞和原核细胞的区别
• 具有核膜包被细胞核的细胞称为真核细胞。无核膜包被细胞核的 细胞称为原核细胞。 真核细胞的细胞核有两条DNA链，而原核 细胞的拟核只有一条。 细胞的基本结构 (一)原核细胞 核区(类核体、拟核)：染色体只由环状DNA组成，不含组蛋白。 细胞器：仅有核糖体，70S。 细胞壁：主要成分为含乙酰胞壁酸 的肽聚糖。 (二)真核细胞 细胞膜、细胞质、细胞核。 质膜(细胞膜)：生活细胞的外表， 都有一层薄膜包围，将细胞与外界分开，这层薄膜称为细胞膜或质膜。 细胞膜与细胞内的所有膜统称为生物膜，是一种半透性膜，对进出细 胞的物质有很强的选择透性，其物质组成和基本结构非常相似。 (二)原核细胞和真核细胞的统一性表现在： 原核细胞具有与真核 细胞相似的细胞膜和细胞质，虽然没有核膜宝被的细胞核，也没有染 色体，但有一个环状DNA分子，位于无明显边界的区域，这个区域叫 做拟核。真核细胞染色体的主要成分也是DNA。DNA与细胞的遗传和 代谢关系十分紧密。
产生氧气的光合自养细胞
• • 约28亿年前，科学家 发现了最古老的蓝藻细菌 化石，他们推出能够产生 氧气的光合细菌，可能从 30亿年前开始向环境释放 氧气。因此，生命活动开 始对地球演变发生重大影 响 • 蓝藻
耐氧和好氧细胞
• 光合细菌出现后，由于原始海洋存在大量的还原 铁离子，氧气与铁离子结合成氧化铁，不断沉淀 到海洋底部。氧气没有立即进入大气层，直到海 洋中还原铁离子基本耗后，才开始在大气中大量 积累氧气。 • 现在，科学家发现光合作用与光合自养生物的地 质记录可以追溯到35亿年前，甚至更早。分子进 化的比较研究也得到了类似的结论：许多非光合 自养的生物可能反而是起源光合自养的生物；地 质学、古生物学、分子生物学的许多方面证据表 明，光合自养、化能自养和异养的生物差不多同 时起源于太古宙早期。这些证据向光合自养生物 出现在化能自养和异养生物之后以及生物单支等 级进化的传统观念提出了挑战。
细胞的进化
• 真核细胞的起源：一般认为，原核细胞出现以后，才逐渐进化出真核细胞。大 约在15亿年前的岩石层中发现有真核细胞的化石。真核细胞起源主要有渐进说 和内共生说两大假说， 渐进说认为真核细胞由原核细胞逐渐进化而来。共生假说则认为真核细胞是由 几种原核细胞共同进化形成的。 现在，内共生假说呗广泛接受的假说，其认为原始的厌氧原核细胞内吞食好氧 原核细胞并与之共生利用它们进行代谢。 共生假说重要依据是：厌氧原核于好氧原核细胞共生经过长期共生，被吞食的 原核细胞变成了细胞器，好氧细菌最终演变成线粒体，蓝细胞演变为叶绿体， 现#生物的叶绿体和线粒体都有自己相对独立基因成分和基因表达系统，都具 有与原核生物类似的环状DNA和70S核糖体。 但其假说不能解释细胞核的起源，目前研究表明，真核细胞中的基因成分比较 复杂，至少有3种来源：真细菌的成分、古细菌的成分和来历不明成分。因此 有人认为在真核细胞起源过程中，前真核细胞不仅吞食好养细菌并与之共生， 也吞食过其他细菌。在共生进化期间，内共生细菌释放DNA，并与宿主细胞的 DNA发生遗传重组。
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细胞的形成
奥巴林等（1924）提出： 多肽· 核酸 和多糖溶液受到摇晃，就会产生胶质 小滴，即称之为团聚体。磷脂与蛋白 质相互混合在一起，形成外形类似细 胞并具有双层膜的结构称之为脂球体。 当这种小粒结构内包含了RNA-蛋白 质或DNA-RNA-蛋白质团聚体时，就 形成了最早的原始细胞。 但团聚体. 微球体和脂球体还不是真正意义上的 细胞，但已显示出如生长.代谢和对 外坏境响应等的一些生命特征。原始 细胞内大分子进一步协作和发展，各 类原始细胞互相竞争，细胞内遗传物 质的复制.蛋白质合成.代谢反应途径 等更加协调.相互依赖，逐渐进化成 真正意义上的生活细胞，具有的各种 基本特征。生命才真正形成。
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•• 近年在澳大利亚和南非发现的化石表明，细胞至少
出现在35亿年前，1977年，美国伍兹#海洋研究所 的海洋考察潜艇发现太平洋东部洋嵴的热水喷口的 特殊生态系统。海底洋嵴热水喷口是来自地幔的岩 浆哈海水之间的物质和热能交换形成的地热系统， 与热水一起喷出的有大量的各种气体（CH4、H2S、 CO2）、金属（Fe、Mg、Cu、Zn)和非金属成分， 并发生化学反应形成大量黑色硫化物沉淀物，堆积 在喷口附近形成烟囱状结构。在水深2000~3000m、 压强3x104 Kp和水温在350°C的硫化物烟囱附近， 由化能自养古细菌生#。20世纪80年代，柯里斯提 出生命起源假说，但进一步研究证明· 在 +5000~800m深的陆地岩芯和干旱寒冷的南极沙漠 也#在大量的微生物，极端环境生物#在发现，说明 早期细胞诞生于恶劣条件中是可能的，从化石年代 和相对当时地质条件分析看，最早细胞诞生于“温 水池”的设想反而不符合实际。
•
蓝氏贾第鞭毛虫
蓝氏贾第鞭毛虫
细胞的产生使基因定居
• 游牧的病毒不能聚集大量的基因，因此基因的专 业化程度很低而导致效率地下。细胞可将许多基 因聚在一起，提高基因的专业化分工程度，出现 基因的规模收益递增。一个病毒仅几个基因，一 个简单的细菌性能有上千个基因，而人有约5万个 基因，这说明了基因定居导致生物的高级进化。 从人类进化的社会形态看来，从牧游社会到农耕 种植和养殖形态的定居社会，使人类进化文明的 速度提高，因此定居文明的出现，可认为是基因 从牧游的病毒状态到定居的细胞状态的重演。鸟 类动物的卵壳好哺乳动物类雌性动物的子宫，是 动物的定居的生命痕迹。
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• 真核细胞 eukaryotic cell 指含有真核（被核膜包围 的核）的细胞。其染色体 数在一个以上，能进行有 丝分裂。还能进行原生质 流动和变形运动。而光合 作用和氧化磷酸化作用则 分别由叶绿体和线粒体进 行。除细菌和蓝藻植物的 细胞以外，所有的动物细 胞以及植物细胞都属于真 核细胞。由真核细胞构成 的生物称为真生物。
21亿年前最早多细胞生物化石
不产生氧气的自养细胞
• 随着原始海洋中自然产生的有机分子的消耗， 一些细胞逐渐进化出新的代谢途径，利用其他能 源和无机分子合成所需的有机分子，成为自养细 胞。化能自养生物可利用化学能和CO2、H2、H2S 等进行有机物质的合成；光能自养生物可能利用 H2S等进行光合作用。由于不是利用H2O，因而不 产生O2。化石表明，这种化能自养生物和光能自 养生物可能出现在约35亿年前，
西伯利亚· 古细菌
嗜热古菌
细胞的进化
• 1.原核细胞的进化：随代谢途径从无氧代谢到有 氧及光合作用的进化，早期原核细胞经历4个发展 阶段。
最早原始细胞
1 4个发展阶段
不产生氧气的自养细胞
2
3
产生氧气的光合自养细胞
4
耐氧和好氧细胞
最早原始细胞
• 约35亿年前，原始地 球没有氧气，最早出现的 细胞是厌氧细胞，它们是 异养细胞，靠从环境中吸 收自然产生的有机分子生 #。其能量代谢可能是依 靠有机分子的无氧分解代 谢，即通过类似于糖类酵 解过程获得能量。有学者 认为，最早的单细胞生物 可能是化能自养细胞，类 似现代在深海热泉口生# 的古细菌。 • 古细菌化石
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细胞的形成和进化
• 地球上生命确立的标志： 有封闭和相对稳定 的内部结构，具有自主的代谢和生长能力， 获得增殖分裂能力，并且世代间表现出“遗 传”的稳定性。今天，生物表现出细胞#在 的多样性，从基本结构看有原核细胞和真核 细胞之分，从代谢类型看有异养型和自养型 的不同。长期以来人们一直持有一种单支进 化观念，即最原始的细胞一定在十分温、优 越的环境中才可能出现，原核化能异养细胞 首先出现，再通过细胞能量利用方式的进步 和细胞间的融合组建了自养生物和真核细胞。
细胞的形成和进化
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1
细胞的形成
2
细胞的进化
3
细胞的产生使基因定居
原核细胞的结构模式
真核细胞的结构模式
真核细胞和原核细胞的区别
• 真核细胞和原核细胞的区别
• 具有核膜包被细胞核的细胞称为真核细胞。无核膜包被细胞核的 细胞称为原核细胞。 真核细胞的细胞核有两条DNA链，而原核 细胞的拟核只有一条。 细胞的基本结构 (一)原核细胞 核区(类核体、拟核)：染色体只由环状DNA组成，不含组蛋白。 细胞器：仅有核糖体，70S。 细胞壁：主要成分为含乙酰胞壁酸 的肽聚糖。 (二)真核细胞 细胞膜、细胞质、细胞核。 质膜(细胞膜)：生活细胞的外表， 都有一层薄膜包围，将细胞与外界分开，这层薄膜称为细胞膜或质膜。 细胞膜与细胞内的所有膜统称为生物膜，是一种半透性膜，对进出细 胞的物质有很强的选择透性，其物质组成和基本结构非常相似。 (二)原核细胞和真核细胞的统一性表现在： 原核细胞具有与真核 细胞相似的细胞膜和细胞质，虽然没有核膜宝被的细胞核，也没有染 色体，但有一个环状DNA分子，位于无明显边界的区域，这个区域叫 做拟核。真核细胞染色体的主要成分也是DNA。DNA与细胞的遗传和 代谢关系十分紧密。
产生氧气的光合自养细胞
• • 约28亿年前，科学家 发现了最古老的蓝藻细菌 化石，他们推出能够产生 氧气的光合细菌，可能从 30亿年前开始向环境释放 氧气。因此，生命活动开 始对地球演变发生重大影 响 • 蓝藻
耐氧和好氧细胞
• 光合细菌出现后，由于原始海洋存在大量的还原 铁离子，氧气与铁离子结合成氧化铁，不断沉淀 到海洋底部。氧气没有立即进入大气层，直到海 洋中还原铁离子基本耗后，才开始在大气中大量 积累氧气。 • 现在，科学家发现光合作用与光合自养生物的地 质记录可以追溯到35亿年前，甚至更早。分子进 化的比较研究也得到了类似的结论：许多非光合 自养的生物可能反而是起源光合自养的生物；地 质学、古生物学、分子生物学的许多方面证据表 明，光合自养、化能自养和异养的生物差不多同 时起源于太古宙早期。这些证据向光合自养生物 出现在化能自养和异养生物之后以及生物单支等 级进化的传统观念提出了挑战。
细胞的进化
• 真核细胞的起源：一般认为，原核细胞出现以后，才逐渐进化出真核细胞。大 约在15亿年前的岩石层中发现有真核细胞的化石。真核细胞起源主要有渐进说 和内共生说两大假说， 渐进说认为真核细胞由原核细胞逐渐进化而来。共生假说则认为真核细胞是由 几种原核细胞共同进化形成的。 现在，内共生假说呗广泛接受的假说，其认为原始的厌氧原核细胞内吞食好氧 原核细胞并与之共生利用它们进行代谢。 共生假说重要依据是：厌氧原核于好氧原核细胞共生经过长期共生，被吞食的 原核细胞变成了细胞器，好氧细菌最终演变成线粒体，蓝细胞演变为叶绿体， 现#生物的叶绿体和线粒体都有自己相对独立基因成分和基因表达系统，都具 有与原核生物类似的环状DNA和70S核糖体。 但其假说不能解释细胞核的起源，目前研究表明，真核细胞中的基因成分比较 复杂，至少有3种来源：真细菌的成分、古细菌的成分和来历不明成分。因此 有人认为在真核细胞起源过程中，前真核细胞不仅吞食好养细菌并与之共生， 也吞食过其他细菌。在共生进化期间，内共生细菌释放DNA，并与宿主细胞的 DNA发生遗传重组。
• •
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细胞的形成
奥巴林等（1924）提出： 多肽· 核酸 和多糖溶液受到摇晃，就会产生胶质 小滴，即称之为团聚体。磷脂与蛋白 质相互混合在一起，形成外形类似细 胞并具有双层膜的结构称之为脂球体。 当这种小粒结构内包含了RNA-蛋白 质或DNA-RNA-蛋白质团聚体时，就 形成了最早的原始细胞。 但团聚体. 微球体和脂球体还不是真正意义上的 细胞，但已显示出如生长.代谢和对 外坏境响应等的一些生命特征。原始 细胞内大分子进一步协作和发展，各 类原始细胞互相竞争，细胞内遗传物 质的复制.蛋白质合成.代谢反应途径 等更加协调.相互依赖，逐渐进化成 真正意义上的生活细胞，具有的各种 基本特征。生命才真正形成。
Company
LOGO
•• 近年在澳大利亚和南非发现的化石表明，细胞至少
出现在35亿年前，1977年，美国伍兹#海洋研究所 的海洋考察潜艇发现太平洋东部洋嵴的热水喷口的 特殊生态系统。海底洋嵴热水喷口是来自地幔的岩 浆哈海水之间的物质和热能交换形成的地热系统， 与热水一起喷出的有大量的各种气体（CH4、H2S、 CO2）、金属（Fe、Mg、Cu、Zn)和非金属成分， 并发生化学反应形成大量黑色硫化物沉淀物，堆积 在喷口附近形成烟囱状结构。在水深2000~3000m、 压强3x104 Kp和水温在350°C的硫化物烟囱附近， 由化能自养古细菌生#。20世纪80年代，柯里斯提 出生命起源假说，但进一步研究证明· 在 +5000~800m深的陆地岩芯和干旱寒冷的南极沙漠 也#在大量的微生物，极端环境生物#在发现，说明 早期细胞诞生于恶劣条件中是可能的，从化石年代 和相对当时地质条件分析看，最早细胞诞生于“温 水池”的设想反而不符合实际。
•
蓝氏贾第鞭毛虫
蓝氏贾第鞭毛虫
细胞的产生使基因定居
• 游牧的病毒不能聚集大量的基因，因此基因的专 业化程度很低而导致效率地下。细胞可将许多基 因聚在一起，提高基因的专业化分工程度，出现 基因的规模收益递增。一个病毒仅几个基因，一 个简单的细菌性能有上千个基因，而人有约5万个 基因，这说明了基因定居导致生物的高级进化。 从人类进化的社会形态看来，从牧游社会到农耕 种植和养殖形态的定居社会，使人类进化文明的 速度提高，因此定居文明的出现，可认为是基因 从牧游的病毒状态到定居的细胞状态的重演。鸟 类动物的卵壳好哺乳动物类雌性动物的子宫，是 动物的定居的生命痕迹。
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• 真核细胞 eukaryotic cell 指含有真核（被核膜包围 的核）的细胞。其染色体 数在一个以上，能进行有 丝分裂。还能进行原生质 流动和变形运动。而光合 作用和氧化磷酸化作用则 分别由叶绿体和线粒体进 行。除细菌和蓝藻植物的 细胞以外，所有的动物细 胞以及植物细胞都属于真 核细胞。由真核细胞构成 的生物称为真生物。
21亿年前最早多细胞生物化石
不产生氧气的自养细胞
• 随着原始海洋中自然产生的有机分子的消耗， 一些细胞逐渐进化出新的代谢途径，利用其他能 源和无机分子合成所需的有机分子，成为自养细 胞。化能自养生物可利用化学能和CO2、H2、H2S 等进行有机物质的合成；光能自养生物可能利用 H2S等进行光合作用。由于不是利用H2O，因而不 产生O2。化石表明，这种化能自养生物和光能自 养生物可能出现在约35亿年前，
西伯利亚· 古细菌
嗜热古菌
细胞的进化
• 1.原核细胞的进化：随代谢途径从无氧代谢到有 氧及光合作用的进化，早期原核细胞经历4个发展 阶段。
最早原始细胞
1 4个发展阶段
不产生氧气的自养细胞
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产生氧气的光合自养细胞
4
耐氧和好氧细胞
最早原始细胞
• 约35亿年前，原始地 球没有氧气，最早出现的 细胞是厌氧细胞，它们是 异养细胞，靠从环境中吸 收自然产生的有机分子生 #。其能量代谢可能是依 靠有机分子的无氧分解代 谢，即通过类似于糖类酵 解过程获得能量。有学者 认为，最早的单细胞生物 可能是化能自养细胞，类 似现代在深海热泉口生# 的古细菌。 • 古细菌化石