第三章 细胞的起源与演化
细胞生物学：细胞生命的起源与进化
细胞⽣命的进化
⼈们对细胞的认识是在实验室⾥将细胞打开，然后分离各种细胞器和⽣物分⼦，分别研究它们的功能，但是我们能够打开的细胞只是当今⽣活的细胞，是进化到⼗分⾼级的细胞⽽⽆法获得远古时期的活细胞。
在进化的过程中细胞⽣命活动的分⼦是如何形成的？最早的细胞是如何产⽣的？真核细胞⼜是如何起源的？
细胞⽣命的起源与进化
导致细胞⽣命形成的关键因素是地球的形成及地球⼤⽓层条件的变化。
⼀般将细胞⽣命的起源分为五个阶段：①地球和原始⼤⽓层的形成；②有机分⼦的⾃发形成；③分⼦聚合体的形成；④⽣命初级聚合体的形成；⑤原始细胞的形成。
根据化⽯资料分析，地球上最早的细胞出现在35亿年前。
关于地球上细胞⽣命起源有两种假说，⼀种假说认为细胞是由已存在于地球上的分⼦产⽣的，另⼀种假说则认为细胞是从别的宇宙空间来到地球的。
医学教育
俄罗斯的⽣化学家Aleksander Oparin提出地球上的有机分⼦是在合适的化学和物理条件下⾃然形成的。
细胞的地质历史与地球环境
未来研究方向：研究细胞生命活动与地球环境之间的相互作用和影响
寻找地外生命存在的可能性
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研究地外行星的大气成分：分析是否有生命存在的迹象
探索地外行星：寻找适合生命存在的环境
探索地外行星的表面：寻找生命存在的痕迹
研究地外行星的地质历史：了解生命存在的可能性和条件
重力：影响细胞的生长方向和形态结构
温度：影响细胞的新陈代谢和生长速度
湿度：影响细胞的水分含量和活性
光照：影响细胞的光合作用和生物钟
细胞对地球环境的适应
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细胞对温度、湿度、氧气含量等环境因素的适应
细胞通过进化适应地球环境的变化
细胞通过代谢和繁殖适应地球环境的变化
细胞与地球环境的相互作用对地球生态系统的稳定和发展具有重要意义
细胞的地质历史与地球环境
汇报人：XX
目录
01
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02
细胞的起源与演化
03
细胞与地球环境的关系
04
细胞在地球历史中的证据
ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ05
细胞对地球环境的影响
06
未来研究方向与展望
添加章节标题
PART 01
细胞的起源与演化
PART 02
细胞起源的假说
原始海洋假说：认为生命起源于原始海洋，通过化学反应形成简单的有机分子，进而形成细胞
宇宙起源假说：认为生命起源于宇宙中的其他星球，通过陨石或其他方式传播到地球
化学起源假说：认为生命起源于地球的化学环境中，通过化学反应形成简单的有机分子，进而形成细胞
细胞的生命起源与演化
宇宙胚种论缺乏直接证据支持，如未在陨石中发现确凿的生命痕迹 ；同时，该假说也面临着宇宙辐射、极端环境等挑战。
现代观点
尽管宇宙胚种论存在争议，但它为我们理解生命起源提供了另一种视 角和思考方式。
各假说间联系与差异比较
联系分析
各假说都试图解释生命如何从非生命物质中产生，但具体 机制和过程有所不同。
原核生物
最早的生命形式，无核 膜包裹的原始单细胞生 物，通过二分裂方式繁 殖。
内共生事件
原核生物被其他细胞吞 噬后，未被消化而形成 共生关系，逐渐演化为 真核细胞内的细胞器， 如线粒体和叶绿体。
基因组演化
原核生物基因组向真核 生物基因组转变，基因 数量和结构复杂度增加 ，出现基因重复、重组 和转座等现象。
物种多样性增加和适应性演化机制剖析
物种多样性增加
生物在演化过程中不断产生新的物种，形成丰富的生 物多样性。
适应性演化机制
自然选择、基因突变、基因重组和遗传漂变等演化机 制共同作用，推动生物不断适应环境变化。
协同演化与共生关系
不同物种之间通过协同演化形成共生关系，相互依存 、相互促进，共同推动生物界的繁荣与发展。
蛋白质起源
另一种假说认为蛋白质在生命起源中扮演了重要角色。
遗传物质和信息传递机制起源问题探讨
01
DNA与RNA的起源
研究DNA和RNA的起源，探讨它们如何成为生命的遗传物质。
02
遗传密码的起源
探讨遗传密码如何形成，以及其在生命演化中的作用。
03
信息传递机制的建立
研究生命如何建立起信息传递机制，如DNA复制、转录和翻译等。
相邻细胞间通过间隙连接通道交换小分子物质和信息。
化学信号
真核细胞的起源和演化
真核细胞的起源和演化从单细胞到多细胞，从原核生物到真核生物，生命的演化和多样性令人叹为观止。
今天我们聚焦于真核生物——它们的起源和演化历程。
1. 真核生物的基础特征真核生物有三大特征，即：（1）细胞有真核膜包裹碎形核和其他内部器官，与原核生物相比可进一步分化形态和功能，（2）可以有性生殖，（3）细胞体积通常很大，复杂度高。
2. 真核细胞的起源在科学家研究真核生物起源的过程中，高尔基体是一个重要的研究对象。
早在20世纪初，科学家发现：真核生物有一个叫作高尔基体的器官，是一个由内泡（cisternae）和囊泡（vesicles）组成的网状结构，可以用于分泌蛋白质、合成多糖和各种脂类。
如何使它扮演生命起源的关键角色，一直是科学家们的核心问题。
在过去数十年的研究中，科学家发现，高尔基体是一个起始点，在细胞发生分化、演化的过程中发挥了关键作用。
在原核细胞中进行代谢和合成的功能，在高尔基体中进一步得到了演化和优化，通过基因重组和同源重组等方式，形成了碎形核和各个内部器官，进而发展成为真核生物。
3. 真核生物的演化过程真核生物的起源可以追溯到大约20亿年前，之后出现了很多分支，科学家们通过研究化石、分子生物学等多种手段，提出了如下关于真核生物演化的几个假设：（1）早期的真核生物体积相对较小，但是数量极多。
在这个时期，相当多的类型被选择出来，但是演化过程中大量的细胞器丢失。
（2）在真核生物发育早期，可分为两个分支：真核植物和真核动物。
之后进一步分叉，出现了真核菌、真核植物、真核动物等多个类别。
（3）早期的真核细胞在体积和形态上存在多样性。
随着时间的推移，体积越来越大，形态越来越固定。
（4）真核细胞的起源和演化受到外界环境的影响。
例如氧气的提供，为真核生物的起源和演化提供了必要的条件。
4. 总结真核细胞是生命发展的重大里程碑。
在科学家的努力下，我们逐渐理解了这种生命形态的起源和演化。
真核生物世界中的各个物种，在漫长的时间里不断演化，进一步推动了生命多样性的出现和生命进化的进程。
细胞的进化与物种形成
细胞的进化与物种形成细胞是生命的基本单位，也是生物进化和物种形成的基础。
在地球上，数十亿年的进化过程中，细胞经历了无数次的演变和改变。
本文将就细胞的进化与物种形成展开讨论。
一、细胞的起源与进化细胞的起源是生物学中一个重要而又常被争论的问题。
目前主要有两种猜测：一种是自然演化学说，认为生命最早起源于基于碳的有机物的非生物系统；另一种是神奇创造学说，认为生命是由超自然力量创造出来的。
不论是哪种观点，细胞的进化是一个不争的事实。
早期的细胞形态简单，功能单一，如原核细胞。
随着进化的推进，细胞逐渐变得更加复杂，形态和功能不断多样化。
这种多样性是细胞进化的结果。
二、细胞进化的驱动因素细胞进化具有多种驱动因素，主要包括自然选择、突变和基因交流。
1. 自然选择自然选择是达尔文进化论的核心观点。
在环境中，适应环境的个体有更多的机会生存和繁殖，不适应环境的个体则逐渐被淘汰。
随着环境的改变，细胞也需要适应新的环境，自然选择使得适应环境的细胞越来越多。
2. 突变突变是细胞遗传物质DNA发生变化的一种方式。
突变可能来源于DNA的复制错误、环境中的辐射或化学物质等因素。
突变会导致细胞的遗传物质发生改变，有时会带来优势或劣势。
这种改变在进化中扮演着重要的角色。
3. 基因交流基因交流是指不同个体之间的基因信息交换，主要通过性交和细菌的水平基因转移来实现。
基因交流可以使得不同个体之间的基因组成混合，产生新的特征。
这种进化机制促使物种的多样性。
三、细胞进化与物种形成物种是指在生物界中具有相同形态特征、能够交配繁殖并且能够繁殖出后代的群体。
细胞的进化直接影响了物种的形成。
随着细胞进化的推进，细胞逐渐分化成不同的类型，形成多样的组织和器官。
这种分化促使了物种之间的差异。
例如，进化中出现的多细胞生物，其细胞分化产生不同的组织器官，为物种的形成奠定了基础。
另外，细胞进化还影响了物种的适应能力。
适应环境是维持物种存活和繁衍的重要因素，而细胞进化使得不同物种在适应能力上有所差异。
进化生物学试题（全章节）
进化⽣物学试题（全章节）第⼀章绪论—、选择题1拉马克提出的法则除获得性状遗传外还有____________ 。
A⽤进废退 B ⼀元论C多元论D动物的内在要求2 ?在⽣物学领域⾥再没有⽐—A—的见解更为有意义的了。
A进化B变化C辨证统⼀D⽣物与环境的统⼀3. ____________________________________ ⽣物体新陈代谢⾃我完成的动⼒在于。
A种内⽃争B遗传与变异的对⽴统⼀C同化与异化作⽤的对⽴统⼀D⽣物与环境的统⼀4?表现⽣物遗传特征的⽣命现象是—__。
A⾃我调控B⾃发突变C⾃我完成D⾃我复制5 ?在⼈类进化过程中—起着愈来愈重要的作⽤。
A⽣物学进化B社会⽂化进化C环境的变化D基因的进化⼆、填空题1 进化⽣物学的研究内容括 _________ , , _ , ______ , _________ 。
2 ?达尔⽂进化论的主要思想包括： _____________ , _________________ , _______________ 。
三、名词解释1⽣物进化：2 .进化⽣物学：3?⼴义进化：4.中性突变：5.同⼯突变：四、简答题1什么是进化？2 ?什么是⽣物进化⽣物学？3 ?进化⽣物学的研究的内容 4 ?进化⽣物学研究的⽔平与⽅法5?简述拉马克学说的创⽴及其主要内容五、论述题1试述达尔⽂与拉马克学说的异同 2 ?学习进化⽣物学的意义3?试述⽣物进化论与进化⽣物学的关系第⼆章⽣命及其在地球上的起源⼀、选择题1活着的有机体需要不断从环境吸取负熵以克服⾃⾝的—。
A、熵流B、熵变C、熵D、熵产⽣2 ?⽣命现象最基本的特征是_____ 。
A、⾃我复制B、⾃我更新C、⾃我调控D、⾃我突变3 ?团聚体和—均为多分⼦体系的实验模型。
A、类蛋⽩质B、类蛋⽩质微球体C、微芽D、微粒4. 构成⽣物体的有机分⼦，包括核酸、蛋⽩质、糖类、脂类和A维⽣素B⽆机盐C ATP D氨基酸5 ?⽣命现象的本质特征是不断地与环境进⾏物质和能量的交换，作为原始⽣命体必然是⼀个—A开放系统B封闭系统C半开放系统D半封闭系统6?关于核酸和蛋⽩质起源的三⼤分⽀学说是陆相起源说、海相起源说和—A氨基酸起源学说B核酸起源学说 C RNA起源学说D深海烟囱学说7 ?关于地球的起源，科学界普遍公认的是_A地⼼说B⽇⼼说C星云说D宇宙说&⽣命活动的基本特征是⾃我复制、⾃我调控、⾃我更新和____________________________________________________________ 。
第三章 细胞的起源与进化
➢原核细胞的类核被内褶的双层细胞膜包围，继而外膜被单 层的内质网取代。
➢能解释核膜的内外膜之间的差异。例如，核膜的外膜在结 构和组成上确实是与内质网膜相似，而且外膜往往和内质 网直接相连，还像内质网那样附有核糖体。
➢但同样存在着核孔如何形成、如何保证刚形成的原始核 与细胞质之间的物质交换的问题。此外，内质网膜如何取 代刚形成的核膜的外膜?
1. 超循环组织模式
近年来，化学、物理学与生物学之间有了更多的沟通，同 时也有了更多的共同语言。例如，化学家证明，原子、分子和 分子系统都具有自我组织能力。在细胞学上，大分子的自动聚 合作用非常有助于说明细胞基本结构：生物膜、核酸-蛋白复 合结构的起源与进化。病毒的装配机制，脂蛋白膜的形成，核 蛋白体的组装都可以用这种现象来进行解释。
➢ 超循环组织就是指由自催化或自我复制的单元组织起来的超 级循环系统。
超级循环系统具有自我复制的特点，可以保持和积累遗传信息， 在其复制中可能出现错误而产生变异，因此超循环系统能够纳入达 尔文的进化模式中，即依靠遗传、变异和选择而实现最优化。所以 超循环系统可以称之为分子达尔文系统，也可以看作是能通过遗传、 变异、选择而进化的“分子系统”。
双滴虫类中的兰氏贾第虫是古细菌和真核生物之间的过 渡类型，它已有成形的核，但核膜不完整，有大缺口，且分 裂中无纺锤体出现，其基因无内含子，称其为源真核生物。
最原始真核生物——贾第虫（Giardia）
① 不完整的核被膜的发现,支持了关于核被膜起源于真核细 胞的原核祖先体内已经具有的原始性内质网的假说;
3. 真核细胞起源的途径
1) 内共生说 吞噬——>内共生
1981 年 美 国 生 物 学 家 Margulis 在 其专著《细胞进化 中的共生》中，整 理并详细论证了 “真核细胞起源于 细胞内共生的假 说”。
细胞的生命起源与演化
细胞代谢是细胞生命活动的基础
细胞代谢包括能量代谢、物质代谢和信息代谢
能量代谢是细胞获取能量的过程，包括氧化磷酸化和光磷酸化
物质代谢是细胞合成和分解物质的过程，包括蛋白质合成、核酸合成和 糖代谢
信息代谢是细胞传递和接收信息的过程，包括信号传导和基因表达
细胞代谢的调控机制包括酶的调控、激素的调控和细胞周期的调控
真核细胞：出现细胞核和细胞器，结构复 杂
原核细胞：结构简单，无细胞核和细胞器
细胞分化：细胞在发育过程中，结构、功 能和形态发生变化
细胞凋亡：细胞在发育过程中，结构、功 能和形态发生变化
细胞衰老：细胞在发育过程中，结构、功 能和形态发生变化
单细胞生物：出现细胞分化， 形成不同功能的细胞
原始细胞：简单的代谢和繁 殖功能
药物研发：药物研发需要了解细胞的结构和功能，以便找到针对特定疾病 的有效药物。
细胞演化与药物靶点：细胞演化产生了许多药物靶点，这些靶点可以帮助 药物研发人员找到针对特定疾病的有效药物。
细胞演化与药物耐药性：细胞演化可能导致药物耐药性的产生，因此药物 研发人员需要不断寻找新的药物靶点和治疗方法。
细胞演化的研究方向：探索细胞起源、演化和功能
XX,a click to unlimited possibilities
汇报人：XX
地球的形成：约46亿年前，太阳系中的尘埃和气体聚集形成地球 地球的环境：早期地球环境恶劣，火山活动频繁，大气成分与现在不同 生命的起源：在地球形成后的数十亿年内，原始生命开始在海洋中诞生 环境的变化：随着地球环境的变化，生命逐渐演化，形成了多种多样的生物种类
神经细胞：负责传递信息和信号 肌肉细胞：负责收缩和舒张，控制运动 脂肪细胞：负责储存能量和保护器官
进化生物学试题全章节
第一章绪论—、选择题1．拉马克提出的法则除获得性状遗传外还有 ;A用进废退 B一元论 C多元论 D动物的内在要求2．在生物学领域里再没有比＿A＿的见解更为有意义的了;A进化 B变化 C辨证统一 D生物与环境的统一3．生物体新陈代谢自我完成的动力在于____;A种内斗争 B遗传与变异的对立统一C同化与异化作用的对立统一 D生物与环境的统一4．表现生物遗传特征的生命现象是＿_＿;A自我调控 B自发突变 C自我完成 D自我复制5．在人类进化过程中＿＿起着愈来愈重要的作用;A生物学进化 B社会文化进化 C环境的变化 D基因的进化二、填空题1．进化生物学的研究内容括________ , ____ , _ , ____ , _____ ; 2．达尔文进化论的主要思想包括：___________,_____________＿,___________＿;三、名词解释1．生物进化：2．进化生物学：3．广义进化：4．中性突变：5．同工突变：四、简答题1．什么是进化2．什么是生物进化生物学3．进化生物学的研究的内容4．进化生物学研究的水平与方法5．简述拉马克学说的创立及其主要内容五、论述题1．试述达尔文与拉马克学说的异同2．学习进化生物学的意义3．试述生物进化论与进化生物学的关系第二章生命及其在地球上的起源一、选择题1．活着的有机体需要不断从环境吸取负熵以克服自身的＿＿;A、熵流B、熵变C、熵D、熵产生2．生命现象最基本的特征是＿＿＿;A、自我复制B、自我更新C、自我调控D、自我突变3．团聚体和＿＿均为多分子体系的实验模型;A、类蛋白质B、类蛋白质微球体C、微芽D、微粒4．构成生物体的有机分子,包括核酸、蛋白质、糖类、脂类和 ;A维生素 B无机盐 C ATP D氨基酸5．生命现象的本质特征是不断地与环境进行物质和能量的交换,作为原始生命体必然是一个＿＿A开放系统 B封闭系统 C半开放系统 D半封闭系统6．关于核酸和蛋白质起源的三大分支学说是陆相起源说、海相起源说和＿＿A氨基酸起源学说 B核酸起源学说 C RNA起源学说 D深海烟囱学说7．关于地球的起源,科学界普遍公认的是＿＿A地心说 B日心说 C星云说 D宇宙说8．生命活动的基本特征是自我复制、自我调控、自我更新和 ;A自我抑制 B自我繁殖 C自我突变 D自我利用9．生物进化过程中,简单的有机合成在地球形戚之初就开始了,主要发生在＿＿A海水中 B大气圈中 C淡水中 D水土混合物中10．地球上有很多种元素,但用于构成生命的元素并不多,主要有四种A C、H、O、NB C、H、P、OC C、H、S、OD C、H、N、P11．任何一个自发的过程都有一个总是朝着使体系越来越混乱、越来越无序的方向变化的趋势,这种变化使熵＿＿;A不变 B减小 C不确定 D增加12．中性突变包括同工突变和＿＿;A同义突变 B移码突变 C频发突变 D非频发突变13．遗传密码是向着利于生物＿＿的方向发展的;A进化 B可以适应环境 C与环境统一 D稳定14．生物学这个名词最早是由＿＿提出的;A达尔文 B拉马克 C林奈 D居维叶15．分子进化的特点之一是分子进化速率具有＿＿;A不稳定性 B动摇性 C恒定性 D可塑性16．活着的有机体需要不断地从环境吸取＿＿;A负熵 B正熵 C熵流 D熵产生17．生物体新陈代谢动力的源泉是＿＿;A正熵流与负熵流的统一 B同化作用与异化作用的对立统一C遗传与变异的对立统一 D生物与环境的统一18．团聚体和＿＿均为多分子体系的实验模型;A类蛋白质 B类蛋白质微球体 C微芽 D微粒二、判断下列说法是否正确,并阐述理由1．开放系统的建立——标志者化学进化的结束2．生生论说明了生物不能由非生命产生3．遗传密码的起源与生命起源无关4．多分子体系就是原始生命5．由多分子体系组成生物大分子三、填空题1．生命的物质基础包括： , ;2．生命活动的基本特征包括 , , , ;3．人类对生命起源的几种认识包括： , , , ;四、名词解释l．自我更新：2．熵：3．熵变：4．熵产生：5．熵流：6．团聚体：7．类蛋白微球体：8．还原性大气：五、简答题1．什么是生命2．生命现象的本质特征是什么3．生命起源的主要阶段包括哪些4．熵变、熵流、熵产生及其之间的关系 P255．为什么说自我完成的新陈代谢是生命的基本特征用熵加以解释; P256．现在地球上还有没有化学进化 P497．简述生物体化学成分的同一性; P19-208．如何由多分子体系发展成原始生命的呢 P42六、论述题1．论述太阳系以外的星球上是否由有生命的存在 P492．试述密码进化的方向 P44第三章细胞的起源与进化—、选择题1．最新的分子系统学研究揭示整个生物界进化可归为三条主干分支,它们分别代表古细菌、真细菌和＿＿; P56A真核生物 B原核生物 C原核生物与真核生物 D藻类2．对生物生存制约性小的分子进化速度＿＿; P126A慢 B不快不慢 C快 D恒定3．真核细胞起源的途径包括内共生说和＿＿; P57A突变说 B选择说 C渐进说经典说 D适应说4．关于生物大分子的起源我国中科院院士赵玉芳和数学家曹培生认为＿＿;P38A蛋白质首先起源 B核酸首先起源 C核酸与蛋白质共同起源 D RNA首先起源5．生命起源过程中的多分子体系具有了＿＿; P4A原始生命的萌芽 B生长的雏形 C繁殖的雏形 D代谢的雏形6．进步性的进化和退步性的进化均以生物＿＿为标准; P31A形态的改变 B机能的改变 C适应环境 D结构的改变7．在生物进化过程中,DNA质的变化主要表现为＿＿的差异; P10A碱基的种类 B碱基的序列 CG、C含量的减少 DA、U含量的增加8．拉马克提出的法则除用进废退外还有＿＿; P4 A获得性遗传 B获得性状遗传 C生物的多样性是由环境的多样性决定的D生物向上发展的趋势9．仅在核DNA中才能发现胞嘧啶的＿＿;A乙酰化 B甲基化 C羧化 D烃基化10．原核细胞和真核细胞的核糖体均含有＿＿SRNA;A 16B 18C 5D 2311．真核细胞起源的内共生说较好地说明了＿＿的起源; P59 A高尔基体 B溶酶体 C线粒体和叶绿体 D内质网12．生物分子的这种自动聚合与组装作用是由于热力学的原因,也就是使整个系统的自由能＿＿ P55A最低 B最高 C 较高 D较低13．原核细胞都没有核膜,到真核细胞才具有双层的带有膜孔的核被膜,因此,真核细胞从其原核祖先产生的根本关键在于＿＿ P63 A核膜的核的产生 B线粒体的产生 C叶绿体的产生 D内质网的产生14．真核细胞出现的生物学的意义是＿＿ P64 A为生物无性生殖打下基础 B推动生物向单元化化方向发展C使生态系统进一步简单化; D为生物有性生殖打下基础,推动生物向多细胞化方向发展15．核膜起源于 P63 A线粒体 B叶绿体 C高尔基体 D内质网二、判断下列说法是否正确,并阐述理由1．细胞是地球上一切生命最基本的结构形式 P522．研究生命起源的一个关键问题就是阐明原始细胞如何从非细胞形态的原始生命演化而来的√ P523．生物大分子的自动组装与细胞起源无关 P524．真核细胞的祖先可能是古细菌 P565．原始的原核细胞是地球上最早的生命实体 ; P556．真核细胞的祖先可能是古细菌 P56三、填空题1．分子进化的特点主要有和 ;2．按照Dayhoff的看法最初的遗传密码是GNC,经过第一次扩展和第二次扩展后分别变为、 ;3．最早的细胞包含了 , , ;4．内共生起源说认为,真核细胞的线粒体和叶绿体来源于共生的 ,线粒体可能来源于 ,叶绿体来源于 ,运动器来自共生的螺旋体类的 ;5．原始细胞的起源有2个假说,即 , ;6．原始的原核细胞是地球上最早的生命实体;最早的细胞包含了厌气性的、异养和等类型的生物;7．真核细胞的起源有两个学说,即：和 ;8．渐进说认为细胞器起源于＿＿＿＿, 、导致代谢分隔而形成;四、名词解释1．膜进化理论：2．超循环组织模式：3．渐进说：4．分子准种：5．古细菌：五、简答题⒈什么是“达尔文式进化”2．膜进化理论的观点有哪些3．阶梯式过渡模式的基本步骤包括哪些4．最新的分子系统学研究是如何描述整个生物界进化的六、论述题1．试述真核细胞起源的意义2．试述内共生学说的证据第四章生物发展史一、选择题1．关于生物的分界目前通用的是＿＿;A三界说 B四界说 C五界说 D两界说2．根据＿＿化石可以断定当时地球的沉积环境;A指相化石 B微化石 C标准化石 D大化石3．能够确定生物的存在和属性的化石是＿＿A指相化石 B标记物化石 C标准化石 D小化石4．在生物进化过程中植物登陆的时间在＿＿;A泥盆纪 B志留纪 C二叠纪 D奥陶纪5．硅化木属于＿＿化石;A不变质的遗体化石 B变质的遗体化石 C遗物化石 D遗迹化石6．在马的进化历程中,最早的马称为＿＿;A渐进马 B上新马 C中马 D始新马7．在生物进化历程中发生在石碳纪的造山运动是造山运动; P71 A喜马拉雅 B阿尔卑斯 C华力西 D加里东8．化石记录表明,马的古老的祖先开始于新生代的A始新世 B中新世 C上新世 D渐新世9．五界学说将生物界分为动物界、植物界、真菌界、原生生物界和A细菌界 B蓝藻界 C真核界 D原核界10．真马出现于＿＿A始新世 B中新世 C上新世 D渐新世11．生物进化过程中,多样性是不断＿＿A增加的 B减少的 C不变的 D灭绝的12．有关爬行类绝灭原因的解释有两种：渐变说和A突变说 B灾变说 C外力说 D内因说13．所有爬行类直接或间接的均为＿＿的后裔A杯龙类 B鱼龙类 C翼龙类 D鸟龙类14．鸟龙类的腰带为A二放型 B三放型 C四放型 D五放型15．关于苔藓植物的起源有两种看法：一是起源于藻类,二是A由裸蕨退化而来 B由裸蕨进化而来 C细菌 D裸子植物二、判断下列说法是否正确,并阐述理由1．自地球上生命产生以来,生物经历了一个漫长的进化过程1、动物界的演化经历了原生的物、多细胞脊索动物和脊索动物三个阶段2、脊索动物是动物界最高等的一类群,包括尾索动物亚门尖索动物亚门和脊椎动物亚门三个类群3、鱼类出现于志留纪之间盾皮鱼可能是硬骨鱼和软骨鱼得共同祖先2．林奈提出了三界学说 P913．渐新马主要以食草为主 P904．象的最早的祖先是象兽 P885．生物进化多样性是指每次灭绝的生物很多 P886．生物进化的阶段性是指生物的进化是不连续的 P887．目前对生物的分界倾向于三界说 P928．生物进化的总趋势是：进步性、阶段性和多样性 P87三、填空题l．根据地层形成的规律,埋藏越深的化石,生物出现的年代越＿早＿因而也就越＿古老＿; 2．按保存的特点,化石分为＿＿＿＿、、＿＿＿和＿＿＿＿;3．目前常用的同位素计算地层年龄的方法有 , , 和 , 4．随着真核细胞的产生和发展,动、植物开始分化,生物的进化进入了一个新的发展阶段,不断地从、发展演化,最终形成今天复杂多样的生物界;5．模铸化石包括和两种类型;6．按化石的大小化石可分为 , 和 ;7．生物界进化的总趋势是 , 和 ;四、名词解释l．化石：2．标准化石：3．指相化石：⒋遗体化石：5．模铸化石:6．遗物化石：7．遗迹化石8．微体化石五、简答题1．为什么说化石好像一部生物历史书2．简述化石的种类3．地质年代是如何划分的4．目前常用的同位素计算地质年龄的方法有哪些5．简述生物界系统发展的规律六、论述题1．试述化石形成的条件和原因2．论述植物界的系统发展过程一、选择题1．复杂化和简化式形态进化的＿＿A唯一方向 B两个主要方向 C基本特征 D都不正确2．行为进化的基本环节包括＿＿A趋性反射 B本能行为,学习行为 C．悟性行为D趋性,反射,本能行为,学习行为,悟性行为3．下列哪些行为不属于利他行为＿＿A双亲行为 B不育的雌峰,雌蚁自己不产卵繁殖但却全力帮助蜂后,蚁后喂养自己的同胞 C寄生在细菌体内的质粒 D两条毒蛇争斗时用头去碰撞对方而不是用毒牙去咬对方4．动物通讯信号起源于＿＿＿A某些偶然的动作和反应 B在进化过程通过自然选择而保留下来的习惯C意向动作 D受到特殊刺激5．动物对下列行为不属于视觉通讯的是A蜜蜂表演绕圆圈的舞蹈 B蜜蜂跳摇摆舞C萤火虫发光取得与配偶联系 D公鸡每天早晨鸣叫6．动物下列行为不属于学习行为而属于先天性行为的是__ ___A趋光性,趋热性,趋化性,趋地性B当动物苴接靠近终点受到阻碍时绕道走到终点C鹦鹉学舌D猴子骑车二、判断下列说法是否正确,并阐述理由1．形态进化的总趋势是复杂性提高2．新功能起源的基本方式有功能强化和功能过大3．性选择不属于自然选择4．利他行为是指某个体的行为给接受者带来好处的同时自己也从中受益5．“有产者”原则常常左右争斗的方式和结局6．凡符合ESS的对策,就最易被自然选择所保留7．本能行为在动物发育过程中不会发生变化,他受基因编码控制8．真正的免疫系统出现在脊椎动物中,并存在有进化次序的差别三、填空题1．光合生物的进化大致包括4个阶段：从到具有原始的光系统Ⅰ的＿＿＿＿的出现和发展；新的光系统Ⅰ和原始光系统Ⅱ的形成,这一阶段代替了＿＿＿＿光合器的结构和光系统Ⅱ的进一步完善,海洋中的含叶绿素a和c的出现；出现＿＿＿＿;2．动物的免疫功能也经历了一个由＿＿＿到＿＿＿由至__ _ 的发展过程;真正的免疫系统仅仅出现在并存在有进化次序的差别;3．行为的进化经历了、、、、等发展环节;4．动物的通讯方式包括、、、5．利他行为可区分为利他行为和没有亲缘关系的个体间的__ _ _____利他行为;6．从无性繁殖到有性繁殖是生物进化的一个飞跃,有性繁殖为生物创造了条件;7．新功能起源的基本方武包括、和三种方式;四、名词解释1．功能更替：2．动物行为：3．通讯：4．进化稳定对策ESS：5．“有产者”原则：6．利他行为：7．性选择8．亲缘选择五、简答题1．新功能的起源及其在进化中的意义2．新功能起源的基本方式3．光合植物适应光合作用形态结构的适应特征有哪些4．动物对摄食这一营养方式产生的适应性结构特征5．动物的行为按生物学功能分为几种6．利他行为的生物学意义7．影响性行为进化的因素8．行为进化研究方法有哪些P113六．论述题1．试述通讯信号的起源及在农业生产实践中的应用;2．新构造的起源及其在进化中的意义第六章一、选择题1．在基因家族中致同进化的机制主要有不等交换和＿＿;A、重复B、倒位C、易位D、基因转换2．对生物生存制约性小的分子进化速度 ;A、慢B、不快不慢C、快D、恒定3．构成假基因的核苷酸替换率很高是因为它是＿＿的序列;A、无功能B、不受制约C、有功能D、选择不起作用4．分子进化的特点之一是分子进化速率具有＿＿;A、不稳定性B、动摇性C、恒定性D、可塑性5．在生物进化过程中,DNA质的变化主要表现为的差异;、A、碱基的种类B、碱基的序列C、G、C含量的减少6．原核细胞和真核细胞的核糖体均含有＿＿sRNA;A、16B、18C、5D、237．仅在核DNA中才能发现胞嘧啶的＿＿;A、乙酰化B、甲基化C、羧化D、烃基化8．分子进化速率是恒定的,每个氨基酸座位的进速率为＿＿;A、 l×10ˉ7B、 l×10ˉ5C、 l×10ˉ9D、 l×10ˉ49．突变中的＿＿常常可以改变群体的基因频率;A、非频发突变B、频发突变C、自发突变D、诱发突变10．染色体结构的改变主要有缺失、重复、倒位和A、易位B、断裂C、不变D、突变11．假基因是基因组中与某一功能基因的序列高度同源但却没有功能的A、蛋白质B、DNAC、染色体D、糖类12．蛋白质是由基因编码的,蛋白质组则是与基因组相对应的动态实体;因此蛋白质的进化与基因和基因组的进化AA、密切相关B、没有关系C、关系不大D、有点关系13．从低等生物到高等生物,基因组大小呈现出＿＿＿趋势A、增大B、不变C、减小D、不定14．结构域不但是蛋白质的结构单位和可能的功能单位,而且还是蛋白质的一种＿＿＿A、序列B、进化单位C、突变单位D、重组单位15．在很多情况下,蛋白质中结构域的重复都是由基因中的重复造成的;A、内含子B、外显子C、突变子D、重组子二、判断下列说法是否正确,并阐述理由1．异源多倍体生物体的染色体来源于同一物种2．染色体结构的改变主要有染色体数目的增加和减少3．染色体结构的改变导致基因组结构的变化,并有可能形成新的基因组;4．染色体功能的分化主要体现在染色体数目和结构的变化;5．基因的进化是单个基因的演变,基因组的进化是遗传物质在总体上的进化;6．“先起源”观点认为,内含子都是作为间隔序列插入到连续编码的基因中而形成的; P126三、填空题1．基因组的扩增可区分为和2．分子进化的特点主要有和 ;3．遗传系统的进化体现为的进化以及和＿＿＿的进化; 4．染色体数目的进化既有数目的 ,又有数目的5．染色体结构的改变主要有、、和等几种途径; 6．性染色体与常染色体在功能上的差异,主要是前者含有或与至关重要的基因;7．基因的进化是的演变, 的进化是遗传物质在总体上的进化;8．对于内含子的起源,主要有和两类观点;四、名词解释1．染色体结构变异：2．重叠基因：3．选择性剪接：4．外显子改组：5．基因家族：6．假基因：7．基因的水平转移：五、简答题1．染色体的进化有哪些2．外显子改组及其意义3．简述基因组进化的总趋势4．什么是致同进化5．假基因及其产生的可能途径六、论述题1．试述基因与基因组的进化2．基因的水平转移及其在进化上的意义第七章一、选择题1．基因频率与基因型频率关系是＿＿A．基因频率与基因型频率之间存在一定的数量关系B．基因频率与基因型频率是从表型上研究种群遗传组成的两个重要指标C．基因频率可以代替基因型频率D．以上说法都不正确2．运用达尔文自然选择学说,下列叙述正确的是＿＿A．野兔的保护色和鹰锐利的视力是它们相互选择的结果B．长颈鹿经常努力去伸长颈和前肢去吃高处的树叶,因此颈和前肢都很长C．枯叶蝶的拟态现象是因为受媒烟熏黑的结果3．一条雌鲫鱼一年内繁殖3000条幼鱼,但能生存下来并发育成熟的却很少,按照达尔文观点,这个实例说明了＿＿A．生物的繁殖能力很强能产生很多后 B．自然界存在激烈的生存斗争C．遗传和变异是生物界普遍规律 D．适者生存,不适者被淘汰4．下列关于种群叙述中,不正确的是＿＿A．种群是生物进化的单位 B．种群内的个体彼此可以交配;C．种群是同种个体的机械集合 D．种群是生物繁殖的基本单位;5．在一个有性生殖的自然种群中,除了具有种群大、没有突变发生、没有新基因加入以及个体间的交配是随机的以外,还须具备下列哪一条件A．捕食者数鲎少 B．没有自然选择C．环境条件变化缓慢 D．改变个体的摄食方式6．下列哪一个因素决定生物的进化方向;＿A．基因突变 B．基因重组C．自然选择 D．染色体变异7．若同一物种的个体受到地理上的管理形成了两个小种群;每个种群可以在许多世代内发生突变和重组,最终使这两个种群不再能够＿＿A．发生基因突变． B．形成新种C．彼此交配繁殖 D．适应新的生境二、判断下列说法是否正确,并阐述理由l．生存斗争对种的生存都是不利的2．狼和鹿通过捕食与被捕食的关系进行着相互的选择3．在自然种群中,基因库代代相传,永远保持稳定4．基因突变产生的有利变异决定着生物进化的方向5．池塘中的全部蝌蚪就是一个种群6．平衡性选择是指能使两个或几个不同质量性状在群体若干世代中的比例保持平衡的现象; 7．基因型频率是指某种基因型的个体在群体中所占的比率,8．微观进化是无性繁殖系或种群在遗传组成上的微小差异导致的微小变化三、填空题1．生命现象的基本特征体现在和等多个方面;2．从微观进化角度来看,无性繁殖的生物进化的单位是＿＿＿＿,有性繁殖的生物进化的单位是＿＿＿;3．哈代一温伯格定律是指在一个大的随机交配的群体里,基因频率和基因型频率在没有、突变和等条件下,世代相传,不发生变化的现象;4．自然选择是一个很复杂的过程,主要有以下几种类型、、、5．达尔文自然选择学说的主要内容是、、6．达尔文的然选择学说认为,生物的变异一般是 ,而自然选择是＿＿;7．按达尔文自然选择学说,生物的为进化提供原始材料, 是生物进化的动力, 决定生物进化的方向;8．适应具有相对性,相对性体现在生物体对环境变化的适应的 ,其原因是由于遗传基础是＿＿＿,而环境变化是＿＿和＿＿＿造成的;9．生物进化的实质是通过＿＿,＿＿, 和定向改变基因;10．自然选择的实质是 ;四、名词解释1．微观进化：2．种群：3．基因频率：⒋基因型频率：5．基因库：6．选择系数：7．正态化选择：8．平衡性选择是两个或几个不同质量性状在群体诺干世代中的比例保持平衡的现象;五、简答题1．为什么说适应具有相对性2．微观进化的意义是什么3．微观进化与宏观进化的区别是什么4．种群的特点是什么5．什么是遗传平衡6．隔离的种类有哪些7．区分物种的主要依据是什么六．计算题1．某群体中,基因型比率如下：210AA：50Aa：20aa,这个群体平衡吗这个群体是否为2．色盲是由X连锁隐性基因X C引起的,在一个8％的男人是色盲的平衡群体中将有多少色盲妇女第八章物种与物种的形成一、选择题1．空间隔离终将导致的隔离是＿＿A生殖隔离 B时间隔离 C地理隔离 D环境隔离2．地理隔离一般是指＿＿A无机环境因素对生物的阻隔 B有机环境因素对生物的阻隔C一个地区的不同方位 D以上都不是3．渐进的种形成方式一般是指＿＿A由生殖隔离等因素引起 B由环境因素引起不同群体间基因交流屮断达到新种形成;C由基因突变引起的两种形成方式 D由染色体畸变引起两种形成方式4．渐进的物种形成包括＿＿A异地种形成,邻地种形成,同地种形成,继承式和分化式物种形成;B异地种形成和邻地种形成 C邻地种形成和同地种形成 D继承式和分化式物种成5．量子物种形成机制包括＿＿A通过遗传机制B通过遗传系统中特殊遗传机制,个体,发育调控基因突变,染色体畸变,杂交多倍化等过程而实现C通过杂交和多倍化 D个体发育调控基因突变6．形成不同物种的主要原因是＿＿A水平上的差异 B色体结构上的差异 C上的差异D根本上的差异,来自遗传的差异,基因和染色体结构两个水平的差异7．亚种包括＿＿A亚种和生态亚种 B主娈指地理亚种 C主要指生态亚种 D是物种的一个分支8．物种形成的三个环节是＿＿A变异,突变,隔离 B变异,重组,选择C变异,选择,隔离 D选择,重组,隔离9．生物进化的实质是＿＿A生物个体基因发生突变 B个体基因型的改变C种群基因型频率的改变 D种群屮趋向变异的出现二、判断下列说法是否正确,并阐述理由1．一个池塘中的全部蝌蚪就是一个种群2．隔离是新物种形成的必要条件3．生殖隔离是指自然状态下不可交配性4．非时向的物种概念就是指不考虑时间因素5．时向种是考虑时间向度,识别和区分物种6．物种和种群是相同的7．在物种形成过程中地理隔离比生殖隔离重要8．渐进的种形成和量子种形成方式是包括种形成所需时间和中间阶段都有无来分的三、填空题1．物种是的单位,又是生态系统中的单位;2．物种的标准大致有、、、 ; 3．遗传学分类标准存在的矛盾有、、 ;。
细胞的起源和进化
细胞的起源和进化刘百里（湖南教育出版社长沙410007）现代地球上绝大部分的生命都是以单个细胞或多个细胞的形式存在的。
生命起源后细胞基本结构的形成和细胞结构在进化过程中的发展都是一些重大的生物进化事件。
因此对细胞本身的起源和进化的研究是探索生物进化的重要组成部分。
1．最原始的细胞细胞是如何产生的呢？要解决这个问题就必须知道最原始的细胞是什么样子的。
最原始的细胞十分脆弱，留下的地质记录的可能性很少，即使找到有关的化石，也可能只是一些它们活动的痕迹，所以对它们的结构仍然是不清楚的。
在现代各类细胞中，有可能保留了一些原始细胞的遗迹，而且还可能有某些细胞与原始的细胞比较相似。
因此，通过综合分析与比较的途径，我们可以对细胞起源这一重大问题作一些有意义的探索。
现在已有大量的分子生物学和古微生物学方面的事实表明，原核细胞和真核细胞有共同的起源，即有共同的祖先，而且，原核细胞比真核细胞在生物进化史上先出现。
因此，真核细胞是源于远古的原核细胞，从而可以把原核细胞看作是一类比较原始的细胞。
这样，细胞起源问题首先就是原核细胞起源的问题。
不过，原核细胞的毕竟已经是一类结构相当精密的细胞，很难想象它们能一下子在生命起源时形成或一下子从非细胞的生命形式产生。
有没有比典型的原核细胞更原始、更简单的细胞或生物结构呢？病毒无疑是一类更简单的生物结构，它们主要由核酸包以蛋白质外壳而构成，过去一度认为病毒是从非生物到生物的过渡形式，生物大分子首先形成了病毒的结构后，再由此产生原始细胞的结构。
但随着对病毒研究的深入，发现不能用这种观点去解释。
例如，病毒是专性细胞内寄生的，它们只有在细胞内才能表现出生命现象，脱离细胞后就不能繁殖，因此，病毒是不可能在细胞之前起源的。
病毒的基因组与其寄主的基因组在结构特点上十分相似，有些甚至在核苷酸序列上与寄主基因组的某些区域无太大差异；此外，病毒的结构与现代细胞内的核酸和蛋白质的复合体——核蛋白的结构也有相似之处。
细胞的起源与进化
细胞骨架 细胞增殖（分裂）
方式
原核细胞 有（多功能性）
无
真核细胞 有 有
由一个环状DNA分子构成的单个染色体， DNA不与或很少与蛋白质结合 无 无 无 无
2个染色体以上，染色体由线状 DNA与蛋白质组成 有 有 有 有
无 70S（包括50S与30S的大小亚单位）
有 80S（包括60S与40S的大小亚单位）
40亿年前（原始新陈代谢和遗传特征）
二、细胞的发生
１.多聚体的形成 多核苷酸的自我复制和控制蛋白质的合成
２.膜的出现是细胞形成的关键 ３.原始细胞的诞生
约35亿年前；异养型；具可变形的膜，含有信 息和蛋白质合成系统。
第二节 细胞的进化
一、病毒 --— 非细胞形态的有机体
由一个核酸分子(DNA或RNA)与蛋白质构成的核酸 --蛋白复合体．
细胞的起源与进化
第一节 细胞的起源
• 目前观点认为，地球 上所有生物的细胞来 源于同一祖先，经进 化产生。
---- 细胞起源过程 即生命发生过程。
一、地球上原始生命的诞生
• 由无机小分子演变为原始有 机小分子物质
• 由有机小分子物质形成生物 大分子物质
• 从生物大分子到多分子体系
• 从多分子体系演变为原始生 命
蓝藻含有叶绿素a的膜层结构，细菌具有 菌色素
细菌具有裸露的质粒DNA
植物叶绿体具有叶绿素a与b 线粒体DNA，叶绿体DNA
主要成分是氨基糖与壁酸
无 无丝分裂（直接分裂）
动物细胞无细胞壁，植物细壁的 主要成分为纤维素与果胶
有
以有丝分裂（间接分裂）为主
四、从原核生物演化为真核生物
• 分化起源说： 在漫长的进化过程中，通过内在矛盾和自然选择 分化出网膜系统，胞核系统和能量转化系统，并 由此形成真核生物．
细胞的起源
细胞的起源笫三章细胞的起源3.1原始细胞的起源3.1.1超循环组织模式超循环理论是关于非平衡态系统的自组织现象的理论。
由德国科学M.艾根(Manfred Eigen)在20世纪70年代直接从生物领域的研究中提出。
在生命现象中包含许多由酶的催化作用所推动的各种循环，而基层的循环又组成了更高层次的循环，即超循环，还可组成再高层次的超循环。
超循环系统即经循环联系把自催化或自复制单接来的系统。
在此系统中，每一个复制单元既能指导自己的复制，又能对下一个中间物的产生提供催化帮助。
艾根在分子生物学水平上，把生物进化的达尔文学说通过巨系统高阶环理论，进行数学化，建立了一个通过自我复制、自然选择而进化到高度有序水平的自组织系统模型，以解释多分子体系向原始生命的进化。
这个理论在科学界仍有争议，但无疑它把系统科学的研究推进了一步。
因此，在化学进化阶段和生物学进化生命的发展过程分为化学进化和生物学进化两个阶段。
在化学进中，无机分子逐渐形成简单的有机分子。
在生物学进化阶段中，原核生物逐渐发展为真核生物，单细胞生物逐渐发展为多细胞生物，简单低级的生物逐渐发展为高级复杂的生物。
生物的进化依赖遗传和变异，遗传和变异过程中最重要的两类生物大分子是核酸和蛋白质。
各种生物的核酸和蛋白质的代谢有许多共同点，所有生物都使用统一的遗传密码和基本上一致的译码方法，而译码过程的实现又需要几百种分子的配合。
在生命起源过程中，这几百种分子不可能一起形成并严密地组织起来阶段之间有一个生物大分子的自组织阶段，这种分子自组织的形式是超循环。
如核酸是自复制的模板，但核酸序列的自复制过程往往不是直接进行的。
核酸通过它所编码的蛋白质去影响另一段核酸的自复制。
这种结构便是一种超循环结构。
生命的发展过程分为化学进化和生物学进化两个阶段。
在化学进化阶段中，无机分子逐渐形成简单的有机分子。
在生物学进化阶段中，原核生物逐渐发展为真核生物，单细胞生物逐渐发展为多细胞生物，简单低级的生物逐渐发展为高级复杂的生物。
细胞的起源与进化
通过在基因和基因组层次上的深 入研究，人们发现，在原核细胞 中有一类群，它们的遗传信息表 达系统与其他的原核细胞差异相 当大，反而与真核细胞更为接近。 于是人们把这类细胞从原核细胞 中独立出来，另立一个类群，称 为古核细胞，由古核细胞所构成 的生物称古核生物
这样，整个生物界的类群包括3 个域：原核生物、古核生物和真 核生物
细胞的起源与进化
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XXX：xxx
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目录
01 原核细胞 02 古核细胞 03 真核细胞 04 三类细胞之间的区别
0 细胞的起源与进化
根据细胞结构上的的差异，可以 把细胞分为真核细胞与原核细胞 两大类。这一概念最早是在20世 纪60年代由著名细胞生物学家 H.Ris提出来的，随着研究的深 入人们发现，原核细胞与真核细 胞的区别，远不只有无细胞核， 它们在代谢方式、遗传信息传递 方式、基因表达调控、信号转导 等各个方面都存在显著差异
真核生物进行有性繁殖，并进行有 丝分裂
也有些真核生物的细胞也能进行无 丝分裂，如蛙的红细胞，人的肝脏 细胞
0 细胞的起源与进化
三类细胞之 间的区别
1.细胞膜系统的演化 2.遗传信息量与遗传 装置的扩增与复杂化
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感谢观看
THANK YOU FOR WATCHING
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BRILLIANT JOURNEY ABOUT NATURE
0 细胞的起源与进化
在细胞质内膜系统很发达，存在着 内质网、高尔基体、线粒体和溶酶 体等细胞器，分别行使特异的功能
真核生物包括我们熟悉的动植物以 及微小的原生动物、单细胞海藻、
真菌、苔藓等
真核细胞具有一个或多个由双膜包 裹的细胞核，遗传物质包含于核含 精氨酸和赖氨酸的碱性蛋白质构成
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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2 渐进说
20世纪70年代尤泽尔(Uzzell)等人提出 的模型，认为细胞内的细胞器和细胞核的形 成是由原始的原核细胞，通过一系列DNA复 制和质膜的内陷，形成了双层膜结构，即用 内胞形成和细胞内间隔作用的渐进发展来解 释细胞核和细胞器的起源。最近又有人提出 膜进化理论，认为从原核细胞到真核细胞是 渐进的、直接的进化过程，其理论依据包括：
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
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（1）原核与真核细胞之间存在着一些中间过渡型，例 如原绿藻、红藻和蓝细菌。
（2）从代谢生理、生化特征的比较看，真核细胞的需 氧呼吸代谢更可能是通过原核生物发酵途径的重复、 改造而建立的。
（3）某些行光合作用的原核生物具有复杂的胞内膜结 构。
这一学说的致命弱点是不能解释线粒体和叶绿体内 膜和外膜的化学成分和物理特性不一致的事实，特 别是内膜与原核细胞的质膜相似，外膜却与真核生 物的质膜相似这一事实。
• 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。
细胞的起源与进化-进化生物学-课件-03
原始细胞的起源：
设想，最原始的细胞应该包含三个最基本的要素： ① 有一个生物大分子的自我复制系统； ② 形成了简单的遗传密码体系，能将自身蛋白质的合成纳入 核酸自我复制体系之中； ③ 出现了原始膜，形成了分隔，使生命的内部环境和外部环 境分隔开来。 从细胞的结构上来讲，生物膜（含附在膜上的多核苷 酸）与原始的核糖体（极有可能是原始的rRNA)是细胞起源 的主要条件。
核糖体 起始tRNA 5S A结构 细胞壁成分
蛋白合成抑制剂
RNA聚合酶 核膜 细胞器 DNA
源真核生物是古细菌和真核生物之间的 过渡类型
双滴虫类中的兰氏贾第虫是古细菌和真核 生物之间的过渡类型，它已有成形的核，但核 膜不完整，有大缺口，且分裂中无纺锤体出 现，其基因无内含子，称其为源真核生物。
关键不足：完成生命最基本的生物化学反应所需的一系列酶， 通过随机过程进化产生出来的几率有多大?
二、细胞的进化
1. 原核细胞
一般认为原始的原核细胞是 地球上最早的生命实体。根据生 物化石研究推断，原核细胞很可 能起源于35亿年前的几亿年中。 厌氧性的光合自养 化能自养 异养 丝状蓝绿藻微化石
厌氧性光合自养原核生物对地球环境的改变产生巨大的 作用，对以后生物的进化有着深远的意义。通过光合作用， 不但将太阳的辐射能（光能）转化为丰富的化学能，同时也 放出了分子氧，改变了原始大气的成分。
冠状病毒结构模型 （SARS）
噬菌体
细菌
蓝藻
真核细胞亚显微结构
一、原始细胞的起源
1. 超循环组织模式
病毒不存在个体的生长 过程，只有核酸和蛋白 质的合成与装配
大分子的自动聚合作用解释了细胞基本结构的起源与进化
20世纪40年代奥地利生物学家贝塔朗菲（Beretalanffy） 提出生命是具有整体性、动态性和开放性的有序系统，开创一 种以系统论的方法研究生命的新观点。 1971年，艾根（Eigen）提出了另一种可能的过渡形式， 即超循环组织（hypercyclic organization）。在化学演化 与生物学进化间存在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、原始细胞的起源
1、无机元素在火山爆发、光照和闪电的作用下形 成了有机小分子； 2、有机小分子形成大量有机大分子； 3、有机大分子演化为具生命形式的多分子体系； 4、约在38亿年前，多分子体系演变成原始生命， 这之前称为生命的化学进化阶段。 5、细胞生命出现之后的进化是生物进化。
（一）超循环组织模式
能量危机
基因型与表型区分
细胞生命
6
信息危机
分隔结构
糖酵解 光合作用
5
适应危机
超循环组织
原始细胞分裂
4
复杂性危机
分子准种
功能组织化
3
组织化危机
多核苷酸
优化（突变+选择）
2
选择
杂聚合物
1 1
聚合作用
小分子
从化学进化到生物学进化的阶梯式过渡模式图解（自张昀2000）
斯图亚特·考夫曼（S.Kauffman）， 宾夕法尼亚大学生物化学名誉教 授，理论生物学家，也是复杂性 科学方面的权威，主要研究生命 起源和分子自组织起源等课题。 其主要科普作品包括《秩序的起 源》、《关于生命本质的研究》 和《宇宙为家——自组织和复杂 性原理探索》。 考夫曼认为，生命起源自自我催 化的一组分子。这些自催化分子 具有自组织的能力，能够自发地 产生秩序。
在上述超循环模式的基础上，逐渐发展出一个 综合的过渡理论。 奥地利学者休斯特等提出一个包括6个阶梯式步 骤的有原始的化学结构过渡到原始细胞的理论。 考夫曼进一步阐明了折椅思想，即原始生命的 起源，是一个由多种原始生物大分子协同驱动的 动力学系统有序的自组织过程，该系统的各主要 阶段都受内部的动力学稳定和对外界环境的适应 等因素的选择。
2.核膜的内膜与外膜有不同的起源，内膜源于细胞膜， 核膜的内膜与外膜有不同的起源，内膜源于细胞膜， 核膜的内膜与外膜有不同的起源 而外膜则源于内质网膜 原核细胞的类核被内褶的双层细胞膜包围， 原核细胞的类核被内褶的双层细胞膜包围，继而外膜 被单层的内质网取代。能解释核膜的内外膜之间的差异。 被单层的内质网取代。能解释核膜的内外膜之间的差异。 例如， 例如，核膜的外膜在结构和组成上确实是与内质网膜 相似，而且外膜往往和内质网直接相连， 相似，而且外膜往往和内质网直接相连，还像内质网那样 附有核糖体。 附有核糖体。 但同样存在着核孔如何形成、 但同样存在着核孔如何形成、如何保证刚形成的原始 核与细胞质之间的物质交换的问题。 核与细胞质之间的物质交换的问题。 此外，内质网膜如何取代刚形成的核膜的外膜? 此外，内质网膜如何取代刚形成的核膜的外膜
从70年代开始，德国生物物理化学家曼弗雷德•艾根 提出超循环理论，以解释生命起源问题，即生命如 何从物理和化学的层次突现出来的问题。 超循环论认为，在化学进化之后，存在一个生物大 分子的自组织进化。在这个进化过程中，原始的蛋 白质和核酸之间的相互作用形成了某种超循环组织， 这种超循环组织能够稳定地、协同整合地朝着自我 优化的方向进化。艾根认为，这个超循环的自组织 进化阶段，是理解自然界由化学进化过渡到生物学 进化的关键。
超循环对生命必然发生的解释引起了国际学 术界的不同反响。主张生命纯属偶然事件的 法国生物学家莫诺对此不以为然。有的科学 家认为，艾根的理论只涉及“复制”问题， 只相当于生命起源的“软件”层次，并没有 涉及到生命起源的“硬件”层次即“代谢” 问题。艾肯及其同事尚在继续他们的研究。
（二）阶梯式过渡模式
对于核膜的起源，目前有几种观点： 对于核膜的起源，目前有几种观点： 1.核膜是由细胞膜内褶把原始的类核包围而起源产 核膜是由细胞膜内褶把原始的类核包围而起源产 生的， 生的，内外两层的核膜都是源于原始原核细胞的细 胞膜 。 原核细胞中细胞膜内褶或内陷现象。另外，类核也 原核细胞中细胞膜内褶或内陷现象。另外， 往往直接或间接地附着在细胞膜上。 往往直接或间接地附着在细胞膜上。 能解释为什么核膜是双层膜。 能解释为什么核膜是双层膜。 不能很好说明核孔是如何形成的， 不能很好说明核孔是如何形成的，另外也不能解释 核膜的内外膜在形态结构上和化学组成及性质上的 差异。 差异。
环己亚胺,放线菌酮 环己亚胺 放线菌酮
核糖体 起始tRNA 起始 5S tRNA结构 结构 细胞壁成分
蛋白合成抑制剂
70-84种蛋白质 种蛋白质 甲硫氨酰tRNA 甲硫氨酰 有5个螺旋区 个螺旋区 纤维素， 纤维素，果胶
环己亚胺,放线菌酮 环己亚胺 放线菌酮
RNA聚合酶 聚合酶 核膜 细胞器 DNA
（四）真核细胞的起源
细胞进化的另一重大事件是真核细胞的起源。 真核细胞与原核细胞和古细胞最最本质的区别在 于真核细胞具有复杂的内膜系统，形成细胞核、 线粒体、叶绿体、溶酶体等膜包围成的细胞器。 从原始的原核细胞进化为真核细胞，最关键的一 步是细胞核的形成，而细胞核的起源最关键的一 点是核膜的起源。
最原始细胞的模式:“原始的基因组+膜系统” 。 这样，从最原始的细胞向原始细胞的进化，主 要就是其内的基因组向复杂化和多功能化发展， 从而导致蛋白质生物合成的出现，并建立起比 较完善的膜系统和核糖体（类似现代的枝原 体）。 进一步，通过建立比较完善的能量代谢系统， 且基因组相对集中，形成类核，就进化为原始 的细菌类；再建立光合作用系统，就进化为原 始的光合细菌，成为现代蓝藻（蓝菌）的祖先。
3.核膜不是直接起源于细胞膜，而是起源于 核膜不是直接起源于细胞膜， 核膜不是直接起源于细胞膜 由细胞膜形成的原始内质网 贾第虫不完整的核被膜的发现,支持了关于核 贾第虫不完整的核被膜的发现 支持了关于核 被膜起源于真核细胞的原核祖先体内已经具 有的原始性内质网的假说; 有的原始性内质网的假说
细胞核的形成（自生说）
所谓超循环，是相对于在化学反应中普遍存在的 循环反应而言的。在通常的循环反应中，催化剂 与反应底物相结合生成产物和催化剂，形成了催 化剂的自我再生。如果这样的循环反应本身就构 成了某种催化剂，那么就可以形成更高层次的催 化循环。而超循环，就是比催化循环再高一个层 次的循环，即把催化循环本身作为催化剂的超级 循环。超循环具备自我复制能力，而且作为一个 整体具备自我选择的能力。 艾肯揭示出，超循环可以作为生物大分子的一般 模式，由它的种种高阶形式，可以解释由化学过 程向生命过程的种种突变现象。
最原始真核生物——贾第虫（Giardia） 最原始真核生物——贾第虫（ ） ——贾第虫
不完整的核被膜的发现,支持了关于核被膜起源于真核细 ① 不完整的核被膜的发现 支持了关于核被膜起源于真核细 胞的原核祖先体内已经具有的原始性内质网的假说; 胞的原核祖先体内已经具有的原始性内质网的假说
贾第虫核内核骨架的发现,意味着真核细胞的原核祖先很可 ② 贾第虫核内核骨架的发现 意味着真核细胞的原核祖先很可 能已经具有核骨架的前身结构; 能已经具有核骨架的前身结构
第三章 细胞的起源与进化
细胞是生命活动的基 本单位，因此研究生命起 源的一个关键问题就是阐 明细胞的起源问题。
要研究细胞的起源，就必须先了解原始细胞 的结构模式。 原核细胞与真核细胞有共同的祖先，且原核 细胞比真核细胞在进化史上先出现，但原核 细胞仍然很复杂和精密。
比一般原核细胞更简单的细胞或生物结构有病毒、 枝原体，近年还有报道发现一类极微小的细胞生 命——纳米菌。 现在一般认为，病毒是由细胞衍生，因此并不是一 种原始的结构。枝原体能独立生活或胞内寄生，直 径有0.1~0.3μ，是现代较为简单的细胞。纳米菌可 小至0.01μ，然而目前对其是否真的是一种生物结 构还有不少争议。
多亚基组成， 多亚基组成，抑 制剂为鹅膏蕈碱 无 无 环状
多亚基组成， 多亚基组成，抑制 剂为鹅膏蕈碱 有 有 与蛋白形成染色体
源真核生物是古细菌和真核生物之间的过渡类型 双滴虫类中的兰氏贾第虫是古细菌和真核生物之间的过 渡类型，它已有成形的核，但核膜不完整，有大缺口， 渡类型，它已有成形的核，但核膜不完整，有大缺口，且分 源真核生物。 裂中无纺锤体出现，其基因无内含子，称其为源真核生物 裂中无纺锤体出现，其基因无内含子，称其为源真核生物。
细胞器的起源也是真核细胞起源与进化的很 重要方面，研究得比较多的是线粒体和叶绿 体的起源问题。说明这两种细胞器起源的有 经典学说和内共生学说（endosymbiosis）。
经典学说（渐进说）认为，线粒体和叶绿体是原始的 真核细胞或真核细胞的祖先自行产生的。较复杂的膜系统，然后再发展成外围双层膜的 密闭体系，并脱离细胞膜独立存在。 在形成密闭体系的过程中，还把一份基因组包含在体系里面。 与能量代谢有关的体系就进化为线粒体，其内的基因组就简化 为线粒体基因组； 与光合作用有关的体系就进化为叶绿体，其内的基因组就简化 为叶绿体基因组。 线粒体在进化早期就产生了，因此存在于绝大部分真核生物的 细胞中；叶绿体较迟才起源，只存于藻类和高等植物细胞。
二
细胞的进化
（一）原核细胞的出现 通过遗传密码的演化和若干前生物系统的过 渡，地球上最终产生了最原始的生物系统， 即具有原始细胞结构的生命。
化学演化和前生物演化之后，单细胞终于 形成了，生命进入了细胞演化阶段。在这个 阶段，演化主要集中在细胞内部组织水平的 提高，包括细胞结构的复杂化、代谢方式的 演变等，同时伴随着规模较小的生态学分异 和物种分异。
海底烟囱附近也具有古细菌
C.R.Woese根据rRNA序列比较得出的三支并列系统
（三）真核细菌的祖先可能是古细菌
研究古细菌在进化上具有重要意义，因 为今天古细菌生活的环境也正是地球早 期典型的环境，新的研究表明，真核细 菌可能起源于古细菌。
真细菌 DNA结构 结构
古细菌
真核生物
很少含有重复序列， 含有重复序列， 含有大量重复序列， 很少含有重复序列， 含有重复序列， 含有大量重复序列， 内含子和可转移成 内含子和可转移 内含子和可转移成 成分 分 分 55种蛋白质 种蛋白质 甲酰甲硫氨酰tRNA 甲酰甲硫氨酰 有4个螺旋区 个螺旋区 肽聚糖层 氯霉素， 氯霉素，链霉素 较为简单， 较为简单，抑制剂 为利福平 无 无 环状 60种以上蛋白质 种以上蛋白质 甲硫氨酰tRNA 甲硫氨酰 有5个螺旋区 个螺旋区 蛋白质