厦门大学进化生物学第2章生命及其在地球上的起源教学内容
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四 有关生命起源问题的探索
一、生命的本质
❖生命是物质运动的特殊形式
（一）生命的物质基础
1. 生物体化学成分的同一性
目前已确定自然中有近60元素种构成生物体，主要有C、 H、O、N、P和S，其次是Ca、Mg、Na和Cl等。
生物除含有70％的水和无机物外，还含有多种有机分子， 如核酸、蛋白质、糖类、脂类和维生素等。各种生物蛋白 质的单体包括20种氨基酸，且都是L型，构成生物核酸的 单体均是8种核苷酸。
地球诞生于46亿年前 （1）初生大气烟消云散 （2）次生大气(原始大气)的形成
不含游离氧的次生大气又称原始大气，为 地球上的生命起源提供了原始素材。 （3）原始海洋的诞生
4 新自然发生论
认为地球上的生命起源是通过化学的途 径实现的。无机物→有机物→生物大分子。 （德国自然哲学家——奥肯1809年）
20世纪50年代的Miller的放电实验。
（二）生命起源的条件
❖1 宇宙的起源和地球的诞生 大爆炸理论 （137亿年前） 康德－拉普斯星云学说（关于太阳系
起源）
❖2 早期地球条件:
2. 结构的有序性和功能的复杂性
蛋白质和核酸是生命的主要物质基础。 蛋白质：一级结构——二级结构——三级结构——四级结构 核苷酸: DNA 、RNA 的结构
（二）生命活动的基本特征
1. 自我更新
（1）生物体的自我更新 ❖ 同化作用与异化作用 ❖ 二者相互转换 ❖ 相互渗透 （2）生物体与外界环境条件的特殊联系 ❖ 生物体在生长发育过程中需要一定的环境条件，主动地
第二章 生命及其在地球上的起源
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上一章回顾
什么是“进化”?
一、进化、生物进化与进化生物学 二、从进化论到进化生物学 三、进化生物学的研究现状和发展的新方向 四、学习和研究进化生物学的意义和方法
❖书面作业(1000~3000字)
达尔文进化论是在什么样的背景 下产生的?你认为达尔文进化论是 否过时?为什么?
物理量。
热力学第二定律：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，即朝着熵增加的方向 变化。
热力学第二定律有几种表述方式：
克劳修斯表述 热量可以自发地从温度高 的物体传递到较冷的物体，但不可能自发 地从温度低的物体传递到温度高的物体；
开尔文-普朗克表述 不可能从单一热源吸 取热量，并将这热量完全变为功，而不产 生其他影响。
（一）人类对生命起源的几种认识
❖ 1 原始的自然发生论 ——认为生物可以从非生命的物质直 接而迅速地产生出来。这不符合事物的发展规律。
❖ 2 “天创论”（神创论） ——天创论。 ❖ 3 “生生论”与“天外胚种论”
（1） “生生论” 又称“生源论” 1669年意大利医生弗朗西斯科第一次实验说明腐肉不能
(纸质本3月13日前交给助教)(星期一)
❖请你例举地球上的生物?
❖请你想像如果地球上没有这些生物将 是什么样子?
❖你有没有想过地球生物是来自何处? 是怎样来的?
❖有没有想过地球生物这样千姿百态其 成因?
第二章 生命及其在地球上的起源
一 生命的本质 二 生命在地球上的起源 三 遗传密码的起源与进化
大约在1920年左右，挪威一户农民 的羊群里，又突然出现了一只短腿羊， 这是因为又新产生了一次基因突变。 由此又重新育成了一个短腿绵羊的新 品种。
5 生命活动的节律性
❖生物节律 天 (24 小时)——非常普遍 月 ——一些海洋生物随潮水变化的周期 年——非常普遍
（三）生命和熵
1 熵的概念 所谓熵就是用来表示某个体系混乱程度的
从周围环境中吸取所需地营养物质，体现主动性和选择 性。
❖ 这种联系也是生物体生存和发展的必要条件。生物有机 体是一个开放系统，它和周围环境不断进行物质交换和 能量流动。
2. 自我复制
❖ 自我复制是生命活动地另一个基本特征，体现在分子、 细胞、个体，以致群体水平等不同层次上。（Fig: DNA的半保留复制）
生蛆（如下图）。1675年，荷兰人列文胡克在显微镜中观察 到细菌等微生物。
直到19世纪，法国微生物学家巴斯德设计实验说明微生 物并非自然发生。
（2）天外胚种论
❖ 这一学说认为地球上的生命是天外飞来的。有 人认为，带有有机分子的尘埃可以由彗星带到 地球上，从而使地球上有了生命。
❖ 宇宙空间的确有简单的有机物生成，为宇宙论 提供了依据，但不能说明地球上的生命就是来 自天外。
熵表述 随时间进行，一个孤立体系中的 熵总是不会增加。
意义
热力学第二定律的每一种表述，揭示了大量 分子参与的宏观过程的方向性，使人们认 识到自然界中进行的涉及热现象的宏观过 程都具有方向性。
微观意义
一切自然过程总是沿着分子热运动的无序 性增大的方向进行。
2 生命和熵
生物体是一个开放系统，与周围环境在不断 地进行物质和能量地交换，即熵处在不断地变动 之中，这种变化成为熵变。熵变等于熵流和熵产 生之和。
熵变≤0是生物体正常生长发育所必须的条件。
新陈代谢的本质是生物体不断从环境吸取负 熵用以消除当它活着的时候不得不产生的全部的 熵。
生命就ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ一种耗散结构，即指开放系统远离 平衡态时出现的有序结构。
二、生命在地球上的起源
❖ （一）人类对生命起源的几种认识
❖ （二）生命起源的条件
❖ （三）生命起源的过程——生命起源的化学演化 学说
3. 自我调控
trp操纵子是负责色氨酸合成的操纵子。是由一个启动子和一个操纵基因 区组成。该操纵基因控制一个编码色氨酸生物合成需要的5种蛋白的多顺 反子mRNA的表达。
4. 自我突变
❖ 突变DNA分子结构内部的改变，是发生了化学变化。
e.g. 安康羊的由来：
1791年，在美国新英格兰的一户农民赛斯·怀特（Seth Wright）家的羊群里，发现了一只背长腿短且略弯曲的雄绵羊。 由于腿短，它跳不过羊圈篱笆，故而易于圈养。经过怀特的精心 选育，一个新的绵羊品种--安康羊（Ancon sheep）产生了。达尔 文对此很感兴趣，曾将该例收录在他的著作《动物和植物在家养 下的变异》一书中。但安康羊在1870年左右绝种了。这种短腿羊， 最初是在其亲代的生殖细胞中的基因产生了变化而导致的。基因 的变化称为基因突变。
一、生命的本质
❖生命是物质运动的特殊形式
（一）生命的物质基础
1. 生物体化学成分的同一性
目前已确定自然中有近60元素种构成生物体，主要有C、 H、O、N、P和S，其次是Ca、Mg、Na和Cl等。
生物除含有70％的水和无机物外，还含有多种有机分子， 如核酸、蛋白质、糖类、脂类和维生素等。各种生物蛋白 质的单体包括20种氨基酸，且都是L型，构成生物核酸的 单体均是8种核苷酸。
地球诞生于46亿年前 （1）初生大气烟消云散 （2）次生大气(原始大气)的形成
不含游离氧的次生大气又称原始大气，为 地球上的生命起源提供了原始素材。 （3）原始海洋的诞生
4 新自然发生论
认为地球上的生命起源是通过化学的途 径实现的。无机物→有机物→生物大分子。 （德国自然哲学家——奥肯1809年）
20世纪50年代的Miller的放电实验。
（二）生命起源的条件
❖1 宇宙的起源和地球的诞生 大爆炸理论 （137亿年前） 康德－拉普斯星云学说（关于太阳系
起源）
❖2 早期地球条件:
2. 结构的有序性和功能的复杂性
蛋白质和核酸是生命的主要物质基础。 蛋白质：一级结构——二级结构——三级结构——四级结构 核苷酸: DNA 、RNA 的结构
（二）生命活动的基本特征
1. 自我更新
（1）生物体的自我更新 ❖ 同化作用与异化作用 ❖ 二者相互转换 ❖ 相互渗透 （2）生物体与外界环境条件的特殊联系 ❖ 生物体在生长发育过程中需要一定的环境条件，主动地
第二章 生命及其在地球上的起源
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上一章回顾
什么是“进化”?
一、进化、生物进化与进化生物学 二、从进化论到进化生物学 三、进化生物学的研究现状和发展的新方向 四、学习和研究进化生物学的意义和方法
❖书面作业(1000~3000字)
达尔文进化论是在什么样的背景 下产生的?你认为达尔文进化论是 否过时?为什么?
物理量。
热力学第二定律：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，即朝着熵增加的方向 变化。
热力学第二定律有几种表述方式：
克劳修斯表述 热量可以自发地从温度高 的物体传递到较冷的物体，但不可能自发 地从温度低的物体传递到温度高的物体；
开尔文-普朗克表述 不可能从单一热源吸 取热量，并将这热量完全变为功，而不产 生其他影响。
（一）人类对生命起源的几种认识
❖ 1 原始的自然发生论 ——认为生物可以从非生命的物质直 接而迅速地产生出来。这不符合事物的发展规律。
❖ 2 “天创论”（神创论） ——天创论。 ❖ 3 “生生论”与“天外胚种论”
（1） “生生论” 又称“生源论” 1669年意大利医生弗朗西斯科第一次实验说明腐肉不能
(纸质本3月13日前交给助教)(星期一)
❖请你例举地球上的生物?
❖请你想像如果地球上没有这些生物将 是什么样子?
❖你有没有想过地球生物是来自何处? 是怎样来的?
❖有没有想过地球生物这样千姿百态其 成因?
第二章 生命及其在地球上的起源
一 生命的本质 二 生命在地球上的起源 三 遗传密码的起源与进化
大约在1920年左右，挪威一户农民 的羊群里，又突然出现了一只短腿羊， 这是因为又新产生了一次基因突变。 由此又重新育成了一个短腿绵羊的新 品种。
5 生命活动的节律性
❖生物节律 天 (24 小时)——非常普遍 月 ——一些海洋生物随潮水变化的周期 年——非常普遍
（三）生命和熵
1 熵的概念 所谓熵就是用来表示某个体系混乱程度的
从周围环境中吸取所需地营养物质，体现主动性和选择 性。
❖ 这种联系也是生物体生存和发展的必要条件。生物有机 体是一个开放系统，它和周围环境不断进行物质交换和 能量流动。
2. 自我复制
❖ 自我复制是生命活动地另一个基本特征，体现在分子、 细胞、个体，以致群体水平等不同层次上。（Fig: DNA的半保留复制）
生蛆（如下图）。1675年，荷兰人列文胡克在显微镜中观察 到细菌等微生物。
直到19世纪，法国微生物学家巴斯德设计实验说明微生 物并非自然发生。
（2）天外胚种论
❖ 这一学说认为地球上的生命是天外飞来的。有 人认为，带有有机分子的尘埃可以由彗星带到 地球上，从而使地球上有了生命。
❖ 宇宙空间的确有简单的有机物生成，为宇宙论 提供了依据，但不能说明地球上的生命就是来 自天外。
熵表述 随时间进行，一个孤立体系中的 熵总是不会增加。
意义
热力学第二定律的每一种表述，揭示了大量 分子参与的宏观过程的方向性，使人们认 识到自然界中进行的涉及热现象的宏观过 程都具有方向性。
微观意义
一切自然过程总是沿着分子热运动的无序 性增大的方向进行。
2 生命和熵
生物体是一个开放系统，与周围环境在不断 地进行物质和能量地交换，即熵处在不断地变动 之中，这种变化成为熵变。熵变等于熵流和熵产 生之和。
熵变≤0是生物体正常生长发育所必须的条件。
新陈代谢的本质是生物体不断从环境吸取负 熵用以消除当它活着的时候不得不产生的全部的 熵。
生命就ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ一种耗散结构，即指开放系统远离 平衡态时出现的有序结构。
二、生命在地球上的起源
❖ （一）人类对生命起源的几种认识
❖ （二）生命起源的条件
❖ （三）生命起源的过程——生命起源的化学演化 学说
3. 自我调控
trp操纵子是负责色氨酸合成的操纵子。是由一个启动子和一个操纵基因 区组成。该操纵基因控制一个编码色氨酸生物合成需要的5种蛋白的多顺 反子mRNA的表达。
4. 自我突变
❖ 突变DNA分子结构内部的改变，是发生了化学变化。
e.g. 安康羊的由来：
1791年，在美国新英格兰的一户农民赛斯·怀特（Seth Wright）家的羊群里，发现了一只背长腿短且略弯曲的雄绵羊。 由于腿短，它跳不过羊圈篱笆，故而易于圈养。经过怀特的精心 选育，一个新的绵羊品种--安康羊（Ancon sheep）产生了。达尔 文对此很感兴趣，曾将该例收录在他的著作《动物和植物在家养 下的变异》一书中。但安康羊在1870年左右绝种了。这种短腿羊， 最初是在其亲代的生殖细胞中的基因产生了变化而导致的。基因 的变化称为基因突变。