第七章遗传与进化

65
晚寒武世
寒武纪 中寒武世
540
40
早寒武世
生命史的3个阶段
• 纵观地球生命史整个历史，从生命起源至人类文明，大 致可分为3个阶段。
1、前生命的化学进化阶段 • 澳大利亚、南非太古宙的化石证据和稳定同位素分析研
究结果表明：地球生命和地球上最老的岩石一样古老， 即在太古宙早期（35－38亿年前），细胞形式的生命就 已经出现了。 • 如果前生命的化学进化是在地球表面进行的，那么这只 能发生在38亿年前－40亿年前。
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• 2、间接的证据表明，生命史与地质史几乎同样长—— 大约38亿年。
•
格陵兰的依苏阿（Isua）的太古宙沉积变质岩
•
世界上已知最古老的岩石，同位素年龄接近38亿
年，其稳定碳同位素比值（排除变质作用影响因素）
与生物来源的碳的数值范围大体接近
• 证明：
• 生物有机合成（初级生产）可能在38亿年前就开始源自文库 。
• 多细胞无脊椎动物最早的适应辐射发生 在大约5.5－5.7亿年前。
• 最近的古生物学、分子钟的研究表明： 后生动物的起源可能很早。
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• 4.3 具有外骨骼的无脊椎动物（小壳化石）和 具有钙化组织的藻类植物最早出现在5.3－5.5 亿年前。
• 动物与植物的第一次骨骼化与前寒武纪至寒武 纪过渡时期全球海洋与大气物理、化学特性的 改变有关。
出现了，那么前生命的化学进化只能发生在38－40亿 年前的正处于地壳形成过程中的不稳定的的地球表面 上。 • 这令人费解！ • 2、单细胞微观生命的进化历史长达28亿年，多细胞宏 观生物的出现和分异如此之晚且如此“突然”，令人 费解！ • 最早的单细胞生物化石记录（35亿年前）－可靠的多 细胞动、植物最早的化石记录（6－7亿年前）之间的 时距长达28亿年之久。
侏罗纪
早侏罗世 195
54
晚三叠世
三叠纪
中三叠世 230
35
早三叠世
宙
显 生 宙
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显生宙地质时代划分
代
纪
世
同位素
延续时
定年 /Ma 间/Ma
二叠纪 晚二叠世
280
50
古
早二叠世
石炭纪
晚石炭世 345
65
早石炭世
生
泥盆纪
晚泥盆世 中泥盆世 395
50
早泥盆世
志留纪
代
奥陶纪
435
40
500
宙
显 生 宙
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代 新 生 代
中 生 代
显生宙地质时代划分
纪 第四纪 晚第三纪 早第三纪
世
全新世 更新世
上新世 中新世 渐新世 始新世 古新世
同位素定 年 /Ma
0.01 2222
5 24.6
65
延续时间 /Ma
0.01 2
3 19.6
40
白垩纪
晚白垩世 早白垩世
141
76
晚侏罗世
中侏罗世
第七章遗传与进化
一、生命史
• 生命在地球上已存在38亿年之久， • 自其诞生之日起就不停息地变化，在变化中延
续、演进。 • 这是一个真实、漫长、仍未终止的历史过程。 • 1、生命史的3个阶段：附表 • 2、生命史研究的新进展和新问题： • 2.1 生命史研究的新进展；2.2 生命史研究提出
的问题
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前）、 • 三叠纪末（1.9亿年前）、侏罗纪末（1.3－
1.4亿年前）、 • 白垩纪末（0.65亿年前）曾经发生过大规模的
物种绝灭事件： • 原因：多少和全球环境的变化，甚至可能和地
外的（天文学的）事件相关。
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生命史研究提出的问题
• 1、地球生命历史之长和生命起源之早出乎意料： • 假如38亿年前原始地壳和原始海洋刚形成时，生命就
• 1、有化石记录的生命史已追溯到35亿年前。 • 南非太古宙翁维瓦特群（Onverwacht group）
和无花果树群（fig tree group）、澳大利亚 西部和西北部的太古宙瓦拉伍那群（ Warrawoona Group）和阿倍克斯玄武岩组（ Apex basalt）的燧石层中——丝状的微生物 化石，同位素年龄为34－35亿年。
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• 3、文化进化与生物学进化并行和相互制约阶 段
• 在显生宙末的最近的几千年，地球上的人类进 入文明阶段，
• 从此，生物圈的进化愈来愈受人类活动的影响 和控制，
• 人类文化与生物的进化相互作用、相互制约， 这就是生命史最后一个阶段的特征。
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生命史研究的新进展
• 20世纪60年代以来，地球生命史研究的主要进 展有如下几项：
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• 4、古生物学、地质学的研究进展，使我 们对生命史中最重要的进化事件发生的 时间、历史环境背景有了更多的了解：
• 4.1 真核生物的最早出现大致和大气圈 中的自由氧的开始积累同步
• ——大约19－20亿年；
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• 4.2 多细胞植物（海生底栖藻类）在6.0 －7.0亿年前的元古宙晚期第一次适应辐 射；
• 原因：地质学家——地壳大约自40亿年前逐渐形 成。
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• 2、生物学进化阶段 • 地球上最早的细胞生命的诞生 • ——即具有与外界分隔的生物膜，同时又有内部膜
分隔的、有形态学特征的、有个性的生命的最初出 现，标志着前生命的化学进化的完成和生物学进化 的开始。 • 从最早的细胞生命出现开始的生物学进化，经历了 ：太古宙（38亿年前－25亿年前）、元古宙（25亿 年前－6亿年前）、显生宙（6亿年前至今） • 3大地质时代，历时38亿年之久。
• 4.4 最早的陆地植物（苔藓植物）和陆地无脊 椎动物（某些节肢动物和环节动物）构成的陆 地生态系统大约在4.5亿年前出现；陆地维管 植物最早出现于4或4.5亿年前（早志留世或奥 陶世）。
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• 4.5 化石记录还表明： • 在寒武纪初期（5－5.3亿年前）、奥陶纪末（
4.4亿年前）、 • 晚泥盆世（3.6亿年前）、二叠纪末（2.3亿年
• 以下两项证据也间接地支持了38亿年前地球上可能有 生命存在的推断：
• 依苏阿太古岩的沉积纹理等特征
• 表明——那时（38亿年前）已有液态水圈存在。
• 沉积变质岩系中夹有碳酸盐岩
• 表明——当时大气圈中有二氧化碳。
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• 3、光合作用存在的证据
• 澳大利亚、南非 太古宙早期的沉积岩中，发 现有碳酸盐岩石和叠层石存在。
• 叠层石
• ——一般被认为是光合微生物的生命活动与沉 积、沉淀作用的综合产物
• 前面提及的丝状微生物化石的发现，以及现代 活细胞的核酸一级结构比较研究获得的信息：
• 光合绿色硫细菌Chlorobium 和 Chloroflexus 起源很早。
• 以上证据表明：
• 光合作用和光合微生物在35亿年前可能已存在 。