进化生物学ppt课件
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生命作为一个开放系统，本身就是一种耗散结构。它需 要不断从环境汲取负熵用以克服自身不得不产生的熵。
9
二、生命在地球上的起源
（一）人类对生命起源的几种认识
1、天创论（神创论） 2、自生论
“腐草为萤” “白石化羊” “腐肉生蛆”
十七世纪初，比 利时化学家,生物学 家Van. Helmont （赫尔蒙特）
熵 有机体
能量 能量
正熵流 负熵流
生物体分解作用大于合成作用，正熵流 wk.baidu.com物体分解作用小于合成作用，负熵流
8
③熵变：生物体在与外界进行物质和能量的交换过程中， 自身的熵处在不断的变化之中，这种变动为熵变。
➢熵变=熵流+熵产生
生物体正常生长发育的条件：熵变≤0
耗散结构:当开放系统远离平衡态时出现的有序结构
5
2. 生命活动的基本特征 （1）自我更新
6
（2）自我复制
分子水平 细胞水平 个体水平
（3）自我调控 （4）自我突变
7
3. 生命与熵 熵: 是用来表示某个体系混乱程度的物理量。
①熵产生：生物体内部由于化学反应和扩散等不可逆的过 程所产生的混乱。熵产生总是大于0，为正值。
②熵流：生物体与外界环境之间的物质和能量的交换。熵 流有正、负熵流之分。
20
➢1990年Hirata在酵母液泡膜H+-ATPase的a亚基(VMAl)中首次发现了 蛋白质自我剪接现象 。此后，在古细菌、真细菌和真核细胞中陆陆 续续发现了这种现象。
➢1994年Peler等明确提出蛋白质自剪接是从前体蛋白质内切除内含肽 (intein)，并将外显肽(extein)以肽键相连，从而产生成熟蛋白质。
问题是究竟蛋白质首先起源，还是核酸首先起源？ ①蛋白质首先起源 ②核酸首先起源 ③核酸与蛋白质共同起源
①蛋白质首先起源: 奥巴林和原田馨
生命起源的化学演化的实质是蛋白质的形成与演化，在功能上是 先有代谢，后有复制，认为蛋白质首先起源。 ➢细菌短杆菌肽和酪杆菌肽的合成以蛋白质为模板定向酶促合成。
➢1982年普什纳（Prusiner）发现27KD的Prion或朊病毒。
•分子组成的同一性 70%的水 无机物 核酸 dATP,dTTP,dCTP,dGTP(ATP,UTP,CTP,GTP)
蛋白质 20种氨基酸（L型）
有机物 糖类
脂类 维生素
2
❖结构的有序性和功能的复杂性
蛋白质的一级、二级、三级、四级结构
3
核酸（DNA，RNA）
4
细胞、组织、器官、系统、个体、 种群、群落、生态系统
甲醛和吡咯
84℃ 金属离子
卟啉，核苷酸，氨基酸
金属卟啉复合物
原始海洋
总之，经过第二次化学反应，氨基酸、核苷酸和卟啉等简单有机物在
自然界中合成，并随着倾盆大雨落在地面，进入原始海洋，为蛋白质和核 酸等生物大分子的起源奠定了基础。
19
2、由有机小分子生成生物大分子
在原始海洋中氨基酸和核苷酸经过长期的积累，互相作用，在适 当的条件下(例如，吸附在无机矿物粘土上)，分别通过缩合作用或聚 合作用，形成了原始的蛋白质和核酸分子。
10
3、生生论（生源论）
1669年意大利医生F. Redi 1864年法国微生物学家巴斯德
11
4、天外胚种论（泛胚种论、宇生论）
➢地球生命源于宇宙太空存在的生命胚种孢子
瑞典化学家阿列纽斯《宇宙的形成》(1907) ➢宇宙太空存在组成生命的基本有机物质
1959年9月澳大利亚碳质陨石（D型，L型消旋氨基酸）
5、新自然发生论
1809年，德国自然哲学家奥肯(Oken):无机物质——原始 粘液——有机物质——生命 尿素(1828) 脂肪(1854) 1953年，米勒(Miller S.L.)模拟生命起源
❖最早的生命不是由生物而来，而是无生命的物质经过化学 途径逐步演化而来。
12
（二） 生命起源的环境条件 1、地球的诞生 康德—拉普拉斯星云假说
第二章 生命在地球上的起源
一、 生命的本质
1. 什么是生命？ 生命主要由核酸和蛋白质组成的，具有不断自
我更新能力的，以及向多方向发生突变并可复制自 身的多分子体系。
1
2. 生命的物质基础
❖生物体化学成分的同一性
•构成元素的同一性 自然界中有109种元素，其中生物体包含近60种元素，主要有C、
H、O、N、P和S，其次是Ca、Mg、Na和Cl等
NH3、H20、CH4、CN、C2、CO、C02、
(N20)3碳氢化合物、含氮衍生物的生成
①氨基酸的形成
16
1953年
甘氨酸 丙氨酸 天冬氨酸 缬氨酸
17
②核苷酸的形成 1960年Oro利用氰化氢 和浓氨溶液发生反应， 合成了腺嘌呤。
甲烷和氮气经辐射作用 产生的丙炔腈与氰酸盐 直接反应，生成了胞嘧 啶。
推测，原始生命诞生的时间可能在距今37-38亿年前后。 在此之前是生命起源的化学演化阶段，之后为生物学进 化阶段。
生物进化
化学演化
46亿
38 37 35
30
20
10
现在
15
化学演化阶段：
无机小分子 有机小分子 体系 原始生命
生物大分子
1、由无机小分子生成有机小分子
多分子
(1)第一次化学反应
H、C、O、N、S、P
13
2、早期地球条件
（1）初生大气（氢和氦） （2）次生大气（原始大气）
CO2、CH4、N2、H2O、H2S、NH3、HCN（还原性大气）
（3）原始海洋诞生
（4）早期地球上可利用能源 ➢热能 ➢太阳能 ➢放电
CH4、N2、NH3
HCN
14
（三）生命起源的过程—生命起源的化学演化学说
20世纪70-80年代，澳大 利亚西部地区发现距今 35亿年的叠层石,其中含 有丝状蓝绿藻微化石。
➢1996年David等在Nature上首次报道了能自我复制的肽。
②核酸首先起源: 里奇和奥格尔
生命起源的化学演化实质就是核酸分子的形成与演化，生物体 在功能上是先有复制，后有代谢。认为核酸首先起源，因为核酸是 遗传信息的载体，它控制着蛋白质的合成等等。
➢1983年Altman和Pace发现大肠杆菌和枯草杆菌的Rnase P上的 RNA部分可独自加工tRNA前体。
18
1963年以甲醛为原料，人工合成核糖和脱氧核糖得以实现。
据报道，有人用腺嘌呤、核糖和磷酸二氢铵经紫外线照射可获得腺苷 类似物。有人曾将5种核苷，即腺苷、鸟苷、胞苷、尿苷和胸腺苷，分别 与磷酸二氢钠混合仅仅加热到160℃，保持2h，即可生成5种单核苷酸。
③卟啉的生成
卟啉是生物体内某些重要色素的组成部分，如叶绿素、血红素.卟啉 对自然界光合作用的产生至关重要.
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二、生命在地球上的起源
（一）人类对生命起源的几种认识
1、天创论（神创论） 2、自生论
“腐草为萤” “白石化羊” “腐肉生蛆”
十七世纪初，比 利时化学家,生物学 家Van. Helmont （赫尔蒙特）
熵 有机体
能量 能量
正熵流 负熵流
生物体分解作用大于合成作用，正熵流 wk.baidu.com物体分解作用小于合成作用，负熵流
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③熵变：生物体在与外界进行物质和能量的交换过程中， 自身的熵处在不断的变化之中，这种变动为熵变。
➢熵变=熵流+熵产生
生物体正常生长发育的条件：熵变≤0
耗散结构:当开放系统远离平衡态时出现的有序结构
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2. 生命活动的基本特征 （1）自我更新
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（2）自我复制
分子水平 细胞水平 个体水平
（3）自我调控 （4）自我突变
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3. 生命与熵 熵: 是用来表示某个体系混乱程度的物理量。
①熵产生：生物体内部由于化学反应和扩散等不可逆的过 程所产生的混乱。熵产生总是大于0，为正值。
②熵流：生物体与外界环境之间的物质和能量的交换。熵 流有正、负熵流之分。
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➢1990年Hirata在酵母液泡膜H+-ATPase的a亚基(VMAl)中首次发现了 蛋白质自我剪接现象 。此后，在古细菌、真细菌和真核细胞中陆陆 续续发现了这种现象。
➢1994年Peler等明确提出蛋白质自剪接是从前体蛋白质内切除内含肽 (intein)，并将外显肽(extein)以肽键相连，从而产生成熟蛋白质。
问题是究竟蛋白质首先起源，还是核酸首先起源？ ①蛋白质首先起源 ②核酸首先起源 ③核酸与蛋白质共同起源
①蛋白质首先起源: 奥巴林和原田馨
生命起源的化学演化的实质是蛋白质的形成与演化，在功能上是 先有代谢，后有复制，认为蛋白质首先起源。 ➢细菌短杆菌肽和酪杆菌肽的合成以蛋白质为模板定向酶促合成。
➢1982年普什纳（Prusiner）发现27KD的Prion或朊病毒。
•分子组成的同一性 70%的水 无机物 核酸 dATP,dTTP,dCTP,dGTP(ATP,UTP,CTP,GTP)
蛋白质 20种氨基酸（L型）
有机物 糖类
脂类 维生素
2
❖结构的有序性和功能的复杂性
蛋白质的一级、二级、三级、四级结构
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核酸（DNA，RNA）
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细胞、组织、器官、系统、个体、 种群、群落、生态系统
甲醛和吡咯
84℃ 金属离子
卟啉，核苷酸，氨基酸
金属卟啉复合物
原始海洋
总之，经过第二次化学反应，氨基酸、核苷酸和卟啉等简单有机物在
自然界中合成，并随着倾盆大雨落在地面，进入原始海洋，为蛋白质和核 酸等生物大分子的起源奠定了基础。
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2、由有机小分子生成生物大分子
在原始海洋中氨基酸和核苷酸经过长期的积累，互相作用，在适 当的条件下(例如，吸附在无机矿物粘土上)，分别通过缩合作用或聚 合作用，形成了原始的蛋白质和核酸分子。
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3、生生论（生源论）
1669年意大利医生F. Redi 1864年法国微生物学家巴斯德
11
4、天外胚种论（泛胚种论、宇生论）
➢地球生命源于宇宙太空存在的生命胚种孢子
瑞典化学家阿列纽斯《宇宙的形成》(1907) ➢宇宙太空存在组成生命的基本有机物质
1959年9月澳大利亚碳质陨石（D型，L型消旋氨基酸）
5、新自然发生论
1809年，德国自然哲学家奥肯(Oken):无机物质——原始 粘液——有机物质——生命 尿素(1828) 脂肪(1854) 1953年，米勒(Miller S.L.)模拟生命起源
❖最早的生命不是由生物而来，而是无生命的物质经过化学 途径逐步演化而来。
12
（二） 生命起源的环境条件 1、地球的诞生 康德—拉普拉斯星云假说
第二章 生命在地球上的起源
一、 生命的本质
1. 什么是生命？ 生命主要由核酸和蛋白质组成的，具有不断自
我更新能力的，以及向多方向发生突变并可复制自 身的多分子体系。
1
2. 生命的物质基础
❖生物体化学成分的同一性
•构成元素的同一性 自然界中有109种元素，其中生物体包含近60种元素，主要有C、
H、O、N、P和S，其次是Ca、Mg、Na和Cl等
NH3、H20、CH4、CN、C2、CO、C02、
(N20)3碳氢化合物、含氮衍生物的生成
①氨基酸的形成
16
1953年
甘氨酸 丙氨酸 天冬氨酸 缬氨酸
17
②核苷酸的形成 1960年Oro利用氰化氢 和浓氨溶液发生反应， 合成了腺嘌呤。
甲烷和氮气经辐射作用 产生的丙炔腈与氰酸盐 直接反应，生成了胞嘧 啶。
推测，原始生命诞生的时间可能在距今37-38亿年前后。 在此之前是生命起源的化学演化阶段，之后为生物学进 化阶段。
生物进化
化学演化
46亿
38 37 35
30
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现在
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化学演化阶段：
无机小分子 有机小分子 体系 原始生命
生物大分子
1、由无机小分子生成有机小分子
多分子
(1)第一次化学反应
H、C、O、N、S、P
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2、早期地球条件
（1）初生大气（氢和氦） （2）次生大气（原始大气）
CO2、CH4、N2、H2O、H2S、NH3、HCN（还原性大气）
（3）原始海洋诞生
（4）早期地球上可利用能源 ➢热能 ➢太阳能 ➢放电
CH4、N2、NH3
HCN
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（三）生命起源的过程—生命起源的化学演化学说
20世纪70-80年代，澳大 利亚西部地区发现距今 35亿年的叠层石,其中含 有丝状蓝绿藻微化石。
➢1996年David等在Nature上首次报道了能自我复制的肽。
②核酸首先起源: 里奇和奥格尔
生命起源的化学演化实质就是核酸分子的形成与演化，生物体 在功能上是先有复制，后有代谢。认为核酸首先起源，因为核酸是 遗传信息的载体，它控制着蛋白质的合成等等。
➢1983年Altman和Pace发现大肠杆菌和枯草杆菌的Rnase P上的 RNA部分可独自加工tRNA前体。
18
1963年以甲醛为原料，人工合成核糖和脱氧核糖得以实现。
据报道，有人用腺嘌呤、核糖和磷酸二氢铵经紫外线照射可获得腺苷 类似物。有人曾将5种核苷，即腺苷、鸟苷、胞苷、尿苷和胸腺苷，分别 与磷酸二氢钠混合仅仅加热到160℃，保持2h，即可生成5种单核苷酸。
③卟啉的生成
卟啉是生物体内某些重要色素的组成部分，如叶绿素、血红素.卟啉 对自然界光合作用的产生至关重要.