细胞起源多细胞生物进化

植物叶绿体 Plant chloroplast
Biblioteka Baidu
兰藻 Blue-green alga
澳洲白蚁体内的混毛 虫，由2种螺旋体、2 种真细菌和1种纤毛 虫组成 。
核的起源
真核细胞的细胞核成分复杂，至少3种来源， 真核细胞的细胞核成分复杂，至少3种来源，真 细菌、古细菌和不明成分。 细菌、古细菌和不明成分。 也许真核细胞起源时，吞噬多种对象，后者的 也许真核细胞起源时，吞噬多种对象， DNA被释放后 与宿主的基因组整合，DNA附着的 被释放后， DNA被释放后，与宿主的基因组整合，DNA附着的 膜内陷、褶皱进化成为细胞核。 膜内陷、褶皱进化成为细胞核。
真核生物细胞化石Fossil eukaryotic cell
真核细胞的祖先可能是古细菌
分子系统学对原核生物、真核生物的研究表明， 分子系统学对原核生物、真核生物的研究表明，真核生物 更可能源于原核生物的古细菌。（ 。（Worese 1996) 更可能源于原核生物的古细菌。（ 古老生命的生存环境 生物特征的相似性
叠层石化石Fossil stromatolites
Modern stromatolites
Earliest cells 3465 million years old
蓝藻
Modern Cyanobacteria
蓝菌统治着整个元古宙（10亿年） 蓝菌统治着整个元古宙（10亿年） 亿年
造成大气成分改变、海水性质改变、 造成大气成分改变、海水性质改变、地表温度可 能下降等，这些为寒武纪的生命爆发创造了条件。 能下降等，这些为寒武纪的生命爆发创造了条件。
2、阶梯式过渡模式： 阶梯式过渡模式：
奥地利的休斯特1984年提出 奥地利的休斯特1984年提出 休斯特1984
以数字标记的6级阶梯代表六个关键性进化步骤，每一步所要克服 的障碍（危机）和克服障碍的途径分别表示在图的左上方和右下方
二、细胞的进化
原核细胞的出现： 1、原核细胞的出现：
从原始细胞过渡到原核细胞这一阶段的标志是 细胞质分化、原始染色质体的形成。 细胞质分化、原始染色质体的形成。 最早的的微生物化石约38亿年，光合作用可追溯35 最早的的微生物化石约38亿年，光合作用可追溯35 38亿年 亿年前。 亿年前。 层叠石是蓝菌和其他微生物生命活动的产物， 层叠石是蓝菌和其他微生物生命活动的产物，一般 是蓝菌和其他微生物生命活动的产物 被视为光合作用合光和微生物存在的可靠证据。 被视为光合作用合光和微生物存在的可靠证据。
非生命分子向生命过渡的可能模式 化学系统到生物系统过渡的可能模式） （化学系统到生物系统过渡的可能模式） 1、超循环组织的理论
(hypercyclic organizaiton) 德国学者艾根1971年提出 ： 德国学者艾根1971年提出 艾根1971 在化学进化与生物学进化之间 存在着一个分子自我组织阶段， 存在着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。 的有细胞结构的生命。
38亿年前的古细菌微化石 38亿年前的古细菌微化石
Microfossils-Archaebacteria, 3.8 b.y.a
A．球状蓝菌 ； B．丝状蓝菌； C．蓝菌细胞群； D．一组保持着细胞分裂状态 的蓝菌； E．另一类球状蓝菌； F．叠层石内穿石蓝菌可以看 到细胞群下部的垂直向下 生长的丝体，类似现代的 蓝枝菌； G．丝状与球状蓝菌形成的 席状蓝菌群落的局部放 大。
2、蕨类植物时代 蕨类植物时代
时间： 时间：
泥盆纪中期——二叠纪早期 二叠纪早期 泥盆纪中期
特点： 特点：
具有明显的世代交替； 具有明显的世代交替； 孢子体发达， 孢子体发达，配子体简单 无性繁殖产生孢子； 无性繁殖产生孢子； 有性生殖器官为精子器和颈卵器； 有性生殖器官为精子器和颈卵器；
阶段： 阶段：
3、真核细胞的起源途径
（1）渐进式进化
Uzzell于1974年提出： Uzzell于1974年提出： 年提出
细胞内细胞器和细胞核 的形成是由原始的原核 细胞，通过一系列DNA 细胞，通过一系列DNA 的复制和质膜的内陷， 的复制和质膜的内陷， 形成了双层膜结构， 形成了双层膜结构，再 经结构的分化和复制功 能的消失， 能的消失，就形成了现 代的真核生物。 代的真核生物。
三、多细胞植物的进化
植物已有了38亿年的历史， 植物已有了38亿年的历史，它的发展 38亿年的历史 个阶段： 阶段一般可划为 4 个阶段： 藻类植物时代 蕨类植物时代 裸子植物时代 被子植物时代
1、藻类植物时代 藻类植物时代
时间： 时间：
前寒武纪——泥盆纪早期 泥盆纪早期 前寒武纪
特点： 特点：
早期——裸蕨为主。 裸蕨为主。 早期 裸蕨为主 中期——石松和楔叶植物为主。 石松和楔叶植物为主。 中期 石松和楔叶植物为主 晚期——真蕨的厚囊蕨和种子蕨为主。 真蕨的厚囊蕨和种子蕨为主。 晚期 真蕨的厚囊蕨和种子蕨为主
3、裸子植物时代 裸子植物时代
时间： 时间：
晚三叠世到早白垩世
特点： 特点：
从蕨类植物发展到裸子植物， 从蕨类植物发展到裸子植物，最大的变 化是配子体寄生于孢子体上， 化是配子体寄生于孢子体上，形成裸露的种 产生了花粉管。 子，产生了花粉管。
植物界 二界系统说（林奈 ） 动物界 二界系统说 植物界 三界系统（海克尔） 动物界 原生生物界
一、生物的分界
四界系统（科普兰） 科普兰）
植物界 动物界（除原生动物外） 原始生物界（原生动物、真菌、部分藻类） 菌界（细菌、蓝细菌）
植物界 动物界 五界系统（惠特克） 原生生物界（包括原生动物、单细胞藻类、粘菌等） 五界系统（ 原核生物界（包括细菌、蓝细菌等） 真菌界（包括真菌和酵母菌）
4、 真核细胞产生的意义
为有性繁殖的形成奠定了基础。 为有性繁殖的形成奠定了基础。 推动了动、植物的分化。 推动了动、植物的分化。 促进了三级生态系统的形成。 促进了三级生态系统的形成。
第六章 多细胞生物的进化
一、生物的分界 二、多细胞化的意义 三、多细胞植物的进化 四、无脊椎动物的进化 五、脊椎动物的进化
超循环组织理论的具体内容
生物体内普遍存在着高级的复杂的反应循环， 生物体内普遍存在着高级的复杂的反应循环，如各 种催化循环。Eigen认为类似单链RNA的复制机制的 认为类似单链RNA 种催化循环。Eigen认为类似单链RNA的复制机制的 自催化或自我复制循环在分子进化过程中起了重要 作用。 作用。 Eigen的超循环组织就是指由自催化或自我复制的单 Eigen的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。 元组织起来的超级循环系统。这个超级循环系统以 一定的准确性自我复制能保持和积累遗传信息， 一定的准确性自我复制能保持和积累遗传信息，又 由于复制中可能出现错误而产生变异。 由于复制中可能出现错误而产生变异。 团聚体和微球体虽然具有某种代谢的功能，但不能 团聚体和微球体虽然具有某种代谢的功能， 自我复制，因而不能保持、积累遗传信息； 自我复制，因而不能保持、积累遗传信息；而超循 环组织具备原始生命的最基本特征——代谢、遗传 代谢、 环组织具备原始生命的最基本特征 代谢 和变异，从而能借助选择实现生物学进化。 和变异，从而能借助选择实现生物学进化。
地球上最初的生命是非细胞的形态， 地球上最初的生命是非细胞的形态，
非细胞生命→原核生物细胞 真核生物细胞 非细胞生命 原核生物细胞→真核生物细胞 原核生物细胞
？
一、细胞的起源
原始生命到原始细胞—主要标志原始细胞膜的形成。 原始生命到原始细胞 主要标志原始细胞膜的形成。 主要标志原始细胞膜的形成 细胞膜结构模型假说： 细胞膜结构模型假说： 丹尼尔—戴维森膜模型 丹尼尔 戴维森膜模型
，
植物界
真菌界
动物界
二、多细胞化的意义
多细胞化是继真核细胞起源之后的又一个重大进化事件。 多细胞化是继真核细胞起源之后的又一个重大进化事件。
生物个体体积的显著增大， 生物个体体积的显著增大，大的体积是组织分化和器官形成 的必要条件； 的必要条件； 生物结构与功能的复杂化： 生物结构与功能的复杂化：生物个体在细胞组织分化的基础 上形成功能专化的器官系统， 上形成功能专化的器官系统，提高了生物适应能力并扩大了 对环境适应的范围； 对环境适应的范围； 多细胞生物个体发育过程涉及的遗传调控机制复杂化： 多细胞生物个体发育过程涉及的遗传调控机制复杂化：单细 胞生物只涉及细胞内调控，多细胞涉及细胞间的调控； 胞生物只涉及细胞内调控，多细胞涉及细胞间的调控； 生物个体内环境的相对稳定； 生物个体内环境的相对稳定； 个体寿命延长。 个体寿命延长。
叠层石
2、真核细胞的起源
真核生物细胞起源的主 要标志是细胞器的形成。 要标志是细胞器的形成。
原核生物在地球上出现很 在整个生命史的前3 早，在整个生命史的前3／4 时间里是地球的唯一或主要 成员。 成员。有争议的单细胞真核 生物化石出现于19－20亿年 生物化石出现于19－20亿年 19 前，但可靠的大量的真核生 物化石出现于元古宙晚期， 物化石出现于元古宙晚期， 14亿年前 亿年前。 即8－14亿年前。
3、真核细胞的起源途径
（2）内共生起源
一些大型具有吞噬能 力的细胞， 力的细胞，先后吞并了几 种原核细胞， 种原核细胞，但后者并没 有被分解消化，而从寄生 有被分解消化， 过渡到共生， 过渡到共生，成为宿主细 胞的细胞器。 胞的细胞器。 Margulis在 Margulis在《细胞进 化中的共生》有详细描述。 化中的共生》有详细描述。
自养的原植体植物； 自养的原植体植物； 具有光合色素； 具有光合色素； 生殖器官多数是单细胞，合子不发育成胚。 生殖器官多数是单细胞，合子不发育成胚。
阶段： 阶段：
原核藻类： 原核藻类：兰藻 中核藻类：裸藻、 中核藻类：裸藻、甲藻 真核藻类：金藻、硅藻、绿藻、红藻、 真核藻类：金藻、硅藻、绿藻、红藻、褐藻
化石保存于我国华北元古宙的叠层石燧石中
叠 层 石 生 物 礁
在潮间带和潮下带浅海底，蓝菌形成的席群落沉淀碳酸盐， 在潮间带和潮下带浅海底，蓝菌形成的席群落沉淀碳酸盐， 形成层状或柱状的叠层构造，海水中的Ca 形成层状或柱状的叠层构造，海水中的Ca2+、Mg2+和CO2束缚 于叠层石碳酸盐岩石中， 于叠层石碳酸盐岩石中，其结果是海水和大气圈化学组成发 生改变 。
阶段： 阶段：
早期——苏铁和本内苏铁植物。 苏铁和本内苏铁植物。 早期 苏铁和本内苏铁植物 晚期——北半球主要是银杏和松柏类； 北半球主要是银杏和松柏类； 晚期 北半球主要是银杏和松柏类 南半球主要是松柏类。 南半球主要是松柏类。
4、被子植物时代 被子植物时代
Lynn Margulis
线粒体和叶绿体的起源： 线粒体和叶绿体的起源： 线粒体－来源于胞内共生的细菌； 线粒体－来源于胞内共生的细菌； 叶绿体－来源于胞内共生的蓝藻。 叶绿体－来源于胞内共生的蓝藻。 证据： 证据：形态结构和生理功能上相似
1、个体大小 、 2、 膜的结构组成： 、 膜的结构组成： 3、 核糖体的大小和抑制剂反应等 、 4、独立基因组和蛋白质系统、合成 、独立基因组和蛋白质系统、 蛋白质的起始与原核生物相同； 蛋白质的起始与原核生物相同； 5、分裂繁殖方式； 、分裂繁殖方式； 6、分子及代谢途径证据 、
第五章 细胞的起源与进化
生命起源过程— 生命起源过程—化学演化 4个阶段： 个阶段： 1、无机小分子到有机小分子:氨基酸 无机小分子到有机小分子: 2、有机小分子到生物大分子：核酸、蛋白质 有机小分子到生物大分子：核酸、 3、生物大分子到多分子体系：2种模型 生物大分子到多分子体系： 4、原始生命形成：膜形成、遗传密码起源和进化 原始生命形成：膜形成、
2层类脂分子疏水端在膜中相对排列，亲水端头部向外。 层类脂分子疏水端在膜中相对排列，亲水端头部向外。
罗伯逊膜模型
膜结构：蛋白质 磷脂 蛋白质3层夹心结构。 磷脂—蛋白质 膜结构：蛋白质—磷脂 蛋白质3层夹心结构。
流动镶嵌模型
强调膜的流动性和膜蛋白分布的不对称性。 强调膜的流动性和膜蛋白分布的不对称性。