生命的起源与进化 第一节 生命的起源

生命的起源与进化第一节生命的起源知识总结，包括进化的定义和特点、地球生命起源的不同假说、生命起源的三个焦点问题、生命起源模式等内容。

宏观第一讲 生命的起源与进化 第一节 生命的起源

• 进化
  • 进化(evolution),也称为“演化”，是指生物逐渐演变，由低级到高级、由简单到复杂、种类由少逐渐变多的发展过程。
  • 生物进化的历程是螺旋式缓慢前进。
• 地球生命起源
  • 地球年龄：46亿年 最古老的岩石：38亿年
    • 岩石年龄的推断：放射性同位素方法
    • 地球圈层结构
      • 内部
        • 地核
        • 地幔
        • 地壳
      • 外部
        • 水圈
        • 生物圈
        • 大气圈
  • 生命起源的不同假说
    • 图腾起源说
    • 创造论（深造说）
    • 自然发生轮（自然产生）
      • 认为生物是从非生物环境中自然发生的。
    • 外形起源说（胚种论）
    • 化学起源说
      • 化学起源说是被广大学者普遍接受的生命起源假说。
        • 认为在原始地球的条件下，无机物可以转变为有机物，有机物可以发展为生物大分子和多分子体系，知道最后出现原始的生命体。
      • 四个阶段（米勒实验）
        • 第一阶段：从无机小分子生成有机小分子
        • 第二阶段：从有机小分子生成生物大分子
        • 第三阶段：从生物大分子组成多分子体系
        • 第四阶段：有机多分子演变为原始生命
      • 对米勒-尤里实验的质疑
        • 米勒实验需要提供持续的电能，但原始地球不一定存在这样的条件。
        • 原始大气的成分是否正确：如果原始大气中有氧气的存在，那么氨基酸不可能形成并保留。
        • 氨基酸可能是宇宙流星和彗星在撞击地球是带来的。
          • 运用精密观测设备，从地外空间和陨石中已经找到多种地球之外的有机物，包括氨基酸、核苷酸和卟啉。
      • 跨时代事件：德国化学家维勒人工合成尿素（用氯化铵溶液处理氰化银后加热，用氨水处理氰酸铅，分离氢氧化铅沉淀后加热），开辟了从无机物合成有机物的新纪元，填补了有机物与无机物之间的鸿沟。
  • 生命起源的三个焦点问题
    • 1、生物大分子的出现
      • 早期地球的表层环境
        • 原始岩石圈硅镁质玄武岩地壳
          • 提供了稳固的生物演化载体，地表温度仍达到300摄氏度。
        • 原始气圈
          • 火山喷发大量水蒸气、氢气、一氧化碳、甲烷、氨气、硫化氢等，属于还原环境。
        • 原始水圈
          • 属于强酸性。
        • 不同圈层间已存在的相互作用和联系，岩石圈风化后提供多种元素、矿物和黏土。
      • 地球从厌氧到氧化环境。
        • 早期生命是厌氧的。
        • 进化出光合作用产生氧气，又使生命面临死亡威胁。
        • 进化出三羧酸循环、氧化供能机制消耗氧气。最初只是无抗氧能力的单细胞生物为了抵抗氧化作用的破坏作用。
        • 但正是这个基础使得单细胞生物能够进化出高等生物。
    • 2、遗传系统，即DNA-RNA-蛋白质秩序的建立
      • 中心法则（central dogma）
        • DNA分子储存有遗传信息。
        • DNA分子的遗传信息可以由于自我复制而传给新一代的DNA分子，也可以转录成mRNA，mRNA再把信息转译成蛋白质.
        • 这是主要的方向，但不是唯一的方向。
          • 一些RNA病毒的遗传信息可以按另外的，甚至相反 的方向流动，如： (1)RNA复制 一些植物RNA病毒可以产生RNA复制酶，然后以自己为模板，复制出互补的RNA，再由 这些RNA复制出和原来一样的RNA。 (2)反转录(reverse transcription)即遗传信息由RNA 转录给DNA，称为反转录或逆转录，这是在RNA致 癌病毒中发现的。进一步研究发现了一种酶，即反 转录酶(reverse traniscriptase)，有了这种酶， RNA 就可作为模板而合成DNA(cDNA) 。 (3)对引起克雅氏病的朊病毒的研究，发现蛋白质结 构的朊病毒能逆转译RNA。
    • 3、生命最基本的功能单位——细胞的形成
      • 细胞出现： 35－38亿年前
      • 膜结构和分隔化的形成是生命功能实现的必要条件
      • 原始的第一个细胞必须具备下列最基本的性质
        • (1)有类似质膜的生物膜。
        • (2)有能完成自我复制和自发整合的生命大分子物质体系。
        • (3)具有内在的物质代谢、能量代谢和信息交流的基本性能。
      • 原始生命体的发生问题
        • 微球说（美国Fox实验室）
          • 认为有生物质在水液环境内可以形成微小球状 物。 (类蛋白加热浓缩形成微球体) 这种微球外周具者双层表面膜，能将它与 环境隔离成为相对独立的小体系。这种微球可 因内外变化而变形，“增长”体积；分裂为二 ，也能出芽，它们还能吸收物质。
        • 团聚粒说（苏联Oparin实验室）
          • 实验室主张有生物 质最先形成团聚小粒。这种团聚小粒大小不一， 但有一定范围，形态类似球状菌。团聚小粒类 似简单的细胞，外表有双层膜，膜的大小形态 因环境渗透压而变化。它能“选择吸收”某些 物质，也能进行“分裂”，能自发“出芽”。
  • 生命起源模式
    • Step1、原始气体冷凝汇流成海洋
    • Step2、火山爆发和闪电的能量使气体合成简单有机物
    • Step3、溅到岩石上的氨基酸聚合成肽链又重新回到水中
    • Step4、各种大分子进化成原核细胞和真核细胞
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