导图社区 第15章 微生物的进化
生物学导论第15章 微生物的进化思维导图
第17章 动物的进化 生物学导论（美）
第16章 植物、真菌及其上陆 生物学导论（美）
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第15章 微生物的进化
生命史中的主要阶段
地球产生于45亿年前，地壳在40亿年前开始凝固
35亿年前地球开始出现多种多样的生物
后分化为两类：细菌和古细菌
25亿年前，光合原生生物分解水释放氧气，改变了地球海洋和大气的气体成分
氧气的增多使许多原核生物毁灭，幸存者们演化出代谢模式多样化，包括以用氧气进行细胞呼吸，从食物中获取能量
17亿年前开始出现真核生物的爆发，那时的真核细胞为原生生物
10亿年前出现了多细胞真核生物，如多细胞海藻，以及之后的植物、真菌和动物
动物爆发在5.7亿年前的寒武纪，最早的出现于前寒武纪晚期的海洋中（软体无脊椎动物）
4.75亿年前，植物和真菌上陆，两者密切相关；植物改变了地球景观，为动物上陆创造了机会
生命史85%以上的时间，生命局限于水中
生命的起源
解决生源说的矛盾
自然发生说：生命起源于非生命物质
生源说：所有的生物只能来源于已存在的生物
早期的地球环境与现在的地球有很大的区别，大多数生物学家认为：最初的生命是在原始地球环境中，通过化学和物理一系列阶段产生的
生命起源的四阶段假说
阶段一：有机单体的非生物合成，组成生命可能的分子很早就存在
1953年，Stanley Miller利用装置模拟原始地球的环境，制造出生命必需有机小分子：氨基酸等
许多科学家重复并拓展实验，合成20多种氨基酸、几种糖、脂质、核苷酸和ATP等
有机分子也可能来源于宇宙空间
星云中的氰化物可以反应形成腺嘌呤
陨石中存在有机分子
阶段二：多聚体的非生物合成 将有机单分子溶液滴在热的砂子、泥土或岩石上，有机单体在热的作用下，可以自发地聚合成多聚体，如多肽链
子早期地球，有机单分子由于降雨或海浪被带到刚喷发的熔岩或其他热的岩石上，然后形成的多肽等聚合物又被带回大海
内部的气体和其中溶有矿物质的过热的水从深海喷口喷出，喷口成为有机单体、多聚体和非生物合成场所
阶段三：自我复制分子的起源
一种假说认为最早的遗传物质是RNA分子，不需要蛋白酶帮助就能复制
实验发现核苷酸单体可以自发合成短链RNA，不需要细胞或酶
细胞中也发现有催化作用的RNA，称为核酶
阶段四：前细胞的形成
生命出现之前的世界中，RNA和多肽可能被包装在脂质膜中，彼此靠近而更高效率地相互作用，这种分子集合体被称为前细胞；
实验证明前细胞可由非生物合成的有机物自发形成
外包脂质膜具有选择透过性；
一些前细胞以跨膜电势的形式贮存能量；
如果前细胞里有酶，则可以表现出代谢的雏形；
从化学进化到达尔文进化
假若含有自我复制的RNA前细胞确实曾经存在过，那么它们会因自然选择而发生达尔文进化
“基因”自我复制出现差错，会使小滴出现变异，而成功适应的小滴将会生长、分裂并继续进化
虽然这种可能的前细胞与最简单的细胞还有很大差距，也许经过百万多年，变得越来越像细胞
原核生物
无处不在的原核生物
原核生物生命力顽强，在过冷、过热、过咸、过酸、过碱的恶劣环境中都可一生存
虽然小，但对其他生物的整体影响巨大
致病菌——黑死病、肺结核、霍乱
益生菌——形成菌落防止有害菌的生长，帮助消化
分解者——分解死的生物体等等，没有原核生物，维持生命的循环会停止，真核生物将无法圣存
原核生物进化的两个主要分支 通过比较各种原核生物的基因组，鉴定出这两个分支；尽管都是原核生物，但许多结构、生化、生理特性有区别
古细菌 更接近真核生物而不是细菌，在进化和生态研究上有重大意义，今天，多数古细菌生活在极端环境中（似地球的早期环境），科学家称某些古细菌为“嗜极细菌”
极端嗜盐菌——盐湖、海水蒸发池
极端嗜热菌——沸泉、深海喷口
产甲烷细菌——湖底、沼泽、动物消化管 （产生肠气、帮助牛、鹿等动物消化纤维素）
细菌
原核生物的结构、功能和繁殖
原核生物按形态分类
球菌
杆菌
螺旋菌
大多原核生物可快速繁殖而且有细胞壁
大多数原核细胞为单细胞
有些瞬间结合成两个或多个细胞群
有些形成菌落
有些形成简单的多细胞结构，特化的细胞有分工
原核生物中一半能运动，许多种类具有一条或多条鞭毛
许多细菌通过形成内孢子度过不良环境，内孢子可以休眠几百年，沸水也不能消灭它，需要高压蒸汽杀灭
原核生物营养的多样化 （营养：碳源和能源）
光能自养型：利用二氧化碳作为碳源，进行光合作用获取能量，如蓝细菌、植物、藻类
化能自养型：利用二氧化碳作为碳源，从硫化氢或氨汲取能量，某些原核生物特有，如深海热水喷口的古细菌
光能异养型：从有机物获取碳，利用光产生ATP，仅限于某些原核生物
化能异养型：消耗有机物以获得能量和碳，广泛存在的营养方式，包括原核生物、某些原生生物、某些植物、所有的真菌和动物
原核生物的生态影响 （对地球所有生物都具有重要影响）
致病细菌
包括细菌的所有致病微生物，统称为病原体
大多数病菌致病是由于产生毒素，毒素分两类
外毒素 细菌分泌的毒性蛋白质，超毒，如破伤风杆菌的外毒素
内毒素 是细菌细胞壁的化学成分脂多糖，导致发烧、疼痛、休克
原核生物和化学循环 （生态系统中生命所依赖的化学元素在生物组分和物理组分之间循环——化学循环）
蓝细菌产生氧气并将大气中的氮气转变成含氮化合物
其他原核生物，如根瘤菌，向土壤贡献大量的含氮化合物
分解有机质，将化学元素无机形式返回环境中
原核生物和生物除污 （利用原核生物的代谢，除去水、空气和土壤中的污染物，是生物除污）
厌氧菌处理分解废水沉淀下来的污泥中的有机质
液体的废物另行处理
利用天然的或基因工程的海滨细菌来分解石油，清除泄露的油污
清理老的采矿地点的酸性水和重金属染污物，比如用硫杆菌氧化硫及含硫化合物时，将重金属积累到体内
原生生物
真核细胞的起源
17亿年前，真核生物从原核生物中进化而来，普遍认为真核生物的膜性细胞器由两个途径而来
原核细胞质膜向内折叠产生内膜系统（不包括线粒体和叶绿体）
内共生的产生
共生：两个或多个物种之间的紧密联合
内共生：一个物种生活在另一个物种之内
线粒体可能来自：需氧细菌寄生在异养细菌或被某个或某些较大的古老的宿主细胞吞噬
叶绿体来自光合细菌寄生在异养细菌的内共生作用
原生生物的多样性 最简单的真核生物多为单细胞，但又非常复杂，一个细胞执行所有生命功能，从生活方式分4类
原生动物：生活于液体环境，多数捕食细菌或其他原生动物，有些寄生在动物体内，致病，这里列举五类
鞭毛生物类 多数自由生活，靠一条或多条鞭毛运动；贾第虫属，感染人类肠道导致腹部绞痛和腹泻；锥虫导致人类睡眠病，由舌蝇传播
变形虫类 阿米巴通过伪足运动和摄食
顶复虫类是寄生的，包括疟原虫，由蚊传播，寄生在红细胞内
有孔虫：古老原生动物，海相为主，也可伸出伪足，分泌钙质或硅质，形成外壳
纤毛虫类：自由生活，用纤毛运动和摄食，包括草履虫
黏菌类：外观和生活方式类似真菌，有丝状体，便于增加环境接触面积，分为两类
原质团黏菌 分解者，常见于森林底层，其摄食阶段呈阿米巴团块，可达几厘米宽，其实是一个有很多细胞核的一个大细胞
细胞黏菌
其摄食阶段由多个独立的阿米巴样细胞组成，这些细胞各自作用，利用伪足摄取腐烂的有机质为食
食物短缺时细胞们聚集到一起，形成缓步虫样菌落运动，而后长出生殖结构
单细胞藻类 藻类；单细胞藻类是浮游生物的组分，称为浮游植物；这里介绍3类单细胞藻类
腰鞭毛虫 外壳有纤维素构成，又称甲藻，两条鞭毛与中间的沟垂直，鞭毛拍打，旋转式运动，是浮游植物中最丰富的。其大量繁殖形成赤潮，赤潮中腰鞭毛虫产生的毒素使大量鱼死亡
硅藻，有玻璃状细胞壁，内含二氧化硅
胞内贮存油滴，使细胞漂浮接近阳光
大量变成化石的硅藻形成硅藻土，用作过滤和研磨材料
绿藻，含大量叶绿体，具有鞭毛，多淡水生活，包括单细胞绿藻（衣藻）和集群的团藻，与植物亲缘最近
海藻 大型的、多细胞的海生藻类，生长在岩石海岸和海滩上
细胞壁上有黏滑的和橡胶状的物质，以缓冲海浪，可用作食品添加剂；海藻提取物琼脂是细菌培养基中形成凝胶的基础
富含碘和其他矿物质，其中的多糖为人类不能消化
其亲缘关系与单细胞藻类更近，外观与植物的相似性是趋同进化的结果
根据颜色分3类，绿藻、红藻和褐藻；三类都有可食用品种
多细胞生物的起源
复杂性增加导致变异性增加，真核细胞的起导致新生命形式的进化
单细胞真核生物，所有生命活动都发生在一个细胞中
多细胞生物，不同位置的细胞发生特化，分别执行不同的功能，又相互依赖生存。最早的多细胞化可以从团藻见端倪，集群的绿藻团藻某些细胞发育成配子，而其营养等依靠周围的非生殖细胞
原生生物祖先经多次的多细胞化，产生各种各样多细胞生物类型，如海藻、植物、真菌和动物
