生命的起源及演化
生命的起源是如何发生的？
生命的起源是如何发生的？一、前生物时代在一个漫长的时间里，地球上只有岩石、潮湿的土壤和汹涌的海洋。
一切生命都没有开始，它们的“种子”也不存在。
1.行星形成科学家相信，所有的行星和太阳系都来自于一颗远古恒星的天体残骸。
当它爆炸时，散落在周围的物质便开始旋转，最终形成了我们所知的行星。
2.原始地球地球的年龄大约在46亿年左右。
在这段时间里，地球的表面被大量的火山活动覆盖，先是以硫化氢、甲烷、氨气和水蒸气构成了一种叫做“原始大气层”的环境，天文学家相信这是最先行星生命的环境。
3.化学反应地球上的第一个有机分子很可能是车前草酸或氰化物。
在这种环境下，这些分子可以通过物理和化学反应，产生更加复杂的分子，比如氨基酸、糖类和核酸等。
二、生命的起始当原始化学反应进一步演化时，单细胞在原环境中诞生了。
这些细胞具有很简单的基因组，能够通过分裂自我复制，从而产生更多的细胞。
1.原核生物最早的生命形式被称为"原核生物"，它们是一种没有核糖体的细胞，所以不能产生蛋白质。
它们通常是单细胞生物，有些可以通过化学反应来生产能量和新的有机分子。
2.真核生物随着细胞更加复杂，原核生物开始演化成为真核生物。
它们的细胞拥有复杂的内部机制，可以进行细胞内作用、运输、能量转移和蛋白质合成等。
3.进化和适应在生命演化史的不同阶段，生物陆续适应了不同的环境。
如广泛适应各种环境条件的细菌；具有抵抗恶劣环境的古菌；能够产生氧气的蓝藻等。
三、生命的演化当生命开始向来自不同环境的不同生物演化时，物种分化进一步加速了生物多样性的形成。
1.种内变异为了适应不同的环境压力，同一个物种中的不同个体需要产生不同的基因变异。
这种种内变异能够帮助这些生物生存和繁殖，增加该物种的适应性。
2.物种间适应在物种间的竞争中，只有最适应当时环境的物种才能生存下来。
不同物种间不断的适应和竞争促进了所有生命形式的发展。
3.自然选择诞生自然而然的过程中，适者生存法则在物种间普遍适用。
高中生物课件：生命的起源和演化
概述生命起源的理论
• 地球的形成和早期环境 • 生命起源的多元论和单元论观点 • 化学演化和前细胞时代
Redi试验和Needham试验
Redi试验
用肉来反驳蛆虫生成自腐肉的说法，观察到堆 肉上没有蛆虫生成。
Needham试验
通过将有机物暴露在空气中，露骨齿轮无法在 无菌环境中回归生命。
Panspermia理论的定义和原理
定义
生命的种子在宇宙中传播到其他行星或星系的理论。
原理
通过陨石、宇宙微尘和星际间气体传播生命的可能 性。
利用科技探讨生命的起源
• 基因测序技术和DNA指纹 • 比较基因组学和生物信息学 • 研究早期生命环境和微生物学
DNA和RNA的基本结构和功能
1 DNA结构
双链螺旋，由核苷酸组成，携带遗传信息。
2 RNA结构
单链，由核苷酸组成，参与蛋白质合成和基因调控。
五种生物大分支的介绍
动物界
植物界
多细胞有机体，具有消化、运动、 呼吸等功能。
多细胞有机体，进行光合作用并 具有细胞壁。
真菌界
多细胞或单细胞有机体，通过吸 收有机物质获取能量。
原生生物界
单细胞或多细胞有机体，包括原 核生物和真核生物。
细菌界
单细胞有机体，具有多样化的代 谢途径和生存环境。
生物演化的定义和进化论的基本概念
1
生物演化定义
物种逐渐发展、改变和多样化的过程。
进化论概念
2
Hale Waihona Puke 自然选择、变异、遗传和适应是进化的
基本驱动力。
3
突变和基因漂变
基因组的变异和在群体中的频率变化。
生命的起源与演化
生命的起源与演化在宇宙中，生命是多么的珍贵和神秘。
许多科学家一直在探究生命的起源和演化，然而这仍是一个充满争议的话题。
本文将探讨生命的起源以及生命的演化。
一、生命的起源生命的起源是一个热门话题，是复杂和困难的领域。
关于生命起源的理论有很多，但没有一个理论是被所有的科学家所接受的。
以下是一些有关生命起源的理论：1. 化学进化论这是一个最为广泛接受的生命起源的理论。
根据这个理论，生命是从无机物中产生的。
在地球诞生初期，地球表面充斥着大量的无机物，比如氨、甲烷、二氧化碳等。
这些原料在地球表面接触过程中发生反应，形成了简单分子，比如葡萄糖、氨基酸等。
这些分子为生命的诞生提供了基础，最终形成了生命。
2. 外源生命论这个理论认为，生命并不是在地球上诞生的，而是来自于外星球。
根据这个理论，生命的种子可以通过彗星降落在地球上，通过这种方式生命在地球上产生。
3. 自然选择论这个理论认为，生命是在长期自然选择的过程中发展和演化的。
在这个过程中，生命通过遗传和适应性的方式，适应了不同的环境，发展出了各种各样的生命形式。
二、生命的演化生命是一个不断进化的过程。
从地球上最早的单细胞生物，到现在多种多样的生命形式，生命经历了漫长的进化过程。
1. 焦磷酸盐的发现焦磷酸盐是生命发展和演化的关键，它提供了生命所需的能量和物质基础。
焦磷酸盐的发现促使了化学进化论的发展，并成为生命发展的基础和动力。
2. 走向多样化在长期自然选择的作用下，生命适应了不同的环境和生态位，逐渐演化出各种各样的生命形式。
比如哺乳动物通过进化而得到了毛发保护自己，鱼类演化为鳞片保护自己，还有鸟类和昆虫等动物在绿色植物进行类似于繁殖或传递花粉的过程中，而产生了不同种类的颜色和花。
3. 进步与退化生命在演化的过程中，不断地发生着进化和退化。
有些物种获得新功能、新特征和适应性，通过这种方式从而在自然选择的作用下发展。
然而，对于一些物种来说，退化也是不可避免的。
因为一些环境影响和基因缺陷等原因，会导致物种的长期退化或者甚至灭绝。
生命的起源和进化
生命的起源和进化生命是宇宙中最神秘、最奇妙的现象之一。
从相对简单的原生生物到复杂的哺乳动物，从单细胞生命到多种形态的生命，生命的进化历程可谓漫长而曲折，也是科学家们不断探索的领域。
一、生命的起源关于生命的起源，科学界有不同的理论。
其中最为被广泛接受的是地球上的生命起源于约40亿年前的地球上。
据推断，这一过程应该是从无机物质转化为有机物质，然后是单细胞生物的出现。
或者是由外太空攜帶生命型分子飘散到地球，在特定的环境下进化而成为生命。
该过程究竟是如何进行的呢？科学家们提出了几个可能的步骤。
首先是在地球表面的混合物质环境中，一些有机物质逐渐组合成了生命的“前体”。
在一个合适的环境中，细胞膜可以形成——这种包裹着活细胞内部的薄膜可以防止细胞溶解，同时保护了细胞内部的生化过程。
最终，单细胞生物的出现——这一阶段的单细胞生物被称为原核生物。
通过不断的进化和演变，原核生物变成了真核生物——这些生物包括珊瑚、蜗牛、大象等等，它们的细胞内部不同部分之间有明确的区分，比如细胞核、线粒体等等。
二、生命的进化生命在地球上的演化历经了数亿年。
从最基本的单细胞生物到后来出现的多种复杂的哺乳类生物，生命的进化既是偶然性的，也是必然性的。
偶然的因素来源于环境和时间的不确定性，而必然的因素体现在生命本身的自我进化和演变上。
生命的进化过程大概可以分为几个重要的阶段。
首先，是单细胞生物时期的生命演化。
这一时期的生命形态简单，群落结构也比较单一。
但是基于生命的复杂性和多样性，单细胞生物仍在细节上有所不同。
比如细菌和藻类，它们在生理结构、能源来源等方面有着相当大的不同。
第二个阶段是无脊椎动物的出现。
无脊椎动物的出现被认为是生命演化的重要标志，因为它们具有的求生本能和本能意识促进了生命的进一步复杂化。
接着，是脊椎动物的出现。
脊椎动物具有骨骼、神经、消化和呼吸系统等生理器官和骨骼结构，这使得它们能够快速适应各种环境。
最后是哺乳动物的出现。
哺乳动物具有更为复杂的生理结构和社群生活，这有助于它们在环境中更好地生存和适应。
生命的起源及演化
生命的起源及演化大约在46亿年前地球形成，那时的地球上是没有生命存在的。
在生命未出现之前，地球是一片荒凉的世界。
随着生命的出现和不断演化，地球才逐渐显现生机，形成了一个由多种物种组成的繁荣的生态世界。
生命的演化经历了从无到有，从少到多，从低级到高级的发展过程。
最初的地球是一个以无机物质为主的世界，生命的起源经历了从无机到有机，再由有机到具有原始生命特征的复杂有机体这样不断递进的过程。
生命起源的第一步是从无机小分子物质形成有机小分子物质的过程。
在距今大约36亿多年前。
大气中的有机元素氢、碳、氮、氧、硫、磷等在自然界各种能源（如闪电、紫外线、宇宙线、火山喷发等等）的作用下，合成有机分子（如甲烷、二氧化碳、一氧化碳、水、硫化氢、氨、磷酸等等）。
第二个阶段是从有机小分子物质生成生物大分子物质。
随着氨基酸、核苷酸这类有机小分子物质的不断产生和聚集，它们构成了一种新的物质环境。
这些有机物分子根据其特性，在适当条件下（如吸附在粘土上），通过缩合作用或聚合作用，它们进一步结合成更复杂的有机分子，形成了原始的蛋白质分子、多糖和核酸分子。
第三个阶段，从生物大分子物质组成多分子体系。
有机大分子的不断形成也为更加复杂物质结构出现提供了条件，当由有机大分子构成的新环境形成后，这些有机大分子之间构成了更加复杂的关系形式。
随着蛋白质和核酸等有机高分子物质的聚集，由于种种原因（如水分的蒸发，粘土的吸附作用），这些有机高分子物质经过浓缩而分离出来，它们相互作用，凝聚成新的物质关系结构，这种新的物质结构具有了新的属性。
从多分子体系演变为原始生命，这是生命起源过程中最复杂和最有决定意义的阶段，它直接涉及到原始生命的发生。
我们可以推测，生命体是在有机大分子聚集的环境下发生综合聚变反应的结果，反应条件包括适宜的温度、压力以及一些微量元素的存在，特别是由于蛋白质和核酸这两大主要成分的相互作用，终于形成具有原始新陈代谢作用和能够进行自我复制的原始生命，产生了能够不断地进行自我更新的、结构更加复杂的多分子体系，这就是具有初步生命特征的原始生命。
生命的起源与演化
第一节生命的起源一、生命起源的假说（一）生命起源的假说1神创论(creationism)：认为生命是神或上帝创造的。
2宇生论(cosmozoa theory)：认为生命是宇宙的固有现象，从宇宙存在那天起，就有生命的存在。
地球上的生命是从宇宙间其它星球而来。
认为生命是宇宙的固有现象，从宇宙存在那天起，就有生命的存在。
地球上的生命是从宇宙间其它星球而来。
现在认为宇宙起源于150 亿年前的大爆炸，那时宇宙中连原子都不存在，当然不可能有生命。
但地球上部分原始的有机物，如氨基酸、嘌呤、嘧啶等，的确可能来源于星际空间。
3自然发生说(spontaneous generation)：认为生命是从非生命的物质产生出来的。
公元前300年希腊哲学家亚里士多德提出了著名的生命自生论（自然发生说）：认为生命是从无生命物质中直接自然发生的。
这种观点统治生物学界长达千年之久。
巴斯德的鹅颈瓶实验彻底否定自然发生说，证实细菌酵母菌等不能不能自然发生4化学进化说(biochemical evolution)：生命由无机的小分子一步一步演化而来。
（1）1924年俄国的奥巴林和英国的荷尔丹提出。
（2）原始地球的环境与现在有很大的不同。
那时地球表面火山活动频繁，喷发出大量还原性气体，地球大气由CO、CH4、HCN、H2S、NH3 等还原性气体组成，O2含量极少。
火山活动产生大量的热，同时紫外线强烈，闪电发生频繁，强度大。
在这样的环境下，生命可以由无机的小分子一步一步演化而来。
二、地球的生命史：演化三部曲演化三步曲一：从无机分子形成有机小分子生命产生必需的有机小分子：氨基酸、嘌呤、嘧啶等是怎么来的呢？有两种假设：1.来自地外：彗星、小行星和流星携带到地球。
证据：陨石中含有氨基酸，表明无机分子生成有机分子能够在与宇宙中进行。
2.地球表面合成：通过放电、加热和紫外线辐射等催化无机分子合成。
证据：米勒实验：模拟原始地球的条件可以合成几种氨基酸和有机酸。
生命的起源与进化
生命的起源与进化在这个世界上，我们所见到的生命形式无数。
从单细胞生物到多细胞生物，从植物到动物，我们都可以见到它们在自己的领域中取得了伟大的进化和发展。
但是，对于这些生命形式的起源和进化过程，我们是否真正了解呢？一、生命的起源生命的起源是科学领域中的一个争议点。
目前，人们普遍接受一个理论，即生命起源于有机物质。
在地球形成之初，由于环境和气候的原因，产生了一些有机分子。
这些有机分子不断地通过自然选择和基因突变来产生变化，经过长时间的演化，最终演化成了可以生存和繁殖的原始生命体。
这些原始生命体通过不断的进化产生了单细胞生物，随后是多细胞生物。
这些生物形态逐渐复杂，功能也越来越多样化。
例如，植物开始有了光合作用，在空气中供氧和消耗二氧化碳，在这一过程中它们还能够吸收水分和营养物质。
同时，动物则开始有了摄食器官和运动器官，原始的神经系统也开始发展。
二、生命的进化随着时间的推移，生物种类也不断地发展和进化，在这一过程中有些生物逐渐灭绝，有些则进一步演化成了更加强大和复杂的生物。
例如，古老的恐龙已经在地球上消失了，不过它们的后代——鸟，被生物学家们认为是一种后代。
进化是一个非常复杂的过程，其中包含着基因突变、自然选择等等，这些因素共同决定了生物能够生存和繁殖的可能性。
从单细胞到多细胞，从植物到动物，每一种生物都有着自己独特的进化途径和适应环境的能力。
三、生命的意义生命是自然界最为神奇和珍贵的存在之一。
生命的起源和进化既让我们看到了生命的多样性，也让我们深刻地认识到自然的伟大和智慧。
生命的存在让人们有了对探究自然和人类本身的渴望。
生命的存在也给我们带来了责任和使命。
我们需要保护和照顾自己的生命，同时也需要保护和照顾其他生命。
在这一过程中，我们需要关注环境、资源和自然生态的平衡，为未来几代人创造更好的天地。
综上所述，生命的起源和进化是一个复杂而神奇的过程。
它充满着自然和科学之间的智慧、探究和发现之乐，也给我们带来了对自然和人类本身的责任和使命。
生命起源
简述生命的起源和演化过程（一）有关生命起源的假说1）神创论——上帝创造万物，最后造成人。
它将生命起源这一科学命题划入神学领域，是不科学的。
（2）灾变论——每一次灾变后，旧生物被毁没，新的生物又被上帝重新创造出来。
（3）自然发生论——生物是从非生物环境中自然发生出来的。
如：腐草化萤、腐肉生蛆、淤泥生鼠。
（4）宇生论——地球上的生命来自宇宙空间别的星球。
（5）广为接受的生命起源学说 ——新的自然发生学说按照这个学说，生命是在长时期宇宙进化过程中发生的，是宇宙进化的某一阶段无生命的物质所发生的一个进化过程，而不是在现在条件下由非生命的有机物质突然产生的。
（二）生命的起源和演化过程，从逻辑上看可 被分为三个时期:(1）前生物的“化学”时期，称为化学进化（或称为分子进化）时期。
（2）复制“个体”（细胞）的自组织时期。
（3）个体物种的进化期。
长期以来，人们关注的是第(3)期，成果也最多，但对化学进化到生物进化期至今还未能从历史的角度和演化的观点来揭示非生命和生命之间的关系。
生物进化的证据1.古生物学上的证据• 古生物学的概念：研究地质历史时期生物的发生、发展、演化、分布等规律的科学。
• 证据：化石：指保存在地层中的古生物的遗体、遗迹和遗物。
• 化石在地层中出现的顺序 越早形成的地层中成为化石的生物越简单，越低等，越晚形成的地层中成为化石的生物越复杂，越高等。
• 例子：马化石：始祖马 三趾马 现代马• 种子蕨化石：蕨类植物 种子植物• 始祖鸟化石：爬行类 鸟类结论• 证实：现代的各种生物是经过漫长的地质年代逐渐进化而来• 进化的顺序：简单 复杂 低等 高等水生 陆生• 古生物学上的证据是生物进化的最可靠的证据之一。
2.胚胎学上的证据• 概念：研究动植物胚胎的形成和发育过程的科学。
• 证据：（1）高等生物的胚胎都是从一个受精卵开始的（2）七种胚胎动物和人胚胎第四阶段第三阶段第二阶段第一阶段 无 机 小 分子有 机 小 分 子生 物 大 分 子 多 分 子 体 系 原 始 生 命 体的比较：胚胎发育早期很相似都有鳃裂和尾，胚胎发育晚期除鱼类外，其他动物和人鳃裂都消失，最后人的尾也消失。
第七篇 生命的起源和进化
2、比较解剖学证据
对不同种群生物的个体解剖结构进行比较。 在一些不同种群生物中，某些器官即使行使不同功能， 它们在解剖结构上也具有相同或相似性，反映出这些生 物之间具有的亲源关系和从某个共同祖先进化来的轨迹。 这些器官被称为同源器官。 如：蝙蝠的翅、鲸的前鳍和哺乳类的前肢以及人的手臂。
原始的较大的原核细胞可以吞入较小的原核细胞，被吞入的原核细胞通过 内共生变成了细胞器。内共生学说认为，原来被吞入的需氧的细菌可变为 线粒体，被吞入的具叶绿素和光合作用功能的蓝细菌变成了叶绿体，如此， 便逐渐完成了向真核细胞的进化。
“内共生学说”的实验支持
生物细胞间的内共生现象是存在的。
好氧细菌与线粒体，蓝细菌与叶绿体在大小、膜的组成及膜蛋白的运转作 用等方面具有相似性。 线粒体与叶绿体内部含有环状DNA，这一点也与好氧细菌和蓝细菌相同。
真核生物细胞要比原核生物细胞复杂得多，复杂的真核细胞表现了细胞内 区域的高度组织性，细胞内各种分化的细胞器都有明确的分工和相互合作。 具有膜包被的细胞器即区域高度组织性的真核细胞是如何从较简单的原核 细胞进化来的呢？
真核细胞的内膜系统是原核细胞的外膜向内折入而发展起来的。 线粒体和叶绿体等细胞器的形成： “内共生学说”。
第七篇
生命的起源和进化
第一章 生命的起源
一、生命的起源
1、生命起源的早期学说
（1）神创论——上帝创造万物，最后造成人。 （2）自然发生说——生命是从无生命物质自然发生的。
“腐草化为萤”; “鹅树学说”
（3）生源论——生命来自生命。 F.Redi的实验； L.Spallanzani的实验；巴斯德的“鹅颈瓶实验”
何以解释生物大绝灭这一历史现象呢？有迹象表明， 在地球的历史上可能发生过灾变。例如，白垩纪末期发生了 以恐龙为代表的集群绝灭事件，而白垩纪上界的粘土层中出 现了元素铱(Ir)的异常富集。这种铱异常富集的粘土层分布 很广，而且层位很稳定。铱元素在地球上含量是很少的，但 在陨石中含量却很高。 1980年，L．Alverez等人据此对白垩纪末的集群绝灭 作了这样的解释：地球在6500万年前，受到脱离轨道的、直 径约10 km的小行星的撞击，造成大面积的尘埃云，遮蔽了 阳光，引起长达3个月至6个月的黑暗，光合作用停止，食物 网破坏，因而恐龙及其他食物网的上层生物绝灭。
生命的起源与演化
• 至此，我们得到了两个宏观时间指向： • 热力学第二定律描述的是孤立系统的退化 演化。 • 生物进化论描述了开放系统的进化演化。 • 此外，值得注意的是热力学第二定律具有 时间箭头，且与常识与实验相吻合，因而 是更基本的自然规律。与之相比，存在物 理学也许只是近似的自然定律。罗彭斯相 信，未来的量子引力学应该具有时间箭头， 应该与热力学第二定律相对应。
• （2）从生物小分子到生物大分子－偶然 论的失效。 • 美国生物学家斯图亚特计算过，依赖于生物 小分子之间的偶然碰撞，生命产生的几率 只有大约1040000分之一，而整个宇宙的 时间也不过1018秒，而宇宙中的原子数 只有1060个。因此，若生命是由偶然碰撞产
生的话，那的确是一个难以让科学家所接受 的小几率事件。按照生物学若贝尔获奖者莫 诺的话来说，生命的产生是“撞大运”的结 果。
• 如果时间悖论仅仅是科幻作家们的想入非非倒 也罢了，但如果真的存在这就意味着广义相对 论有局限性。爱因斯坦对此机制认真研究， • 按照广义相对论，时间和空间在引力场附近弯 曲。据计算，时空会在黑洞附近会被严重弯曲。
• 据此，爱因斯坦和 罗森于1935年提出 了一个由黑洞进入 白洞出来的时空隧 道又称“虫洞”， 这就是著名的爱因 斯坦－罗森桥。 • 爱因斯坦和罗森的 研究成果激发了人 类的想象力。也对 广义相对论提出挑 战。 • 但1955年爱因斯坦 得出结论——时空 旅行不可能。
E
S S P
E A
P B E
A
P E
B
E A E 以符号
来表示。 I
自催化循环是 一个稳定的结构， 只要有富能的底 物S的源源不断地 供给，它就能不 断地自我复制。
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I E I
（3）由生命大分子到原始生命
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• 1、生命的化学进化
• 生命的化学演化大体经历了三个阶段。
• （1）从简单分子到生物小分子－偶然论
的胜利。
• 1953年美国的一位名叫米勒的研究生，模拟地球
早期状态，经过八天八夜，合成了构成氨基酸等有机 物质。现在认为，地球还原性原始大气中的氢、甲烷、 氨、水等简单小分子，在阳光、雷电、宇宙射线和其 他自然力的作用下，合成了氨基酸、核苷酸和单糖等 构成生命必不可少的生物小分子。
的小几率事件。按照生物学若贝尔获奖者莫 诺的话来说，生命的产生是“撞大运”的结
果。
• 解开生命产生之迷的第一步，是探究具有自催化、 自复制性质的生物大分子（如RNA、DNA和蛋白
质）是如何从生物小分子之中产生的。这一过程 大体经历了以下几步：
• i 具有催化功能的生物小分子的产生。
E
S
P
ii 催化连条的产生。
• 4）生物进化的自组织
•
美国生物学家斯图亚特.考夫曼将
自组织理论应用于生物学中，提出了
进化地形的NK模型，用于解决上述问 Nhomakorabea。•
在生物进化地形的NK模型中，N
代表一个生物体内的基因数量。每个
基因都有两个等位基因，分别为1和0。
其中，1可能代表长腿，0代表短腿等
等。用K来表示一个生物种内基因中的
上位成对基因的相互依赖程度。
• 3）生物进化论的困境
• ①不能解释物种的非连续性突然爆发。 例如，寒武纪物种的大爆发。
• ②无法说明生态系统的秩序与和谐。例 如，象人脑、鹰眼之类的精密器官，象 生物的共生、竞争等的奇妙现象。
• ③无法说明进化速率的不同。例如，一 方面存在着几亿年停滞不前的活化石， 另一方面存在着几百年便发生了显著变 化的物种。
• （2）从生物小分子到生物大分子－偶然 论的失效。
• 美国生物学家斯图亚特计算过，依赖于生物 小分子之间的偶然碰撞，生命产生的几率 只有大约1040000分之一，而整个宇宙的 时间也不过1018秒，而宇宙中的原子数 只有1060个。因此，若生命是由偶然碰撞产
生的话，那的确是一个难以让科学家所接受
生命（原生细胞）。
2、生命的生物进化
• 1）达尔文进化论的要点如下：
• 变异。 • 繁殖过剩。 • 生存斗争和适者生存。
• 2）现代生物进化学说。
•
现代达尔文主义是在继承和发展达尔文自然选择学
说的基础上，运用摩尔根的基因学说，并结合群体遗传
学、突变理论和物种隔离理论而发展起来，故又称为综
合进化学说。
E
S
P
A
B
C
D
E
S
P
A
B
C
D
• iii自催化循环的产生。
E
E
S
P
S
P
A
B
A P
B E
E 以符号
来表示。
E
A
I E
自催化循环是
一个稳定的结构， 只要有富能的底
E
I
物S的源源不断地
供给，它就能不
I
E
断地自我复制。
I
（3）由生命大分子到原始生命
• 生命的最简单形式是单细胞细菌，由
于细菌本身又有许多复杂的构造，特别是具有 能够与外界环境相对隔离的细胞膜的产生，才 使得细菌内自催化循环得以在稳定的环境中进 行，最终使生命成为一种稳定的自组织过程， 这是生命产生的第二次飞跃。
我们先来讨论两种极端情况。 假设K=0，即每个基因相互独立，不存在互斥制约因
素。这是为生物学家广泛接受的现代进化论的基本假设。 这时，生物进化的适应性地形象富士山一样 。因为适应性
高峰地域大、高度高，物种也许就会在有限的地质时间内 难以攀上这个高峰。
适 应
K=0
性
基因空间
（0000000000000000000000000……） 进化 100%
（0001000000000000000000000……）
（1111111010011111111111111……） 淘汰
（0111111010011111111111111……） 进化 0.3%
（1111111011011111111111111……）
假设K=N-1，即假定每个基因都受到其他所有基因的 影响。这时，适应性地形中就会有2N/(N+1)个山峰。在这 种地形上，每一个山峰的高度都很低，而且彼此紧临。物 种极易从一个山峰跳到另一个山峰，这样永不停息地在低 适应性山峰间跳来跳去。显然，这也不是物种进化的最佳 地形。
• 德国生物物理学家艾根创立了超循环理论，
用来说明生命产生的第二次飞跃。超循环理论 是一种用复杂的动力学方程，描述在生物大分 子水平上产生的达尔文进化行为。下面我们用 图示的方法形象地理解生物大分子是怎样进化 为简单生命的。
生物大分子自催化循环是一个复杂的系统，在其
自催化的过程中会产生出一些变种来。而这些变种又 有可能相互催化构成超循环，使生物大分子越来越复 杂。就一个二元系统来说，二者的相互关联可能有四 种情况。其中，第四种互催化形成了一个小的超循环。
生物进化二维示意图
圆圈代表适应性高地
星号代表适应性水平 较低的起点
第二节 自然界演化的方向性
• 一、时间之矢于不可逆 • 1、与经典物理学相联系的时间 • 存在物理学的基本特征(44-45)
适
应 性
K=N-1
基因空间
• 可以证明，当K值适中时，适应性地 形有多个高峰，这种地形最有利于物 种的进化。因为此时，物种即能在有限的时间内
爬上一个高峰，又不会轻易地从这一有一定适应性的高 峰上跳到别处，在一定程度上保持物种的稳定性。
K值适中
适 应 性
基因空间
• 我们再用这种适合生物进化的NK地形来解释寒武 纪物种大爆炸。由于在寒武纪时，动物的适应性水 平还很低，处于进化地形的谷底，它的四面有许许 多多的高地。这时，最初的动物种类向各个方向的 高地爬去，这样就很快占据了不同的高地，形成了 100门差异极大的动物门类。当动物一旦进入某一 高地，它们就被陷入其间，只能在这一高地中一步 一步地寻找最高峰。由于一块高地中也许存在许多 的高峰，也许高峰之上又有次级高峰，呈分形态势， 因此这些动物物种还可以进一步分支为纲、目、科、 属、种。
E1
E1
I1
I1
E1
E1
I1
I1
I2
I2
I2
I2
E2
E2
E2
E2
(a)
(b)
(c)
(d)
• 小的超循环会以同样
的方式进化，形成更 大的超循环，使生
命形式趋向复杂。
随着生物大分子超循环 的进化，逐步分化出与
外界相对隔离的膜（细 胞膜），使得超循环
进化的内部环境相对稳 定，这样就逐步形成了 具有稳定自复制的原始