Chpter9 生命的起源与进化

四、细胞遗传学证据 • 每种生物都有自己特有的染色体组与 核型特征，通过对不同生物染色体组 的比较，就可以发现其间的亲缘与演 化关系。另外，通过人工杂交的方式 也可以判断两杂交生物之间的亲缘关 系。例如：普通小麦为异源六倍体， 2n=42，具有A、B、C 3个不同的染色 体组，其进化过程就是通过杂交来推 断的。
3、裸子植物阶段 出现于2.8亿年前的二叠纪。 • 特点：配子体简化并寄生于孢子体 上；种子繁殖；花粉管。 4、被子植物阶段 • 进化特征： • 木质部出现导管，韧皮部出现筛管和伴胞。 • 种子具有果皮包被。 • 具有双受精作用和三倍体胚乳。
五、多细胞动物的进化 • 分为2个阶段
1、多细胞无脊椎动物阶段 有化石记录始于古生代的寒武纪， 那时的无脊椎动物多达7个门类，其 中三叶虫最多，故称为“三叶虫时 代”.之后取而代之的是昆虫。
扁形动物
红藻 原始脊索动物 海绵体
原生生物
变形虫
鞭毛虫
草履虫 真细菌
原核生物
古细菌
生物的进化图示
第二节 生物进化的证据 一、化石证据 • 化石：保存在地层中的生物遗体、遗 。 骸、遗物和遗迹的总称。 1）动物化石：元古代和古生代早期：原 生动物、软体动物→古生代泥盆纪： 鱼类繁盛，两栖类登陆→中生代：爬 行类（恐龙）盛行，原始鸟出现→新 生代：哺乳动物及随后的人类发展
同一物种的不同个体间可以进 行自由杂交，个体间存在基因 流，而不同物种个体间的杂种 后代是不育的，种内个体间不 能进行基因交流。
3、生态种（ecological species）
物种是生态系统中的功能单位，每个 物种占有一个生态位，并在生态系统中 可达到最佳状态，同时也可由于物种的 竞争受到排挤而转移到新的生态位. 综合定义：物种是具有一定形态特征， 具有一定地理分布区，具有相对稳定的 遗传性，且在种间有一定的隔离机制的 分类学基本单位和进化基本单位
↓
属间杂种（2n=21, ABD)
↓加倍
普通小麦 (AABBDD) (T.aestivum) 2n=42
大猩猩
短尾猿
细 胞 遗 传 学 证 据
黑猩猩
人
生物地理学证据
泥盆纪（3.8亿年前）
二叠纪（2.5亿年前）
白垩纪（1亿年前)
始新纪(5000万年前）
生化与分子生物学证据
各种动物与人血红蛋白质ß Baidu Nhomakorabea氨基酸组成差异数 动物
3、多分子体系的形成 实验一: 类蛋白遇冷→微球体（具选择性 渗透外膜） 实验二: 含脂有机成分遇冷/水→脂质体 （表面具双分子层） 实验三:多肽+核酸+多糖等混合物→摇动 →团聚体 4、原始细胞生命的形成 • 现代细胞中，最简单和最小的细胞是菌质 体（mycoplasma），存在DNA →RNA →蛋 白质的信息流。
• 化学进化假说——奥巴林和霍 尔丹在20世纪20年代提出。即 原始大气成分在闪电、紫外线 辐射、宇宙射线和高温提供能 量的作用下, 可自然地合成一 系列小分子有机化合物. • 1953年，米勒的模拟实验，用 无机物(如氨、甲烷、氢气等) 制造出了11氨基酸。
• 此后，其他研究者陆续又用不同配方的 原始大气混合物，合成了所有20种氨基 酸、以及嘌呤、嘧啶、脱氧核糖、脂肪 酸等，若加磷时，ATP也能产生。 2、由有机小分子生成生物大分子 由有机小分子生成生物大分子Sindney Fox的实验，有机单分子→滚烫的沙粒、 粘土或石块→水蒸发→类蛋白多肽
一粒小麦 (AA) ×拟斯卑尔脱山羊草 (BB)
（Triticum monococcum) 2n=14 （Aegilops speltoides) 2n=14
↓
属间杂种(2n=14, AB)
↓加倍
拟二粒小麦 (AABB) ×方穗山羊草 (DD)
(T.dicoccides) 2n=28 (A.squarrosa) 2n=14
第九章 生命的起源与进化
• 第一节 • 第二节 • 第三节 • 第四节 • 第五节 生命的起源与进化历程 生物进化的证据 物种的形成 影响生物进化的主要因素 生物进化理论的产生与发展
第一节 生命的起源与进化历程 一、生命起源的模式 • 化学进化与生命起源四个阶段： 1、非生物（无生命）合成简单有机分子或 单分子体（氨基酸与核苷酸）的富集。 2、简单分子结合为高分子，包括蛋白质与 核酸 3、非生物产生的分子聚合为原生物体的小 滴。 4、遗传信息的起源。
原始气体冷凝 汇流成海洋
生 命 起 源 模 式
火山爆发和闪电 的能量使气体合 成简单有机物 溅到岩石上的氨 基酸聚合成肽链 又重新回到水中
各种大分子进化 成原核细胞和真 核细胞
二、从分子到细胞 • 生命起源的问题，就是原核生物/细胞 的起源问题，发生在35亿年前，并经 历了无机小分子→有机小分子→生物 大分子→多分子体系→原始细胞4个阶 段。 1、由无机小分子生成有机小分子 • 原始大气成分：氨、甲烷、氰化氢、 硫化氢、二氧化碳、氢气和水蒸气。
双椎螈
鱼类 两栖类的进化
翼龙
霸王龙
蛇颈龙
三角龙
始祖鸟
鱼龙
兽孔类
槽齿类
爬行动物的进化
中生代
新生代
后兽亚纲
真兽亚纲
原兽亚纲
新生代 古生代 中生代
真菌
子囊菌
植物
双子叶植物
动物
节肢动物
脊椎动物
单子叶植物 环节动物 裸子植物
原口动物
生 物 进 化 树
担子菌
苔藓
软体动物
线虫
棘皮动物
绿藻
接合菌 褐藻 粘液菌
2、真核细胞的起源
细胞结构的差异不是在动植物细胞之间,
而是在原核细胞(procaryote)和真核细 胞(eucaryote)之间.由原核细胞向真核 细胞的进化就成为生命进化史上的重要 事件。
内共生说（endosymbiotic theory） 原始的厌氧/异养原核生物以吞食有 机物和其他原核生物为生, 有时它们 能容忍所捕获的原核生物在它们的体 内生活下去, 共同生活的结果, 吞食 者和被吞食者之间发生了共生关系. 被吞食者就变成了细胞器。其中线粒 体来源于需氧原核生物(紫细菌)，质 体来源于蓝细菌，运动器（鞭毛和微 管系统）来自于螺旋体细菌。
• Cech的假说(20世纪80年代）：RNA可 能是最早出现的生命活性物质. • 四膜虫的前体rRNA的非功能片段具有 如下功能: • （1）催化合成多聚核苷酸链; • （2）切割降解多聚核苷酸链; • （3）携带遗传信息
三、从原核细胞到真核细胞 在多分子体系中, “DNA→RNA→ 蛋白质生命系统”的建立, 就意味 着原始细胞生命,即原核细胞的诞生. 1、原核细胞的进化 • 原始的地球环境是无氧环境,最初的 原核生物要经过如下进程:
证据： 1）真核细胞的细胞器有一定的独立性 2）细胞器中的DNA与原核生物的DNA具 有部分同源性。 3）16srRNA的一级结构的比较研究证 明，真核细胞的细胞溶质部分和细 胞器部分有不同的来源。 弱点：不能解释细胞核的来源
3、从单细胞生物到多细胞生物 现在一般认为多细胞植物和多细胞动物 都是起源于单细胞鞭毛生物，大约出现 于6亿年前，这一过程是进化史上的重要 事件。 四、多细胞植物的进化(分为4个阶段) 1、藻类植物阶段： 单细胞藻类→多细胞藻类→大型藻类 2、蕨类植物阶段 裸蕨→石松类→羽叶类→真蕨类
二、物种形成的方式 1、渐进式：种群间遗传差异的形成与 发展是缓慢的和渐进的,需通过若干 中间阶段,最后达到种群间的完全生 殖隔离和形成新种。 2、骤变式：在物种内, 一部分个体因 遗传机制或随机因素(如显著的突变、 遗传漂移）而相对快速地获得生殖 隔离，并形成新种。
三、种群 • 一个种群就是同一物种的一群个体，通过 个体间的交配而保持一个共同的基因库。
马
原始的五趾型前肢
.
猫 蝙蝠
人
鲸鱼
2、同功器官（analogous organ） • 是指形态和功能相似，而来源和构造 不同的器官。如鸟和昆虫的翅膀。是 趋同演化的结果。 3、痕迹器官（vestigial organ） • 指生物体内保存了对机体作用已经不 大，而在祖先曾经发达的器官的痕迹。 如人体保留了在哺乳动物中相当发达 的动耳肌、阑尾、体毛和尾椎骨等痕 迹；鲸体内保留有后肢骨的痕迹
蝾螈
鸟
鱼 人
龟
脊 椎 动 物 胚 胎 外 形 比 较
鱼 蝾螈 龟 鸡
猪 牛
兔
人
三、比较解剖学证据 1、同源器官(homologous organ) 是指在胚胎发育中具有相同/相
似的来源,而外形和功能有显著差 异的器官。如鸟的翅膀、蝙蝠的翼、
鲸的鳍、哺乳动物的前肢、人的上
肢等，是趋异演化的结果。
第三节 物种和物种形成
一、物种的概述 1、表型种（phenotic species）/形态 学种（morphological species）
物种是一群具有一定形态特征的生物 个体，它们之间在形态上的相似显著 大于它们与其他群个体的相似.
2、生殖种（reproductive pecies） /生物学种（biological pecies）
被子植物繁盛
被子植物兴起 被子植物出现 裸子植物繁盛 裸子植物兴起, 蕨类植物衰退 种子蕨繁盛, 裸子植物出现 裸蕨和木本蕨繁盛 陆生裸蕨出现 藻类繁盛 藻类兴起
二、胚胎学证据 从脊椎动物的胚胎发育来看, 从卵裂开始到形态发生和早期的组 织分化都很相似，反映了脊椎动物 有共同的起源，即个体发育重演了 脊椎动物系统发育所经历的主要阶 段，这种现象称之为“重演律” (law of recapitulation) 。
2、脊椎动物阶段（再分为5个阶段） • 鱼类：盾皮鱼类→软骨鱼和硬骨鱼。 • 两栖类：鱼石螈→坚头类和块椎类→弓 椎类和壳椎类。 • 爬行类：杯龙类→恐龙类。 • 鸟类：始祖鸟（古鸟亚纲）→今鸟亚纲. • 哺乳类：最高级的脊椎动物。特征：胎 生和哺乳。
鱼类的进化
虾膜龙 笠头螈
引螈
尖头螈 思螈
蛇螈 细腕螈
差异 数
大猩猩 长臂猿 罗 猴 狗 牛 白鼠 袋鼠 蛙 七鳃鳗
1
2
8
15
25
27
37
46
125
家兔对人血清的抗血清与动物血清的滴定比值以对人血清的滴定值为100
动物 比值
黑猩猩
大猩猩 长臂猿
狒狒
蜘蛛猴
狐猴
食蚁兽
猪
97
92
79
75
58
37
17
8
五、分子生物学证据 • 通过对不同生物DNA和蛋白质序列的比较分 析，获取其相互之间的亲缘和演化关系。 • 分子生物学方法的优点 1）根据生物大分子结构上的差异程度，可以 定量地计算出进化信息。 2）对一些形态结构非常简单的微生物进化， 运用此法比较有效。 3）能对一些亲缘关系比较远的生物类群进行 比较分析。
• 同一物种的不同种群的个体，如果消除了 隔离，可以互相交配，即可以由基因交流 • 不同物种的各种群，即使在同一地区之内 也不能杂交。 • 总之，同一物种的种群之间存在着地理隔 离；不同物种的种群之间存在着生殖隔离
四、隔离在物种形成中的作用 1、概念： 隔离(isolation)是指在自然界中生物 不能进行自由交配或交配后不能产生可 育性后代的现象。 除了遗传变异和自然选择等因素 外，隔离在生物进化机制中占着重要的 地位。
异养细菌(以有机物为养料进行无 氧呼吸)→导致有机物减少→代谢 途径变化→自养的蓝细菌(光合作 用)出现 →二者构成了原核生物时 代的生态系统(突破营养控制的重 大飞跃) →蓝细菌发展→氧气浓度 增加→臭氧层(为真核生物的出现 创造了条件).
氧气→限制厌氧生物→需氧生物→多样 的代谢方式(光自氧型、光异氧型、化 能自氧型和化能异氧型等）
鸟类兴盛
原始哺乳动物出现
爬行类开始兴盛 两栖类兴盛
鱼类兴盛,昆虫及两栖类出现
水生无脊椎动物繁盛
棘皮,海绵,软体动物兴盛
2）植物化石 • 太古代、元古代、古生代早期：原 始藻类发生发展→古生代的志留纪： 植物登陆，出现原始的裸蕨和蕨类 →古生代的石炭纪：种子蕨发展→ 中生代：裸子植物大发展→中生代 末期和新生代：被子植物取代裸子 植物成为地球主宰。
2、隔离的意义：
一个或多个发生了优良遗传变异 的个体，如果不和由普通遗传型的个 体组成的群体隔离开来，彼此间进行 自由交配，则新基因或新基因型就会 混合在这个普通的群体中，并且会很 快消失，因而也就不能形成新的物种。 隔离开的类群不断地积累变异，在自 然选择的作用下，逐渐分化形成新物 种。
3、隔离的形式 1）地理隔离(Geographic isolation)： 是指由地理环境不同而造成的隔离， 例如海洋、大片陆地、高山、沙漠 等等，使得许多动物不能自由迁移， 相互之间不能自由交配，并使植物 间不能进行相互间的授粉，结果是 相互间不能进行基因交流，因而就 形成了相互独立的物种。