1、小議生命發(fā)展史,生命的歷史,目錄,生命起源 生命演化的歷程 生物演化史 總結(jié),生命起源,構(gòu)成生命的元素宇宙中的生命分子 原始生命的有機(jī)湯疊層石 生物單分子粘土礦物與生命火山與生命,生命構(gòu)成的元素,地球上有很多種元素，但用于構(gòu)成生命的元素并不多，主要有C、H、O、N四種，此外還有S、P及其他一些微量元素。我們知道組成生命的主要物質(zhì)是蛋白質(zhì)、水分和無機(jī)鹽三大類。元素分析表明，蛋白質(zhì)一般含碳50%55%、氧20%23%、氮15%18%、氫6%8%、硫0%4%，有些蛋白質(zhì)還含有微量的P、Fe、Zn、Cu、Mo等。,宇宙中的生命分子,過去曾認(rèn)為，星際空間不存在任何物質(zhì)，是絕對的真空。1930年特藍(lán)普勒在

2、測定疏散星團(tuán)直徑時，發(fā)現(xiàn)星光在宇宙空間產(chǎn)生消光現(xiàn)象，由此發(fā)現(xiàn)了星際塵埃。20世紀(jì)50年代以來，由于紅外和射電觀測技術(shù)及實驗波譜研究手段的進(jìn)步，越來越多的星際物質(zhì)被探測出來。特別是1969年斯奈德(L.E.Snyder)觀測到有機(jī)分子甲醛(HCHO)的6cm譜線，轟動了世界，被譽(yù)為20世紀(jì)60年代天體物理的重大發(fā)現(xiàn)，他的發(fā)現(xiàn)還激發(fā)了天文學(xué)家去探索星際分子的熱情。 到1991年，已發(fā)現(xiàn)92種星際分子，2000多條分子譜線。最新的消息是美國伊利諾斯州立大學(xué)的射電天文學(xué)家路易斯辛德通過頻譜在靠近銀河系中心的星云中發(fā)現(xiàn)了生命分子氨基酸，這一發(fā)現(xiàn)有可能解釋生命的起源問題。 星際有機(jī)分子的普遍存在啟示我們，

3、在宇宙的恒星體系中，具備產(chǎn)生生命條件的行星（類地球）為數(shù)不少，在那些行星上必然會出現(xiàn)生命，乃至進(jìn)化為智慧生物。因此，探索宇宙生命將是人類在搞清自己之后的下一個探求目標(biāo)。,簡單的有機(jī)合成在地球形成之初就開始了，主要發(fā)生在大氣圈中，所形成的簡單低相對分子量有機(jī)物與地殼表面的水體作用，形成含有機(jī)化合物的水溶液，在某些火山活動區(qū)域有可能形成濃的溶液。這些稀的和濃的溶液最后匯集到大的水體或原始海洋中。這就是現(xiàn)今流行的觀點：生命起源于早期地球“溫暖小水池”的“有機(jī)湯”中。,疊層石（stromatolite)是前寒武紀(jì)未變質(zhì)的碳酸鹽沉積中最常見的一種“準(zhǔn)化石”，是原核生物所建造的有機(jī)沉積結(jié)構(gòu)。由于藍(lán)藻等低等

4、微生物的生命活動所引起的周期性礦物沉淀、沉積物的捕獲和膠結(jié)作用，從而形成了疊層狀的生物沉積構(gòu)造。根據(jù)Walter(1983)的統(tǒng)計，已知在澳大利亞、北美和南非三個不同大陸的11個地點發(fā)現(xiàn)了太古宙的疊層石，其年齡都在25億年以上。 晚元古代（20億年前到7億年前）是地史上疊層石最繁盛的時期，其分布廣泛、形態(tài)多樣。后生動物出現(xiàn)（7億年前）以后疊層石驟然衰落。古生代寒武紀(jì)至泥盆紀(jì)疊層石數(shù)量和分布范圍有限，但仍不難見到。泥盆紀(jì)以后疊層石只是殘存了?，F(xiàn)代海相疊層石只分布在澳大利亞、中美洲、中東等地的少數(shù)地區(qū)的特殊環(huán)境中。通常疊層石產(chǎn)出于灰?guī)r和白云巖中，有些疊層石發(fā)育在燧石、磷酸鹽巖（膠磷礦）中，由磁鐵礦

5、和赤鐵礦構(gòu)成的疊層石以及錳疊層石也頗為常見。,生物單分子,在原始地球條件下，生物單分子是從無到有創(chuàng)造出來的，即由生命元素在外動力（能源）的推動下，通過無機(jī)化合而成。生命元素在原始地球的大氣中廣泛存在，外動力無疑也是不成問題的?，F(xiàn)在的研究資料表明，放電、紫外線、熱能都可以促使生命元素合成生物單分子。所以，原始大氣是生物單分子的誕生地，并使生物單分子在原始地球上普遍分布，從而能使其中一部分生物單分子在一定條件下形成生物大分子。第一個模擬原始大氣進(jìn)行放電實驗獲得氨基酸的是米勒（S. L. Miller，1953）。,粘土礦物這種地球上最常見的物質(zhì)是最初的生命物質(zhì)，這一說法已不再是西方的圣經(jīng)故事和中國

6、的神話傳說，而是新的科學(xué)研究成果。粘土礦物是一種微小的晶體，科學(xué)家們發(fā)現(xiàn)，粘土礦物晶體中存在一種有趣的缺陷結(jié)構(gòu)，這種結(jié)構(gòu)可能保存相當(dāng)多的信息，從而決定晶體生長的取向和構(gòu)型。因此，對于諸如屬于“低技術(shù)”的催化劑和膜等原始控制結(jié)構(gòu)來說，這些無機(jī)晶體作為一種構(gòu)造物質(zhì)要比大的有機(jī)分子更為合適得多。,這一學(xué)說認(rèn)為：原始地球火山活動頻繁，形成局部高溫缺氧地區(qū)，使得附近水池里的有機(jī)物形成大量的氨基酸和核酸。當(dāng)水池由于高溫蒸發(fā)干枯時，氨基酸弱聚合脫水反應(yīng)形成多肽等高聚物，后由雨水搬運到海洋，氨基酸自我裝配形成蛋白質(zhì)。這樣，就為生命起源提供了所需的有機(jī)分子。,生命的演化史,總論宇宙起源大爆炸生命的構(gòu)成元素 生物

7、大分子,復(fù)雜先進(jìn)的生物 元素演化化學(xué)演化生物學(xué)演化,廣義而言，生命起源應(yīng)當(dāng)追溯到與生命有關(guān)的元素及化學(xué)分子的起源。因而，生物圈演化的歷程應(yīng)當(dāng)從宇宙形成之初，即通過所謂“大爆炸”（“Big Bang”）產(chǎn)生了碳、氫、氧、氮、硫、磷等構(gòu)成生命的主要元素之時起。一個大體的演化歷程表示在圖中，從圖中可以看出，生命的起源和演化是和宇宙的起源與演化密切關(guān)聯(lián)的，生命構(gòu)成元素如碳、氫、氧、氮、硫和磷等是來自“大爆炸”后的元素演化。在星系演化中某些生物單分子，如氨基酸、嘌呤、嘧啶等形成于星際塵埃或凝聚的星云中，接著在一定的條件下產(chǎn)生了像多肽、多聚核苷酸等生物高分子?，F(xiàn)在許多資料表明，前生物階段的化學(xué)演化并不局限

8、于地球，在宇宙空間廣泛地存在著化學(xué)演化的產(chǎn)物。通過遺傳密碼的演化和若干前生物系統(tǒng)的過渡形式，最終在地球上產(chǎn)生了最原始的生物系統(tǒng)，即具有原始細(xì)胞結(jié)構(gòu)的生命。至此，生物學(xué)演化開始，直到今天在地球上產(chǎn)生了無數(shù)復(fù)雜的先進(jìn)的生命形式，包括像人類這樣的智慧生物。,廣義而言，生命起源應(yīng)當(dāng)追溯到與生命有關(guān)的元素及化學(xué)分子的起源。因而生物圈演化的歷程應(yīng)當(dāng)從宇宙形成之初，通過所謂“大爆炸”（“Big Bang”）產(chǎn)生了碳、氫、氧、氮、硫、磷等構(gòu)成生命的主要元素之時起。,碳、氫、氧、氮、硫和磷這六種生命元素構(gòu)成了地球上生物體物質(zhì)總量的98% ，而這些元素是伴隨著宇宙起源和演化過程而產(chǎn)生的。宇宙的狀態(tài)和宇宙物質(zhì)運動的

9、基本規(guī)律法則的特殊結(jié)合造成了生命起源和演化的可能性。 宇宙中的物質(zhì)誕生在爆炸之中。氫和氦是在距今約150 億年前的大爆炸強(qiáng)烈熱輻射中形成的。構(gòu)成我們自己的、更復(fù)雜的碳、氧、鈣、鐵原子起源于恒星的燃燒著的深處。像鈾之類的重元素是在超新星爆發(fā)的沖擊波內(nèi)合成的。形成生物原料的這些核過程發(fā)生在最不適宜于生物居住的環(huán)境中。一旦形成了元素，劇烈的爆發(fā)就把這些元素送回到恒星之間的太空中。在那里，萬有引力將這些元素鑄成新的恒星和行星，而電磁作用將它們造成生命的化學(xué)物質(zhì)。,高相對分子量的生物有機(jī)化合物主要是指蛋白質(zhì)、核酸以及高相對分子量的碳?xì)浠衔?。與低相對分子量的生物有機(jī)化合物相比，高相對分子量的有機(jī)化合物具

10、有更高級的物質(zhì)群 。它們是由低相對分子量的有機(jī)化合物經(jīng)過聚合而成的多分子體系。從化學(xué)結(jié)構(gòu)而言，蛋白質(zhì)是由-L-氨基酸脫水縮合而成的，核酸是由嘌呤和嘧啶堿基，與糖D-核糖或2-脫氧-D-核糖）、磷酸脫水縮合而成，多糖是由單糖脫水縮合而成。由此可知，由低相對分子量的生物有機(jī)化合物變?yōu)楦呦鄬Ψ肿恿康纳镉袡C(jī)化合物的化學(xué)反應(yīng)都是脫水縮合反應(yīng)。 在原始地球條件下，有兩條路徑可以達(dá)到脫水縮合以形成高分子：其一是通過加熱，將低相對分子量的構(gòu)成物質(zhì)加熱使之脫水而聚合；其二是利用存在于原始地球上的脫水劑來縮合。前者常常是在近于無水的火山環(huán)境中進(jìn)行，后者則可以在水的環(huán)境中進(jìn)行。,后生動植物產(chǎn)生后，逐漸形成了復(fù)雜、

11、先進(jìn)的生物系統(tǒng)。一般的看法是后生植物與后生動物來自共同的祖先單細(xì)胞的真核生物，即所謂的原生生物（protista）。前已述及，單細(xì)胞真核生物是由原核生物祖先通過直接演化或細(xì)胞內(nèi)共生而產(chǎn)生的。由單細(xì)胞真核生物向多細(xì)胞的后生動植物的轉(zhuǎn)變是生命歷史中的一個重大的演化事件。后生動物和植物可能同時達(dá)到多細(xì)胞化（multicellularity），在這個過程中，生物的體積增大，組織器官分化。后生動物和后生植物如何由原始的單細(xì)胞真核生物演化分支出來？誰先誰后？對這些問題目前還沒有一致的看法。按照新近時興的細(xì)胞內(nèi)共生假說來解釋后生動植物的起源是這樣的：某些異養(yǎng)的、行吞噬作用的單細(xì)胞真核生物祖先可能以吞噬原核生

12、物為生，其中一些與行光合作用的原核生物發(fā)生細(xì)胞內(nèi)共生，形成能進(jìn)行光合作用的自養(yǎng)的真核生物，經(jīng)過進(jìn)一步演化，成為后生植物。另外一些仍保留異養(yǎng)功能，演變成為變形蟲、鞭毛蟲、纖毛蟲等原生動物和真菌。從異養(yǎng)的原生動物再進(jìn)一步演化出海綿、水母以及無體腔的原始后生動物。,生命的起源和演化是和宇宙的起源和演化密切關(guān)聯(lián)的，生命的構(gòu)成元素如碳、氫、氧、氮、硫和磷等都是“大爆炸”的產(chǎn)物。在星系演化中，某些生物單分子，如氨基酸、嘌呤、嘧啶等形成于星系塵埃或凝聚的星云中，接著在一定的條件下，產(chǎn)生了像多肽多聚核苷酸等生物高分子。,生命的起源和演化是和宇宙的起源和演化密切關(guān)聯(lián)的，生命的構(gòu)成元素如碳、氫、氧、氮、硫和磷等都

13、是“大爆炸”的產(chǎn)物。在星系演化中，某些生物單分子，如氨基酸、嘌呤、嘧啶等形成于星系塵埃或凝聚的星云中，接著在一定的條件下，產(chǎn)生了像多肽多聚核苷酸等生物高分子。,地球上第一個單細(xì)胞原始生命的出現(xiàn)標(biāo)志著生命演化進(jìn)入了一個新階段生物學(xué)演化。我們把原始生命出現(xiàn)之后的演化叫做生物學(xué)演化。 生物學(xué)的演化又可以分為早期和晚期兩個階段。早期生物學(xué)的演化又可稱為細(xì)胞演化階段；晚期生物學(xué)演化又可稱之為組織器官演化階段，或系統(tǒng)演化階段。細(xì)胞演化階段是從原始的單細(xì)胞生命產(chǎn)生到后生動植物的大量出現(xiàn)，持續(xù)了25億年以上。后生動植物出現(xiàn)后，生物進(jìn)入系統(tǒng)演化階段，在大約7億年的時間內(nèi)，數(shù)以千萬計的物種經(jīng)歷了形成和絕滅的演化歷

14、程。,生命的搖籃 生命的分類 最古老的巖石和生命記錄 動物從無脊椎到有脊椎的進(jìn)化 鳥類的起源,后生物的出現(xiàn),動物登陸,哺乳動物,生命源于地球，而且是地球的產(chǎn)物。即使如克里克（F. Crick）所認(rèn)為的生命來自地外，地球仍然是生命的搖籃。 今天的生命看來是由第一個生物經(jīng)過再生、繁殖和演化，進(jìn)而形成無數(shù)的生命形態(tài)并布滿整個地球。古菌類和后來的細(xì)菌在水里、空氣中和地上迅速繁殖，在20多億年中構(gòu)成了一個生物圈。這個生物圈的成員之間彼此交流，由此又先后產(chǎn)生了真菌和真核生物。然后，它們又集合和組織成多細(xì)胞植物和動物。 生命在海洋里蔓延開來，它們登上陸地，使世界充滿樹木和花草，又隨著昆蟲和鳥類飛翔天空。于是

15、，在地球上形成和成長起“生命之樹”。人類是這棵生命進(jìn)化樹最奇異的枝條。因此，在地球上誕生的生命和地球是休戚與共的。,傳統(tǒng)的分類學(xué)家將地球上的生命劃分為兩個界，即植物界和動物界，從而造成了我們的偏見：不是植物就是動物。70年代，康奈爾大學(xué)的生態(tài)學(xué)家H魏塔克（R.H.Wittaker）提出一種五界系統(tǒng)，說明生命的構(gòu)成（科學(xué)，1969年1月10日）。后來，波士頓大學(xué)的生物學(xué)家林恩馬古利斯（Lynn Margulis）支持并擴(kuò)充了魏塔克的框架（進(jìn)化生物學(xué)，1974）。專家們現(xiàn)在提出，生命中最基本的劃分并不是在“高等”的植物與動物之間，而是在單細(xì)胞之間。,地球上最古老的沉積巖大約有38億年的歷史，也就是

16、說，地球凝聚89億年后才形成硬的地殼， 生命才有了立足之地。古生物學(xué)家發(fā)現(xiàn)的最老的有細(xì)胞結(jié)構(gòu)的生命的證據(jù)是西澳大利亞的Warrawoona微生物化石群（35億年），表明地殼形成后不到3億年生物演化就開始了。但是大多數(shù)地質(zhì)學(xué)家認(rèn)為，最古老的原始生命是和最古老的沉積巖同齡，即38億年，其重要的證據(jù)是格陵蘭西部Isua沉積巖中的條帶狀鐵建造（BIF）。此外，在南非有34億年年齡的Swaziland超群古老巖層中存在簡單的層狀疊層石，年齡為33億年的南非Onverwacht群的碳同位素比值有一個明顯的變化，由此推斷光合作用的歷史可追溯到3335億年前。,動物化石出現(xiàn)在前寒武紀(jì)晚期最早的。軟軀體后生動物

17、在震旦紀(jì)冰期之后得到突發(fā)性的迅猛發(fā)展，在距今7億6億年間成為海洋生物的統(tǒng)治者。進(jìn)入寒武紀(jì)（距今6億年）后，軟軀體后生動物衰退，帶殼后生動物隨之興起。 這一生物發(fā)展階段可分為前埃迪卡拉和埃迪卡拉兩個亞階段。前埃迪卡拉亞階段以中國的淮南生物群為代表，埃迪卡拉亞階段以澳大利亞的埃迪卡拉動物群為代表,現(xiàn)代生物學(xué)研究表明，脊椎動物是由低等的無脊椎動物進(jìn)化而來的，大致的進(jìn)化過程是由與無脊椎的棘皮動物親緣關(guān)系密切的原始脊索動物中的半索動物或隱索動物到頭索動物或全索動物，最后可能由頭索動物或與其相近的種類進(jìn)化出脊椎動物。由于原始脊索動物缺少硬體結(jié)構(gòu)，不宜保存化石，因此至今發(fā)現(xiàn)的原始脊索動物的化石很少。,脊椎動

18、物由水生環(huán)境擴(kuò)張到陸地環(huán)境 ，演化出陸生動物 ， 這無疑是生命進(jìn)化史上又一重大事件 。因此，更確切地說 ，如果沒有動、植物實現(xiàn)登陸的偉大進(jìn)程，我們這個星球的生命還將停留在4億年前的古老而低級的階段 。化石資料表明 ，兩棲類是最先由水中登上陸地生活的脊椎動物類群。 在兩棲動物生活史中，一方面仍保留著水中生活的階段，另一 方面經(jīng)過變態(tài)獲得生活在陸地上新的適應(yīng)能力。然而，與植物登陸相比，脊椎動物實現(xiàn)登陸的時間要晚得多。最早的兩棲類化石發(fā)現(xiàn)在英格蘭老紅砂巖的頂部，地質(zhì)時代屬于泥盆紀(jì)最末期（法門期末），距今大約有3.6億年。這是一類原始的、具有尾和迷齒、頭骨構(gòu)造堅硬的早期兩棲類，即迷齒亞綱。魚石螈是這個古老類型的典型代表。,鳥類的起源是生物學(xué)上難解的謎。從達(dá)