第二講生命起源與細胞進化馬彬廣第二講生命起源與細胞進化馬彬廣1什么是生命如吾所識的生命（Lifeasweknow，物質定義）如恩格斯：生命是蛋白質的存在形式。地球上現存的，我們所認識的生命（狹義）。核心問題：生命從哪一層次開始？細胞？

如其所能的生命（Lifeasitcouldbe，功能定義）以生命具有的特征去定義，廣義生命。如異類生物、外星生物、機器生物、虛擬生物等。核心問題：生命本質特征是什么？自我繁殖？什么是生命2什么是生命分子生物學定義：

生命是指主要由核酸和蛋白質組成的，具有不斷自我更新能力的，以及向多方向發生突變并可以復制自身的多分子體系。什么是生命分子生物學定義：32December2010GFAJ-1isastrainofrod-shapedbacteriuminthefamilyHalomonadaceae.TheextremophilewasisolatedfromthehypersalineandalkalineMonoLakeineasternCaliforniabyaresearchteamledbyNASAastrobiologistFelisaWolfe-Simon.嗜鹽、耐堿的桿狀細菌能以砷代磷生長！2December2010GFAJ-1isastr4生命的本質生命的物質基礎生命活動的基本特征生命和熵生命的本質5生命的物質基礎生物體化學成分的同一性構成元素：60/109，主要是C、H、O、N、P、S，其次是Ca、Mg、Na、Cl等，與無機界相同，生命并不存在特有的元素。離子形式對生命至關重要（見后表）。生命的物質基礎生物體化學成分的同一性6第二講+生命起源與細胞進化ppt課件7生命的物質基礎生物體化學成分的同一性分子成份：70%的水和無機物，多種有機分子，如生物大分子核酸、蛋白質、糖類、脂類和維生素等，雖然其組成和結構可能不同，但它們的單體，如葡萄糖、ATP、氨基酸、核苷酸等對所有生物幾乎都一樣，因此，生物在化學成分上存在高度的同一性。生命的物質基礎生物體化學成分的同一性8生命的物質基礎結構的有序性和功能的復雜性生物體內化學分子有序組織，非隨機堆積。

蛋白質是主要成份（人體固重45%，酵母46.6%，細菌50-80%），蛋白質是由多肽鏈狀分子折疊、盤繞而成有序結構（一到四級結構）。結構決定功能，蛋白質功能多樣。生命的物質基礎結構的有序性和功能的復雜性9第二講+生命起源與細胞進化ppt課件10第二講+生命起源與細胞進化ppt課件11生命的物質基礎結構的有序性和功能的復雜性核酸是遺傳分子，有脫氧核糖核酸DNA和核糖核酸RNA。

DNA由A、C、G、T組成，以雙鏈形式存在。RNA中T替換成U，多以單鏈形式存在（局部折疊配對）。DNA能自我復制，是遺傳信息的載體，控制的蛋白質的合成和各種性狀，按照基因程序實現生長、發育、繁殖和進化等生命活動。生命的物質基礎結構的有序性和功能的復雜性12第二講+生命起源與細胞進化ppt課件13討論DNA決定論：先天決定一切。表觀遺傳學（epigenetics）：后天影響很大。討論14生物界的多層次結構…生物圈生態系統群體個體器官組織細胞分子原子…生物界的多層次結構…15生命活動的基本特征1自我更新同化與異化對立統一，構成新陳代謝的動力。同化（assimilation）：將外界物質轉化為自身物質，并儲存能量，也稱合成代謝（anabolism）。異化（dissimilation）：將自身物質轉化成外界物質，并釋放能量，也稱分解代謝（catabolism）。對立性：兩者互為相反過程。統一性：相互依存（同化為異化提供物質基礎，異化為同化提供能量）、相互轉化（異化也為同化提供物質基礎，同化也為異化提供能量，如光合/呼吸依存關系），相互滲透（合成途徑中有分解反應，反之亦然）生命活動的基本特征1自我更新16合成中的分解反應舉例尿素的合成途徑卻涉及到精氨酸的分解。合成中的分解反應舉例尿素的合成途徑卻涉及到精氨酸的分解。17生命活動的基本特征1自我更新生物體是一個開放的系統，時刻進行著與外界的物質和能量交換，生物的生長發育需要一定的環境條件，生物主動從環境吸收自身所需的營養物質（主動性和選擇性），如，每生產100kg小麥，需要從土壤吸收氮素2.65~2.77kg、磷素1.00~1.20kg、鉀素3.35~4.27kg。生物體之間、生物體與環境之間是相互依賴，有著不可分割的聯系，研究生命必須與其環境關聯起來，這就是生態學的生命觀。生命活動的基本特征1自我更新18生命活動的基本特征2自我復制分子層次：DNA雙鏈的半保留復制。細胞層次：細胞一分為二的復制自身。個體水平：親代對子代的繁殖（克隆技術？）更高層次？總之，自我復制是生命活動的基本特征（本質特征？）。注意：復制中有變異。生命活動的基本特征2自我復制19第二講+生命起源與細胞進化ppt課件20生命活動的基本特征3自我調控自我調控是生物環境適應性的基礎之一。分子層次，如大腸桿菌的乳糖操縱子模型。細胞層次，如細菌趨化性。個體層次，如樹葉脫離、動物換毛等。更高層次，種群競爭與生態平衡。生命活動的基本特征3自我調控21生命活動的基本特征4自我突變

自我突變帶來變異，也是生物環境適應性的基礎。如：小麥從晚熟變早熟，普通羊群中出現短腿的安康羊（anconsheep），細菌抗性的產生（關于超級病菌的報道）等。自我突變能力產生生物的多樣性，是選擇作用的對象。生命活動的基本特征4自我突變22生命和熵1熵的概念熵（entropy）：簡言之，無序度的度量。

熱力學第二定律：孤立系統熵增加。熵是很多過程自發性和方向性的表征。熵增與進化：貌似矛盾？尚在爭論。生命和熵1熵的概念23生命和熵2生命與熵變生物的發育和進化都是有序度增加的過程。

生物是開放系統，與環境的物質能量交換帶來熵變。熵變=熵產生+熵流。熵產生恒為正，熵流可為負。生物體是耗散結構（dissipativestructure，即開放系統遠離平衡態出現的有序結構），負熵對生物是必需的（我們一日三餐吃負熵）。生命和熵2生命與熵變24生命在地球上的起源各種生命起源學說生命起源的條件生命起源的過程（化學演化說）生命在地球上的起源25各種生命起源學說1原始自然發生論（spontaneousgenerationtheory）又稱“自生論”，認為生物可以從非生命物質直接而迅速地，隨時隨地地產生出來，如古代各種說法，“腐草為螢”、“白石化羊”、“腐肉生蛆”等。十七世紀初，范.赫爾蒙特（VanHelment，1577-1644）甚至給出了制造老鼠的配方，據稱根據該配方21天就可以制造出老鼠（見后圖）。各種生命起源學說1原始自然發生論（spontaneous26第二講+生命起源與細胞進化ppt課件27各種生命起源學說2神創論又稱“天創論”，認為生命是由神秘力量創造的。如前面提到的大主教，認為上帝造人在公元前4004年10月23日上午9時，并說先創造了一個男人，后又取男人的一根肋骨，創造了一個女人，這樣女人自然就成了男人的附屬品，上帝也懂男尊女卑，顯然是出于特定目的編造的。中國也有女媧造人的傳說（主奴之別）。各種生命起源學說2神創論28各種生命起源學說3生源論（biogenesis）認為生命只能由生命產生。1669年，意大利醫生（FrancescoRedi,1621-1691），第一次用實驗說明腐肉不能生蛆。各種生命起源學說3生源論（biogenesis）29各種生命起源學說3生源論（biogenesis）后來關于肉腐敗的原因，巴斯德給出了答案，但其結論是支持“生源論”，而不是自然發生說。各種生命起源學說3生源論（biogenesis）30各種生命起源學說4天外胚種論（泛胚種論、宇生論）20世紀初，瑞典化學家（S.A.Arrhenirius）發表了《宇宙的形成》一書（1907），提到，宇宙一直有一種生命的胚種，它們以孢子的形式，考光的壓力在星際旅行，遇到行星就定居下來，發展成生物。1959年，澳大利亞，碳質隕石，含有有機酸和氨基酸，與地球不同。宇宙塵埃顆粒，表明形成有機質，隨彗星或小行星到達地球，帶來生命。各種生命起源學說4天外胚種論（泛胚種論、宇生論）31各種生命起源學說5新自然發生論

早在1809年，德國著名自然哲學家Oken（1779-1851），就提出原始生命來自生化物質原始粘液（urschleim），他認為所有有機物都是從這種粘液演化來的，而這種粘液是從無機物演化來的。尿素（1828）、脂肪（1854）的等有機質的人工合成，致使E.H.Haeckel在1866年提出了，可以把生命“看作由高分子碳化物所組成的蛋白體”，恩格斯正是在此基礎上，提出“生命的起源必然是通過化學的途徑實現的”。20世紀50年代，米勒（S.L.Miller）實驗模擬了地球早期的條件，用簡單的能量，進行了生命起源的實驗，后來，奧巴林和福克斯進行了大量的研究，逐步揭示了地球上生命起源的化學演化過程。各種生命起源學說5新自然發生論32生命起源的條件宇宙的起源和地球的誕生早期地球的物質條件早期地球的能源條件生命起源的條件33生命起源的條件1宇宙起源與地球誕生生命起源的條件1宇宙起源與地球誕生34生命起源的條件2早期地球的物質條件初生大氣煙消云散：46年前，氫、氦大氣，先冷后熱，加之太陽風，初生大氣被驅散。次生大氣（原始大氣）的形成：內部噴射出來，還原性氣體，無游離態氧。原始海洋的形成：水蒸汽冷卻，匯集到低洼處，形成原始海洋，包括各種物質成分。生命起源的條件2早期地球的物質條件35生命起源的條件3早期地球的能源條件：熱能、太陽能、放電。生命起源的條件3早期地球的能源條件：熱能、太陽能、放電。36氰化氫氰化氫37生命演化的過程生命演化的過程38生命起源的過程1從無機小分子到有機小分子2從有機小分子到生物大分子3由生物大分子組成多分子體系4有多分子體系發展成原始生命生命起源的過程39生命起源的過程1從無機小分子到有機小分子

第一次化學反應：主要是NH3、H2O、CH4、CN、CO、CO2、NO3，可逆反應。碳氫化合物含氮衍生物的生成：如氨基酸的形成，由米勒在1953年通過實驗進行了驗證（見后圖）。核苷酸的形成和卟啉的形成。生命起源的過程1從無機小分子到有機小分子40米勒實驗裝置圖米勒實驗裝置圖41腺嘌呤合成部分核苷酸的合成胞嘧啶合成腺嘌呤合成部分核苷酸的合成胞嘧啶合成42生命起源的過程2從有機小分子到生物大分子核酸和蛋白質由小分子在一定的條件下（黏土表面）聚合而成。問題是先有核酸還是先有蛋白？三種觀點：（1）蛋白先起源，先有代謝，后有復制（奧巴林和原田馨）。（2）核酸先起源，先有復制，后有代謝（里奇和奧格爾），核酶的發現，RNA世界假說。（3）共同起源，復制和代謝同時產生（迪肯森、趙玉芬-曹培生理論），1994年磷酰化氨基酸，1996年，《生命化學進化的基本模型》，獲得高度評價和廣泛支持。生命起源的過程2從有機小分子到生物大分子43RNA的自我復制RNA的自我復制44化學演化的磷酰化氨基酸模型化學演化的磷酰化氨基酸模型45生命起源的過程2從有機小分子到生物大分子關于生命起源地點的三種說法：（1）陸相起源說，大陸火山附近，干燥環境利于縮合反應（福克斯）。（2）海相起源說，海洋黏土或蒙脫石表面，進行縮合反應（M.P.Horowitz等）。（3）深海煙囪起源說，深海煙囪，溫度梯度，有利于各種反應的發生（美S.M.Stanley）。生命起源的過程2從有機小分子到生物大分子46海底煙囪起源說：海底煙囪起源說：47生命起源的過程3由生物大分子組成多分子體系原始海洋，局部濃縮（如蒸發作用、黏土吸附），使生物分子形成膠質小球。（1）團聚體模型：20世紀50年代，奧林巴提出，膠質微團，產生類似生長、分裂的現象（見后圖），但奧林巴承認這不是唯一可能的模型。（2）類蛋白微球模型：Fox提出，氨基酸干熱聚合，再降溫生成類蛋白微球體，在通過pH值和溫度的改變，可以模擬出類似出芽繁殖的現象（見后圖），但無核酸。生命起源的過程3由生物大分子組成多分子體系48奧巴林的團聚體模型奧巴林的團聚體模型49Fox的類蛋白微球體模型：Fox的類蛋白微球體模型：50多分子體系發展成原始生命要解決的問題：（1）原始膜的起源（2）開放系統的建立（3）遺傳密碼的起源多分子體系發展成原始生命要解決的問題：51多分子體系發展成原始生命Goldacre的類脂蛋白囊假說：多分子體系發展成原始生命Goldacre的類脂蛋白囊假說：52奧巴林的模型系統兩種酶，活性相當，就可維持團聚體物質的代謝。奧巴林的模型系統兩種酶，活性相當，就可維持團聚體物質的代謝。53遺傳密碼的起源與進化1最早的遺傳密碼2密碼進化的方向3密碼進化的過程遺傳密碼的起源與進化54遺傳密碼的起源與進化1最早的遺傳密碼已知現在的密碼子是三聯體碼，最早是什么？

1-2-3的演化？遺傳密碼的起源與進化1最早的遺傳密碼55遺傳密碼的起源與進化2密碼進化的方向密碼子簡并性，1966年克拉克擺動假說（wobblehypothesis），主要涉及密碼子第3位。氨基酸性質的歸類：酸性、堿性、中性，涉及密碼子第1位。反映了生物的容錯能力。遺傳密碼的起源與進化2密碼進化的方向56遺傳密碼的起源與進化3密碼進化的過程美國生化基礎研究所的M.O.Dayhoff等人，從tRNA的序列分析出發，研究了三聯體密碼的進化歷程，大致為GNC—>GNY—>RNY—>RNN—>NNN，其中，R代表G、A，Y代表C、U，N代表四種核苷酸任意一種。見下表：遺傳密碼的起源與進化3密碼進化的過程57第二講+生命起源與細胞進化ppt課件58有關生命起源問題的探討隕擊作用與生命起源

老的，阿列紐斯的“天外胚種論”；新的，20世紀60年代，“天外來客論”：1968年9月28日，巨大含碳隕石落在澳大利亞，經生化學家龐然佩魯馬的分析，發現微量甘氨酸、丙氨酸、谷氨酸、纈氨酸、脯氨酸，這些氨基酸無光學活性，非地球生命途徑產生。宇宙空間用微米波檢測到各種有機小分子和金屬離子的存在，基于此事實，J.J.Gilvarry和A.R.Hochstim曾設想，如果原始地球上的海洋是大隕石或微行星沖撞而形成的，這種撞擊會帶來和產生大量有機物，促進了地球上的化學進化。地球早期，隕擊頻繁，所以，該說法有一定道理。有關生命起源問題的探討隕擊作用與生命起源59JournalofCosmologyJournalofCosmology,2011March,Vol13RichardB.Hoover,Ph.D.NASA/MarshallSpaceFlightCenter,Huntsville,AL“FossilsofCyanobacteriainCI1CarbonaceousMeteorites”JournalofCosmologyJournalof60第二講+生命起源與細胞進化ppt課件61FossilsofCyanobacteriainCI1CarbonaceousMeteoritesSynopsisDr.HooverhasdiscoveredevidenceofmicrofossilssimilartoCyanobacteria,infreshlyfracturedslicesoftheinteriorsurfacesoftheAlais,Ivuna,andOrgueilCI1carbonaceousmeteorites.BasedonFieldEmissionScanningElectronMicroscopy(FESEM)andothermeasures,Dr.Hooverhasconcludedtheyareindigenoustothesemeteorsandaresimilartotrichomiccyanobacteriaandothertrichomicprokaryotessuchasfilamentoussulfurbacteria.HeconcludesthesefossilizedbacteriaarenotEarthlycontaminantsbutarethefossilizedremainsoflivingorganismswhichlivedintheparentbodiesofthesemeteors,e.g.comets,moons,andotherastralbodies.Theimplicationsarethatlifeiseverywhere,andthatlifeonEarthmayhavecomefromotherplanets.MembersoftheScientificcommunitywereinvitedtoanalyzetheresultsandtowritecriticalcommentariesortospeculateabouttheimplications.ThesecommentarieswillbepublishedonMarch7throughMarch10,2011.FossilsofCyanobacteriainCI62FossilsofCyanobacteriainCI1CarbonaceousMeteoritesOfficialStatementfromDr.RudySchild,

CenterforAstrophysics,Harvard-Smithsonian,

Editor-in-Chief,JournalofCosmology.Dr.RichardHooverisahighlyrespectedscientistandastrobiologistwithaprestigiousrecordofaccomplishmentatNASA.Giventhecontroversialnatureofhisdiscovery,wehaveinvited100expertsandhaveissuedageneralinvitationtoover5000scientistsfromthescientificcommunitytoreviewthepaperandtooffertheircriticalanalysis.Ourintentionistopublishthecommentaries,bothproandcon,alongsideDr.Hoover'spaper.Inthisway,thepaperwillhavereceivedathoroughvetting,andallpointsofviewcanbepresented.Nootherpaperinthehistoryofsciencehasundergonesuchathoroughanalysis,andnootherscientificjournalinthehistoryofsciencehasmadesuchaprofoundlyimportantpaperavailabletothescientificcommunity,forcomment,beforeitispublished.Webelievethebestwaytoadvancescience,istopromotedebateanddiscussion.FossilsofCyanobacteriainCI63有關生命起源問題的探討是否存在外星生物？月球：自1969年7月阿波羅11號首次登陸至今先后5次載人登月，從月球取回土壤樣品達幾百公斤，但經微生物和生物培養都沒發現任何有生命的東西，土壤分析僅發現極其微量氨基酸，被認為污染所致。月球大氣稀薄，沒有氧，沒有水，白天溫度到127攝氏度，晚上最低為-180度，不太適合我們所知的生命生存。其它太陽系行星：金星：大氣成分CO2占97%，氮小于2%，水小于1%，氧小于0.1%，地面氣壓90-100大氣壓，最高溫485度火星：大氣成分也是CO2為主，氮氣小于1%，氧小于0.1%，還有CO和水，有四季更迭，兩級覆蓋冰雪極冠，夏季火星赤道附近，午間溫度27～28度，子夜時分-50度左右，自轉一天為24h37min，與地球較為接近，因此，被認為最有可能存在（類地）生命。木、土星：條件也很惡劣，被認為不太適宜生命存在。太陽系外生命：銀河系108～109個類太陽系，整個宇宙空間有1020個。射電天外望遠鏡被用來尋找地外生命。是否存在外星生物？月球：自1969年7月阿波羅11號首次登陸至今先后5次載人登月，從月球取回土壤樣品達幾百公斤，但經微生物和生物培養都沒發現任何有生命的東西，土壤分析僅發現極其微量氨基酸，被認為污染所致。月球大氣稀薄，沒有氧，沒有水，白天溫度到127攝氏度，晚上最低為-180度，不太適合我們所知的生命生存。其它太陽系行星：金星：大氣成分CO2占97%，氮小于2%，水小于1%，氧小于0.1%，地面氣壓90-100大氣壓，最高溫485度火星：大氣成分也是CO2為主，氮氣小于1%，氧小于0.1%，還有CO和水，有四季更迭，兩級覆蓋冰雪極冠，夏季火星赤道附近，午間溫度27～28度，子夜時分-50度左右，自轉一天為24h37min，與地球較為接近，因此，被認為最有可能存在（類地）生命。木、土星：條件也很惡劣，被認為不太適宜生命存在。太陽系外生命：銀河系108～109個類太陽系，整個宇宙空間有1020個。射電天外望遠鏡被用來尋找地外生命。是否存在外星生物？月球：自1969年7月阿波羅11號首次登陸至今先后5次載人登月，從月球取回土壤樣品達幾百公斤，但經微生物和生物培養都沒發現任何有生命的東西，土壤分析僅發現極其微量氨基酸，被認為污染所致。月球大氣稀薄，沒有氧，沒有水，白天溫度到127攝氏度，晚上最低為-180度，不太適合我們所知的生命生存。其它太陽系行星：金星：大氣成分CO2占97%，氮小于2%，水小于1%，氧小于0.1%，地面氣壓90-100大氣壓，最高溫485度火星：大氣成分也是CO2為主，氮氣小于1%，氧小于0.1%，還有CO和水，有四季更迭，兩級覆蓋冰雪極冠，夏季火星赤道附近，午間溫度27～28度，子夜時分-50度左右，自轉一天為24h37min，與地球較為接近，因此，被認為最有可能存在（類地）生命。木、土星：條件也很惡劣，被認為不太適宜生命存在。太陽系外生命：銀河系108～109個類太陽系，整個宇宙空間有1020個。射電天外望遠鏡被用來尋找地外生命。是否存在外星生物？月球：自1969年7月阿波羅11號首次登陸至今先后5次載人登月，從月球取回土壤樣品達幾百公斤，但經微生物和生物培養都沒發現任何有生命的東西，土壤分析僅發現極其微量氨基酸，被認為污染所致。月球大氣稀薄，沒有氧，沒有水，白天溫度到127攝氏度，晚上最低為-180度，不太適合我們所知的生命生存。其它太陽系行星：金星：大氣成分CO2占97%，氮小于2%，水小于1%，氧小于0.1%，地面氣壓90-100大氣壓，最高溫485度火星：大氣成分也是CO2為主，氮氣小于1%，氧小于0.1%，還有CO和水，有四季更迭，兩級覆蓋冰雪極冠，夏季火星赤道附近，午間溫度27～28度，子夜時分-50度左右，自轉一天為24h37min，與地球較為接近，因此，被認為最有可能存在（類地）生命。木、土星：條件也很惡劣，被認為不太適宜生命存在。太陽系外生命：銀河系108～109個類太陽系，整個宇宙空間有1020個。射電天外望遠鏡被用來尋找地外生命。是否存在外星生物？月球：自1969年7月阿波羅11號首次登陸至今先后5次載人登月，從月球取回土壤樣品達幾百公斤，但經微生物和生物培養都沒發現任何有生命的東西，土壤分析僅發現極其微量氨基酸，被認為污染所致。月球大氣稀薄，沒有氧，沒有水，白天溫度到127攝氏度，晚上最低為-180度，不太適合我們所知的生命生存。其它太陽系行星：金星：大氣成分CO2占97%，氮小于2%，水小于1%，氧小于0.1%，地面氣壓90-100大氣壓，最高溫485度火星：大氣成分也是CO2為主，氮氣小于1%，氧小于0.1%，還有CO和水，有四季更迭，兩級覆蓋冰雪極冠，夏季火星赤道附近，午間溫度27～28度，子夜時分-50度左右，自轉一天為24h37min，與地球較為接近，因此，被認為最有可能存在（類地）生命。木、土星：條件也很惡劣，被認為不太適宜生命存在。太陽系外生命：銀河系108～109個類太陽系，整個宇宙空間有1020個。射電天外望遠鏡被用來尋找地外生命。是否存在外星生物？月球：自1969年7月阿波羅11號首次登陸至今先后5次載人登月，從月球取回土壤樣品達幾百公斤，但經微生物和生物培養都沒發現任何有生命的東西，土壤分析僅發現極其微量氨基酸，被認為污染所致。月球大氣稀薄，沒有氧，沒有水，白天溫度到127攝氏度，晚上最低為-180度，不太適合我們所知的生命生存。其它太陽系行星：金星：大氣成分CO2占97%，氮小于2%，水小于1%，氧小于0.1%，地面氣壓90-100大氣壓，最高溫485度火星：大氣成分也是CO2為主，氮氣小于1%，氧小于0.1%，還有CO和水，有四季更迭，兩級覆蓋冰雪極冠，夏季火星赤道附近，午間溫度27～28度，子夜時分-50度左右，自轉一天為24h37min，與地球較為接近，因此，被認為最有可能存在（類地）生命。木、土星：條件也很惡劣，被認為不太適宜生命存在。太陽系外生命：銀河系108～109個類太陽系，整個宇宙空間有1020個。射電天外望遠鏡被用來尋找地外生命。是否存在外星生物？月球：自1969年7月阿波羅11號首次登陸至今先后5次載人登月，從月球取回土壤樣品達幾百公斤，但經微生物和生物培養都沒發現任何有生命的東西，土壤分析僅發現極其微量氨基酸，被認為污染所致。月球大氣稀薄，沒有氧，沒有水，白天溫度到127攝氏度，晚上最低為-180度，不太適合我們所知的生命生存。其它太陽系行星：金星：大氣成分CO2占97%，氮小于2%，水小于1%，氧小于0.1%，地面氣壓90-100大氣壓，最高溫485度火星：大氣成分也是CO2為主，氮氣小于1%，氧小于0.1%，還有CO和水，有四季更迭，兩級覆蓋冰雪極冠，夏季火星赤道附近，午間溫度27～28度，子夜時分-50度左右，自轉一天為24h37min，與地球較為接近，因此，被認為最有可能存在（類地）生命。木、土星：條件也很惡劣，被認為不太適宜生命存在。太陽系外生命：銀河系108～109個類太陽系，整個宇宙空間有1020個。射電天外望遠鏡被用來尋找地外生命。是否存在外星生物？月球：自1969年7月阿波羅11號首次登陸至今先后5次載人登月，從月球取回土壤樣品達幾百公斤，但經微生物和生物培養都沒發現任何有生命的東西，土壤分析僅發現極其微量氨基酸，被認為污染所致。月球大氣稀薄，沒有氧，沒有水，白天溫度到127攝氏度，晚上最低為-180度，不太適合我們所知的生命生存。其它太陽系行星：金星：大氣成分CO2占97%，氮小于2%，水小于1%，氧小于0.1%，地面氣壓90-100大氣壓，最高溫485度火星：大氣成分也是CO2為主，氮氣小于1%，氧小于0.1%，還有CO和水，有四季更迭，兩級覆蓋冰雪極冠，夏季火星赤道附近，午間溫度27～28度，子夜時分-50度左右，自轉一天為24h37min，與地球較為接近，因此，被認為最有可能存在（類地）生命。木、土星：條件也很惡劣，被認為不太適宜生命存在。太陽系外生命：銀河系108～109個類太陽系，整個宇宙空間有1020個。射電天外望遠鏡被用來尋找地外生命。有關生命起源問題的探討是否存在外星生物？是否存在外星生物？是64射電望遠鏡波多黎各的阿雷西沃望遠鏡（305米口徑）康奈爾大學設計，美國國家科學基金會支持貴州省黔南州平塘縣（500米口徑）將于2014年建成，投資約7億人民幣。射電望遠鏡波多黎各的阿雷西沃望遠鏡（305米口徑）貴州省黔南65第二講+生命起源與細胞進化ppt課件66細胞的起源與進化原始細胞的起源細胞的進化真核細胞起源的意義細胞的起源與進化67原始細胞的起源超循環組織模式

1971年，德國學者，艾根（Eigen）和舒斯特，提出超循環組織（hypercyclicorganization）學說，提出分子準種（molecularquasispecies）的概念，是變異與選擇驅動的分子達爾文系統。階梯式過渡模式

1984年，奧地利學者，舒斯特（Schuster）提出6階段躍遷動力學過程；1993年，美國學者Kauffman進一步闡述了此思想。原始細胞的起源68超循環組織模式ManfredEigenCycle:自催化或自復制的化學過程。Hypercycle:循環的循環，互相促進循環彼此聯系而成的更大的循環。超循環組織模式ManfredEigenCycle:自催化69階梯過渡模式階梯過渡模式70非達爾文進化模式Dyson在1985年提出，非達爾文進化的另一種過渡模式。根據分子進化中性理論，認為化學進化到生物進化的過渡是一個隨機過程，即分子系統隨機變異和隨機固定的過程，而不是通過選擇達到完善的。奧巴林式的原始細胞也可能通過類似小種群的遺傳漂移而進化出有活性的蛋白質，然后，在原核細胞內“寄生”的RNA通過隨機過程進化出RNA基因，不過，Dyson的模式沒有回答酶隨機產生的概率有多大這一關鍵問題。不管經歷怎樣的進化過程，以自由能最小為目標（原則）的自組織作用是大分子體系進化成細胞的關鍵。非達爾文進化模式Dyson在1985年提出，非達爾文進化的另71細胞的進化原核細胞的出現古細菌的發現與早期生物三分枝進化觀點真核細胞的祖先可能是古細菌真核細胞的起源途徑細胞的進化72原核細胞的出現據化石證據，最早的細胞形態的生命出現在大概35億年之前，因為原始大氣是還原性的，缺乏游離態的氧，因此，早期的細胞是厭氧性的，光合自養、化能自養和異養等類型的生物。光合微生物藍細菌（藍藻）曾一度是生物圈的唯一或主要成員，并改變了地球的大氣組成。在原核細胞出現18億年之后，才出現了真核細胞。支原體是可以自由生活的最小生物，被認為類似最原始的生命形式。化石證據：澳大利亞太古宙藍菌化石、疊層石等。原核細胞的出現據化石證據，最早的細胞形態的生命出現在大概3573古細菌與生物三分枝對單支等級進化的觀念帶來很大的挑戰古細菌與生物三分枝對單支等級進化的觀念帶來很大的挑戰74古（原）細菌Archea多生活在極端環境中，如高溫、高壓、高鹽、低溫、干旱等地方。如：大洋洋嵴水熱噴口，生存3X104kPa，250℃（Baross和Deming，1983）。有報道說：500~2800米深的陸地鉆孔的巖心中分離出多種微生物。地下，化學自養、利用硫化物和氫獲得能量。古（原）細菌Archea75古細菌可能是真核細胞的祖先古細菌可能是真核細胞的祖先76真核細胞的起源途徑1內共生起源說2漸進說3線粒體的起源4葉綠體的起源5細胞核的起源6其它細胞器的起源7真核細胞起源的大致歷程（綜合假說）8病毒的起源真核細胞的起源途徑77真核細胞的化石證據尚有爭議，無定論可能最早的是在加拿大安大略省西南部Gunflint鐵燧石中芽球或萌發成管狀的球星微生物，同位素鑒定距今19億年。另一方面，確鑿的后生動物化石最早出現在7億年前，所以，真核細胞生物出現的時間大概距今7～20億年之間。真核細胞的化石證據尚有爭議，無定論78真核細胞起源的途徑真核細胞與原核細胞的標志性區別在于細胞器。如果真核細胞是從原核細胞進化來的，那么細胞器是怎么出現的呢？由于缺少中間過渡類型，學界爭論了20多年，主要有兩派觀點：漸進形成說和細胞內共生起源（endosymbiosis）說。真核細胞起源的途徑79真核細胞起源的途徑1內共生起源說100多年前（1883），A.F.Schimper發現植物的葉綠體可以自主繁殖、分裂，從而認為其來源于“寄生”的藍細菌。1910年，俄國人梅列肖夫斯基提出了真核細胞的細胞器來源于細胞內共生。上世紀60年代，電鏡技術的發展，提供了細胞的超微結果，提供了更多支持內共生的證據。上世紀80年代，美國波士頓大學的生物學家L.Margulis出版了她的專著《細胞進化中的共生》（Margulis，1981），重新提出并詳細論證了“真核細胞起源于細胞內共生的假說”。她認為，真核細胞是一個復合體，原核細胞才是最小的細胞單位。具體地說，真核細胞的線粒體和葉綠體來源于共生的真細菌（線粒體可能來源于紫細菌，葉綠體來源于藍菌），運動器（包括鞭毛和胞內微管系統）來自共生的螺旋體類真細菌，它們被原始的真核細胞吞噬，與宿主進行了長期的共生，逐漸演化成細胞器。真核細胞起源的途徑1內共生起源說80第二講+生命起源與細胞進化ppt課件81內共生起源說的證據（1）膜的形態結構，成分內外不一。（2）線粒體和葉綠體的半自主性，環狀DNA等。（3）線粒體、葉綠體的核糖體大小和對蛋白合成抑制劑的反應。（4）現今的生物中，真核細胞存在內共生現象。（藍細菌寄生于變形蟲、原生動物中使其獲得光合作用能力，草履蟲中寄生卡巴粒，毒素競爭等）（5）分子進化的證據（16sRNA的比較）（6）同工酶和代謝途徑的研究反對者認為，該學說太粗糙，且偏重形態學，忽略生理生化，不能解釋細胞核的起源等。內共生起源說的證據（1）膜的形態結構，成分內外不一。82真細胞的起源途徑2漸進說20世紀70年代，有學者用吞噬作用（phagocytosis）、內胞形成（endocytosis）和細胞內間隔作用的發展來解釋細胞核與細胞器的起源。后來又興起了膜進化理論，即用膜分化導致代謝分割來解釋細胞器和細胞核的起源（Nakamura和Hase1991），主張原核細胞到真核細胞是漸進的直接的進化過程。證據：（1）原核細胞與真核細胞之間存在一些過渡類型。原綠藻（沒有細胞核，但色素特征與綠藻接近）藍菌（屬于原核生物，但光合作用與真核植物類似）紅藻（屬于真核生物，但色素組成上接近藍細菌）腰鞭藻（屬于原核細胞，但有類似真核生物的核區）（2）從生理生化看，真核細胞的需氧代謝，可能是原核生物的發酵途徑改造。（3）某些行光合作用的原核生物也具有復雜的胞內膜結構。真細胞的起源途徑2漸進說83第二講+生命起源與細胞進化ppt課件84真細胞的起源途徑3線粒體的起源

共生說：1970年，Margulis提出內共生假說，吞噬，未被消化，高效利用宿主原料，供給宿主能量，形成互利共生。證據：（1）獨立復制的基因組（2）類似原核的蛋白合成系統（3）分裂像細菌，且與宿主不同步（4）可轉入異源細胞（如把雞的線粒體轉給鼠）。非共生說：認為真核細胞的前身是一個進化上比較高等的好氧細菌，比典型的原核細胞大，為了增加呼吸功能的膜表面，膜內陷、擴張、分化，并形成小泡，逐漸形成一個內部蛋白合成系統，這就是線粒體的雛形，再轉入一個質粒環狀DNA就成了現在的線粒體。證據：