7遗传与进化-Umethods.ppt

第七章 遗传与进化 一、生命史 生命在地球上已存在38亿年之久， 自其诞生之日起就不停息地变化，在变化中延续、演进。 这是一个真实、漫长、仍未终止的历史过程。 1、生命史的3个阶段：附表 2、生命史研究的新进展和新问题： 2.1 生命史研究的新进展；2.2 生命史研究提出的问题 生命史的3个阶段 纵观地球生命史整个历史，从生命起源至人类文明，大致可分为3个阶段。 1、前生命的化学进化阶段 澳大利亚、南非太古宙的化石证据和稳定同位素分析研究结果表明：地球生命和地球上最老的岩石一样古老，即在太古宙早期（35－38亿年前），细胞形式的生命就已经出现了。 如果前生命的化学进化是在地球表面进行的，那么这只能发生在38亿年前－40亿年前。 原因：地质学家——地壳大约自40亿年前逐渐形成。 2、生物学进化阶段 地球上最早的细胞生命的诞生 ——即具有与外界分隔的生物膜，同时又有内部膜分隔的、有形态学特征的、有个性的生命的最初出现，标志着前生命的化学进化的完成和生物学进化的开始。 从最早的细胞生命出现开始的生物学进化，经历了：太古宙（38亿年前－25亿年前）、元古宙（25亿年前－6亿年前）、显生宙（6亿年前至今） 3大地质时代，历时38亿年之久。 3、文化进化与生物学进化并行和相互制约阶段 在显生宙末的最近的几千年，地球上的人类进入文明阶段， 从此，生物圈的进化愈来愈受人类活动的影响和控制， 人类文化与生物的进化相互作用、相互制约，这就是生命史最后一个阶段的特征。 生命史研究的新进展 20世纪60年代以来，地球生命史研究的主要进展有如下几项： 1、有化石记录的生命史已追溯到35亿年前。 南非太古宙翁维瓦特群（Onverwacht group）和无花果树群（fig tree group）、澳大利亚西部和西北部的太古宙瓦拉伍那群（Warrawoona Group）和阿倍克斯玄武岩组（Apex basalt）的燧石层中——丝状的微生物化石，同位素年龄为34－35亿年。 2、间接的证据表明，生命史与地质史几乎同样长——大约38亿年。 格陵兰的依苏阿（Isua）的太古宙沉积变质岩 世界上已知最古老的岩石，同位素年龄接近38亿年，其稳定碳同位素比值（排除变质作用影响因素）与生物来源的碳的数值范围大体接近 证明： 生物有机合成（初级生产）可能在38亿年前就开始了。 以下两项证据也间接地支持了38亿年前地球上可能有生命存在的推断： 依苏阿太古岩的沉积纹理等特征 表明——那时（38亿年前）已有液态水圈存在。 沉积变质岩系中夹有碳酸盐岩 表明——当时大气圈中有二氧化碳。 3、光合作用存在的证据 澳大利亚、南非 太古宙早期的沉积岩中，发现有碳酸盐岩石和叠层石存在。 叠层石 ——一般被认为是光合微生物的生命活动与沉积、沉淀作用的综合产物 前面提及的丝状微生物化石的发现，以及现代活细胞的核酸一级结构比较研究获得的信息： 光合绿色硫细菌Chlorobium 和 Chloroflexus起源很早。 以上证据表明： 光合作用和光合微生物在35亿年前可能已存在。 4、古生物学、地质学的研究进展，使我们对生命史中最重要的进化事件发生的时间、历史环境背景有了更多的了解： 4.1 真核生物的最早出现大致和大气圈中的自由氧的开始积累同步 ——大约19－20亿年； 4.2 多细胞植物（海生底栖藻类）在6.0－7.0亿年前的元古宙晚期第一次适应辐射； 多细胞无脊椎动物最早的适应辐射发生在大约5.5－5.7亿年前。 最近的古生物学、分子钟的研究表明：后生动物的起源可能很早。 4.3 具有外骨骼的无脊椎动物（小壳化石）和具有钙化组织的藻类植物最早出现在5.3－5.5亿年前。 动物与植物的第一次骨骼化与前寒武纪至寒武纪过渡时期全球海洋与大气物理、化学特性的改变有关。 4.4 最早的陆地植物（苔藓植物）和陆地无脊椎动物（某些节肢动物和环节动物）构成的陆地生态系统大约在4.5亿年前出现；陆地维管植物最早出现于4或4.5亿年前（早志留世或奥陶世）。 4.5 化石记录还表明： 在寒武纪初期（5－5.3亿年前）、奥陶纪末（4.4亿年前）、 晚泥盆世（3.6亿年前）、二叠纪末（2.3亿年前）、 三叠纪末（1.9亿年前）、侏罗纪末（1.3－1.4亿年前）、 白垩纪末（0.65亿年前）曾经发生过大规模的物种绝灭事件： 原因：多少和全球环境的变化，甚至可能和地外的（天文学的）事件相关。 生命史研究提出的问题 1、地球生命历史之长和生命起源之早出乎意料： 假如38亿年前原始地壳和原始海洋刚形成时，生命就出现了，那么前生命的化学进化只能发生在38－40亿年前的正处于地壳形成过程中的不稳定的的地球表面上。 这令人费解！ 2、单细胞微观生命的进化历史长