生命科学导论总结.docx

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生命科学导论总结

第1讲生命的起源与进化

一、生命到底是什么？

生命的生物学定义：

生命是生物体所表现出来的自身繁殖、生长发育、新陈代谢、遗传变异以及对刺激产生反应等复合现象。

1、前分子生物学时代——生命是活力（隐得来稀——亚里士多德）

2、分子生物学时代——生命是机器,是生物大分子机器

3、基因组时代——生命是信息

只不过是一组碱基编码

基因数不对应生物体的复杂性

越是高等的生物，非编码DNA在不断增加（人类基因组中，有95%DNA不参加编码蛋白质）

生命是单一起源（共相同源）

●1、DNA是遗传物质；

●2、DNA复制使用模板和碱基配对机制；

●3、将DNA转录成RNA使用有同源催化机制的RNA聚合酶；

●4、使用三联体密码子把RNA翻译成蛋白；

●5、使用rRNA、tRNA和核糖体蛋白的混合物来翻译蛋白质；

●6、ATP作为细胞内能量储存和合成DNA、RNA的能量来源；

●7、细胞质被包在膜内，营养和废物可以通过；

8、生命起源于海洋，并是热起源。

二、生命起源的各种假说

（一）神创论

（二）胚种论（Panspermia）只是一种猜测

该理论认为，地球最初的生命来源于宇宙空间

（三）深海烟囱起源假说

这种生命形成理论认为，生命起源于海底热泉口，最初富含氢气的有机微粒便是从这个口中喷出。

然后，热泉边的岩石凹陷处将这些有机微粒集中到一起，并给它们提供丰富的矿物养分。

即便是今天，这些海底热泉依然富含大量的化学物质和热能，滋养着充满生气的生态系统。

（四）泥土造物假说与土壤形成机理相矛盾

一些科学家认为最早的有机生命体应该起源于泥土。

他们认为泥土不仅使有机微粒聚在一起，更帮助它们逐步形成我们今天的基因模式。

DNA的一大作用就是储存分子如何排列的信息，DNA的发生次序对于蛋白质内氨基酸的排列模式起到至关重要的作用。

而泥土中的矿物晶体将有机分子按照某种模式排列起来。

逐渐的，有机分子自己也具有了自我组织的能力，并慢慢形成了今天的万物。

然而，土壤是群落发育的产物，除非是火山灰

（四）电火花形成假说

电火花可以使空气中的水、甲烷、氨气和氢气通过化学作用形成氨基酸和糖分。

这一点使得许多科学家相信生命最初的物质是通过大自然中的电力效应产生的

（五）冰雪地球假说

在约30亿年前，地球上曾覆盖着厚厚的冰层。

这些冰层大概有几百米厚，既保护了一些有机物质躲开紫外线的照射，又可保护天体撞击所造成的损害。

据此，有机物质得以在冰下的水中慢慢滋生繁衍，最终形成今天的万物。

然而，生命体中酶的适宜温度（25-30℃）与此不符。

（六）RNA起源假说

核糖核酸RNA与脱氧核糖核酸DNA一样有着储存信息的作用，帮助DNA和蛋白质的形成。

在机体中，RNA还有着打开或者关闭某些基因的功能。

一些科学家认为，生命是从RNA开始，RNA是在地球上自发形成的。

（七）自生论

生命是自然界中随机的自然发生的。

（八）生源论

所有生命只能来源于生命，从非生命物质中绝对不可能随时自发地产生出新的生命个体

三、生命起源的三个阶段

元素演化——化学演化——生命演化

从生物大分子演化期到细胞包括4个步骤：

（1）生物大分子和催化作用形成；

（2）有机物聚合成多聚体，整合为多分子体系颗粒（原球体，奥巴林假说）；

（3）多聚体代谢与遗传体系的形成；

（4）细胞膜出现——原核细胞，进入生物演化。

四、生命起源的证据

（一）化学人工合成实验

（二）遗传系统的起源

代谢系统和遗传系统的起源与进化

偶然合成的能促进RNA复制活性的短肽链与RNA的合作促进了原始细胞遗传系统的进化。

偶然以RNA为模板合成了DNA链，后者贮存和复制遗传信息比RNA更稳定也更有效，生命起源初期RNA发挥主要作用的时代便让位于DNA-RNA-蛋白质共同作用的时代。

繁殖、蛋白质合成和代谢三者在特殊环境条件下协同进化，加深了遗传系统与代谢系统的偶联。

生命由起源阶段进入漫长的进化阶段，演化出多样性的生物世界

（三）原始的地球和最早出现的生物

Ø38-35亿年前，原始的地球缺乏氧气，大气中存在着许多还原性气体如NH3,CH4,水蒸气（H2O），也可能有CO2,H2S等和少量H2。

当时地球缺乏臭氧层的保护，太阳的紫外线辐射很强。

Ø前寒武纪沉积岩薄片中存在类似细菌大小的微体古生物化石，经鉴定主要是一些细菌、蓝细菌（蓝藻）等。

Ø最早的原核生物具有光合放氧的能力和抗紫外线辐射的能力。

（四）真核生物的起源

Ø原核生物出现于38亿年前；

Ø真核生物化石不超过20亿年前。

Ø真核生物细胞要比原核生物细胞复杂得多。

“内共生假说”（1970，马古丽斯猜想）的实验支持

（四）病毒的起源之谜

●病毒的类型：

DNA病毒，RNA病毒，朊病毒。

多样性表现在形状、大小、生活史、基因组含量、进化方式、与宿主作用方式。

●病毒的共性：

是非细胞专性寄生，无ATP代谢系统；与细胞共用遗传密码。

五、生物进化论

1、拉马克进化论

强调环境的直接影响；器官用进废退；获得性遗传。

高等动物的意志和欲望可促进进化。

2、达尔文学说

1.遗传变异普遍存在，物种渐变。

2.繁殖过剩，生存斗争个体之间,种群之间。

3.自然选择、适者生存Darwin认为生存斗争与适者生存就是自然选择的过程。

达尔文进化论的不足：

没有遗传学基础；没有提出隔离在物种形成中的作用。

尽管如此，达尔文进化论具有里程碑的意义。

2009，杰里.科恩著《为什么相信达尔文》在欧美很畅销。

3、现代综合进化论

享有一个基因库的群体是生物进化的基本单位；物种形成和生物进化的机制包括基因突变、自然选择和隔离3个方面。

4、进化的动力在哪里？

自然选择和遗传漂变是两种进化动力

5、生物进化的证据

化石记录

化石的重要性在于：

第一，作为证据，它为进化论做了慷慨激昂的辩护；

第二，第二，当发现过渡态物种的化石，它必定会出现所预测的地层位置；

第三，任何进化的改变，必然是基于旧特征塑造出的新特征。

生物地理学证据

生物地理学是研究物种地理分布的科学。

正是生物地理学最早为Darwin提出的物种形成和生物进化提供了证据。

生物种群的进化一方面受环境选择的作用，另一方面在一定的区系内进行。

比较解剖学证据

Ø对不同种群生物的个体解剖结构进行比较。

同功器官；同源器官。

Ø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。

Ø退化器官痕迹、反祖现象。

比较胚胎学证据

Ø比较胚胎学即不同生物胚胎发育过程的变化研究也揭示了一些不同的生物是由同一个祖先进化而来的事实。

Ø亲缘关系相近的生物在它们发育过程中有相同的发育阶段。

（重演）

分子生物学证据

第2讲人类的起源与进化

一、人类的原始祖先

在1735年，林奈建立了世界上第一个生物分类体系，根据解剖学的相似性，把人和猴子及猿归为一类，将人命名为“智人”（Homosapiens），属于脊椎动物亚门、哺乳动物纲、灵长目、人科、人属。

人类起源灵长类，猴子和猩猩是与人类共祖。

证据1人类头颅形态的进化

证据2黑猩猩、南方古猿和智人大腿骨和牙齿排列的进化

证据3--人类具有来自灵长类的十大退化特征

手掌抓握反射、阑尾、扁桃体、耳轮节（“达尔文结节”）、男性乳头、竖毛肌、尾椎骨、半月皱襞（相当于低等动物的第三眼睑）、鼻窦、智齿。

证据4：

人类血红蛋白的进化

证据5：

人类和黑猩猩的基因相似性

二、人类的进化

人类化石最早的是700-650万年前；历史上至少有4个属17种人类物种先后出现，在180万年前的肯尼亚同时有四个物种生存于同一区域内。

三、人类进化中的缺陷

四、现代人如何发展而来？

1、种族差异

种族：

根据肤色、发型、鼻型等体质特征，人类通常被划分为4种（亚种）类型。

高加索人（白）；格罗尼人（黑）

蒙古人（黄）；澳大利亚人（棕）

•人类特征差异的适应意义：

虽然不同种族间在体型特征上差异明显，但基因差异是微不足道的。

人类的基因组差异：

种族之间没有明显的基因差异的界线

2、非洲起源学说和多地区起源学说

•但非洲起源学说认为现代人类起源于10万年前非洲的第2次迁移，走出非洲以后完全取代了其它地区的古人种。

6万年前来到东亚。

•多地区起源学说又称独立起源假说，认为世界各地的人类是独立起源，即由各地的非洲直立人、海德堡人、尼安德特人（2.8亿年前在葡萄牙最后消失）、东亚直立人各自独立进化到现代人类的几大人种（亚种）。

3、人类仍然在进化

4、人类未来面临的两个困境

•

（1）未来人的新定义？

•

（2）人类的未来在哪里？

第3讲植物的多样性

一、植物的概念

•二界系统：

动物界，植物界。

•五界系统：

原核生物界，原生生物界，真菌界，植物界，动物界。

•五界系统中植物的定义：

具有细胞壁和液泡，并以孢子繁殖的自养生物，及以种子繁殖的生物。

二、植物的多样性

（一）植物的物种多样性

•植物总数约50万种

•被子植物28-29万种

•裸子植物0.08万

•蕨类植物0.4万

•苔藓植物2.3万

•地衣2.6万

•真菌12万（两界系统）

•藻类植物3万

（二）植物的遗传多样性

•自然植物类群中的种下单位

1野生状态的种下单位：

亚种、变种、变型

②栽培与驯化：

品种

•人工栽培条件下的品种

•太空育种等手段获得的新品种

•转基因改造的“新物种”和新品种

（三）植物的生境多样性

生物为了适应不同的环境，各种生物群落与环境构成了生态学功能单位，即生态系统。

生态系统多样性是指生物圈内的生态环境、生物群落和生态过程的多样化过程。

植物具体生长的环境叫做生境。

1、生境对植物形态的影响

2、植物主动适应环境

•适应自然环境

•适应人工环境（作物与杂草）

•从赤道到南北极

•从赤道到高山

•从陆地到湖泊及海洋

（四）植物的营养方式多样性

（五）植物的其他方面多样性

植物的多样性不仅表现在物种、遗传、生境、营养方式等，还表现在分布、大小、习性、形态、结构、生活史、繁殖方式多个方面。

习性方面：

草本、藤本、乔木（具过渡状态）

次生代谢物质方面：

是资源植物和药用植物的基础

三、生物多样性的价值与保护

（一）植物、动物和菌类提供人类的生活资料

（二）保障人类的健康

1.有益方面：

疾病治疗；疾病预防与保健；娱乐、旅游与疗养

2.有害方面：

致病微生物，寄生虫，有毒动植物。

（三）改善我们的环境

•生物多样性可维持生物圈的生态平衡

•植被可调节气候、涵养水源、保持水土、净化空气

•生物群落可净化水体、加速物质循环

•生物群落利于农业、林业的害虫防治

（四）生物多样性的保护

生物多样性保护是以挽救生物多样性、研究生物多样性和持续、合理利用生物多样性为宗旨的理论研究与实践。

1992年，联合国环境与发展大会，签署了《生物多样性公约》。

保护途径：

迁地保护、就地保护、种质基因离体保护。

生物多样性是进化的结果

•生物多样性是进化的结果，是生物与环境相互作用的结果。

除了突变、重组、基因水平迁移、隔离、杂交和人工选育外，一方面，生物对环境的积极适应，并且影响着环境；另一方面，环境对生物产生选择压力和定向塑造作用，最终形成了丰富的生物多样性。

•保护了生物多样性，就是保护人类自己。

第4讲动物的多样性

一、生物多样性的概念

生物多样性——是指地球上一定地域和时间范围内所有动物、植物、菌类等一切生命有机体及其生存环境的多样化程度。

生物多样性包括3个方面：

物种多样性；遗传多样性；生态系统多样性

（一）什么是物种？

物种是一群能够自然地成功交配的个体组成的群体，与