生命的起源与演化VIP免费

生命的起源与演化•1、生命的化学进化•生命的化学演化大体经历了三个阶段。•（1）从简单分子到生物小分子－偶然论的胜利。•1953年美国的一位名叫米勒的研究生，模拟地球早期状态，经过八天八夜，合成了构成氨基酸等有机物质。现在认为，地球还原性原始大气中的氢、甲烷、氨、水等简单小分子，在阳光、雷电、宇宙射线和其他自然力的作用下，合成了氨基酸、核苷酸和单糖等构成生命必不可少的生物小分子。•（2）从生物小分子到生物大分子－偶然论的失效。•美国生物学家斯图亚特计算过，依赖于生物小分子之间的偶然碰撞，生命产生的几率只有大约1040000分之一，而整个宇宙的时间也不过1018秒，而宇宙中的原子数只有1060个。因此，若生命是由偶然碰撞产生的话，那的确是一个难以让科学家所接受的小几率事件。按照生物学若贝尔获奖者莫诺的话来说，生命的产生是“撞大运”的结果。•解开生命产生之迷的第一步，是探究具有自催化、自复制性质的生物大分子（如RNA、DNA和蛋白质）是如何从生物小分子之中产生的。这一过程大体经历了以下几步：•i具有催化功能的生物小分子的产生。SPEii催化连条的产生。SPEABCDSPEABCD•iii自催化循环的产生。SPEABPEEASPEAB自催化循环是一个稳定的结构，只要有富能的底物S的源源不断地供给，它就能不断地自我复制。以符号IE来表示。IEIEIE（3）由生命大分子到原始生命•生命的最简单形式是单细胞细菌，由于细菌本身又有许多复杂的构造，特别是具有能够与外界环境相对隔离的细胞膜的产生，才使得细菌内自催化循环得以在稳定的环境中进行，最终使生命成为一种稳定的自组织过程，这是生命产生的第二次飞跃。•德国生物物理学家艾根创立了超循环理论，用来说明生命产生的第二次飞跃。超循环理论是一种用复杂的动力学方程，描述在生物大分子水平上产生的达尔文进化行为。下面我们用图示的方法形象地理解生物大分子是怎样进化为简单生命的。生物大分子自催化循环是一个复杂的系统，在其自催化的过程中会产生出一些变种来。而这些变种又有可能相互催化构成超循环，使生物大分子越来越复杂。就一个二元系统来说，二者的相互关联可能有四种情况。其中，第四种互催化形成了一个小的超循环。I1E1E2I2I1E1E2I2I1E1E2I2I1E1E2I2(a)(b)(c)(d)•小的超循环会以同样的方式进化，形成更大的超循环，使生命形式趋向复杂。随着生物大分子超循环的进化，逐步分化出与外界相对隔离的膜（细胞膜），使得超循环进化的内部环境相对稳定，这样就逐步形成了具有稳定自复制的原始生命（原生细胞）。2、生命的生物进化•1）达尔文进化论的要点如下：•变异。•繁殖过剩。•生存斗争和适者生存。•2）现代生物进化学说。•现代达尔文主义是在继承和发展达尔文自然选择学说的基础上，运用摩尔根的基因学说，并结合群体遗传学、突变理论和物种隔离理论而发展起来，故又称为综合进化学说。•3）生物进化论的困境•①不能解释物种的非连续性突然爆发。例如，寒武纪物种的大爆发。•②无法说明生态系统的秩序与和谐。例如，象人脑、鹰眼之类的精密器官，象生物的共生、竞争等的奇妙现象。•③无法说明进化速率的不同。例如，一方面存在着几亿年停滞不前的活化石，另一方面存在着几百年便发生了显著变化的物种。•4）生物进化的自组织•美国生物学家斯图亚特.考夫曼将自组织理论应用于生物学中，提出了进化地形的NK模型，用于解决上述问题。•在生物进化地形的NK模型中，N代表一个生物体内的基因数量。每个基因都有两个等位基因，分别为1和0。其中，1可能代表长腿，0代表短腿等等。用K来表示一个生物种内基因中的上位成对基因的相互依赖程度。我们先来讨论两种极端情况。假设K=0，即每个基因相互独立，不存在互斥制约因素。这是为生物学家广泛接受的现代进化论的基本假设。这时，生物进化的适应性地形象富士山一样。因为适应性高峰地域大、高度高，物种也许就会在有限的地质时间内难以攀上这个高峰。基因空间适应性K=0（0000000000000000000000000……）进化100%（0001000000000000000000000……）（1111111010011111111111111……）淘汰（0111111010011111111111111……）进化0.3%（11111...