第二章生命起源
一、生命的本质
二、有关生命起源的种种假说
三、生命起源的历程
一、生命的本质
1、生命的特征
用一系列相关特征来表征生命，例如，生物体以细胞为基本结构单位并应具备新陈代谢、繁殖、遗传等特征。
2、细胞是生物体的基本结构单位
（1）单细胞生物和多细胞生物
大肠杆菌、霍乱弧菌
螺旋菌
酵母单细胞生物
疟原虫
大多数动、植物
多细胞生物
人
（2）原核生物和真核生物
细菌是原核生物没有细胞核结构
动、植物是真核生物有细胞核
3、生命的化学组成——生物大分子
氨基酸￣蛋白质结构、酶、调节物
核苷酸￣核酸遗传信息
单糖￣多糖结构、能源、信息
脂类结构、能源、信息
二、有关生命起源的种种假说
1、自古以来，有关生命起源出现过多种假说。
神造论——上帝创造万物，最后造人。
自然发生论——生物是从非生物环境中自然发生出来的
腐草化萤腐肉生蛆淤泥生鼠
宇生论——地球上生命来自宇宙空间别的星球。仍留下问题：“别的星球上生命如何起源”。
17 世纪意大利医生F. Redi 用实验证明腐肉不能生出苍蝇
1860年巴斯德的“鹅颈瓶实验”证明肉汤不能生出微生物
广为接受的生命起源学说：
1924 年苏联生物学家奥巴林发表「生命起源」。
1929 年英国遗传学家霍尔丹也提出类似观点。
1936 奥巴林专著再版，他提出的生命起源学说引起世界重视。
生命的蛋白质起源说
奥巴林为代表，认为生命起源的化学演化的实质是蛋白质的形成和演化，在功能上先有代谢，后有复制，蛋白质首先起源，蛋白质的合成不需要核酸的编码。
生命的蛋白质起源说证据
奥巴林的团聚体(coacervate)假说；
福克斯用类蛋白质加热得到微球体；
S. Miller (1953)的模拟实验
澳大利亚陨石中发现(1959)氨基酸、嘧啶和脂肪酸；
1990Hirata,1994Peler发现蛋白质具有自我剪接功能；
1996David Lee 首次能自我复制的肽。
核酸起源说
里奇和奥格尔为代表，认为生命起源的化学演化的实质是核酸的形成和演化，在功能上先有复制，后有代谢，核酸首先起源，核酸是遗传信息的载体，控制着蛋白质的合成。
遗传学家Muller (20年代) 提出“裸基因说”(naked gene theory): 根据类病毒提出生命发生从基因开始；
Schuster (1984) 发现硅酸盐介导DNA合成的现象；
T.Cech (80年代) 发现四膜虫Pre-rRNA切下的内含子具有酶的活性(聚合与剪切作用), 提示生命由RNA起源的可能性；
Cuenoud等（90年代）发现DNA也具有酶活性，揭示核酸具有酶活性和保持遗传信息的双重功能。
两种起源说仍是悬而未决的“蛋鸡悖论”。
核酸和蛋白质共同起源
●以迪肯森为代表，认为生命起源的化学演化的实质是核酸和蛋白质共同起源，复制和代
谢相辅相成。
●依据是蛋白质合成的中间产物氨基酸腺苷盐既可以使氨基酸合成多肽，又可使碱基合成
多核苷酸。
●1994年，赵玉芬-曹培生共同发表了“磷酰化氨基酸-核酸与蛋白质的共同起源”论文，
提出磷酰化氨基酸是核酸与蛋白质最小单元的结合体。
●1996年两者又建立了“生命化学进化的基本模型
2、生命起源发生在什么时候？
天文学家估计地球形成于约45亿年前。
迄今找到的最早的化石记录了35 亿年前的原核生物。
所以，生命起源大约发生在距今45－35亿年间。
澳州西海岸的垫藻岩
35亿年前的兰细菌化石
三、生命起源的过程——生命起源的化学进化学说
多数科学家推测原始生命诞生的时间在距今37-38亿年，在此之前是化学演化阶段，之后为生物学进化阶段。
生命起源的化学演化全过程可区分为4个主要阶段：
1、由无机小分子到有机小分子
随着地球的形成和地表的冷却，水的积累，在原始海洋中和大气中，出现一批简单的小分子如CH4,NH3,H2O,H2。
支持“化学进化”假说的证据
1953 年芝加哥大学研究生米勒的模拟实验。
1969 年澳州 Muchison 地方落下一块陨石，从碎片成份分析中找到氨基酸、嘧啶、脂酸。
米勒及其实验
用电击提供能量，从简单小分子可得到复杂的稍大分子（11种氨基酸）。
米勒的实验装置
米勒模拟实验得到的有机物（共计20多种）
后来别人的实验，使用其他能源，紫外线、高温、r 射线等，还得到：嘌呤、嘧啶、核苷酸、脂肪酸、单糖等。
2、从有机小分子到生物大分子聚合物
在原始海洋的岸边, 岩石, 沙土的表层, 有机小分子沉积, 吸收能量, 聚集成大分子聚合物。
福克斯实验证实
（1）把氨基酸混合物倾倒在160 oC－200 oC热沙土上，水分蒸发，氨基酸浓集并化合生成蛋白质样大分子。
（2）这样得到的蛋白质分子具有
肽链结构；
蛋白质特有的显色反应；
可被蛋白酶水解，产生氨基酸；微弱的酶活性。
单核苷酸50 oC 多核苷酸
后来的类似实验
HCN + NH3 类似肽的化合物
3、由生物大分子组成多分子体系
20世纪50年代奥巴林用蛋白质（白明胶）和多糖（阿拉伯胶）混合得到团聚体小滴。
后来用蛋白质与多糖，蛋白质和核酸等制成多种团聚体进行研究。
组蛋白形成 polyA
ADP → RNA →团聚体
RNA聚合酶分裂
团聚体小滴性质
直径1 m –500 m；
稳定存在几小时至几周；
外周增厚呈膜状结构，与周围水液有明显界限；
具原始代谢特征；｝具有原始生命
可以增长和繁殖。的萌芽
●福克斯用类蛋白质冷却浓缩得到微球体。改变微球体悬液的pH，出现类似细胞膜的双
层膜结构、出芽、生长等现象。
微球体性质
1 m－
2 m（相当于细菌大小）
可吸纳周围环境的脂类，并形成膜状结构；
膜表现选择透性，反映渗透压变化；
吸纳周围环境中蛋白质分子，微球体可“增长”和“繁殖”。
4、从多分子体系到原始生命细胞
●张昀认为多分子体系只是“分子准种”，多分子体系发展为原始生命，应解决：
●原始膜的起源；
●开放系统的建立；
●遗传密码的起源。
可以设想，若是团聚体/微球体具备以下特征的综合。
脂双层膜围成的与周围环境隔开的含水囊泡。
囊泡内有多种核酸、蛋白质、糖类大分子。
选择性的从环境吸纳“食物”
利用“食物”的分解, 复制自身一部
分起核心作用的大分子。
囊泡因大分子增多而“生长”和繁
殖。
那么，原初生命细胞的雏形就诞生。
系统论观点对生命起源的启示
奥地利学者休斯特Schuster（1984）提出的从化学进化到生物进化的阶梯式过渡型；阶梯上方文字表明的是这一进化过程要跨越的六次大的跃迁（危机），下方为实现这一跃迁的可能方式和途径
●系统论认为
●生命起源和DNA RNA蛋白质秩序的建立是多种原始生物分子协同驱动的动力学
系统的有序自组织过程。
●该系统的主要阶段受内部的动力学稳定和对外环境的适应等因素的选择。
小结
●生命起源的学说
●蛋白学说、核酸学说、共同起源学说●生命起源的历程（四个阶段）