异营厌氧原核课件.ppt

1、選修生物（上）選修生物（上）1-1 生命的起源與演化基礎生物：基礎生物：1-2 細胞的構造、細胞的構造、3-2 生命樹。生命樹。選修生物（上）選修生物（上）PPT按鈕說明按一下此圖，可連結至此節的PPT地圖，挑選欲連結之頁面按一下此圖，可省略PPT動畫設定的頁面，直接跳至平面圖片頁面選修生物（上）選修生物（上）鵝頸瓶實驗鵝頸瓶實驗腐肉生蛆腐肉生蛆 PPT 地圖地圖生命的起源與演化生命的起源與演化1-1.2 生命的形成生命的形成1-1.1 生源說生源說1-1.3 營養方式的演化營養方式的演化亞里斯多德亞里斯多德最早提出生源說的人最早提出生源說的人由異營到自營由異營到自營由無氧到有氧由無氧到有氧由

2、原核到真核粒線體和葉綠體演化自內共生細菌粒線體和葉綠體演化自內共生細菌第1-1節米勒的模擬試驗米勒的模擬試驗有機演化假說有機演化假說小分子有機物的形成小分子有機物的形成大分子有機物的產生大分子有機物的產生地球形成的環境地球形成的環境自發性複製分子的出現自發性複製分子的出現原始細胞形成的假說原始細胞形成的假說原始海洋原始海洋1-1.4 真核細胞的形成真核細胞的形成摘要整理摘要整理由原核到真核由原核到真核歷屆考題歷屆考題選修生物（上）選修生物（上）目前所知，地球上的生命大約起源於3540億年之間，而第一個生命是如何產生的呢？雖然各家學說都有一些實驗、理論支持，但我們可能永遠不知道真正的答案為何。不

3、過科學家求知、求真的精神與努力，讓我們對生命的起源有更深入的了解。1-1 生命的起源與演化選修生物（上）選修生物（上）1-1.1、生源說1.自然發生說早期人們相信生物除了經由生殖而來，還可從無生命的爛泥、腐肉和枯草等自然發生。選修生物（上）選修生物（上）十三世紀時，人們相信羊是由瓜樣的果實變成的希臘哲學家亞里斯多德認為：魚由淤泥和砂礫發育而成 腐爛的肉也可以生蛆。即所謂的自然發生說。小百科選修生物（上）選修生物（上）1-1.1、生源說2.生源說17世紀義大利雷迪證明腐肉不會自然產生蛆，而主張新的生命只能由既有的生命產生。選修生物（上）選修生物（上）小百科最早提出生源說的人是義大利醫生雷迪。他在

4、1688年提出生物都是親代經生殖產生，不會自然發生，並設計腐肉是否會生蛆實驗：1.四個瓶中分別放入蛇、鰻、魚及小牛肉，不蓋蓋子，數日後每瓶肉上都生蛆，並有蒼蠅出現。選修生物（上）選修生物（上）小百科2.另外四個瓶中分別放入相同的材料，但蓋上蓋子，讓蒼蠅無法進入，瓶中的肉也不會生蛆。3.另外一個裝肉的瓶子不加蓋子，但套上很細的網，可使空氣流通，但蒼蠅無法進入，結果也沒有生蛆。選修生物（上）選修生物（上）小百科4.結論：腐肉不會生蛆。義大利醫生雷迪的腐肉生蛆實驗選修生物（上）選修生物（上）1-1.1、生源說3.法國巴斯德(1)將裝有肉汁的燒瓶煮沸殺菌後，把瓶頸加熱拉成S型，再煮沸數分鐘讓瓶中水蒸氣

5、排出。(2)此時瓶口仍可與外界空氣相通，但瓶中肉汁卻可以一直保持無菌狀態。選修生物（上）選修生物（上）1-1.1、生源說3.法國巴斯德(3)若將瓶頸切斷，讓外界空氣直接進入瓶內，則瓶中會出現微生物。(4)此實驗顯示，肉汁中的微生物來自環境，而非由肉汁自然產生的結果支持生源說，人們才相信生命是不會自然發生。選修生物（上）選修生物（上）巴斯德的鵝頸瓶實驗選修生物（上）選修生物（上）1-1.2、生命的形成如果生命皆源自於既有的生命，那麼地球上第一個生命是如何出現的呢?要探討生命的起源，首先要先了解組成生物體質的物質為何。組成生物體的細胞其70%是水，其他則是醣類、蛋白質、脂質和核酸等大分子有機物。那

6、這些構成細胞的物質又是從何而來？選修生物（上）選修生物（上）1-1.2、生命的形成目前多數科學家認為它們可能是在地球地球上上自然形成(有機演化假說有機演化假說)。但也有人認為在宇宙中宇宙中形成大量的有機分子可能包埋在隕石或彗星中，墜落地球而累積。選修生物（上）選修生物（上）一、有機演化假說1.原始地球的環境與今日大不相同：原始地球的環境與今日大不相同：(1)當時大氣中的氧含量很低氧含量很低，沒有臭氧層(2)紫外線穿透紫外線穿透大氣層的量比現在大很多(3)加上閃電、火山爆發閃電、火山爆發頻繁在此特殊的環境下，最原始的生命可能就此發生。選修生物（上）選修生物（上）一、有機演化假說2.推論有機演化假

7、說的四個演化形成階段四個演化形成階段：(1)從無機物合成從無機物合成小型有機分子小型有機分子例如：由H2O、CH4、NH3和H2合成胺基酸和核苷酸。(2)從小型有機物聚合成從小型有機物聚合成大分子有機物大分子有機物例如：從胺基酸聚合成蛋白質。選修生物（上）選修生物（上）一、有機演化假說(3)自發性複製自發性複製的分子出現的分子出現例如：核酸和酵素的出現，促使遺傳產生。(4)將有機物包裹在將有機物包裹在膜膜內內例如：細胞膜的出現。這些過程當然都是推測的推測的，但科學家積極設計實驗並尋找證據，證明有機演化的可能性。選修生物（上）選修生物（上）二、小分子有機物的產生有關地球最原始的小分子有機物從何而

8、來，有各種假說。1.1920年代，俄國的歐帕林歐帕林與英國的荷頓荷頓：分別提出在原始的地球環境下在原始的地球環境下，有機物可有機物可由大氣中的無機物自然形成的假說由大氣中的無機物自然形成的假說。2.1953年，米勒米勒設計了一套實驗設備設計了一套實驗設備來檢測歐帕林-荷頓的假說。選修生物（上）選修生物（上）二、小分子有機物的產生(1)裝入當時科學家認為遠古大氣中裝入當時科學家認為遠古大氣遠古大氣中應有的氣體：H2、CH4 和和 NH3(2)同時注入加熱加熱的水蒸氣水蒸氣(H2O)，再用電極間的高壓放電模擬閃電閃電。(3)並使用冷凝管將水蒸氣冷卻冷卻，水蒸氣和其他揮發性氣體不斷地加熱循環，而非揮

9、發性的有機分子有機分子就漸累積在U型管中。選修生物（上）選修生物（上）二、小分子有機物的產生(4)當此實驗持續一週後，米勒分析U型管中溶液的成分，發現有一些胺基酸胺基酸和簡單的有簡單的有機分子機分子產生。因此米勒的實驗證明無機物證明無機物在地球遠古的環境中是可以在地球遠古的環境中是可以合成出小分子有機物的。合成出小分子有機物的。米勒選修生物（上）選修生物（上）米勒和模擬原始地球大氣中化學反應的實驗選修生物（上）選修生物（上）南一基礎生物南一基礎生物(上上)100年年選修生物（上）選修生物（上）地球形成的環境地球形成的環境選修生物（上）選修生物（上）二、小分子有機物的產生3.但有些科學家質疑原始

10、大氣的真實成分質疑原始大氣的真實成分及比例，因此提出其他想法。他們認為海洋中的火山海洋中的火山及深海噴泉深海噴泉，能讓滾燙的海水與礦物質湧出，此處可能才是產生有機物的場所。選修生物（上）選修生物（上）二、小分子有機物的產生4.另外，尚有科學家在隕石內隕石內發現有機分子有機分子，因而推論原始地球上的小分子有機物也也可能來自外太空。可能來自外太空。但不論原始地球的小分子有機物來自何處，最重要的是原始地球上已出現小分子有機物原始地球上已出現小分子有機物了。選修生物（上）選修生物（上）二、大分子有機物的產生在現在的環境現在的環境中，小分子有機物小分子有機物要聚合聚合成成大分子物質大分子物質，需要酵素酵

11、素的幫忙。但在原始的地球原始的地球，尚未有酵素及細胞尚未有酵素及細胞的存在下，小分子有機物能否自發性的合成大分子有機物呢？選修生物（上）選修生物（上）二、大分子有機物的產生1.科學家將含胺基酸的溶液胺基酸的溶液滴在熱砂和熱岩熱砂和熱岩石石上，結果發現：熱氣熱氣會將溶液的水分蒸發水分蒸發，並在冷卻後冷卻後的砂石上發現，有些胺基酸會自發性的結合成多肽多肽等聚合物。選修生物（上）選修生物（上）二、大分子有機物的產生2.科學家因此推論，在原始的地球上可能是:(1)海浪或雨水海浪或雨水將含有小分子有機物的液體潑到熔岩熔岩上，因而形成大分子有機物。(2)或是深海噴泉深海噴泉產生的熱氣熱氣讓海水滾燙，因而使

12、小分子有機物聚合成大分子有機物。選修生物（上）選修生物（上）三、自發性複製分子的出現1.生命的特徵是要能將生命特性遺傳到下一代，同時具備催化能力進行代謝反應。(1)現今的生化系統中，主要由蛋白質蛋白質負責催化作用催化作用，而由DNA負責傳遞遺傳資訊及自我複製自我複製。選修生物（上）選修生物（上）三、自發性複製分子的出現(2)因此最早的生命，可能是由一些同時同時具有具有自我複製自我複製和和催化能力催化能力的大分子的大分子所形成。(3)哪些大分子同時擁有這兩項能力呢？選修生物（上）選修生物（上）三、自發性複製分子的出現1.1980 年代，美國的闕克發現某些某些 RNA分子分子具有酵素的功能具有酵素

13、的功能，能催化某些RNA分子的斷裂及黏合，稱為核糖核酸酵素核糖核酸酵素。2.此發現使得科學家認為在早期地球尚未有蛋白質酵素和DNA出現前，RNA分子分子可能是原始生命用來攜帶遺傳資訊攜帶遺傳資訊與負責酵素負責酵素催化催化的主角。選修生物（上）選修生物（上）三、自發性複製分子的出現3.而DNA可能是RNA之後才出現的核酸分子，因為化學性質比化學性質比RNA穩定穩定，所以後來就取代了RNA，成為負責生命遺傳的物質。AGCUGStep RNA單體形成短的RNA聚合物CAGCUGStep互補RNA鏈組合（A配U、C配G）GCUStep互補鏈作為合成原始基因拷貝的鑄模AC選修生物（上）選修生物（上）三、

14、自發性複製分子的出現四、原始細胞形成的假說1.科學家提出原始細胞形成的假說原始細胞形成的假說，認為具有自我複製能力的大分子，必須與周圍具有自我複製能力的大分子，必須與周圍環境區隔，才能發展出有生命現象的小單環境區隔，才能發展出有生命現象的小單位位。2.因此生命誕生的重要條件是產生細胞膜，細胞膜細胞膜可以將構成生命的物質與外在環可以將構成生命的物質與外在環境區隔形成細胞。境區隔形成細胞。選修生物（上）選修生物（上）四、原始細胞形成的假說3.實驗證實，將磷脂質分子磷脂質分子放入水中，有時會聚合成類似空細胞的脂肪小球，稱為脂質體脂質體。選修生物（上）選修生物（上）四、原始細胞形成的假說4.脂質體構造

15、類似細胞膜上的雙層磷脂質雙層磷脂質，具有選擇選擇性通透性通透，可吸收環境中的可吸收環境中的物質入內。物質入內。小的脂質體可互相融合融合變成較大的脂質體，較大的脂質體也可分裂分裂成較小的脂質體。選修生物（上）選修生物（上）四、原始細胞形成的假說5.因此科學家推論在原始地球上，脂質體脂質體可可能經由能經由自我組裝自我組裝及及吸收各種有機物吸收各種有機物後，形後，形成原始細胞的前身成原始細胞的前身，生命生命從此以後在地球上出現了。選修生物（上）選修生物（上）原始海洋原始海洋選修生物（上）選修生物（上）1-1.3、營養方式的演化原始生命是先自營自營或異營異營?選修生物（上）選修生物（上）一、由異營到自

16、營1.生物必須自環境中取得碳源碳源，來合成本身所需的有機物質有機物質。(1)能利用CO2為碳源的生物，稱為自營生自營生物物。(2)必須吸收其他有機物作為碳源的生物，稱為異營生物異營生物。選修生物（上）選修生物（上）一、由異營到自營1.生物必須自環境中取得碳源，來合成本身生物必須自環境中取得碳源，來合成本身所需的有機物質。所需的有機物質。(3)即使最簡單的原核自營生物原核自營生物，其能量代能量代謝的反應都相當複雜謝的反應都相當複雜。選修生物（上）選修生物（上）一、由異營到自營2.依據有機演化假說有機演化假說，早期地球的海洋內充海洋內充滿各種有機物滿各種有機物，因此科學家推論：(1)原始的生命原始

17、的生命應是構造簡單的原核異營性原核異營性生物生物，它們利用海洋中的有機物為食物。它們利用海洋中的有機物為食物。(2)隨著演化的進行，海洋海洋出現了原核自營原核自營生物生物，若以光為能量來源者稱為光自營若以光為能量來源者稱為光自營性生物。性生物。選修生物（上）選修生物（上）一、由異營到自營3.科學家發現，現今具有光合作用能力的原核生物，分散於各譜系的分支中。(1)可能的解釋是當原核異營生物原核異營生物將環境中將環境中的有機物逐漸耗盡的有機物逐漸耗盡，在天擇的作用下，原核異營生物無法生存，而能自行製造有機物的原核自營生物原核自營生物則得以存活並繁殖。選修生物（上）選修生物（上）一、由異營到自營(2

18、)此此原核自營生物原核自營生物成為現今大部分原核生成為現今大部分原核生物的物的共同始祖共同始祖。選修生物（上）選修生物（上）一、由異營到自營4.而現今的而現今的多樣性原核異營生物多樣性原核異營生物類群，可能是類群，可能是在演化歷程中喪失其光合作用的能力。在演化歷程中喪失其光合作用的能力。原核自營生物原核自營生物選修生物（上）選修生物（上）二、由無氧到有氧1.原始地球大氣原始地球大氣中的氧含量很低氧含量很低，生物必須在無氧無氧狀態下進行代謝反應。2.當原核類光自營生物原核類光自營生物出現後，因利用光能將水和CO2合成有機物並釋出氧釋出氧。選修生物（上）選修生物（上）二、由無氧到有氧3.這些氧並不

19、立刻釋放到大氣中，而可能與海洋中水溶性水溶性的的亞鐵離子亞鐵離子結合，形成不溶不溶的的氧化鐵氧化鐵沉澱。4.現今仍有些地區殘存著可能是原始行光合作用的細胞所造成的紅色岩紅色岩層層。選修生物（上）選修生物（上）二、由無氧到有氧5.約在27億年前億年前，當大部分的亞鐵離子亞鐵離子都沉澱下來，多餘的氧多餘的氧開始從水中釋放到大氣開始從水中釋放到大氣中，讓大氣中氧濃度逐步增加。中，讓大氣中氧濃度逐步增加。6.氧對厭氧生物厭氧生物來說是有害的，但是當演化演化出能在有氧環境中生存的生物出能在有氧環境中生存的生物時，這類生物便得以生存並大量繁殖，使地球上的生命形式發生了重大的改變。選修生物（上）選修生物（上

20、）二、由無氧到有氧7.氧分子氧分子在日光照射日光照射下轉變為臭氧（臭氧（O3），），在高空聚積形成臭氧層臭氧層，可以隔絕陽光中隔絕陽光中大部分的紫外線大部分的紫外線，使地球表面的環境更適更適合生物的生存與繁衍。合生物的生存與繁衍。選修生物（上）選修生物（上）1-1.4、真核細胞的形成選修生物（上）選修生物（上）一、由原核到真核1.地球上的原始生命形式應為原核生物(1)大約在21億年前，出現了構造複雜構造複雜、帶帶有細胞核有細胞核的的真核生物真核生物。(2)真核生物真核生物與原核生物原核生物不同的特性不同的特性包括具具有細胞核有細胞核、各種有膜胞器各種有膜胞器及有絲分裂有絲分裂的過程等。選修生物

21、（上）選修生物（上）一、由原核到真核2.原核生物具細胞壁，無法任意改變細胞形狀原核生物具細胞壁，無法任意改變細胞形狀(1)推測有些遠古細胞先失去細胞壁失去細胞壁，改用細改用細胞骨架來取代，細胞才可以改變形狀胞骨架來取代，細胞才可以改變形狀。(2)推測細胞膜細胞膜內陷形成內陷形成核膜核膜，把遺傳物質包，把遺傳物質包圍住而與其他部位區隔開來。圍住而與其他部位區隔開來。(3)同時也在同時也在細胞內細胞內產生不同功能的產生不同功能的分隔分隔，形，形成內質網、高基氏體和液泡等構造。成內質網、高基氏體和液泡等構造。選修生物（上）選修生物（上）內共生理論DNA原核細胞始姐細胞膜細胞質具有細胞核及內膜系統細胞

22、核內質網核膜選修生物（上）選修生物（上）二、粒線體和葉綠體演化自內共生細菌粒線體粒線體和葉綠體葉綠體與其他胞器不同，擁有雙雙層膜層膜的構造，且具有與細菌類似的環狀環狀DNA、核糖體核糖體和利用二分裂法二分裂法來進行複製，推論：1.粒線體粒線體可能是源自好氧性異營原核生物好氧性異營原核生物被真真核單細胞生物核單細胞生物吞噬，而形成內共生內共生的現象。選修生物（上）選修生物（上）2.而因現今所有具葉綠體葉綠體的生物，其細胞內均具有粒線體，因此推論葉綠體可因此推論葉綠體可能是源自能是源自光合性原核生物光合性原核生物被被具有粒線體的真核單細具有粒線體的真核單細胞生物胞生物吞噬，而形成內共吞噬，而形成內

23、共生，生，此即連續內共生假說內共生假說。選修生物（上）選修生物（上）內共生理論好氧異營性原核細胞異營性真核細胞始祖異營性真核細胞始祖DNA原核細胞始姐細胞膜細胞質具有細胞核及內膜系統細胞核內質網核膜異營性真核細胞異營性真核細胞粒線體光合性原核細胞自營性真核細胞自營性真核細胞葉綠體粒線體選修生物（上）選修生物（上）1-1.4、真核細胞的形成藉著生命演化生命演化的過程，生物隨著環境的變遷而更迭，雖然過去存在的物種大部分已經消失，但數十億年的演化從未停歇數十億年的演化從未停歇，造就了現今多采多姿的生命世界。選修生物（上）選修生物（上）1-1、摘要整理1.生源說生源說主張新的生命只能由既有的生命產新的

24、生命只能由既有的生命產生。生。2.在原始地球中，一些簡單的分子簡單的分子結合形成簡單的有機物簡單的有機物後，再進一步形成複雜的大複雜的大分子分子，最後演化出具有自我複製與代謝能自我複製與代謝能力的原始生命力的原始生命，即有機演化假說有機演化假說。3.某些RNA分子具有酵素的活性，能催化化學反應進行，稱為核糖核酸酵素核糖核酸酵素。選修生物（上）選修生物（上）1-1、摘要整理4.RNA可能是最早的遺傳物質。DNA可能是RNA之後才出現的核酸分子。5.脂質體脂質體構造類似細胞膜，具有選擇性通透選擇性通透，經由自我組裝及吸收各種有機物後，形成原始細胞的前身原始細胞的前身。6.最原始的生命最原始的生命應

25、該是構造簡單構造簡單的原核異營原核異營生物生物，之後才出現原核自營生物原核自營生物。選修生物（上）選修生物（上）1-1、摘要整理7.真核生物真核生物與原核生物原核生物不同的特性不同的特性包括有細胞核、各種胞器各種胞器、DNA與蛋白質緊密結合與蛋白質緊密結合形成的染色體形成的染色體，還有有絲分裂有絲分裂的過程等。8.粒線體是由好氧性異營原核細胞被真核細真核細胞胞吞噬進行內共生；葉綠體是由光合性原核細胞被真核細胞真核細胞吞噬進行內共生，即內內共生假說共生假說。選修生物（上）選修生物（上）1-1 歷屆考題 右圖為巴斯德實驗的鵝頸瓶，若將鵝頸瓶 部位的玻璃管切斷，讓空氣進入瓶中，則其冷卻後的培養液內，

26、最早出現且數量最多的生物為何？（單選）(A)綠色生產者(B)異營微生物(C)自營微生物(D)化學合成微生物。【96指考】選修生物（上）選修生物（上）1-1 歷屆考題 地球上初期形成的生物應具備何種特性？（單選）(A)嗜高溫、異營(B)嗜高溫、自營(C)好氣（氧）、異營(D)厭氣（氧）、自營。【93指考】選修生物（上）選修生物（上）演化順序 異營自營(營養方式)厭氧好氧(代謝方式)原核真核(核的出現)單細胞群體多細胞(體制改變)團藻：團藻：現生生物中現生生物中最簡單的多最簡單的多細胞生物細胞生物選修生物（上）選修生物（上）考考你異營、厭氧、原核、單細胞異營、厭氧、原核、單細胞自營、厭氧、原核、單細胞自營、厭氧、原核、單細胞自營或異營、好氧、原核、單細胞自營或異營、好氧、原核、單細胞異營、好氧、真核、單細胞異營、好氧、真核、單細胞自營、好氧、真核、單細胞自營、好氧、真核、單細胞選修生物（上）選修生物（上）To be conTinued 同學請再想一想還有什麼問題呢？