第十五讲生命的起源与生物的进化-生物素材库

生物的进化生物组 温青特创论远古的时候，人类的生产力还很低下，认识能力也很低下，人们对世界上千姿万态、活蹦乱跳的生物，特别是对人类自身是从哪里来的充满了困惑和神秘感，于是出现了各种各样的神话和传说。而后来，这些神话和传说大都把生命看作是一种超物质的力量，即神或者不可知的上天创造的。 圣经中 “ 创世纪 ” 的情景进化论现在地球上的各种生物不是神创造的，而是由共同的祖先经过漫长的时间演变而来的，因此各种 生物之间有着或远或近的亲缘关系。 达尔文查理 达尔文（ 1809 1882）是英国的博物学家，是最终建立进化论的人。达尔文曾随英国海军勘探船 “贝格尔 ”号，做了历时五年（ 1831 1836）的环球航行考察，在动植物和地质等方面进行了广泛的观察，并采集了大量的生物标本和矿物标本，经过深入研究，形成了生物进化的观点。 物种起源 老年的达尔文 物种起源 中文译本1859年底，达尔文的 物种起源 一书终于出版了。它像一块巨石落水，引起了社会各界的激烈争论。 反对者蜂拥而起，但也有许多科学家坚定地支持达尔文，特别是英国生物学家赫胥黎（ 1825-1895），他不仅热情宣传、勇敢捍卫进化论，而且发展了进化论。自然选择学说的主要内容 过度繁殖 生存斗争 遗传和变异 适者生存 达尔文把适者生存，不适者被淘汰的过程叫做自然选择。生物的繁殖能力总是大大地超过环境的承载能力生物个体之间的相互斗争，以及生物与无机自然条件之间的斗争的现象。生物的变异有的是有利于生存的，有的是不利于生存的。变异可以遗传。经生存斗争，凡是生存下来的生物个体都是对环境能适应的，而被淘汰的生物都是对环境不适应的。对长颈鹿的进化过程的解释 长颈鹿的祖先存在的个体差异，有的长颈鹿有的颈和前肢长一些，有的长颈鹿的颈和前肢短一些。 在缺乏青草的环境中，颈和前肢长一些的长颈鹿由于能够吃到高处的树叶而得以生存，而颈和前肢较短的个体则遭淘汰。 颈和前肢较长的变异，通过自然环境的定向选择而得到逐代的积累和加强，逐渐进化成现在的长颈鹿。有关自然选择学说的几个结论 遗传和变异是生物进化的内在因素，生物的变异为生物进化提供了原始的选择材料，生物的遗传使有利的变异在后代里得到积累和加强。 生存斗争推动着生物的进化，它是生物进化的动力。自然选择是通过生存斗争来实现的。 生物的变异是不定向的，而自然选择是定向的。定向的自然选择决定着生物进化的方向。 适者生存是自然选择的结果。 过度繁殖为自然选择提供了更多的材料，并且加剧了生存斗争。同时过度繁殖本身也是自然选择的结果。人工选择对自然选择学说的评价 能够科学的解释生物进化的原因，以及生物的多样性和适应性，被恩格斯列为 19世纪自然科学的三大发现之一。 达尔文发表 物种起源 时，还没有遗传学的理论。因此，他对于遗传和变异的性质，自然选择对遗传和变异如何起作用等问题，不可能做出本质上的阐述。种群、基因库、基因频率一个种群的全部个体所含有的全部基因，叫做这个种群的基因库。生活在同一地点的同种生物的一群个体，叫做种群。种群是生物繁殖的基本单位。某种基因在某个种群中出现的比例，叫做基因频率。每一个种群都有它自己的基因库，种群中的个体一代一代地死亡，但基因库却在代代相传的过程中保持和发展。所以，生物进化的单位不是个体，而是种群。生物进化的实质是基因频率的改变表面看，自然选择是对一个个生物个体的选择，实质上是对个体所包含的变异进行选择。从现代分子遗传水平看，自然选择实质上是对变异所对应的基因的选择，从而改变着群体中不同基因的基因频率。所以，生物进化的过程的实质是种群基因频率发生变化的过程。哈迪 -温伯格定律1908年，英国数学家哈迪和德国医生温伯格分别提出关于基因稳定性的见解。他们指出，一个有性生殖的自然种群中，在符合以下五个条件的情况下，各等位基因的频率和等位基因的基因型频率在一代一代的遗传中是稳定不变的。或者说是保持着基因平衡的。这五个条件是： 1、种群很大2、随机交配3、没有突变4、没有个体迁入迁出5、没有选择影响基因频率的因素在自然条件下， 哈迪 -温伯格定律所需的五个条件是难以满足的，因而基因频率总是要发生改变，也就是说进化在任何种群中都是必然要发生的。物种的概念 物种是有一定形态结构特征和生理特性，并且有一定自然分布区域的生物类群，他们中的各个体之间可以正常交配并繁衍出有生殖能力的后代。（异种间存在生殖隔离） 例：马与驴的生殖隔离马驴 骡例：不同人种世界各地的人虽然各有不同，但他们之间可以彼此通婚，并且产生可育的后代。因此，全世界的人在生物学上属于同一个物种 智人。隔离和物种形成在自然界，新物种的形成往往还要隔离发生。隔离的类型很多。常见的有地理隔离和生殖隔离。地理隔离是指分布在不同自然区域的种群由于高山、河流、沙漠等地理上的障碍，使彼此间无法相遇而不能交配。如东北虎与华南虎。生殖隔离是指种群间的个体不能自由交配，或者交配后不能产生出可育后代。如动物因求偶方式不同、繁殖期不同，植物因开花季节、花的形态不同，而造成的不能交配等都属于生殖隔离。物种的形成往往是经过长期的地理隔离将不同种群间的差异不断积累，最后达到生殖隔离，形成新物种。地理隔离导致生殖隔离例：达尔文地雀例：东北虎与华南虎东北虎和华南虎分别生活在我国的东北地区和华南地区，这两个地区之间的辽阔地带就起到了地理隔离的作用。经过长期的地理隔离，这两个种群之间产生了明显的差异，成为两个不同的虎亚种。有时无需地理隔离也能形成新物种在自然界里还存在另一种物种形成方式，它往往只需要几代甚至一代就完成了，而且不需经过地理隔离。例如，多倍体植物的形成就是如此。自然界里几平将近一半的被子植物和某些栽培作物就是这样形成的。AABBCC（普通小麦） DD（黑麦）ABC配子 D 配子ABCD （不育）AABBCCDD（八倍体小黑麦）（可育）秋水仙素处理例：八倍体小黑麦的培育总结种群是生物进化的基本单位突变和基因重组、自然选择及隔离是物种形成过程的三个基本环节（突变和基因重组产生生物进化的原材料，自然选择使种群的基因频率定向改变并决定生物进化的方向，隔离是新物种形成的必要条件）。生物进化的实质在于种群基因频率的改变。以自然选择学说为核心的现代生物进化理论的基本观点是：分子进化与中性学说这一学说认为，生物体内绝大多数突变都是中性突变；生物体内的大分子都是以一定的速率进化着，这一速率与种群的大小、物种的生殖力以及生物世代的长短都无关，也不受环境因素的影响，因此对于这些中性突变不会发生自然选择与适者生存的情况。生物的进化主要是中性突变在自然群体中进行随机的 “遗传漂变 ”的结果，而与选择无关。也就是说，遗传漂变才是分子进化的基本动力。基因频率因偶然的机会，而不是由于选择，而发生变化，这种现象称为遗传漂变。例：不同生物的细胞色素 c与人的比较生物名称 氨基酸 差别 生物名称 氨基酸 差别黑猩猩猕猴袋鼠豹马鸡响尾蛇01101l121314金枪鱼鲨鱼天蚕蛾小麦链孢霉酵母菌212331354344从上表中可以看出，黑猩猩与人的亲源关系最近，酵母菌与人的亲源关系最远。渐变式进化与跳跃式进化传统的进化理论认为生物的进化是渐变式的，但渐变式的进化难以解释下面两个问题。问题一：生物化石的记录所显示的大多不是渐变式的进化，而是跳跃式的进化。问题二：如果生物演变是渐进的，那么各种适应性的器官结构在尚未发展完善之前，即在还没有发展到有适应功能之前是怎样逃脱自然选择的压力的？所以跳跃式进化理论认为，生物的进化起源于大突变（特别是某些调节基因的突变）。基因频率与基因型频率的关系处于平衡状态的种群，一对等位基因 Aa， A的频率为 p， a的频率为 q，则：AA的机率为 p2；Aa的机率为 2pq；aa的机率为 q2哈迪 -温伯格定律可用数学方程式表示为：(p+q)2=p2+2pq+q2拉马克的用进废退学说 环境变化是物种变化的原因。生物的器官由于经常使用而发达，不用而退化；后天获得的性状能够遗传下去。拉马克认为，动物的变异是由动物本身的意愿所决定的，而且变异是一直向前发展进化的。 用进废退学说的中心论点是：拉马克是进化论的最初奠基者，我们不应抹煞他的功绩。拉马克和达尔文都是进化论者，他们都认为地球上的各种生物不是神创造的，而是由共同祖先经过漫长的时间逐渐演变而来的，各种生物之间有着或远