《动物比较生理学》PPT课件.ppt

脊椎动物比较生理学纲要 脊椎动物比较生理学纲要 生物多样性、进化和适应 脊椎动物比较生理学纲要 绪 论 一、定义及研究范畴 二、学习目标及意义 三、研究方法 四、背景知识 五、相关说明 脊椎动物比较生理学纲要 一、定义及研究范畴 生理学（physiology）是生物科学的一个 分支，是研究生命有机体各种机能（ Function）及内在规律（机制mechanism ）的科学。 动物比较生理学comparative physiology of animal讲述各种动物系统发生和个体发育 中的生理特点，以及各种动物在不同生 态条件下的生理适应特征和机制。 脊椎动物比较生理学纲要 What is comparative physiology? Physiology is the study of the how organisms, and their parts, function (in contrast with anatomy, the study of structure). Comparative physiology is the process of comparing and contrasting the mechanisms and details of physiology among different organisms. These comparisons can be among individuals exposed to different environments, or of different developmental stages (size, age), or those with different genetic make-ups such as different sexes, populations, or species. 脊椎动物比较生理学纲要 研究范畴 系统发生上经典比较生理学 个体发育上发育生理学 生态适应上生态生理学 脊椎动物比较生理学纲要 动物学 分子 生物学 细胞学 遗传学 组织学 解剖学 与其他学科的关系 生理学 脊椎动物比较生理学纲要 生物体的生理功能是其遗传密码 和环境因素共同作用的结果。 动物的遗传密码又是其祖先进化 历史和适应当地条件的共同结果 。 因此，探索不同物种应对不同选 择压力时的生活史（生理）特征 具有重要的意义。 脊椎动物比较生理学纲要 二、学习目标aims/ goals/objectives 回顾生物体生理机能的基本概念to review the basic concepts of how organisms function； 学习进化和适应的生理学改变模式to study the patterns of changes in physiology due to evolution & adaptation ； 培养科学的思维方法to impart a sense of how knowledge is generated and to foster critical thinking ； 介绍部分生理学实验方法to introduce some techniques of physiological experimentation. 脊椎动物比较生理学纲要 通过不同动物群体适应复杂的生存 环境来理解生物体解剖结构和生理 功能改变的多样性。 To understand the diversity of how organisms have modified anatomical structures and physiological functions by different animal groups in order to adapt to the adversities of their environment. 脊椎动物比较生理学纲要 学习本课程的意义 第一，加深对生物多样性的认识； 第二，深化对人体生理功能的认识； 第三，促进医药卫生事业进步，改善 人类健康； 第四，推动生产实践的发展和进步。 脊椎动物比较生理学纲要 三、研究方法 动物的生物多样性可以体现在各 个层次，因此，对其研究的方法 也包括了形态、组织、生理、生 化、细胞、分子、遗传、进化、 生态等多个方面。 脊椎动物比较生理学纲要 SAMPLE 对象（物种、种群、性别、年龄、） 生理状态（繁殖状态、营养水平、社会地位 ） 生态因子（温度、水、气体、气压、海拔、 光照、季节、） 生境（海洋、湖泊、江河、湿地、草原、雪 原、雨林、高山、高原、荒漠、农田）、 生理功能（运动、消化、呼吸、循环、泌尿 、内分泌、神经、生殖、能量代谢、体温调 节；发声、发光、发电、体色调节） 脊椎动物比较生理学纲要 Gajda et al. Species differences in respiratory rhythm generation in rodents. Am J Physiol Regul Integr Comp Physiol.2010, 298: R887-R898. Anders deen & Olle Hstad. Pollinating birds differ in spectral sensitivity. Journal of Comparative Physiology A: Neuroethology, Sensory, Neural, and Behavioral Physiology. 2010,196(2):91-96. Megan DG & Esteban FJ. Visual fields, eye movements, and scanning behavior of a sit-and-wait predator, the black phoebe (Sayornis nigricans). 2010,196(1):15-22. 脊椎动物比较生理学纲要 Anil K. Vegesna, et al. Comparison of human and porcine gastric clasp and sling fiber contraction by M2 and M3 muscarinic receptors. Am J Physiol Gastrointest Liver Physiol 298: G530-G534, 2010. Jianjie Wang, et al. Intrinsic sex-specific differences in microvascular endothelial cell phosphodiesterases. Am J Physiol Heart Circ Physiol 298: H1146-H1154, 2010. Wiltschko R, Wiltschko W. Avian magnetic compass: Its functional properties and physical basis. Current Zoology 56 (3): 119 , 2010. 脊椎动物比较生理学纲要 奥古斯特克劳格原理 The August Krogh Principle August Krogh是著名的丹麦生理学家 ，由于他对微血管的解剖和功能的出 色研究而于1946年获得诺贝尔生理医 学奖。 1929年，他提出“对于很多科学问题， 总会有一种动物最适合于研究”，这被 后人们称为“奥古斯特克劳格原理”。 脊椎动物比较生理学纲要 模式生物(model organism) 果蝇、斑马鱼、大肠杆菌、线虫、大鼠 、小鼠等。 利用模式生物进行实验研究的优势： 1 ）研究者多、知识积累快速，研究人员 容易找到合作研究的对象。2）相关的 研究资源，如抗体、试剂等较为丰富， 容易获得。3）这些模式生物的基因组 信息已 经逐步得到开发，等等。 脊椎动物比较生理学纲要 模式动物或模式生物的地位和作用是 不可替代的。 非模式动物的研究也是不可或缺的 由于生物的多样性，生存环境的多 样性，生物生理功能的多样性，需 要我们研究更多的物种，在更多的 环境条件下，更多的复杂因子的处 理下，观察和研究有机体的生理变 化调节等。 脊椎动物比较生理学纲要 奥古斯特克劳格原理可以拓展到组 织、器官、细胞、蛋白质和基因等 分子水平。 对于科学问题，总会有一种“器官、 组织、细胞、蛋白质和基因等”最适 合于研究。 脊椎动物比较生理学纲要 四、背景知识 内环境与稳态 动物分类 动物的身体 动物的动物胚胎发育和进化 脊椎动物比较生理学纲要 1、内环境与稳态Homeostasis 内环境是 指细胞直 接生存的 细胞外液 环境。 脊椎动物比较生理学纲要 稳 态 内环境的相对稳定性。 细胞进行正常活动的必要条件； 保持细胞兴奋性的必要条件。 神经系统和体液因素等调节机制对各 种物质代谢和各器官的生理活动进行 调节的结果。 脊椎动物比较生理学纲要 Diversity and Phylogeny of Vertebrata 脊椎动物比较生理学纲要 2、动物的主要分类群 170多万种动物已被命名和分类； 每年发现15000个新种； 存在的种类总数约为5000万种以 上。 脊椎动物比较生理学纲要 原生生物界Protista 原生动物门Protozoan：单细胞，眼虫、 草履虫、鞭毛虫、变形虫、疟原虫等。 脊椎动物比较生理学纲要 脊椎动物比较生理学纲要 动物界Animals 中生动物Mesozoa：中生动物门 Phylum Mesozoa 侧生动物Parazoa：海绵动物门 Spongia 真后生动物Eumetazoa 脊椎动物比较生理学纲要 真后生动物Eumetazoa 2胚层，辐射对称 腔肠动物门Coelenterata：水螅， 3胚层，两侧对称 无体腔动物Acelomata： 扁形动物门Platyhelminthes：涡虫、 绦虫 假体腔动物Pseudocoelomata 真体腔动物Eucoelomata 脊椎动物比较生理学纲要 假体腔动物Pseudocoelomata 轮形动物门Rotifera：轮虫 腹毛动物门Gastrotricha：鼬虫 动吻动物门Kinorhyncha：动吻虫 线虫动物门Nematoda：线虫 线形动物门Nematomorpha：铁线虫 棘头动物门Acanthocephala：棘头虫 内肛动物门Entoprocta 脊椎动物比较生理学纲要 真体腔动物Eucoelomata 不分节动物unmetameric 软体动物门Mollusca：螺、蜗牛、蚌、乌贼 分节原口动物metameric Protostomata 环节动物门Annelida：蚯蚓 节肢动物门Arthropoda：虾、蟹、蜘蛛、昆虫 分节后口动物Eeuterostomata 棘皮动物门Echinodermata：海星、海胆、海参 半索动物门Hemichordata：柱头虫 脊索动物门Chordata 脊椎动物比较生理学纲要 脊索动物门Chordata 原索动物Protochordata：无头类 Acrania 尾索动物亚门Urochordata：海鞘 头索动物亚门Cephalochordata：文昌鱼 脊椎动物Vertebrates：有头类 Craniata 脊椎动物亚门Vertebrata 脊椎动物比较生理学纲要 脊椎动物亚门Vertebrata 甲胄鱼纲0stracodermi：已绝灭 原口纲Cyclostomata：七鳃鳗 盾皮鱼纲Placodermi：已绝灭 软骨鱼纲Chondrichthyes 硬骨鱼纲Osteichthyes 两栖纲Amphibia 爬行纲Reptilia 鸟纲Aves 哺乳纲Mammalia 脊椎动物比较生理学纲要 脊椎动物的主要类群 上下颌附肢胚膜体温 原口纲无颌类 鱼形类 无羊膜类 变温 软骨鱼 纲 有颌类 OR 颌口类 硬骨鱼纲 两栖纲 四足类爬行纲 羊膜类 鸟纲恒温 哺乳纲 脊椎动物比较生理学纲要 /Mnamesrch. asp 中国科学院动物研究所（脊椎）动 物名称数据库 Mammal Species of the World ：A Taxonomic and Geographic Reference , 3rd edition 2005 年，2 卷，2 142 页。 世界哺乳动物达1 229 属、5 416 种之 多。 啮齿目动物有2276种。 脊椎动物比较生理学纲要 动物分类等级 巨蜈蚣 Scolopendra subspinipes dehaani属于 动物界 Animal 节肢动物门 Arthropoda 多足纲 Myriapoda 唇足亚纲 Chilopoda 整形目 Epimorpha 蚣形亚目 Scolopendromorpha 蜈蚣科 Scolopendridae 蜈蚣属 Scolopendra 脊椎动物比较生理学纲要 3、脊椎动物的身体 脊椎骨 嗅、视、听等集中的感觉器官。背神经管分 化成脑和脊髓；脑又分化成大脑、间脑、中 脑、小脑和延脑5部分。 循环系统出现了强力的心脏，推动血液循环 。 排泄系统出现了集中的肾脏，代替了分节排 列的肾管，更有效地排出代谢废物。 成对的附肢作为专门的运动器官(圆口纲例外 )，大大提高了摄食、求偶和避敌的能力。 脊椎动物比较生理学纲要 脊椎动物比较生理学纲要 4、脊椎动物的胚胎发育 1胚胎发育是有机体以遗传信息为基础 进行自我构建和自我组织的过程，其细 胞的分化是基因按一定顺序进行表达的 结果。 2卵子中卵黄的多少与受精卵的卵裂类 型有关。 3精子与卵子结合形成受精卵，胚胎发 育经历囊胚、原肠胚、神经胚阶段。 脊椎动物比较生理学纲要 4原肠胚阶段形成3个胚层，即外 胚层、中胚层和内胚层。原口在这 一阶段形成。 5中胚层的形成在少黄卵和中黄卵 中有所不同。 6原口为胚胎的后端，它的相反的 一端为动物的前端。 7体腔的形成有两种方式。 脊椎动物比较生理学纲要 19世纪20年代，爱沙尼亚籍的德国 科学家贝尔创立了比较胚胎学，指 出高等动物的胚胎要经过与低等动 物所经发育阶段相似的发育阶段。 德国解剖学家梅克尔提出了动物个 体的历史是种的历史之重演的理论 。 脊椎动物比较生理学纲要 脊椎动物比较生理学纲要 生物重演律 19世纪70年代，德国科学家海克尔 进而把生物机体的个体发生对于其 种系发生的重演关系，概括为“生物 重演律”。 高等动物的个体发育是对种系进化 的某种重演；这种重演的突出表现 ，是胚胎的发育过程。 脊椎动物比较生理学纲要 动物胚胎发育的特点 一般的性状先出现，特殊的性状后出现； 从一般性状中发展出过渡性状，最后才出 现特殊性状，例如先从芽体变成肢，再分 化为手、翅膀或鳍； 在胚胎发育过程中，不同种的胚胎发育首 先经过相似阶段，以后才愈来愈显示区别 ； 高等动物的胚胎发育阶段经历着与低等动 物发育相类似的阶段。 脊椎动物比较生理学纲要 海克尔把胚胎发育的这种“重演”关系， 推广到一切生物。认为生物重演律是“有 机体进化的根本律”，或者称为“生物学 发生之根本律”。这种规律不仅“适用于 其他一切有机物，亦适用于人类”。 也就是说，生物的个体发育以一种简化 的、压缩的和快速的过程，去重演种系 进化过程的主要阶段和主要环节，即作 为种系进化的缩影再现出来。 脊椎动物比较生理学纲要 ? 生物重演律的再认识。 脊椎动物比较生理学纲要 脊椎动物的进化史 第一阶段是在水中的进化，原始有头 类向两个方向发展，支进化出较原 始的无颌类，另一支进化成具有上下 颌的有颌类，即鱼类的祖先。 第二阶段是从水中到陆地上的进化， 即两栖类和爬行类的进化。 第三阶段是由爬行类进化出两支高等 脊椎动物，即鸟类和兽类。 脊椎动物比较生理学纲要 人类胎生史的演进过程 由单细胞动物到多细胞动物 由软体动物到脊椎动物 由水生到陆生 由卵生到胎生 由变温到恒温 由非哺乳类到哺乳类 由猿到人 由早期智人到新人 脊椎动物比较生理学纲要 五、参考资料 参考书目 专业期刊 脊椎动物比较生理学纲要 1、 参考书目 李永材. 比较动物生理学. 北京：高等 教育出版社，1995. 陈守良. 动物生理学. AS 罗默，TS 帕尔森. 脊椎动物的身 体（杨白仑译）.科学出版社，1985.