现代生物进化理论完善.ppt

地球上有1300万1400万个物种。其中被人类认识并命名的约200万种,如此多彩的生命由何而来？,第七章现代生物进化理论,关于生命起源的几个假说,特创论“上帝造人”“女娲造人”宇宙生命论化学进化说,神创论,创世纪局部米开朗基罗绘,生命起源,基督教，上帝创造世界,女娲石中国上古神话的创世女神，传说女娲用黄土仿照自己造成了人，创造了人类社会。又替人类建立了婚姻制度，是青年男女相互婚配，繁衍后代，因此被传为婚姻女神,宇生论,彗星、陨石、光压把宇宙胚种带到了地球上。,生命起源,1969年9月28日，科学家发现，坠落在澳大利亚麦启逊镇的一颗炭质陨石中就含有18种氨基酸，其中6种是构成生物的蛋白质分子所必须的。科学研究表明，一些有机分子如氨基酸、嘌呤、嘧啶等分子可以在星际尘埃的表面产生，这些有机分子可能由彗星或其陨石带到地球上，并在地球上演变为原始的生命。,化学进化假说,1924年苏联生物化学家欧帕林提出,生命起源,按照物质运动变化规律来研究生命的起源,无机物(岩石+水),简单的有机物(氨基酸+核苷酸+单糖),复杂的有机物(蛋白质+核酸),具有自我复制能力的生命单体,强紫外线+雷鸣电闪+火山爆发,聚集,化学反应,生物为什么会进化？生物进化的实质是什么？生物进化有什么规律？,第一节现代生物进化理论的由来,拉马克：法国博物学家，最先提出生物进化的学说，是进化论的倡导者和先驱。他一生勤奋好学，坚持真理，与当时占统治地位的物种不变论者进行了激烈的斗争，受到了他们的打击和迫害。一生是在贫穷与冷漠中度过，晚年双目失明，病痛折磨着他，但他仍顽强地工作，借助幼女笔录，坚持写作，把毕生精力贡献于生物科学的研究上。,拉马克(L.B.Lamarck)17441829,一、拉马克的进化学说,内容：生物不是神造的，而是由古老生物进化来的生物是由低等到高等逐渐进化的生物各种适应性特征的形成都是由于用进废退和获得性遗传,核心要点:是“用进废退”；是“获得性遗传”,用进废退：用进废退是指一种动物由于若干世代中经常使用某器官，就会使该器官得到发展；或者历代少用甚至不用某器官，就会使该器官退化以致完全丧失。获得性遗传：由于环境影响或用进废退所获得的变异性状，可以通过繁殖遗传给后代。,实例解说：,器官用得越多就越发达，比如食蚁兽的舌头之所以细长，是由于长期舔食蚂蚁的结果。器官废而不用，就会造成形态上的退化，比如鼹鼠长期生活在地下，眼睛就萎缩、退化。这些因用进废退而获得的性状是可以遗传给后代的。这是生物不断进化的主要原因。,问:食蚁兽的舌头细长，鼹鼠的眼睛萎缩退化，是何原因？,环境变化鹿的祖先需要变化因此习性改变颈的形态构造、机能发生改变由此长颈鹿进化形成(用进废退、获得性状遗传、定向变异),实例解说：,历史贡献与局限性：,反对神创论和物种不变论。拉马克的进化学说，在人们信奉神创论的时代是有进步意义的。,后天获得的性状是如何遗传的，没有科学的解释。,生物进化的原因-用进废退和获得性遗传（缺乏事实依据，主观推测）,拉马克的进化学说，在人们信奉神创论的时代是有进步意义的。由于反对神创论和物种不变论，受到了种种非难和攻击，但始终没有动摇自己的信念，而是把为科学事业作出贡献当做最大的乐趣。他曾经说过这样的话：“科学工作能予我们以真实的益处；同时，还能给我们找出许多最温暖、最纯洁的乐趣，以补偿生命场中种种不能避免的苦恼。”,二、生物进化论的创立：达尔文和华莱士,达尔文：CharlesRobertDarwin，1809-1882年，英国博物学家,生物进化理论,从小喜欢采集标本、钓鱼、打猎；父亲有一次指责他说：“你除了打猎、玩狗、抓老鼠，别的什么都不管，你将会是你自己和整个家庭的耻辱”；曾先后在爱丁堡大学和剑桥大学，分别学医和学习神学；唯一让达尔文入迷的是面向自然的博物学，尤其是采集动、植物标本更使他如痴如醉；,1931年，以博物学家身份参加英国皇家军舰“贝格尔号”(Beagle)的环球航行（1831.12.271836.10.2）;在环球考察中掌握了大量的物种进化的翔实资料;通过对“贝格尔号”考察中收集到的资料和生物标本进一步整理和分析，达尔文成为了进化论者，并接受共同祖先的观点。,达尔文随“贝格尔号”环球考察的路线,生物进化理论,华莱士：1823-1913年，英国博物学家，生物进化论的先驱和主要贡献者,生物进化理论,论文：“论变种无限偏离原始类型的倾向”，1858年6月，独立提出生物受环境的选择压力不断发生变化的进化学说，并请名气很大的达尔文指教。,科学考察：南美亚马逊河流域、马来群岛、印度尼西亚群岛。,华莱士：读了达尔文物种起源后，为达尔文深刻的见解和慎重、谦逊的精神所感动，他提议把生物进化论定名为“达尔文主义”(Darwinism)，他只是这个理论的共同发现者。,生物进化理论,达尔文：1842年开始撰写生物进化的论文，华莱士寄来的文章使他下定决心，加快整理发表自己的思想。,林耐学会：1958年7月，赖尔等人建议，同时宣读达尔文论文的二稿和华莱士的论文。,1859年11月24日，通过自然选择的物种起源，在生存竞争中保存优良种系，简称物种起源出版，第一版当日售罄。,自然选择学说创立者达尔文,学说的核心内容1.过度繁殖2.生存竞争3.遗传变异4.适者生存,他把一生都奉献给了他喜爱的科学，这位19世纪伟大的博物学家、生物学家逝世时73岁,鳕鱼的年产卵量是500万粒。有人计算过,如果鳕鱼所产的卵全部能孵化长大成鱼,那么不出6年,整个大西洋就会被鳕鱼塞满。,1、各种生物都有极强大的生殖力。但是自然界中各种生物的数量在一定时期内都会保持相对稳定。,一对家蝇繁殖一年，若每代1000个卵，如果后代不死亡，后代可以把整个地球覆盖2.54cm之厚。,人可能是繁殖能力最小的！一对夫妻最多的能产生十几个子女。若以每对夫妻平均生三个子女，平均30年传递一代计算，每隔50年人口就将增加一倍。只需数百年时间世界人口就将达到几万亿人，显然，这是不可能的！动物、植物和微生物的繁殖能力比人强很多很多倍！若全部后代都能成活下来，只要很短时间就会超出环境的承受能力！,2、生物个体之间进行的相互斗争，以及生物与无机自然环境之间的斗争，赖以维持个体生存并繁衍种族的自然现象。,生物为争夺有限的生活条件,产生生存斗争的原因,生物大量死亡，少量存活。对生物个体往往有害，但对生物物种是有利的。,生存斗争产生的结果,种内斗争种间斗争生物与非生物之间的斗争,生存斗争范畴,（食物、水、空间、配偶、阳光等）,3、遗传和变异具有普遍性,变异具有不定向性,有遗传物种才能稳定存在；有变异生物界才会绚丽多彩，即世界上没有两个生物个体是完全相同的。这种变异是随机产生的，而非按需要向一定的方向发生。如生物变异产生的后代，有的比亲代更适应环境，有的却不适应环境！,生物进化理论,区别：喙的形状和大小,原因：适应不同的食物(如大小不同的种子、仙人掌和昆虫)。,生物进化理论,生物进化理论,形态学：比较解剖学，不同动物的相应器官具有相似性。,1.肱骨2.尺骨3.桡骨4.腕骨5.掌骨和指骨,生物进化理论,生物进化理论,4、适者生存,生物体普遍存在着遗传和变异，其中有利变异得到保存，对生存不利的变异遭受淘汰，出现适者生存。,由此可见，变异是随机的，是没有方向的只有通过定向的自然选择，才能保存有利变异，以适应环境。,即：不定向变异定向自然选择适应环境,冬天的雷鸟,保护色:动物外表颜色与周围环境相类似,夏天的雷鸟,多彩的生物适应现象,你能找出我在哪儿？,警戒色：是指某些有恶臭和毒刺的动物所具有的鲜艳色彩和斑纹。可以使敌害易于识别，避免自身遭到攻击。,箭毒蛙,枯叶蝶,拟态：是指一种生物在形态、行为等特征上模拟另一种生物，从而使一方或双方受益的生态适应现象。,竹节虫,我像树叶吗？,这是花吗？,我在哪儿？,是枯叶吗？,考考大家的眼力,达尔文自然选择学说的解释模型,事实1：生物都有过度繁殖的倾向,事实2：物种内个体数能保持稳定,事实3：资源是有限的,推理1：个体间存在着生存斗争,事实4：个体间存在差异（变异）,事实5：许多变异是可以遗传的,推论2：具有有利变异的个体，生存并留下后代的机会多,推论3：有利变异逐代积累，生物不断进化出新类型,总结：达尔文的自然选择学说的主要内容,过度繁殖-选择的条件生存斗争-选择的手段、动力遗传变异-进化的内因、基础适者生存-选择的结果,自然选择：适者生存，不适者被淘汰的过程,生物进化的原因：,长期的自然选择使有利变异逐代积累，生物不断进化出新类型,变异是不定向的，自然选择是定向的。,定向的自然选择决定了生物进化的方向。,用达尔文的进化学说怎样解释长颈鹿为什么脖子长？,长颈鹿祖先发生变异,个体有长颈长前肢的也有短颈短前肢的,长颈长前肢生存,逐代选择,现代长颈鹿,缺乏青草的环境下,实例,生物进化过程,三、现代生物进化理论,自然选择学说,现代生物进化理论,以个体为单位,性状水平,以种群为单位,分子水平(基因),意义：都能解释生物进化的原因、生物的多样性和适应性（共同点）,局限：没有阐明遗传和变异的本质和自然选择的作用机理,物种渐变形成,现代生物进化理论种群是生物进化的单位突变和重组产生进化的原材料自然选择决定生物进化的方向隔离导致物种形成共同进化导致生物多样性的形成,种群是指生活在一定的时间和空间内的同种生物全部个体的总和。,1、种群:,一、种群是生物进化的基本单位,2、种群基因库：,一个种群的全部个体所含有的全部基因,3、基因频率：,在一个种群基因库中，某基因占全部等位基因的比率叫做基因频率。,种群中某基因型个体数占该种群个体总数的比例。,4、基因型频率：,某个基因的频率=该基因纯合子的频率1/2杂合子的频率,基因频率的计算,例：某昆虫种群中，绿色翅的基因为A,褐色翅的基因位a，随机捕捉其中的100个个体，调查发现AA、Aa、aa的个体分别占30%、60%、10%、那么A、a的基因频率是多少？,A=60%a=40%,5、利用遗传平衡定律求基因型频率和基因频率,2）若种群中一对等位基因为A和a，设A的基因频率=p，a的基因频率=q，因为pq=1，则（p+q）2=p2+2pq+q2=1AA的基因型频率=p2；aa的基因型频率=q2；Aa的基因型频率=2pq。,1）适用条件：,纯合子基因型的频率该基因频率的平方杂合子基因型的频率各基因频率乘积的二倍,36%,48%,16%,60%,40%,36%,16%,48%,60%,60%,40%,40%,36%,48%,16%,60%,40%,若亲代昆虫中的种群满足以下五个条件：昆虫种群数量足够大，全部的雌雄个体间都能自由交配并能产生后代，没有迁入与迁出，自然选择对A、a控制的翅型性状没有作用也没有基因突变和染色体变异。,用数学方法讨论基因频率的变化,则亲代产生的雌雄配子各有A、a两种,且A、a两种配子的比例为60、40,DD=36%,D=60%,dd=16%,Dd=24%,Dd=24%,D=60%,d=40%,d=40%,36%,48%,16%,60%,40%,36%,16%,48%,60%,60%,40%,40%,36%,48%,16%,60%,40%,若亲代昆虫中的种群满足以下五个条件：昆虫种群数量足够大，全部的雌雄个体间都能自由交配并能产生后代，没有迁入与迁出，自然选择对A、a控制的翅型性状没有作用也没有基因突变和染色体变异。,用数学方法讨论基因频率的变化,1种群中突变的特点：突变数很大、随机、不定向2种群基因重组的结果：产生更多可遗传变异、不定向,二、突变和基因重组产生进化的原材料,基因重组,突变,新的等位基因,多种多样的基因型,种群中出现大量可遗传的变异,变异是不定向的,形成了进化的原材料,不能决定生物进化的方向,归纳：,美丽的曼彻斯特,工业革命中的英国,尺蠖,这种变化的原因是什么？,自然选择对基因频率变化的影响,P117，浅色个体每年减数10，黑色个体每年增加10,种群产生变异(不定向),不利变异淘汰有利变异积累,种群基因频率定向改变,生物朝一定方向进化,自然选择,三、自然选择决定进化的方向,2、影响种群的基因频率变化的因素：,突变、基因重组、自然选择,1、生物进化的实质：,种群基因频率的定向改变,第二节现代生物进化论的主要内容二隔离与物种的形成,四、隔离与物种的形成,1、物种：,2、隔离：,不同种群间的个体，在自然条件下基因不能自由交流的现象。,东北虎和华南虎,马和驴,不同物种之间存在生殖隔离,分布在一定的自然区域，具有一定的形态结构和生理功能在自然状态下能够交配繁殖并产生可育后代的一群生物个体。,生殖隔离：,不同物种之间一般是不能相互交配的，即使交配成功，也不能产生可育的后代，这种现象叫做生殖隔离。,例：马与驴的生殖隔离,马,驴,骡,例：虎狮兽,在自然界，同一物种的个体并不都是生活在一起的。由于高山河流沙漠或其他地理上的因素障碍使每一个物种都是被分隔成一个个或大或小的群体，这些群体就是不同的种群。,地理隔离：同一种生物由于地理上的障碍而分成不同的种群，使得种群间不能发生基因交流的现象，叫做地理隔离。,两个鱼塘中的鲤鱼,两个池塘中的鲤鱼,地理隔离,无生殖隔离,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。,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。,3、隔离在物种形成中的作用(1)物种形成的三种典型模式渐变式如加拉帕戈斯群岛上13种地雀的形成。,地理隔离是形成物种的量变阶段，生殖隔离是形成物种的质变阶段，是物种形成的标志。,骤变式异源多倍体的染色体畸变的方式,人工创造新物种通过植物体细胞杂交(如番茄马铃薯)、多倍体远缘杂交(如甘蓝萝卜)、多倍体育种(如八倍体小黑麦)等方式也可以创造新物种。,共同进化：,生物多样性的三个层次：,基因、物种、生态系统多样性,生物的进化历程可概括为：从原核生物到真核生物，从无性生殖到有性生殖，由简单到复杂，由水生到陆生，由低等到高等（化石为研究材料）,五、共同进化与生物多样性的形成,共同进化,任何一个物种都不是单独进化的。不同物种之间，生物与无机环境之间在相互影响中不断进化和发展，这就是共同进化。,捕食者所捕食的大多是被捕食者中年老、病弱或年幼的个体，客观上起到促进种群发展的作用。,“精明的捕食者”策略：捕食者一般不能将所有的猎物吃掉，否则自己也无法生存。,“收割理论”：捕食者往往捕食个体数量多的物种，这样就会避免出现一种或几种生物在生态系统中占绝对优势的局面，为其他物种的形成腾出空间有利于增加物种的多样性。,捕食者的存在是否对被捕食者有害无益？,生物进化与无机环境变化的关系,例：生物的新陈代谢类型由原始异养厌氧自养厌氧自养需氧。,生物多样性的形成,地球上所有的植物、动物和微生物，它们所拥有的全部基因以及各种各样的生态系统，共同构成了生物多样性。,简单复杂低等高等原核细胞真核细胞单细胞多细胞无性生殖有性生殖原始异养厌氧自养厌氧自养需氧水生水陆两栖陆生,生物多样性的形成,生物进化理论在发展,生物的进化如此复杂，现有的进化理论所不能解释的问题比已经解释的问题还要多。在这些学说中，以自然选择为核心的进化理论比其他学说的影响要广泛而深远，它仍然是以后各个方面研究的一个基础。进化理论同其他科学理论一样，它不会停滞不前，它还在发展。,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