自然科学史讲稿第l七讲.doc

牡丹江师范学院教案教研室：教育学 教师姓名：姚雯雯 授课时间:第八周课程名称自然科学史授课专业和班级2011级科学教育授课内容进化论的发展授课学时2学时教学目的通过对早期进化论观点和达尔文物种进化论的学习，了解近代生物学的重要理论。教学重点达尔文进化论教学难点进化论的发展历程教具和媒体使用多媒体教学教学方法讲授法、讨论法教学过程讲解进化论观点发展情况，引入新课、重点难点讲授、作业和习题布置、问题讨论、归纳总结及课后辅导等内容时间分配(90分钟)一、复习上节课内容二、讲授新课第七讲 进化论的发展一、早期生物进化论1、亚里士多德积微渐进论2、林奈物种不变论3、其他生物学家的理论二、达尔文的物种进化论1、贝格尔舰环球考察2、人工选择的考察3、功利主义选择观4、物种起源三、作业：进化论对后世的影响。四、本节课的归纳总结：归纳本节课的主要内容、重点和难点。5分钟70分钟30分钟10分钟10分钟10分钟40分钟5分钟10分钟10分钟10分钟5分钟5分钟10分钟板书设计第七讲 进化论的发展一、早起生物进化论 二、达尔文的物种进化论1、亚里士多德积微渐进论 1、贝格尔舰环球考察2、林奈物种不变论 2、人工选择的考察3、其他生物学家的理论 3、功利主义选择观 4、物种起源讲授新拓展内容进化论对现代社会的影响。课后总结教研室主任签字 年 月 日讲 稿 讲 授 内 容第七讲 进化论的发展万物初始之前，宇宙是无边无际混沌的黑暗，只有上帝之灵穿行其间。上帝对这无边的黑暗十分不满，就轻轻一挥手，说：“要有光”，于是世间就有了光。上帝称“光”为“昼”，称“黑暗”为“夜”。亮光隐去，黑暗重临，从此，世间就有了昼与夜的交替。这是上帝创世的第一天。 第二天，上帝仍不满意眼前空洞的景象，就一挥手说：“天上要布满星辰。”于是，宇宙间又布满了数不清的大大小小的星球。上帝将日、月星晨摆列在天空中，它们各司其职，掌管着昼夜和时节。 第三天，上帝看到陆地上混沌不分，心中不悦，就说：“水应聚集在一起，使旱地显露。”于是，水便汇聚起来，旱地显露出来。上帝称旱地为“陆”，称聚水的地方为“海洋”。 第四天，上帝又说：“陆地上要生出草木和各种蔬菜。”于是大地生出了草木，出现了各种瓜果蔬菜，籽实累累，整个大地上一片生机盎然。 第五天，上帝说：“水中要有众多的鱼，天空中要有无数的鸟。”于是，世间出现了各种各样的鱼和飞鸟。鱼自由自在地畅游在水中，鸟自由地翱翔在天空。上帝又说：“地上要有各种动物。”于是，大地上出现了各种野兽和昆虫，野兽在地上奔跑自如，昆虫飞舞在花草中。 第六天，上帝看到阳光明媚，大地辽阔，世间一片姹紫嫣红，兽跳虫跃，鱼游鸟鸣，十分满意，于是说：“我要照我样式造人，让他管理地上的万物和走兽。”上帝用泥捏成一个泥人，朝泥人吹了一口仙气，于是，人便在上帝的手里诞生了。 上帝用五天的时间造出天地万物，又在第六天按自己的形象造出了人。上帝看到天地万物井然有序、生生不息，他造的人英俊健壮，很高兴，便决定把第七天作为休息的日子。 后来，人们按照上帝造世的时间，也把每周分为七天，六天工作，第七天休息。或是五天工作，第六天做自己的事，第七天休息。并把每周的第七天称为“礼拜天”，或是星期天用来感谢上帝造世的功德。一、早期生物进化论1、亚里士多德的积微渐变论在古代，比较系统地提出生物学观念的是亚里士多德。他认为唯有经过逻辑论证的知识才是科学知识，这是他研究天文学的方法论原则。可是他研究生物学采用的却是经验方法。他主要是研究动物，曾到野外进行考察，向渔夫、猎人请教。他对50多种动物进行解剖，对540种动物进行分类。亚里士多德认为生物体是水、土、火、气四种元素的混合物。但那时，植物向上生长，动物自由活动，这显然不能用他的自然位置、自然运动的理论来解释。所以他认为生命的本质是生机或生命力，这是无机物所没有的神秘力量，实际上就是灵魂。他认为自然界的演变是进步的过程，其中的各个环节便构成了一个阶梯系列，相邻的两个阶梯之间存在着中间过渡类型，所以生物的演变是“积微渐进的，在这渐进过程中从无生物进入生物的第一级便是植物，而在植物界中个各种属所具有的生命活力（灵魂）显然是有高低的；而从整个植物界看来，与动物相比，固然还缺少些活力，但与各种无生物相比这又显得是赋有生命力了。我们曾经指出，在植物界中具有一个延续不绝的级序，以逐步向动物界靠近。”他举得例子，比如说，海豚既是陆地动物，又是水生动物。海洋中的某些生物，甚至都无法确定是动物还是植物。这些观点实际上认为生物有进化的过程，而且是缓慢渐变的过程。生物是最为复杂的自然存在，要揭示生物的奥秘，需要相当的物理学、化学知识，这是古代所不具备的。所以生物知识最古老，但生物学的成熟却很迟。2、林奈的物种不变论在系统进化论出现之前，瑞典的林奈就已经提出了物种不变论。这同近代生物学的发展背景有关。近代生物学要从生物学的最基础的工作开始，它的首要任务是分类。这是对已有的分散的生物知识的整理，以便寻找物种之间的关系，确定各个物种在物种系统中的地位。分类是研究生物学的基础，是描述性生物知识上升为理论知识的途径。没有种的概念，就不会有理论的生物学。林奈的主要工作是分类学研究，1735年，他出版了自然系统一书。他把自然界分为矿物、植物和动物三界。在界之下，按物种的从属关系分为纲、目、属、种四个等级。他根据花的雄蕊的数目与位置，把植物分为24个纲。可是他在把动物分为6个纲时，却采用了血液颜色、心脏结构、生殖方式（胎生或者卵生）、呼吸方式（用肺呼吸或用鳃呼吸）以及有无触枝5个标准。这在客观上表明动物要比植物复杂得多。林奈的分类标准基本上是他的主管选择，所以他自称他的分类系统是人为系统而不是自然系统。其实自然界只有存在，没有分类，分类只能是人的行为，重要的分类标准要统一、合理。林奈的分类虽不够合理，但却是首创。对物种进行分类与命名，就必须强调种的稳定性、种与种之间界限的确定性与清晰性，其思维方式自然是非此即彼，而不是亦此亦彼，即是这个种就不是那个种，不可能既是这个种又不是这个种。如果一个钟在瞬间就变成了另一个中，那就无法对种进行分类与命名。所有的生物分类的逻辑前提是：种是十分稳定的，物种在分类系统中的位置是确定的、不变的。分类学家往往倾向于把自己的分类工作绝对化，这就容易产生物种不变的观念。实际上，生物学家在短暂的一生中也很难看到物种的显著变异，所以作为分类学家的林奈率先从生物学的角度提出物种不变论是可以理解的。林奈说物种不变的主要根据是：他没发现新的物种，他认为每一种生物总是产生与自身一样的后代，所以今后也不可能出现新种。他实际上是用生物的遗传来否定种的进化。既然生物自身不可能出现新种。他实际上只能用生物的遗传来否定种的进化。既然生物自身不可能产生新种，那已有的物种只能是上帝的创造，所以他又提出物种的神创论。他说：“必须把这些祖先的不变性归于某个全能全知的神，这个神就叫做上帝，他的工作就是创造世界的万事万物。这是被每个有生命个体的机制、原理、定律、体质和感觉所证明了的。”上帝把生物创造成什么样子，它们就永远是那个摸样。但是到林奈晚年的时候，他逐渐面对物种变化的事实，承认杂交会产生新种，并说还需要做很多的工作，才能证明“物种是时间的产儿”。在林奈之后，再也没有生物学家提出如此明确的物种不变论了。3、其他生物学家的理论（一）预成论人们很早就认识到生物的遗传现象，怎么解释这种现象呢？比较容易提出并被人接受的解释是：一代代生物体的各种器官，预先就已经以浓缩的形式存在于生物胚胎之中。17世纪，法国哲学家马勒伯朗士提出了套装模型：胚胎是个无穷系列，每个胚胎中都含有更小的胚胎，套在一起，就像俄罗斯套娃。既然每个生物体的体内都包含各代子孙的浓缩形态，那生物体的肚子应该有多大？有个科学家认真计算了第一代兔子需要达到多大体积，才能够容纳以后各代的兔子。圣经说人类的祖先是亚当和夏娃，可是他们的体积有限，所包含的小人种的数量也是有限的，那最后一个小人种诞生以后，人类岂不要断子绝孙？当时的权威人物，瑞士生物学家哈勒认为，上帝在6000年前预先早出了2000亿个小人卵，这些小人卵用完，人类就会绝种。按照预成论的说法，生物的发育生长就只能是器官从小到大，而不是从无到有的过程。如果一切器官早在“创世”时就已“预定”，那后天的变异就不可能传给后代，就容易导致物种不辩论。这实际上就是用生物的遗传来否定生物的发育与进化。（二）发育论最先反对预成论的是德国的沃尔夫。他多年从事鸡的胚胎发育过程的研究。他发现在鸡的胚胎中，肠子等消化系统起初是片状组织，后来逐渐发育成管状组织，肾是由脊髓形成的，脑、心等器官也都是后来才出现的。他还发现鸡的各种器官不是同步形成的。沃尔夫由此得出结论：动物的各种器官并不是预先就有的，而是后天逐渐发育而成的。这种观点被称为“渐成论”。1828年，俄国的贝尔出版了动物发展史，书名表明贝尔认识到动物的发展史历史的过程。他叙述了胚胎发育的一些规律，如对于较大的动物类群来说，共同的性状先形成，专门性状较后形成。生物物种也有发育的过程，从无到有，个性逐渐丰富的过程，种的发育过程就是进化的过程。（三）用进废退论第一个提出系统生物进化论的是法国的拉马克。他兴趣广泛、学识渊博，对地质学、物理学、化学、气象学都有研究。他首先使用“生物学”一词。他在著作动物哲学中对进化论做了系统论述。拉马克认为，环境的变化是物种变化的原因。他说“环境不变，生物可能不变；环境变了，生物不能不变”。对于植物和低等动物来说，环境的作用时直接的，环境的变化会直接引起生理机制与构造的变异。而对于高等动物的影响是间接的，因为动物能活动，所以环境的变化先引起动物行为的改变，行为的改变又会引起器官功能的改变，最后引起器官结构的改变。他提出了一个富有新意的思想用进废退，即器官越用越进化，越不用就越退化。例如，蛇在地面上滑行，腿不仅无用反而妨碍滑行，所以就完全消失了，但是经常向上看，他的眼睛就高高地长在头的两侧。长颈鹿生长在非洲腹地，阳光强烈，草类稀少，它只好吃树上的叶子，较低的叶子吃完了，就伸长脖子吃较高的叶子，慢慢就成了长脖子。拉马克说“自然的动作来的很慢，非有悠久的时间是决不能成功的；但是我们亦能以便捷的方法，改变环境，得到同样的结果。”拉马克的生物进化论思想并没有得到应有的重视，但是他的理论则为后世生物学家所认可和继承。二、达尔文的物种进化论在拉马克出版动物哲学的1809年，英国的达尔文诞生。达尔文8岁时才上小学。可是每次上课前都要姐姐给做好准备。中学时成绩不好，校长说他“难以救药”，他不明白什么意思，气的校长对他大吼，“开除”。父亲无奈，只好叫他提前退学。达尔文67岁时在自传中写道，当时旧式中学的教学空洞无物，对他思想影响极坏。他热爱大自然，喜欢搜集矿石、贝壳和昆虫标本，在爱丁堡大学学医时，枯燥乏味的讲授使他难以忍受。两年后转入剑桥大学，选择了植物学课，这引起了他浓烈的兴趣。他常参观博物馆、动物园，和朋友们收集、解剖动物。同渔民一块捕鱼、捉牡蛎。出钱向别人学习剥制鸟类标本。他尤其喜爱采集昆虫，有时两手都抓着甲虫，为了捉到第三只，竟把右手上的甲虫用嘴咬住，甲虫放出的异味的液体灼伤了他的舌头，在这种自然状态的学习里，学到了丰富而有趣的生物学知识。1、贝格尔舰环球考察1831年，经过老师亨斯罗推荐，达尔文参加了贝格尔舰的环球科学考察，他早就向往德国地理学家洪堡在南美旅行记中所描述的南美洲了。同年12月27日，这艘三桅木船扬帆起航，达尔文开始了5年的旅行。这次考察使他亲眼看到了大量的物种变异的事实，成为物种进化论者。他后来说这次考察决定了他一生的事业。对达尔文进化论思想的初步形成起决定性影响的是在加拉巴哥斯群岛的考察。这个群岛位于南美洲的西北角，上面至少有2000个火山口。他在1835年登上这个群岛，进行一个多月的详细考察，这个群岛就是一个小的世界，使他看到了大量的物种变异的事实。“这些事实就是我的一切观点的起源”。鼠。加拉巴哥斯群岛的查塔姆岛上有一种鼠是这里特有的。它同大陆的鼠相似，又有许多不同之处。达尔文认为这些鼠最初是由海船从大陆带来的。后来由于小岛的特殊生活环境形成了新的变种。龟。群岛上有很大的黑色的龟，大的要8个人才能抬起。这种大龟的外表虽然很相似，但生活在不同岛上的龟的大小，龟壳斑纹等均有所差别。当地居民能准确地说出哪只龟是生活在那个岛上的。还有很多新的，以前没被发现的植物。达尔文在他的著作一个自然科学家在贝格尔舰上的环球旅行记一书中写道：“使人惊奇的是，四周都是新的鸟类、新的爬行类、新的软体动物、新的昆虫、新的植物，还有构造上的无数及其细微的差异情形，甚至是鸟类的鸣叫声调和羽毛颜色。”群岛虽小，生物变种却很多，许多物种都有明显的地域性，虽然这些地域之间的差别不大，物种却充分展示了他的多样性。他明确地说，这个群岛上的动物真是非常值得加以研究了，因为这类事实能够摧毁物种不变的说法。（反对物种不变说）加拉巴哥斯群岛旅行的意外收获，是他坚持长时间的细致入微考察的结果。他很有感触地说：“大多数的旅行家的命运，就是在任何一处地方还来不及发现什么是最有趣味的事物的时候，就已经要急匆匆地离开这个地方而去了；可是，至于说到我，大概应该感谢命运，因为我收集到了一些资料，足够用来确定这种在有机体分布方面的最显著的事实了。”从经验事实到科学理论，同样是艰苦的探索过程。2、人工选择的考察如果说环球考察是达尔文研究的第一阶段，那第二方面的考察即人工选择的考察，则是研究的第二阶段。他遵循弗兰斯西培根的原则一切从事实出发。他不仅要搜集物种的自然变异的事实，还要搜集物种人工变异的事实。英国的产业革命带来了农业变革，人工培育的新种层出不穷。当时英国还有许多人工培育观赏性生物的俱乐部，达尔文参加了两个养鸽俱乐部。他广泛了解英国与其他国家人工育种的情况，常到饲养场调查牛、羊、猪、鸡等畜禽以及玉米的品种改良过程。达尔文认识到人工育种实际上就是人工选择，选择人所需要的那些生物性状。选择通过积累便形成了新种。达尔文把人工育种理解为选择，的确是抓住了本质。他把人工选择分为有意识选择和无意识选择两种。有意识选择指饲养者有明确的培养新种的目的；无意识选择指饲养者不是为了培育新种，而是为了别的目的进行的选择，但在客观上导致了新种的出现。特别是有意识选择，是人的精心设计，见效快。无论是哪一种人工选择，选择的标准都是人的需要或人的利益，而不是为了生物，所以根据人的利益培养出来的新种，有一些在自然条件下是不可能出现的，出现了也不可能生存。达尔文说家养的动物常常具有畸形的形状。那么在自然状态下，新种又是怎么出现的呢？3、功利主义选择观1838年，达尔文为了消遣，偶尔读了马尔萨斯的人口学原理。这位英国经济学家认为，在没有任何限制的情况下，人口以几何级数增长，生活资料以算术级数增长，因此人口繁殖过剩，大量人口无法生存，必然要引发人口危机。马尔萨斯称这是支配人类命运的永恒的人口自然规律。达尔文恍然大悟，灵感不期而至生物同样繁殖过剩，大量生物体也无法生存。马尔萨斯是社会科学家，讲的是社会问题，达尔文却因此发现生物界与人类社会相似，把人口学中的繁殖过剩概念引入生物学。（其实这种引用与马尔萨斯的人口论本意相悖，马尔萨斯认为动植物（人的生活资料）按算术级数增长，达尔文认为生物也繁殖过剩，即动植物也按几何级数增长了）。这种引用的意义在于，自然科学从社会科学中取得营养，而且成了达尔文构建物种进化论理论的关键。他通过人工育种的研究探讨生物的进化，即通过人的社会活动来揭开生物进化之谜，通过对社会的研究来探讨自然，通过人工自然来探讨天然自然，这是自然科学研究中的崭新理念和思路。他从人工育种就是选择，想到自然界也在选择。既然人工选择有无意识的选择，那无意识选择自然界也会进行。他说“人类根据有计划的和无意识选择方法，能够产生出而且的确已经产生了伟大的结果，为什么自然选择不能发生效果呢？”根据功利主义的观点，达尔文把生命的变异分为有利变异和不利变异两类。生物界普遍存在着各种各样的变异，这是达尔文在环球考察中，最深刻的印象。他认为在同一父母的后代中会出现许多微小的差异，没有人会假定同种的所有个体都是在同一模子里铸造出来的。他吸收了拉马克的用进废退和相关变异的观点。凡有利于生物个体生存的变异即能给人体带来利益的变异，属于有利变异；凡不利于个体生存的变异即会损害个体利益的变异，属不利变异。生物能趋利避害，所以自然界实际上能权衡利害。他说“自然选择从来不使一种生物产生对自己害多利少的任何构造，因为自然选择完全根据各种生物的利益，并且为了它们的利益而起作用。没有一种器官是为了给予它的所有者以痛苦或损害而形成的。如果公平地衡量由各个部分所引起的利和害，那么可以看到各个部分在整体上都是有利的。经过时间的推移，在改变着的生活条件下，如果任何部分变为有害的，它就要被改变；如果不如此，则这种生物就要绝灭。”英国是自由竞争发展的最早的国家，经济学、政治学都体现自由竞争和功利主义的特点，所以达尔文的选择学说带有浓厚的功利主义色彩是可以理解的。4、物种起源及达尔文遇到的困境物种起源是进化论奠基人达尔文的第一部巨著，全书分为十五编，前有引言和绪论。十五编的目次为：第一，家养状态下的变异；第二，自然状态下的变异；第三，生存斗争；第四，自然选择(即适者生存);第五，变异的法则；第六，学说之疑难；第七，对自然选择学说的各种异议；第八，本能；第九，杂种性质；第十，地质记录的不完整；第十一，古生物的演替；第十二，生物的地理分布；第十三，生物的地理分布续篇；第十四，生物间的亲缘关系：形表学、胚胎学和退化器官；第十五，综述和结论。从前十四个篇目上，可以清晰地看到物种起源的内容：讲述生物进化的过程与法则。达尔文自己把物种起源称为“一部长篇争辩”，它论证了两个问题：第一，物种是可变的，生物是进化的。当时绝大部分读了物种起源的生物学家都很快地接受了这个事实，进化论从此取代神创论，成为生物学研究的基石。即使是在当时，有关生物是否进化的辩论，也主要是在生物学家和基督教传道士之间，而不是在生物学界内部进行的。第二，自然选择是生物进化的动力。（很多人不认同，达尔文找不到一个合理的遗传机理来解释自然选择。当时的生物学界普遍相信所谓“融合遗传”：父方和母方的性状融合在一起遗传给子代。这似乎是很显然的，白人和黑人结婚生的子女的肤色总是介于黑白之间。一个优良的变异会很快地被众多劣等的变异融合、稀释掉，而无法象自然选择学说所说的那样在后代保存、扩散开来，就象一个白人到一个非洲黑人部落结婚生子，几代以后他的后代就会完全变成了黑人。怎么能证明自然选择会向有利的方面进行呢？需要孟德尔的遗传定率，选择是变化的过程，但是遗传可以使这种变化固定下来）反对的意见？他的自然选择原理是建立在当时流行的“融合遗传”假说之上的。按照融合遗传的概念 ，父、母亲体的遗传物质可以像血液那样发生融合；这样任何新产生的变异经过若干世代的融合就会消失，变异又怎能积累、自然选择又怎能发挥作用呢。 达尔文过分强调了生物进化的渐变性；他深信“自然界无跳跃”，用“中间类型绝灭”和“化石记录不全”来解释古生物资料所显示的跳跃性进化。他的这种观点近年正越来越受到间断平衡论者（认为新种只能通过线系分支产生，只能以跳跃的方式快速形成；新种一旦形成就处于保守或进化停滞状态，直到下一次物种形成事件发生之前，表型上都不会有明显变化；进化是跳跃与停滞相间，不存在匀速、平滑、渐变的进化。）和新灾变论者（比如认为宇宙和地球发展过程中，发生过一系列剧烈而突发的灾变事件，从地球演化历史看，这些事件是相对短促的，但能量极高，影响面广，同时引起地球上生物种群的灭绝和变异，比如说超新星爆发、小行星撞地球等等）的猛烈批评。关于人类的起源，达尔文在1871年出版了人类的由来，他在现象的层面上列举了很多人与猿相似的事实。比如说，人与猿都容易生相同的疾病；人类易患动物的一些传染病，比如狂犬病、天花、梅毒、霍乱等，人与猿易受相同的寄生虫的干扰，对刺激品（如茶、咖啡、酒）有共同的爱好，产生的影响也相同。他让指出人类的直接祖先是各种类人猿：大猩猩、黑猩猩、猩猩、长臂猿。这与长期以来上帝造人说完全不同，圣经说上帝先造亚当、后造了夏娃，遭到了教会与一些科学家的激烈反对。但是，达尔文却坚持这个结论，他说：“这样一个结论是大大地触犯了我们的尊严的，但无论如何触犯，这结论是无可避免的”。讨论恐龙灭绝的原因，按照达尔文的观点，应该是渐变的，缓慢的灭亡的。来自中国的古生物学和物理家黎阳2009年在耶鲁大学发表的论文引国际古生物学界的轰动，他和他的中国团队在6534.83万年前的希克苏鲁伯陨石坑KT线地层中发现了高浓度的铱，其含量超过正常含量二百三十二倍。如此高浓度的铱只有在太空中的陨石中才可以找到，地球本身是不可能存在的。根据墨西哥湾周围铱元素含量的精确测定，当时是一颗类似小行星的物质不仅撞击了地球中美洲地区，还撞破了地壳，致使地球内部岩浆汹涌喷出，撞击造成的超级火山爆发，从古玛拉岩石的同位素含量测出此次爆发的威力远远高于黄石超级火山最大的能量（普通火山口的直径也就是是几百米，而这次被撞击成的口子直径超过 148千米。），整个地球被浓浓的火山灰和毒气所覆盖，地球上的生物长时间不见阳光和月亮，植物无法光合作用，大气层氧气含量极低，从大多数恐龙死亡的姿势来看都非常地痛苦，完全是缺氧的自然反应。综合这些因素造成此次生物的大灭绝。以前学术界都是把外来天体撞击说和火山喷发说分开讨论的，但这两个