物种的起源与进化.doc

物种的起源与进化摘要：地球上丰富多彩的生物界是怎样形成的？地球上最初的原始生命又是怎样产生的？根据众多学者长期的深入的综合的研究认为，生命的起源和发展需要经过两个过程。第一个过程是生命起源的化学进化过程（发生在地球形成后的十多亿年之间），即由非生命物质经一系列复杂的变化，逐步变成原始生命的过程。第二个过程是生物进化过程（发生在三十亿年以前原始生命产生到现在），即由原始生命继续演化，从简单到复杂，从低等到高等，从水生到陆生，经过漫长的过程直到发展为现今丰富多彩的生物界，并且继续发展变化的过程其间经历家养状态下的变异；自然状态下的变异；生存斗争；自然选择，和遵循的变异法则等一系列的过程进而演变成丰富多彩的生物系统。关键词；分子进化，生物进化，DNA分子钟 The origin and evolution of speciesAbstract: rich biosphere on Earth is formed? The first primitive life on Earth is how is it? According to many scholars a comprehensive long-term in-depth study that the origin of life and development need to go through two processes. The first process is the origin of the chemical evolution of life (in the Earth more than a billion years after the formation of between), from non-living matter through a series of complex changes, and gradually turned into primitive life process. The second process is the process of biological evolution (in three billion years ago, primitive life have to now), that is, from primitive life to evolve from simple to complex, from low to high, from aquatic to terrestrial, after a long process until now a variety of biological development, and continue to develop during the process of change through variation of domesticated state; natural state variation; the struggle for existence; natural selection, and follow the rules and a series of process variation and then evolved into a rich colorful biological systems.Key words; molecular evolution, biological evolution, DNA molecular clock 关于生命起源与进化的讨论与完善历程，以及期间所发生的争论与不同学派的观点；起源应当追溯到与生命有关的元素及化学分子的起源.因而，生命的起源过程应当从宇宙形成之初、通过所谓的“大爆炸”产生了碳、氢、氧、氮、磷、硫等构成生命的主要元素谈起：大约在66亿年前，银河系内发生过一次大爆炸，其碎片和散漫物质经过长时间的凝集，大约在46亿年前形成了太阳系。作为太阳系一员的地球也在46亿年前形成了。接着，冰冷的星云物质释放出大量的引力势能，再转化为动能、热能，致使温度升高，加上地球内部元素的放射性热能也发生增温作用，故初期的地球呈熔融状态。高温的地球在旋转过程中其中的物质发生分异，重的元素下沉到中心凝聚为地核，较轻的物质构成地幔和地壳，逐渐出现了圈层结构。这个过程经过了漫长的时间，大约在38亿年前出现原始地壳，这个时间与多数月球表面的岩石年龄一致生命的起源与演化是和宇宙的起源与演化密切相关的。生命的构成元素如碳、氢、氧、氮、磷、硫等是来自“大爆炸”后元素的演化。资料表明前生物阶段的化学演化并不局限于地球，在宇宙空间中广泛地存在着化学演化的产物。在星际演化中，某些生物单分子，如氨基酸、嘌呤、嘧啶等可能形成于星际尘埃或凝聚的星云中，接着在星表面的一定条件下产生了象多肽、多聚核苷酸等生物高分子。通过若干前生物演化的过渡形式最终在地球上形成了最原始的生物系统，即具有原始细胞结构的生命。至此，生物学的演化开始，直到今天地球上产生了无数复杂的生命形式。 但在很长的时间内尚无较多的生物出现，一直到距今5.4亿年前的寒武纪，带壳的后生动物才大量出现。1、前寒武纪 太古宙是最古老的地史时期。从生物界看，这是原始生命出现及生物演化的初级阶段， 2、寒武纪 寒武纪（Cambrian period）是古生代的第一个纪,开始于距今5.4亿年，延续了4000万年。寒武纪是生物界第一次大发展的时期，当时出现了丰富多样且比较高级的海生无脊椎动物，保存了大量的化石，从而有可能研究当时生物界的状况，并能够利用生物地层学方法来划分和对比地层，进而研究有机界和无机界比较完整的发展历史。脊椎动物和海生藻类为主。无脊椎动物的许多高级门类如节肢动物、棘皮动物、软体动物、腕足动物、笔石动物等3、奥陶纪 奥陶纪（Ordovician period）是古生代的第二个纪，开始于距今5亿年，延续了6500万年。奥陶纪是地史上海侵最广泛的时期之一。在板块内部的地台区，海水广布，表现为滨海浅海相碳酸盐岩的普遍发育，奥陶纪的生物界较寒武纪更为繁盛，海生无脊椎动物空前发展，其中以笔石、三叶虫、鹦鹉螺类和腕足类最为重要，腔肠动物中的珊瑚、层孔虫，棘皮动物中的海林檎、海百合，节肢动物中的介形虫，苔藓动物等也开始大量出现。4、志留纪 笔石的时代，陆生植物和有颌类出现志留纪（Silurian period）是早古生代的最后一个纪。本纪始于距今4.35亿年，延续了2500万年。5、泥盆纪 鱼类的时代 泥盆纪（Devonian period）是晚古生代的第一个纪，开始于距今4.1亿年，延续了约5500万年。腕足类在泥盆纪发展迅速，志留纪开始出现的石燕贝目成为泥盆纪的重要化石。6、石炭纪 两栖动物的时代 石炭纪（Carboniferous period）开始于距今约3.55亿年至2.95亿年，延续了6000万年。石炭纪时陆地面积不断增加，陆生生物空前发展。当时气候温暖、湿润、沼泽遍布，大陆上出现了大规模的森林，给煤的形成创造了有利件。石炭纪又是地壳运动非常活跃的时期，因而古地理的面貌有着极大的变化。这个时期气候分异现象又十分明显7、二叠纪 重要的成煤期 二叠纪（Permian period）是古生代的最后一个纪，也是重要的成煤期。以上是基本的原始生物的演化过程除了生物本身进化外面还有分子进化理论分子进化，生物进化过程中生物大分子的演变现象。主要包括蛋白质分子的演变、核酸分子的演变和遗传密码的演变。分子进化的原则：三维机构原则；对于各种生物物种的每一个蛋白质，用每一个位点每年发生的氨基酸替换的次数为标准衡量分子进化的速率是大致恒定的，只要该分子的功能和三维结构保持不变；分子主次原则；功能上较次要的分子或分子的区域的进化速率(按突变替换数/每位点/每年计算)要比功能重要的分子或分子的部分的进化快。破坏力原则；对现存分子的结构或功能破坏较小的那些突变替换(即保守性替换)要比破坏力较大的突变替换的进化来得频繁。基因更新原则；基因复制总是在获得一个新功能之前就已发生关于生命起源的问题，很早就有各种不同的解释。在早期的研究中存在这样几种观点，介绍如下；（1）无生源论，又称自生论或自然发生说，认为生物可以随时由非生物产生，或者由另一些截然不同的物体产生。如中国古代所谓肉腐出虫，鱼枯生蠹、亚里士多德说的.有些鱼由淤泥及砂砾发育而成、中世纪有人认为树叶落入水中变成鱼，落在地上则变成鸟等。 （2）生源论，又称生生论，认为生物不能自然发生，只能由其亲代产生。17世纪意大利医生F.雷迪首先用实验证明腐肉不能自然生蛆，蛆是蝇产卵后孵化出来的。19世纪法国学者L.巴斯德证明：不但结构复杂的生物不能自然发生，就是结构简单的微生物也只能由亲代或其孢子产生。从此生生论就在科学界占了统治地位。但生生论并未解答最初的生命是怎样形成的。（3）宇宙胚种论，认为地球上最初的生物来自别的星球或宇宙的胚种，它们可以通过光压或陨石而到达地球1。此种看法在19世纪颇为流行，至今还有少数科学家坚持。例如，英国分子生物学家F.H.C.克里克等人，根据地球生物有统一的遗传密码以及稀有元素钼(Mo)在酶系中有特殊重要作用等事实，推测地球上一切生物都是由数十亿年前某富含钼的文明星球的胚种发展而来。又如英国天文学家F.霍伊尔根据某些细菌在高温、干燥或强辐射等条件下亦能生存的事实，也坚信宇宙胚种能通过种种恶劣环境而到达地球，并认为某些碳质球粒陨石实际含有焦化的细菌和孢子。宇宙胚种论目前还缺乏令人信服的证据；退一步说,此说即使能成立,也没有解决最早的胚种（生命）是怎样发生的问题。（4）化学进化论，主张从物质的运动变化规律来研究生命的起源【2】。认为在原始地球的条件下，无机物可以转变为有机物，有机物可以发展为生物大分子和多分子体系，直到最后出现原始的生命体。1924年苏联学者.奥帕林首先提出了这种看法；1929年英国学者J.B.S.霍尔丹也发表过类似的观点。他们都认为地球上的生命是由非生命物质经过长期演化而来的；这一过程被称为化学进化，以别于生物体出现以后的生物进化。1936年出版的奥帕林的地球上生命的起源一书，是世界上第一部全面论述生命起源问题的专著。他认为原始地球上无游离氧的还原性大气在短波紫外线等能源作用下能生成简单有机物（生物小分子），简单有机物可生成复杂有机物（生物大分子）并在原始海洋中形成多分子体系的团聚体，后者经过长期的演变和自然选择，终于出现了原始生命即原生体。化学进化论的实验证据越来越多，已为绝大多数科学家所接受。DNA分子钟分子钟 (英文：Molecular clock) 1962年，祖卡坎德尔和鲍林(在对比了来源于不同生物系统的同一血红蛋白分子的氨基酸排列顺序之后，发现其中的氨基酸随着时间的推移而以几乎一定的比例相互量换着，即氨基酸在单位时间以同样的速度进行置换。后来，许多学者对若干代表性蛋白质的分析，以及近年来又通过直接对比基因的碱基排列顺序，证实了分子进化速度的恒定性大致成立，并由中立说在理论上奠定了基础。这便是“分子钟”名称的由来；具体来说，由于用MtDNA的基因中的同义置换的频率来计算进化速度要比用核基因快7倍，于是MtDNA便成为测定分子进化速度的更方便更合理的“钟”。核DNA比作分子钟的短针（时钟），MtDNA则为长针（分钟），病毒的进化速度很快，被比喻为分子钟的秒针；随着时代的发展生物进化理论越来越完善现代的生物进化理论的基本要点论述如下；现代生物进化理论的主要内容基本观点：(1) 种群是生物生存和生物进化的基本单位，一个物种中的一个个体是不能长期生存的，物种长期生存的基本单位是种群。一个个体是不可能进化的，生物的进化是通过自然选择实现的，自然选择的对象不是个体而是一个群体。 理由如下。（1）就原核生物和无性繁殖的真核生物来说，来自同一亲本的无性繁殖系是由遗传上相同的个体组成的，同一克隆内的个体之间没有遗传差异，自然选择作用的是无性繁殖系。（2）对于有性生殖的生物来说，个体的基因型是终身不变的，无论它在自然选择中具有多大优势，其基因型也不可能一成不变地传给下一代个体，这是因为个体的基因组成来自父母双方。但是就一个种群来说，种群中全部基因的总和（基因库）却可以在传宗接代过程中维持相对稳定，因此，自然选择作用的是种群，本质上是种群基因库。也可以这样理解：种群中个体的基因来自种群基因库，个体死亡后又通过其后代把基因归还给基因库。如果一个个体不能与种群中其他个体交配产生后代，这个个体在进化上就没有意义。种群也是生物繁殖的基本单位，种群内的个体不是机械地集合在一起，而是彼此可以交配，并通过繁殖将各自的基因传递给后代。(2) 基因库和基因频率基因库是指一个种群中全部个体所含的全部基因。每个个体所含有的基因只是种群基因库中的一个组成部分。每个种群都有它独特的基因库，种群中的个体一代一代地死亡，但基因库却代代相传，并在传递过程中得到保持和发展。种群越大，基因库也越大，反之，种群越小基因库也越小。当种群变得很小时，就有可能失去遗传的多样性，从而失去了进化上的优势而逐渐被淘汰(3) 生物进化的原材料突变和基因重组，可遗传的变异是生物进化的原始材料，可遗传的变异主要来自基因突变、基因重组和染色体变异，在生物进化理论中，常将基因突变和染色体变异统称为突变；基因突变是指DNA分子结构的改变，即基因内部脱氧核苷酸的排列顺序发生改变。基因突变是普遍存在的。根据突变发生的条件可分为自然突变和诱发突变两类。不管在什么样的条件下发生突变，都是随机的，没有方向性。生物进化与物种的形成生物进化是同种生物的发展变化，时间可长可短，任何基因频率的改变，不论其变化的大小因其形状变化如何都属于变化的范围，物种形成是指一个物种发展为