生物对环境的适应--进化生物学研究的核心

生物对环境的适应-进化生物学研究的核心 摘要:本文解释了生物对环境的适应性以及生物进化学说，并进一步揭示了二者的联系，进而得出“生物对环境的适应是进化生物学研究的核心”这一结论。 关键词： 生物、环境、适应、进化生物对环境的适应-进化生物学研究的核心 课后老师布置了作业，题目为“为什么说生物对环境的适应是进化生物学研究的核心问题？”对于这个问题，我们首先应该先明白什么是生物进化和生物对环境的适应，在理解者两个概念的基础上找出它们之间的联系，进而回答出这个问题。那什么是生物进化呢？ 生物进化是指一切生命形态发生、发展的演变过程。古代人们在生产实践中，积累了关于生物的形态、构造和生活习性的知识，注意到生物机体的变化以及生物与环境的关系，逐步形成了最早的生物进化思想。古希腊的亚里士多德提出生物等级即生物阶梯的观念,认为自然界所有生物形成一个连续的系列,即从植物一直到人逐渐变得完善起来的直线系列。中国战国时期汇集的尔雅一书记载了生物类型的变化；汉初的淮南子一书，不仅对动植物作了初步分类，而且提出各类生物是由其原始类型发展而来的。 近代科学诞生以前，进化思想发展缓慢，当时广为流行的是神创论和物种不变论。直到 1859年C.R.达尔文发表物种起源一书，该书论证了地球上现存的生物都由共同祖先发展而来，它们之间有亲缘关系，并提出自然选择学说以说明进化的原因，从而创立了科学的进化理论，揭示了生物发展的历史规律，而其中渐进进化是达尔文进化论的一个最基本概念。达尔文认为，在生存斗争中，由适应的变异逐渐积累就会发展为显著的变异而导致新种的形成。因为“自然选择只能通过累积轻微的、连续的、有益的变异而发生作用，所以不能产生巨大的或突然的变化，它只能通过短且慢的步骤发生作用”。但对于这一学说，至今人们还是存在着很大的争议 。 物种起源之后，生物进化领域有了飞速的发展。19世纪80年代，以A.魏斯曼为代表的新达尔文主义,把种质论和自然选择学说相结合,丰富了达尔文的进化理论。20世纪30年代，综合进化论综合了细胞遗传学、群体遗传学以及古生物学等学科的成就，进一步发展了以自然选择为核心的进化理论。60年代末，日本学者木村资生等人提出中性学说，又在分子水平上揭示了进化的某些特征，补充、丰富了进化论。 现代进化论坚持达尔文的渐变论思想和自然选择的创造性作用,强调进化是群体在长时期的遗传上的变化,认为通过突变（基因突变和染色体畸变）或遗传重组、选择、漂变、迁移和隔离等因素的作用，整个群体的基因组成就会发生变化，造成生殖隔离，演变为不同物种。20世纪70年代以来，一些古生物学者根据化石记录中显示出的进化间隙,提出间断平衡学说,代替传统的渐进观点。他们认为物种长期处于变化很小的静态平衡状态，由于某种原因，这种平衡会突然被打断，在较短时间内迅速成为新种。这就是进化学说的发展过程。 进化论指出地球上的生命，从最原始的无细胞结构生物进化为有细胞结构的原核生物，从原核生物进化为真核单细胞生物，然后按照不同方向发展，出现了真菌界、植物界和动物界。植物界从藻类到裸蕨植物再到蕨类植物、裸子植物，最后出现了被子植物。动物界从原始鞭毛虫到多细胞动物，从原始多细胞动物到出现脊索动物，进而演化出高等脊索动物脊椎动物。脊椎动物中的鱼类又演化到两栖类再到爬行类，从中分化出哺乳类和鸟类，哺乳类中的一支进一步发展为高等智慧生物，又进化成人类。 生物进化的道路是曲折的，表现出种种特殊的复杂情况。除进步性发展外，生物界中还存在特化和退化现象。特化不同于全面的生物学的完善化，它是生物对某种环境条件的特异适应。这种进化方向有利于一个方面的发展却减少了其他方面的适应性，如马由多趾演变为适于奔跑的单蹄。当环境条件变化时，高度特化的生物类型往往由于不能适应而灭绝，如爱尔兰鹿，由于过分发达的角对生存弊多利少，以至终于灭绝。对寄生或固着生活方式的适应，也可使机体某些器官和生理功能趋向退化。如有一种深海寄生鱼，雄体寄生在雌体上，雄体消化器官退化，唯有精巢特别膨大，以保证种族繁衍。生物的进化既包含有缓慢的渐进，也包含有急剧的跃进；既是连续的，又是间断的。整个进化过程表现为渐进与跃进、连续与间断的辩证统一生物进化论作为一个科学的观点，必然不是主观臆断，而是有实例来论证其正确，下面我们来看看几个例子1. 会走路的鱼 鱼足动物化石Tiktaalik roseae Tiktaalik复原图古生物学家2006年发现长3米有鳍的鱼化石，名为“提克塔利克（Tiktaalik，意思是体积较大的浅水鱼）”。它大概起源于3.75亿年前，可以被看作鱼类和最早的陆地脊椎动物之间一个被遗失的进化分支。这块化石是在加拿大北部的埃尔斯米尔岛上发现的。”“提克塔利克”结合了鱼与四足动物的特点，表面看起来，它像鱼，长着非常原始的颌骨和鱼鳍；但是仔细观察后会发现，它更像鳄鱼，身形扁平，身长约1.25米到2.75米，脑袋长20厘米，而且会转动。其独特的头部特征为脊椎动物在陆地上生活铺平了道路。然而，它又是嘴里长着尖锐牙齿的食肉动物，头骨、脖子、脊椎和肋骨与早期的陆地四足动物十分相似。不仅如此，“提克塔利克”的胸鳍还进化出了前肢的样子，不仅出现了肩膀、臂肘，还出现了关节。它被认为是鱼演化为两栖动物的重要过渡型动物，两栖动物是最早登上陆地的脊椎动物。带领此次研究的芝加哥大学生物学教授尼尔舒宾表示，它的胸鳍已经开始慢慢向前肢转变，显示出最早期陆地生物的特征。它可能有时会离开水面，爬上陆地。无论是水中的鱼，还是陆地上的昆虫，观察它的头骨，你会发现，这些东西它可能都吃。2三尖叉齿兽：即将涌现的哺乳动物三尖叉齿兽（Thrinaxodon）化石 三尖叉齿兽（Thrinaxodon）复原图三尖叉齿兽（学名Thrinaxodon）是种犬齿兽类，体型跟今天猫差不多，身披鳞片，下蛋。其化石发现于三叠纪晚期的南非岩层，骨骼具爬虫类的多项特征，除了牙齿具有典型哺乳动物的特征，如犬齿，臼齿，与门齿。它的遗骸显示这种生物比其单孔亚纲的祖先更像哺乳类。它拥有相当大的头骨且上面有洞，显示它们可能有胡须，同理，身体也应覆盖着皮毛，这是哺乳动物的另一项特征。此外，它的胸膛与后背可能以横隔膜分开，可让三尖叉齿兽比它们的祖先呼吸更有效率。三尖叉齿兽几乎是哺乳动物和爬行动物之间的完美过渡，在揭示哺乳动物的进化方面具有重要作用。 生物进化论最为一个科学观点，还可以根据已经发现的生物化石推测出尚未发现的物种化石。下面就是一个很好的例子。3Amphistium：半道上的比目鱼Amphistium比目鱼化石 Amphistium比目鱼复原图比目鱼总是被看成异类，尽管未成年比目鱼的眼睛在头的两侧，但它们在成年过程中，一只眼睛会在头骨周围逐渐移动，直至两只眼睛处于头的同一侧。一些进化生物学家，包括达尔文，都认为比目鱼的这一特征是通过多代的进化逐渐出现的。而要证明这一点，最为关键的一环就是处于进化中间阶段的比目鱼，这就需要找到眼睛部分偏移的比目鱼化石。然而，到目前为止，科学家一直没有发现这样的化石记录证据。这一点可谓神创论者和“突然跳跃式”进化论者的“把柄”和“救命稻草”，让达尔文等人挠头不已。不过，这一切因为比目鱼化石的发现而画上了句号。新发现的过渡性鱼化石“Amphistium paradoxum”和“Heteronectes chaneti”表明这些大约5千万年前的怪鱼潜伏在欧洲的浅暗礁中，它的一只眼在头顶上另一只眼在侧面。这种鱼酷似现代的比目鱼类，如鳎、鲽和大比目鱼，它们的两只眼睛都长在一边脑袋上，呈现不对称的面部特征，从而能让它们伪装性平躺在海底上，等待猎物自投罗网。科学家表示，新的发现介于现代比目鱼和其它鱼类的中间阶段，这些化石表明现有比目鱼的不对称面目是自然逐渐进化的结果。此发现严厉地反驳了创造主义者所说的比目鱼不是逐渐进化的产物。 那什么是生物对环境的适应？简单的说，就是在自然选择的过程中，生物为了生存以及繁衍，会逐步适应周边的环境，那些无法适应环境的生物，就会在长期的自然选择中消亡。同时生物对环境也有着影响，这就是它们之间的相互作用。虽然生物对环境的适应是多种多样的，但究其根本，都是由遗传物质决定的。适应之所以具有相对性是由于遗传基础的稳定性和环境条件的变化相互作用的结果。 适应的相对性还表现在它是一种暂时的现象，而不是永久性的。当环境条件出现较大的变化时，适应就变成了不适应，有时还成为有害的甚至致死的因素。生物对环境的适应既有普遍性，又有相对性。我们知道，生物都生活在非常复杂的环境中，时刻受到环境中各种生态因素的影响。生物只有适应环境才能生存繁衍，也就是说，自然界中的每种生物对环境都有一定的适应性，否则早就被淘汰了，这就是适应的普遍性。但是，每种生物对环境的适应都不是绝对的、完全的适应，只是一定程度上的适应，环境条件的不断变化对生物的适应性有很大的影响作用，这就是适应的相对性。生活在雪地的老鼠毛色为白色，是一种保护色，不易被其他动物发现，这对它躲避天敌动物的捕食十分有利，这是对环境的一种适应现象。如果降雪推迟，白色鼠反而易被天敌发现而遭捕食，体现了生物对环境的适应具有相对性。根据达尔文自然选择学说可以推知，随着降雪天数的增加，白色鼠的生存环境优越，有利于繁殖而数量会越来越多。如果降雪天数减少，白色鼠在生活中就会失去保护色的保护作用而遭大量被捕食，数量会下降，这种变化的环境对老鼠体色起到了自然选择的作用，即适者生存，不适者被淘汰。每一种生物都是与其生存的环境相适应的。这样的例子有很多，如叶子秋天要掉 ，减少水分的蒸发，有利于度过严寒的冬天；鸟过冬南飞 ，动物冬眠等等也都是冬天对他们的选择 ；流感病毒的变异 ，对药物的抗药性也大大增强；金龟子具有与环境相似的体色，竹节虫具有与树枝相似的体态， 天空中飞翔的鸟儿，有翅膀，骨薄而坚固，胸肌发达，有气囊辅助呼吸，这些都是生物对环境适应性的表现。毛土黄色，耳扩长，后腿发达，爪发达。适于在草地奔跑，便于躲藏，洞穴生活。体色与环境色彩一致 便于隐藏捕食像这样的例子还有很多：北极熊在白色的北极生活,为了保护自己和掩护自己的捕猎行动,久而久之,就变成了白毛；变色龙的随环境变色 ，免受天敌的攻击；哺乳动物鲸鱼，在水中呼吸；螃蟹壳，保护自己； 长颈鹿的脖子，长脖子才能吃到树叶等等，都是对环境的适应。体形：流线型 体表：光滑身体结构：有适宜水中生活的呼吸、觅食、运动等器官生物与环境是一个不可分割的整体，在生物与环境的相互作用的漫长过程中，环境在不断改变；生物也在不断进化。生物与环境的相互作用造成了