第6讲-生命的进化生物登陆..ppt

生命的起源与进化之启示录第一讲生命的解读第二讲宇宙的诞生（137亿年前）第三讲地球的诞生与神奇（46亿年前）第四讲生命的起源（35亿年前）第五讲生命的进化,4、大地何时披上绿装?,第一次（加里东）造山运动结束（古生代志留纪末泥盆纪初），地球发生翻天覆地的变化，原为海底的地方崛起了高山和平原，原来平静的大型湖泊变得狭小，容易干涸，出现更多的大陆和沼泽。,随着沧桑巨变和水陆变迁，以及月亮引力的潮汐作用，很多水生生物可能周期性或经常性遭遇缺水，不能适应环境而灭绝。,困境之五水生生物如何应对缺水的环境,在泥盆纪之初，极少数水生生物从沼泽地带或海滩开始被迫登陆，一劳永逸。,是植物还是动物先登陆？,水生植物藻类：不需长途跋涉，水一退去即可“自动”登陆，不用挪动，由泡在水里转为站在陆地上生存。藻类登陆历经半水生（苔藓）和陆生（蕨类）二个阶段。,“兵马未动，粮草先行。”,植物登陆需具备哪些基本条件？,直立生长输送水分和营养防止水分蒸发繁殖,具有维管组织木质部：有管胞或导管，向上运输水分和无机盐；支撑植物直立生长。韧皮部：有筛胞或筛管，向下运输营养物质。,韧皮部,木质部,茎横切面,具有角质层和气孔：叶片表面的角质层可防止水分的过度蒸发。气孔帮助植物呼吸空气，调控水分和二氧化碳，以进行光合作用。,产生孢子（生殖细胞）和配子（成熟性细胞）：脱离水体后，采用孢子生殖，借助风力传播，减少对水的依赖。孢子萌发后形成配子（精子、卵），完成受精。,孢子叶和孢子囊,经过漫长而艰辛的登陆“演习”，在泥盆纪早期，藻类终于打破20亿年的水生习性，摆脱了水的束缚，成功登陆，经苔藓类进化为原始的蕨类植物裸蕨类。,莱尼蕨,光蕨,工蕨,裸蕨类：无根无叶（“茎状物”），非常矮小，有利于防止水分的蒸发。假茎：行光合作用；有管胞和筛胞，运输水分与营养物质；茎表有角质层和气孔，调节体内水分的蒸发。假根：固定和吸收作用。孢子：顶端生孢子囊。,裸蕨类成功登陆后，在温暖潮湿的泥盆纪早期开疆拓土，向沼泽湿地发展，原始大陆终于披上第一丝绿意。,“春风又绿江南岸，明月何时照我还”（王安石）,在泥盆纪晚期，古老大陆逐渐形成，沼泽遍布，气候继续干旱，裸蕨类最终走向衰亡，适应性更强的高等蕨类植物如石松类、楔叶类、真蕨类迅速兴起，一个崭新的绿色世界（原始沼泽森林）产生，大地从此披上绿装。,高40多米,直径2-3米,真蕨类：创造出真正的根、茎、叶和孢子等陆地生活不可缺少的器官。光合作用效率大增，产生维管束（由木质部和韧皮部组成），更有效地运输水分和营养物质，并起支撑作用。真蕨类离不开水，还不是真正的陆生植物。,4、大地何时披上绿装?,第二次（海西）造山运动（泥盆纪初至二叠纪末）导致地球再次沧桑巨变，大批蕨类植物被埋入地下，最终形成煤层。,石油：40年天然气：65年煤炭：250年,生物质能源：绿色植物通过叶绿素将太阳能转化为化学能、存储在生物质内部的能量。,蕨类植物的登陆和繁荣，出色地改造了地球的空气、水分、土壤。到泥盆纪大气含氧量已达现有水平（21%）。充足的氧气和食物，为海洋动物的登陆铺平了道路。可见，没有植物的登陆成功，就没有今天五彩缤纷的生命世界。,5、动物何时和如何登陆?,在陆地上行走：运动器官鳍被改造成五趾型足或附肢，同时产生粗壮的骨骼和发达的肌肉，从而支撑体重并完成运动。,动物登陆需具备哪些基本条件？,在空气中呼吸：鱼类等水生动物用鳃呼吸。由于空气中氧含量是水中的20多倍，动物登陆后改为气管或肺呼吸。,减少水分散失：皮肤的最外面为角质层，由数层角化细胞组成，含有角蛋白，可防止体内水分蒸发。膀胱或肾可浓缩尿液，重吸收水分。,志留纪末，为了摆脱缺水环境，一些节肢动物产生气管，直接呼吸空气中的氧气；体表产生几丁质外壳，以保持体内水分，支撑身体。当水体干枯时，利用附肢和分节的身体在泥泞中艰难爬行，寻找较潮湿的地方，从而率先登陆，并向空中发展，演化成为昆虫。,最先登陆的动物很可能是昆虫。,经过漫长的进化，昆虫体躯分化出头、胸和腹，常具2对翅、3对足。,蝴蝶兰蝴蝶飞蛾,苍蝇蚊子蜻蜓,最早登陆的昆虫没有翅膀，生活在沼泽森林中。在爬上树木觅食时，为避免被风刮落摔死，或被敌害捕杀，一些昆虫胸部背面角质膜向两侧突起，可作滑翔运动，逐步演变成原始翅膀。之后，朝身体小型化（蜻蜓类）或翅膀能折叠（新翅类）方向进化。,昆虫为什么会形成翅膀呢？,除了基本的飞行功能外，美丽鲜艳的昆虫翅膀可用来保护虫卵、当作音乐器具、用于伪装、警告对手、吸引异性，等等，可谓五花八门，隐藏着太多的秘密。,昆虫在进化过程中形成了极其精确和完善的生存机制，具有许多特殊本领，可用于仿生学。,苍蝇：后翅退化为平衡棒，是“天然导航仪”。据此仿制的“振动陀螺仪”已用在火箭和飞机上，实现无人驾驶。眼睛是由3000多只小眼组成的复眼，可看到几乎360范围的物体。仿制的“蝇眼照相机”一次能拍摄上千张相同的相片，用于印刷制版等。,蜻蜓：翅膀前缘的上方有一块深色的角质加厚区-翼眼或翅痣，可消除颤振的危害。,飞机飞行时，机翼会发生有害的振动。飞行越快，颤振越强，甚至使机翼折断而坠落（气体动力学颤振现象）。在机翼前缘的远端安放平衡重锤，即可消除有害的振动。,蜻蜒仅靠两对翅膀不停地拍打飞行，据此研制出直升飞机。,蝴蝶：翅膀为有色鳞片，有惟妙惟肖的保护色，在阳光下时而金黄，时而翠绿，时而由紫变蓝，在花丛中不易被发现，据此可在军事设施上覆盖蝴蝶花纹般的伪装，生产出迷彩服。,“儿童急走追黄蝶，飞入菜花无处寻”（杨万里）,“蝴蝶效应”：“一只南美洲亚马逊河流域热带雨林中的蝴蝶，偶尔扇动几下翅膀，可能在两周后引起美国德克萨斯州的一场飓风”。在一个动力系统中，初始条件下微小的变化能带动整个系统长期的巨大的连锁反应。作为个体的人，我们的行为无时无刻不在影响他人与世界。,“君子慎始，差若毫厘，缪以千里”易经,到了寒冷的冬天，听不到蟋蟀的歌唱，看不到蜻蜓、蝴蝶在空中翩翩飞舞，也看不到蚂蚁在地面上奔忙，大自然显得格外寂静。在这天寒地冻的季节里，昆虫去了哪里？,为什么昆虫需要冬眠？,昆虫为变温动物，体温随环境温度的改变而变化。为此，不同的昆虫采用不同的方式（卵、幼虫、蛹或成虫）休眠而越冬。,早期昆虫像水生节肢动物一样，大都经过卵、幼虫（水生稚虫、陆生若虫）和成虫三个阶段，称之为不完全变态，如蜻蜓、蟋蟀、蝗虫。,金蝉脱壳,从石炭纪末至二叠纪，第二次造山运动造成气候由温暖潮湿变得寒冷干燥。为了渡过恶劣的环境，不少昆虫如蝶、蛾、蜂、蚊等在幼虫期与成虫期之间产生蛹，称之为完全变态。,破茧（蛹）化（成）蝶,“人生如春蚕，作茧自缠裹；一朝眉羽成，钻破亦在我”（陆游）,“相见时难别亦难，东风无力百花残。春蚕到死丝方尽，蜡炬成灰泪始干。”（李商隐）,只追求成长，不追求成功，让成功成为成长的必然结果，这就是通往成功的最正确的道路。,我们都见过飞舞的蝴蝶，在展翅飞翔的那一刻，它是如此美丽。但是，请别忘了，在美丽的背后，它曾经有过毛毛虫笨拙的爬行、织丝成茧的辛劳、黑暗之中的等待，以及破茧化蝶的痛苦。,昆虫：由于具有气管、翅膀和变态发育行为，在石炭纪迅速发展和繁盛，种类多，分布广。之后，成为“花之媒人”，大力促进了有花植物的繁荣，使大地更加生机盎然。,飞蛾扑火：飞行方向与光源（“月光”）保持一定角度，因此，飞行过程中要不断变化角度，半径逐渐缩小，轨迹也逐渐靠近光源，好像蚊香的形状，最后接触光源，并非径直扑向光源的。,冬虫夏草：蝙蝠蛾幼虫被霉菌感染后，尸体组织与菌丝结成坚硬的假菌核，在冬季干燥土壤内保持虫形不变达数月之久（冬虫），待夏季温湿适宜时，霉菌菌丝开始生长，棒状子实体露出地面，外观象一根小草（夏草）。,泥盆纪中晚期至二叠纪末，陆地面积继续扩大，气候进一步干旱，有些汪洋大海、巨川大河变成河湖池沼，甚至干涸见底。,泥盆纪早期,石炭纪晚期,刚登陆不久的蕨类植物又大多长在水边，残枝败叶落入水中，腐烂发臭，大量消耗水中的氧气。那些一贯凭借鳃和鳍在水中生活的鱼类，不是因搁浅就是因缺氧而死亡。,面对恶劣的水环境，总鳍鱼不得不抛弃水生生活方式，改腮呼吸为肺呼吸，直接呼吸空气中的氧气以度过难关；胸鳍和腹鳍发展为有坚硬骨块的四肢，支撑体重在陆地上艰难地爬行，终于成功登陆。,总鳍鱼登陆成功后，开始脱离水域向陆地进发，产生新的物种两栖动物，如大鲵（娃娃鱼）、蛙类和蟾蜍，能在水中用鳃呼吸，在陆地上用肺呼吸，有五趾型足部。,鱼石螈：是最早的两栖动物，是陆生脊椎动物的鼻祖。鱼石螈没有胸腹鳍，但有相当粗大的腿和足趾。,蛙类：受精、产卵和孵化必须在水中进行，幼体蝌蚪用鳃呼吸，没有四肢，靠尾巴游泳，类似于鱼。经变态发育后，鳃和