进化生物学绪论ppt课件

.,第一章绪论,.,一、进化、生物进化与进化生物学,（一）广义进化,进化就是事物的发展变化。,研究生物进化的过程、原因、机制、速率和方向以及物种的形成和绝灭、系统发生以及适应的起源等的科学。它的基本理论就是进化论。,（二）生物进化,研究生物进化的过程、原因、机制、速率和方向以及物种的形成和绝灭、系统发生以及适应的起源等的科学。它的基本理论就是进化论。,（三）进化生物学,.,.,二、生物进化研究的发展过程,（一）先古时期距今2000多年前,西方，古希腊的很多哲学家认为自然界是变化的。亚里士多德对动物的解剖有细微的描述，并认为自然界的发生是由低等到高等，是连续的变化。以上主要是哲学观点，过于抽象了。中国，周易、老子、庄子等也认为自然界均处于变化中。老子、庄子的“道”。太神秘化了。,.,（二）欧洲中世纪时期1800多年前,1.神创论盛行依据圣经，认为世间万物皆由上帝创造。两个教条：物种不变论及对环境适应的“目的论”。此时期，古希腊的观点也被教条化。,2.文艺复兴科学逐渐开始发展，物理学等学科的发展也推动了生物学的研究，如显微镜的发明和细胞的发现等。这些为进化论的产生打下了物质基础。,.,（三）进化论的先驱达尔文之前,1.奈林（瑞典）,发明双名制生物命名法则；但他却相信每一个物种都是上帝分别逐个创造的。,枯草芽孢杆菌BacillussubtilisCohn,学名=属名+种名+命名人,2.布丰（法国）,在研究中察觉到生物进化现象并进行了描述，但没有勇气承认并作出结论。,.,发现不同时代的地层里含有不同的化石，地层越古老，化石也就越原始、越简单。提出了“灾变”学说。,3.居维叶（法国）,发表地质学原理，阐述了“渐变”学说，即渐变可以随时间积累而变的显著。同时，古生物化石的研究也被引入了地质学，为进化理论提供了基础,4.莱伊尔（英国）,.,5.艾拉斯姆达尔文（英国）,达尔文的祖父，坚定的进化论者在“动物生物学或生命法则”一书中提出物种可变、同祖观点和获得性遗传观点。,6.拉马克（法国）,1809年发表动物学的哲学，其中提出了完整的进化理论。主要观点：（1）传衍论和自然发生论（2）进化等级论（动力在生物内部）（3）“用进废退”和“获得性遗传”。,.,拉马克的获得性遗传,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质，可以通过繁殖遗传给后代。,.,（四）达尔文的进化理论,达尔文（CharlesRobertDarwin，1809-1882），英国人。先后就读于爱丁堡大学和剑桥大学，学医学和神学。曾准备做牧师。,1.达尔文生平及物种起源理论的形成过程,1831年12月，达尔文搭“贝格尔”号开始5年的环球之旅。1836年10月回到英国。1837-1838年，开始撰写进化笔记。1838年10月，看马尔萨斯人口论而悟到“自然选择、生存斗争、适者生存”。1838-1858年间，完善其进化理论。1858年与华莱士同时发表进化理论。1859年出版物种起源。以后陆续发表其他著作。,.,.,物种起源中主要的进化观点A，地球上的生物同祖并传衍B，获得性遗传及用进废退C，变异与遗传D，自然选择、生存斗争和适者生存。E，性状分歧、物种形成及系统树F，渐变与线性进化的观点（与环境的渐变相对应),2.达尔文进化理论的主要内容,推翻了“神创论”,.,（五）达尔文以后进化理论发展,1.新达尔文主义,19世纪末20世纪初基于细胞遗传学研究而形成。包括：魏斯曼的“种质说”提佛里斯的“突变论”约翰生的“纯系学说”主要内容：强调自然选择的作用，认识到生物体内遗传物质的存在与变异，把遗传变异与自然选择、适者生存结合起来。排除了达尔文理论中环境直接作用及获得性遗传等观点。1896年，罗马尼斯将此观点称为：新达尔文主义。是一个过渡的达尔文进化理论。,.,以杜布赞斯基在1937年出版的遗传学和物种起源为标志，是现代达尔文主义的理论基础。基本内容：（1）自然选择决定进化方向；突变经选择才可能形成适应。（2）种群是生物进化的基本单位；进化的实质是种群内基因频率和基因型频率的改变，并由此引起生物表型及种群的改变。（3）突变、选择、隔离是物种形成和进化的主要机制。这个理论综合了遗传学家、生物系统学家、古生物学家等多方面的研究。因此，赫胥黎（1942）称之为“现代综合论”。,2.现代综合进化论，也称综合达尔文主义,.,3.生物进化的证据,（1）古生物学证据古生物学是研究各地质时期不同地层的古代生物遗体和遗迹的科学。通过古生物学研究可以了解生物在悠长的地质年代中的发展历史，了解生物与环境变迁的相互关系。古生物学的材料，是直接论述生物进化的最可靠的证据。,化石记录,古生物,.,地质历史及其中的化石记录雄辩地证明，生物是进化的，复杂的生物是从简单的生物进化来的，陆生生物是从水生生物进化来的。环境的演变促进了生物类群的进化。如泥盆纪后由于气候分带，刚登陆的植物逐渐向内陆深透，植物地理分区也逐渐明显。生物的进化是渐进的。始祖鸟，种子蕨。,.,（2）生物地理学证据,生物地理学是研究物种地理分布的科学。正是生物地理学最早为Darwin提出的物种形成和生物进化提供了证据。,例：各种有袋哺乳动物如袋鼠仅仅居住在澳大利亚，而澳大利亚胎生哺乳动物非常稀少。,生物种群的进化一方面受环境选择的作用，另一方面在一定的区系内进行。,.,比较解剖学：是用比较的方法研究各种不同生物的器官位置、结构及其起源的科学。(对不同种群生物的个体解剖结构进行比较),（3）比较解剖学证据,科学家们发现，在一些不同种群生物中，某些器官即使行使不同功能，它们在解剖结构上也具有相同或相似性，反映出这些生物之间具有亲缘关系和从某一个共同祖先进化过来的轨迹。这些具有共同来源的结构称为同源结构。,.,同源器官。进化上来源相同，构造和部位相似而形态功能上有显著差异的器官。如鸟翼、鲸鳍、马前肢、人上肢。同功器官。形态和功能相似，而来源和构造不同的器官。如鸟、蝙蝠和昆虫的翅膀。,.,痕迹器官。指生物体内保存了对机体作用已经不大，祖先身上曾经发达的器官的痕迹。如人体内的动耳肌、阑尾、体毛和尾椎骨，仙人掌退化的叶，禾本科等退化的花被等。返祖现象是指有的生物体偶然出现了祖先的某些性状的遗传现象。例如，双翅目昆虫后翅一般已退化为平衡棒，但偶然会出现有两对翅的个体。拟态现象。是指一种生物模仿另一种生物的形态的现象。如无毒蛇模拟有毒蛇的外形。,.,4.胚胎学证据,即不同生物胚胎发育过程的变化研究。揭示了一些不同生物是由同一祖先进化而来的事实。重演律(生物发生律)：生物发展史可分为两个相互密切联系的部分，即个体发育和系统发育，也就是个体的发育历史和由同一起源所产生的生物群的发展历史。个体发育史是系统发育史的简单而迅速的重演。反映了生物个体的发育再现了系统发育所经过的部分主要阶段,.,亲源关系相近的生物在它们发育过程中有相似的发育阶段。例如，所有脊椎动物在其早期发育的胚胎阶段都出现了尾巴和鳃囊。这些说明，人类是从曾经有尾和有鳃的祖先进化来的。（重演）,几种动物胚胎发育时期的比较,.,5.分子生物学证据,遗传密码的通用性说明，自然界所有生命形式都是相互关联的。,亲源关系近的生物，其DNA或蛋白质有更多相同性。反之亦然。利用分子生物学技术对不同生物同种蛋白的氨基酸序列分析是一种分析和判断生物之间亲源关系和进化顺序的先进手段。除了蛋白质氨基酸序列的分析外，DNA同源序列分析和DNA多态性分析等也已成为判断生物之间亲源关系和进化顺序的常用手段。,.,例：人类与其他几种脊椎动物血红蛋白多肽链的氨基酸序列差别,.,近70年来，从DNA双螺旋结构的发现，到人类基因组的测序完成，生物学发生了翻天覆地的变化，也积累了丰富的资料。如何用新知识去完善综合进化理论，是生物科学目前面临的重大课题。,（五）达尔文进化论目前面临的问题,目前达尔文进化理论正面临第三次大修正。起因来自于分子生物学和古生物学的发展。,.,面临的主要问题：1.古生物学研究发现，大进化过程存在“快速进化”和进化停滞现象（间断平衡）。2.分子生物学研究发现，很多蛋白质的积累突变是中性的。3.生物大的集群绝灭现象及“新灾变论”的兴起。4.遗传系统的自主进化功能。5.如何从基因和发育的角度去理解生物进化？6.如何充分利用比较基因组学的资料于进化理论的研究？,.,人工选择与自然选择,.,三、进化生物学的研究内容,一些追根究底的、发人深省的问题：“生命从何而来？”“为什么生物界如此多种多样？”“为什么一种生物与另一种生物相似或相异？”“为什么这种生物的结构是这样而不是那样？”“为什么生物都适应于它们生存的环境？”,.,（1）由事实归纳的规律：如中性进化理论、间断平衡理论等。（2）演绎的理论与推理：如自然选择学说，现代综合进化论。人们往往混淆这两方面。,1.生物进化现象的观察、整理、归纳与分析,2.生物进化理论的建立与完善,涉及古生物学、群体遗传学、动物学、植物学、微生物学、生态学、分子生物学等多个领域。,.,1.生物进化理论建立对生物学的发展有巨大的推动作用迈尔：进化论是生物学最大的统一理论。杜布赞斯基：没有进化论，就不会有现代生物学。2.研究生物进化的意义（1）了解生命起源及演化的历程，了解生物间的亲缘关系（2）揭示生物进化的规律，说明生物演化的过程3.学习进化生物学的意义可以从更广泛的角度，更深刻的理解具体的生命现象。,四、研究及学习进化生物学的意义,.,(1)生物与环境的统一-生存之道,捕虫草的生存,.,(2)结构与功能的统一-应对之法,壁虎如何飞檐走壁,.,(3)微观与宏观的统一-内外相通,胎儿如何获得氧气,.,1)具有共同的遗传物质,使用同一套遗传蜜码;2)具有相似的转录机制,从DNA拷贝RNA;3)具有类似的翻译系统解读遗传信息;4)具有几乎完全相同的基础代谢路线;5)细胞的组成极其相似;6)处在同一进化阶梯的生物具有相同的解剖学结构,它们起源于同一祖先;7)不同的生物处在同一生命之树的不同分枝,有一个共同的远祖。,当我们在同一水平比较不同生物的差异时就会发现,随着人们的视野从宏观水平向微观水平推进,不同生物之间的差异将变得越来越少,相似性则越来越多。,.,(4)进化与保守的统一-进退适宜,鸡爪与鸭掌,.,人类的眼睛存在重大的“设计”错误,结构不合理。,.,1.因果分析方法（1）从低层次结构去分析高层次结构形成及变化的原因，如：基因分析个体发育；种群变化分析科的进化等。（2）按时间顺序分析生物进化的因果关系，如：不同地层的化石研究。2.比较分析方法如比较解剖学、比较基因组学等，通过比较结构的相似程度以推断类群间的亲缘关系，并建立进化谱系；还可确定大致的分化时间（分子钟，与化石研究相结合）。相似原则,五、进化生物学的主要研究方法,.,3.自然历史资料的收集与分析（1）生物化石（2）与生物活动有关的沉积物（3）沉积物中的生物痕迹（如DNA）（4）地层的同位素分析（确定形成的时间）,4.自然进化过程的观察与分析（1）特殊环境下的快速进化（昆虫-DDT，细菌-抗生素，超级细菌）（2）快速的适应辐射（加拉帕戈斯岛的鸣雀）（3）环境的急剧变化引起的种群的快速变化（英国曼彻斯特地区的白桦蛾）,.,（1）群体遗传实验（2）进化模拟实验自然界进化过程的模拟验证性模拟计算机模拟（3）细菌进化研究,5.进化的实验研究,.,40,我国科研人员培育的“超级水稻”在产量和蛋白质含量方面均优于寻常品种,六、生命与进化离我们并不遥远,.,41,80年代，在美国发现第一例艾滋病，至今美国已有106感染者。洛杉矶湖人队一著名球星，1991年被查出HIV病毒阳性。更为严重的是，许多婴幼儿天生带有艾滋病毒。恶性肿瘤、心脑血管、糖尿病成为健康三大杀手！,.,42,矿物能源（石油、煤）枯竭，油价飞涨。生物能源为开发热点，一个直径20米的水池年产4吨藻类，加工后可得相当于3000升柴油的燃料。1英亩三角大戟可生产相当于50吨石油的燃料。,生长在淡水和海水中的一种硅藻,.,43,断肢再生的老鼠,2005年8月美国报道了一项激动人心的研究成果：再生能力超强的“奇迹老鼠”能重新长出心脏、脚趾、关节以及尾巴等“身上几乎所有肢体和器官”，惟一无法再生的器