第3章-生物进化的证据

第3章

生物进化的证据Chapter3古生物学(化石、现生生物的相似性与差异)胚胎学比较解剖学生物地理学生理学生物化学与分子生物学证据(不同物种类别间在各个层面上的相似性与差异)第一节古生物学的证据3.1化石3.1.1化石的概念地球上生物进化的历史是错综复杂的化石(fossil)：是指经过自然界的作用，保存于地层中的古生物遗体、遗物和它们的生活遗迹。古生物学的研究对象是化石。古生物学给生物进化提供了直接证据(化石)。(图3-1化石犰狳骨骼(A)和现代犰狳骨骼(B),P35)化石大多是生物体的坚硬部分；如动物的骨骼、贝壳，植物的茎、叶等。也有少量是指未经改变的完整的古生物遗体，如冻土中的猛犸、琥珀中的昆虫等。猛犸菊石(古生代的一种软体动物)菊石3.1.2化石的形成化石的形成:偶然事件(小概率)1.生物死亡的数量2.生物组织的坚硬强度3.生物尸体掩埋的速度4.石化的程度和快慢黄河剑齿象硅化木硅化木3.1.3化石的分类：按保存的特点分类1.遗体化石：保存在岩层里的古生物物体本身。猛犸象琥珀中的蚊子2.模铸化石：生物体在底层或围岩中留下的各种印模和复铸物。印痕化石(impressionfossil)印模化石(modelfossil)印痕化石：是生物遗体(主要是软体部分)陷落在底层，而其遗体则往往遭到破坏—分解、腐烂。但印痕上却保留下该生物体的主要特征。恐龙皮肤印痕叶子化石印模化石：外模和内模两种。

外模：是古生物遗体坚硬的部分(例如贝壳)最初完整地保留在围岩，后来被地下水溶解，留下一个空洞，能在空洞的四壁留下了该生物的外形；

内模：是壳体的内部模样的印痕壳菜—一种双壳类3.遗物化石：古代动物的粪便、卵（蛋）以及人类祖先使用的工具等。恐龙蛋化石旧石器4.遗迹化石：保留在岩层中的古生物生活时的活动痕迹。恐龙脚印按化石的大小进行分类大化石微体化石：用显微镜才能观察到的一类微小化石超微化石：用电子显微镜才能观察到的一类特别微小化石。a-g为不同的种类，h为放射虫表壁结构，放大800倍扫描电子显微镜3.2地质年代(geologicage)3.2.1地质年代的概念地质年代：是指地壳上不同时代的岩石、地层在形成过程中的时间(年龄)和顺序。根据地层学和古生物学的方法把地质史划分为：太古宙、元古宙、显生宙。显生宙包括古生代、中生代、新生代。“代”下面再分若干“纪”，“纪”下面再分为“世”，“世”下面再分“期”。即：代----纪----世----期地球历史钟太古宙元古宙显生宙3.2.2地质年代的测定放射测定法古地磁法氨基酸外消旋法热释光法电子回旋共振法(ESR)相对年代测定法放射测定法同位素衰变

放射性同位素以自己恒定的速度进行衰变，并且这个速度不受环境条件（温度和压力）的影响。各种同位素的衰变速度都用半衰期(half-life)来表示，半衰期是指一个样品中放射性同位素原子衰变一半所需要的时间。同位素衰变半衰期适用范围

87铷－87锶490亿年1亿年

232釷－208铅140亿年2亿年

238铀－206铅45亿年1亿年

40钾－

40氩

13亿年

1亿年

235铀－207铅7亿年10万年

14碳－14氮5730年6万年根据238铀和206铅的比例，就可以计算出岩石和化石的年龄。3.3古生物学与生物进化古生物学：是研究地质历史时期生物的形态、构造、分类、生态、分布、演化等规律的科学。古生物学为生物进化提供了丰富的证据。太古宙和元古宙(前寒武纪)太古宙：距今约32亿年。单细胞细菌化石。元古宙：距今约19亿年前，蓝藻的时代。典型化石为细菌和丝状蓝藻。原始细菌及兰绿藻古生代(PaleozoicEra)距今2亿7千万年到6亿年前。出现大量动物化石。古生代中期以鱼类为最繁盛，晚期两栖类繁盛。三叶虫手棘鱼(Cheiracanthus)中生代(MesozoicEra)距今2亿2千万年前到1亿3千万年前。中生代是爬行动物，特别是恐龙类的全盛时期。禄丰龙马门溪龙新生代(CenozoicEra)距今7千万年前到1千万年前。新生代是现代生物类型出现和发展时期，各种昆虫和哺乳类动物发展繁盛。寒武纪生命大爆发二叠纪大灭绝煤的形成猿→人人类发展末期，恐龙灭绝鱼类时代无脊椎动物全盛单笔石时代恐龙显生宙元古宙太古宙化石记录表明：生物是进化的化石记录显示，越老的地层，生物形态越简单；越新的地层，生物形态越复杂。生物演化是从简单到复杂，从低级到高级，从水生到陆生。化石记录中，我们发现鱼类化石的确先在较早的地层开始出现，其次是两栖类、爬行类，而以哺乳类化石出现得最晚。为什么化石纪录没能反映出生物的逐渐变化？达尔文解释说，这是由于化石记录极为不完全。始祖鸟化石鸟类是由爬行类演化来的第十块始祖鸟化石始祖鸟具有爬行类和鸟类的特征头部，似爬行类，有颚骨，有牙齿，延伸到尾端的脊背鸟类特征：修长坚硬的鸟腿，有三个脚趾爪，像鸟一样行走或栖息；有羽毛（由角质形成），许多鸟类脚上仍有鳞片，爬行类鳞片多，鳞片变为羽毛（白天，冷空气进来，晚间保温）1.5亿年前始祖鸟根据始祖鸟化石复原的模型马的特点：个体很大，有适于草食性的牙齿、善于奔跑的四肢，四肢末端中趾发达，趾骨的末节触地，与爪甲的部分合并构成坚硬的蹄，腕骨高悬，两侧只有第二、四趾的遗骨。马的进化：体型逐渐变大、四肢由短变长、趾数由多变少、牙齿由低齿冠变为高齿冠。始新马渐新马中新马上新马真马第二节胚胎学的证据个体发育：个体从生命开始到死亡为止的全过程。个体发育包括胚胎发育和胚后发育。胚胎学是研究生物胚胎发育规律的科学。所有高等动、植物的胚胎发育都是从一个受精卵开始的；生物的个体发育都有一定的阶段性：动物：受精卵、卵裂、囊胚、原肠胚、组织器官的分化植物：种子萌发、出叶、抽穗、结实比较胚胎学揭示了胚胎发育的重演律“重演律”：德国生物学家海克尔，认为生物在个体发育过程中，将重现其祖先的主要进化历程。人类在胚胎发育的早期出现了鳃裂，不仅外形象鱼，而且内脏也象鱼：有动脉弓，心脏只有两腔等等。对这个现象的唯一合理的解释，就是人类和鱼类是由共同的祖先分歧演化而来的，祖先的特征在人类胚胎发育的过程中被重演了。事实上，爬行类、鸟类和哺乳类在胚胎发育的早期都跟鱼类相似，而且有些时期几乎不可能区别开来，这是所有的脊椎动物都有共同祖先的一个证据。P263页P264页哺乳动物由：

一个受精卵细胞

单细胞生物

↓↓

三胚层的原肠胚无脊椎动物(三胚层)

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鳃裂,心脏1心房1心室鱼类(鳃,1心房1心室）

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2心房1心室两栖类(2心房1心室)

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2心房部分分隔的1心室爬行类

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2心房完全分隔的2心室哺乳类(2心房2心室)第三节比较解剖学的证据比较解剖学：用比较的方法研究各种不同生物的器官的位置、结构及其起源的科学。比如：哺乳动物与其它脊椎动物相比，在骨骼的基本特征上存在许多相似性。昆虫(属节肢动物门)分节的躯干(头、胸、腹)、六对足、坚固的外在保护壳等。同源器官证明生物进化同源器官：指起源相同，构造和部位相似而形态和机能不同的器官。如脊椎动物的四肢。同功器官：指不同生物形态和机能相似，而起源和构造不同的器官。同功器官是趋同进化的结果如鸟、蝙蝠的翅膀：同功又同源鸟、昆虫的翅膀：同功不同源鸟的翅膀、人的臂：同源不同功功能不同，但解剖结构上具有相同或相似性。哺乳动物前肢的适应性变化肱骨桡骨尺骨腕骨痕迹器官的存在证明生物进化：指生物体上己经作用不大，但仍存在的一些器官。如鲸的后肢、蟒蛇的四肢在外表上己看不见，但体内仍有痕迹。痕迹器官的比较返祖现象(alavism):现生生物偶尔表现出一些它们祖先的特征人类的毛孩特别会飞的家禽新出生的小马驹偶尔会有三趾的偶尔发现长有后退的鲸第四节生物地理学的证据生物地理学：研究地球上生物的分布及其分布规律的科学。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。沿南美洲东、西海岸航行，达尔文观察到物种逐渐被相似物种更替的情形：相邻地区的物种既有共性，又有差异；相距越远，则差异越大。生物的地理分布证明生物进化例如：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。因为澳洲在新生代初期脱离了非洲和南极洲而孤立于大洋中。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。第五节生理学的证据

生理学的研究对象都具有神经系统活动、消化、呼吸、循环、生殖、内分泌等各种生理功能。研究结果表明，各类动物（包括人类）不是互不联系的，它们在起源上有着一致性。通过比较生理学的研究，可以确定生物之间亲缘关系的远近血清鉴别法：用免疫学方法分析蛋白质的同源性来确定生物之间的亲缘关系遗传物质结构上的相似性、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。亲源关系越近的生物，其DNA或蛋白质有更多地相似性。反之亦然。对不同生物同一种蛋白质的氨基酸序列进行比较是判断生物之间亲源关系远近的一种重要手段。对DNA