医学生物学生命的进化

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1、医学生物学 第八章生物的进化 生命的多样性与生物的分类系统 生命的进化 研究生命进化 evolution 的历史过程 探讨生命进化的机制 认识生命有机世界发生发展的规律 是生命科学研究的重要内容 以生命起源和生物界发生 发展过程及其机制为核心内容的进化理论的确立与发展 是宏观生命科学领域研究所取得的重要成果 奠定了科学生命观的基本理论基础 生物的进化 一 动物界进化的主要阶段 生命的进化 进化是生命在一定外界环境条件下 从无到有 从少到多 从简单到复杂 从低级到高级运动的全部历史 虽然目前人类还不能完全阐明生物界进化的详细过程 但是依据生命进化的基本规律和总的趋势 科学家已勾画出生命有机世界进

2、化的大致轮廓 生命的进化 构成生物体的所有细胞都是由一个共同的祖先细胞进化来的 最初的细胞经过了漫长的进化过程 由无机小分子生成简单的有机分子 简单的有机小分子聚合成蛋白质和核酸等大分子 之后进一步演变成具有外膜的原始细胞 然后细胞质分化形成具有原始染色质体的原核细胞 再由原核细胞进化成具有细胞核和丰富细胞器的真核细胞 最后由单细胞生物演化成多细胞生物 生命的进化 细胞生命出现之前的进化谓之化学进化 细胞生命出现之后的进化是生物学进化 动物界的进化 经历了单细胞动物的起源与发展 多细胞动物的组织分化 多细胞动物的器官系统形成和脊索和 或 脊椎的出现等历程 动物界的进化始自远古时代 最早出现的单

3、细胞生物是厌氧细胞 anaerobiccell 为异养生物 heterotrophs 动物和植物的共同祖先是原始绿色鞭毛生物 因为它们有许多种类表现出向多细胞状态发展的倾向 如团藻 空球藻等 1 单细胞动物的起源与发展 生命的进化 动植物的出现是自然界的一次大分化 随着营养方式的分化 其中一部分由于受当时外界环境影响 体内合成了叶绿素 进行自养型的同化作用 分化发展成为单细胞植物 而另一部分没有叶绿素 则营异养型同化作用 成为单细胞动物 1 单细胞动物的起源与发展 生命的进化 1 单细胞动物的起源与发展 生命的进化 真细菌 古细菌和真核生物演化关系 原始单细胞动物在进化过程中 向着两个不同的方

4、向发展 分化为两个不同的分支 一支是细胞自身的分化 最终发展成为现存的原生动物类型 另一支则向多细胞动物的方向发展 2 多细胞动物的组织分化 生命的进化 多细胞动物起源的最基本形式是由单细胞群体发展而来 所谓单细胞群体 是指一群同型的单细胞有机体 虽然通过构造上的联系或分泌物质而聚集在一起 但是群体中的每一个细胞又能独立生活 2 多细胞动物的组织分化 生命的进化 群体的进一步发展 可能使一些细胞发生特化 逐渐失去作为独立个体存在时的生活能力 出现了细胞分化和执行不同功能的分化细胞之间的生理上的相互依赖 更加适应环境的整体结构 从而使群体演变成为多细胞的有机体 2 多细胞动物的组织分化 生命的进

5、化 海绵动物代表着多细胞动物中最原始 最低级的类群 是一类处于细胞水平的多细胞动物 是辐射对称 radialsymmetry 体制 从现存的腔肠动物可以推测 多细胞动物的原型已开始出现了组织和体层的分化 表现为结构上的互相区别 功能上彼此分工的各种细胞 并形成了内外两个胚层 2 多细胞动物的组织分化 生命的进化 2 多细胞动物的组织分化 生命的进化 腔肠动物模式图 器官系统的分化形成是组织分化阶段的继续 这一阶段 动物具有外胚层 内胚层和中胚层3个胚层 中胚层的形成和分化对动物进化具有决定性的意义 中胚层为身体内部器官系统的分化提供了必要的基础 3 多细胞动物的器官系统形成 生命的进化 中胚层

6、的形成和分化 器官系统的分化形成是组织分化阶段的继续 这一阶段 动物具有外胚层 内胚层和中胚层3个胚层 身体有了明显的背腹 前后和左右之分 运动从不定向趋于定向 出现主动生活方式 3 多细胞动物的器官系统形成 生命的进化 中胚层的形成和分化两侧对称 bilateralsymmetry 体制 器官系统的分化形成是组织分化阶段的继续 这一阶段 动物具有外胚层 内胚层和中胚层3个胚层 3 多细胞动物的器官系统形成 生命的进化 中胚层的形成和分化两侧对称 bilateralsymmetry 体制体腔 体节的产生器官系统的进一步复杂化与完善化 从单细胞动物发展具有器官分化的多细胞动物的过程中 各种动物有

7、机体的进化主要表现为形态结构上的逐步复杂化与完善化 而在体制水平上却未发生变革性的重大进展 当动物进化到更高阶段时 动物体支架结构的演变 外骨骼的消失和内骨骼的出现 是形态结构方面最明显的变化 3 脊索或脊椎的出现 生命的进化 3 脊索和 或 脊椎的出现 生命的进化 头索动物 文昌鱼 模式图 脊索动物区别于所有无脊椎动物的主要特征可以概括为三点 即具有脊索 咽鳃裂和中空的背神经管 又称为 Bigthree 除此之外 脊索动物门的其他共同特征还有尾在肛门之后 循环系统为闭管式 心脏位于身体腹面等次要特征 3 脊索和 或 脊椎的出现 生命的进化 3 脊索和 或 脊椎的出现 生命的进化 脊索动物的三

8、大特征 4 动物界的进化系统树 生命的进化 生命的进化 现存的所有动物有着共同的起源 它们在漫长的生命进化过程中 分化 发展形成了不同类群 动物界的所有动物可以根据生物进化的理论用 系统树 的形式描述 通过对动物的发育 形态结构 生化以及机能等的研究 确定动物彼此之间具有或近或远的亲缘关系 按亲缘关系的远近和进化的历程将不同的动物类群标示在具有分支的图中 这就是所谓的进化系统树 4 动物界的进化系统树 生命的进化 系统树的描述形式不但可以比较清晰地看出动物的结构和功能由简单到复杂 从低等到高等的演化框架 还可以了解到动物的进化不是一个单一 连续的系统 而是形成众多分支的演化图 基础部份是最原始

9、的类群 沿树干向上不断发出分支 分支越往上 生物的进化地位越高等 结构越复杂 每一分支的末梢 就是现在的分类群 4 动物界的进化系统树 动物界的进化系统树 生命的进化 4 动物界的进化系统树 生命的进化 5 人类的进化过程 人类的进化过程大体可分为两大阶段 第一阶段为南方古猿 主要的进化事件是直立行走方式的确立 第二阶段是人属阶段 主要进化事件是脑的扩大 牙齿缩小 工具行为发展 有声语言和抽象思维的发展 生命的进化 5 人类的进化过程 人属的进化经历了南猿 能人 智人 现代人的进化历程 现代人类种族所表现出来的地区多样性是直立人走出非洲后的100多万年时间里形成的 生命的进化 5 人类的进化过

10、程 生命的进化 5 人类的进化过程 不同地区的人彼此平行地从直立到早期智人 再到现代人 这是多地区起源学说 单一起源学说认为现代智人起源于10万年前的非洲 从非洲扩散出去 代替原来生活在其他各地的早期智人 生命的进化 5 人类的进化过程 我们的祖先从非洲走向世界 生命的进化 5 人类的进化过程 分子生物学家对现代人类细胞线粒体DNA进行分析 发现全球人类种群的线粒体DNA十分一致 说明全球现代人有一个单一起源 二 不同时期的进化学说 生命的进化 进化学说的产生和发展是一个漫长的过程 18世纪后期开始 研究者们就不同程度地摆脱了 创世说 的束缚 用科学的精神探讨进化问题 GeorgeBuffon

11、 认为物种是可变的 强调环境对生物的直接影响ErasmusDarwin 不同生物有共同祖先的 传衍 的概念 获得性遗传 法国博物学家拉马克是有影响的进化论 evolutionism 的先驱之一 1809年 他在 动物学哲学 PhilosophieZoologipue 一书中 首次系统地阐述了生物进化的理论 1 拉马克的进化学说 生命的进化 J BLamarck 1744 1829 生物是可变的 所有现在的物种 包括人类都是从其他物种进化传衍而来 物种的变异是连续的渐变过程 生命是 自然发生 的 1 拉马克的进化学说 1 传衍理论 生命的进化 自然界中的生物存在由低级到高级 由简单到复杂的等级

12、生物本身存在由低级向高级发展的力量 自然界中的生物具有连续不断按等级向更高的等级转变的力量 1 拉马克的进化学说 2 进化等级说 生命的进化 生物进化的 用进废退 学说 Theoryoftheuseanddisuse 即经常使用的器官就发达 加强 增大 不经常使用的器官就退化 削弱 甚至消失 1 拉马克的进化学说 3 动物进化的原因 用进废退 学说 生命的进化 生命的进化 1 拉马克的进化学说 3 动物进化的原因 用进废退 学说 生命的进化 1 拉马克的进化学说 3 动物进化的原因 用进废退 学说 生命的进化 1 拉马克的进化学说 3 动物进化的原因 用进废退 学说 获得性遗传 Inherit

13、anceofacquiredcharacter 即动物在环境长期影响下 由器官的用与不用而导致的变异是可以通过遗传而保存的 1 拉马克的进化学说 3 动物进化的原因获得性遗传 生命的进化 生命的进化 遗传 1 拉马克的进化学说 3 动物进化的原因获得性遗传 拉马克进化学说的主要论点包括3个方面 环境对生物的需求与生活习性的影响 器官的用进废退和获得性遗传 拉马克动摇了特创论 creationism 的基石 敲响了 目的论 的丧钟 1 拉马克的进化学说 生命的进化 1859年 达尔文的巨著 物种起源 Originofspecies 问世 从形态学 胚胎学 分类学 古生物学及地理分布等各个方面 引

14、用和列举了大量的事实 证明各种生物都是由共同的祖先发展 进化而来的 2 达尔文的进化学说 生命的进化 2 达尔文的进化学说 生命的进化 Beagle航行路线示意图 加帕戈斯群岛 达尔文进化理论的第一个主要内容是主张物种演变和共同起源 第二个基本点是生存斗争和自然选择 第三个基本点涉及到性状分歧 种起源 灭绝和系统树 2 达尔文的进化学说 生命的进化 理论基础 人工选择学说核心思想 自然选择学说基本原理 生存竞争 人工选择之所以收到明显的效果 关键在于三个基本环节 即变异 遗传和对可遗传变异的选择 2 达尔文的进化学说 1 人工选择学说 生命的进化 变异 是形成新品种的原始材料遗传 保留和积累变

15、异的性状选择 对可遗传的变异进行选择 人工选择之所以收到明显的效果 关键在于三个基本环节 即变异 遗传和对可遗传变异的选择 人工选择的实质就是按照人类的主观需要 对发生变异的动物和植物 汰劣留良 的过程 2 达尔文的进化学说 1 人工选择学说 生命的进化 2 达尔文的进化学说 1 人工选择学说 生命的进化 绿花椰菜 花椰菜 卷心菜 无头甘蓝 苤蓝 野生芥菜的进化选择 2 达尔文的进化学说 2 自然选择学说生物的变异 生命的进化 一定变异 definitevariability 是指在 生长在某些条件下的个体的一切后代或差不多一切后代 能在若干世代后都按同样的方式发生的变异 生命的进化 不定变异

16、 indefinitevariability 指在相似的条件下来自同一亲本或有相似来源的不同个体 发生不同的变异 2 达尔文的进化学说 2 自然选择学说生物的变异 在新种形成中 不定变异比一定变异具有更为重要的作用和意义 达尔文还认为大部分变异都有遗传的倾向 在相似的条件下和连续的世代中 变异通过遗传获得稳定与加强 生命的进化 2 达尔文的进化学说 2 自然选择学说生物的变异 所有生物繁殖潜力一般总是大大超过他们的真实的繁殖率 2 达尔文的进化学说 2 自然选择学说繁殖过剩与生存竞争 生命的进化 许多个体会在生殖细胞形成期 胚胎期或幼年期由于自然条件 天敌等因素得不到发育机会而发生大量死亡 真正达到成年阶段而生存下来的个体是极小部分 生命的进化 2 达尔文的进化学说 2 自然选择学说繁殖过剩与生存竞争 这是由于生物繁殖过剩 overproduction 而引起的生存竞争 生命的进化 生物与无机环境条件的竞争种内竞争 intraspecificcompetition 种间竞争 interspecificcompetition 2 达尔文的进化学说 2 自然选择学说繁殖过剩与生存竞争 自然