{生物科技管理}生物演化的過程

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1、焦點 1,生物演化的過程,生物演化的過程,有機演化,原始大氣,沼氣 氨氣 氫氣 硫化氫 水蒸氣 無氧氣,原始大氣成分,閃電,輻射線,高溫 簡單有機物 閃電,輻射線,高溫 複雜有機物,最原始生命(異營),細菌 (原核,異營) 藍綠藻(原核,自營) 大氣出現氧氣 有氧呼吸的生物,焦點 2,模擬有機演化 的實驗,尤里,米勒 福克斯,原始大氣 胺基酸 放電 加熱 胺基酸 蛋白質,卡爾文,原始大氣 射線 嘌呤,嘧啶 胺基酸,醣類,焦點 3,脊椎動物的演化,脊椎動物的演化, 爬蟲類 兩生類 魚類,哺乳類,鳥類,焦點 4,演化論的演進,早期的演化思想,1.過於主觀 2.無周密理論系統 3.缺乏證據,中世紀以

2、前,神創說： 上帝創造萬物 各物種設計完美 上帝賦予物種角色,文藝復興之後,不再受教會束縛 科學家質疑神創說,林奈,比對生物標本 發現物種會變 個體間存有變異,比較解剖學,比對不同物種 的相同器官 ex.痕跡器官,同源器官,拉馬克動物哲學,用進廢退說： 1.物種並非固定不變 2.生物會修正器官 適應環境變化,拉馬克-用進廢退說,3.常用器官發育變大 不用的器官會退化 4.性狀因環境而改變 獲得新性狀可遺傳,1831小獵犬號,加拉巴哥群島生物 類似南美洲生物 ex.雀鳥,大型陸龜,1858,英國倫敦林奈學會 達爾文&華萊士 共同發表 有關物種形成的看法,達爾文,根據生物的 分佈,形態, 行為,化

3、石紀錄 堆論演化的事實,史本塞,定名天擇： 適者生存 不適者淘汰,焦點 5,達爾文的演化論,達爾文-天擇說,(自然淘汰說) 1.古生物化石 古生物物種 不同於現存生物,遺傳變異,2.生物演化前 須有遺傳變異 a.個體間有個別差異 b.部分特徵可遺傳,生物潛能,3.有繁殖潛能 產生大量後代 a.造成過度繁殖 b.無法廣泛分佈,生存競爭,4.受限於食物,空間 導致生存競爭 a.淘汰老弱病殘 b.最適合環境者 才可生存,繁殖後代,環境因子(天擇),5.環境因子 影響個體存活 適者生存, 不適者淘汰,6.生物演化,長時間連續漸變 7.生物有共同祖先,8.演化過程：,適者生存 生存競爭 過度繁殖 遺傳變

4、異,生物演化必備條件,1.可遺傳的變異 2.天擇發揮作用,天擇說的中心思想,物競天擇 適者生存,達爾文的成功因素,1.賴耳 地質學原理 2.馬爾薩斯 人口論,1.智利的內陸高地,海洋貝殼化石 2.阿根廷安帝斯山脈 物種並非固定, 隨時間而改變,3.加拉巴哥的陸龜,適應不同環境 不同形狀,習性 4.加拉巴哥的雀鳥,焦點 6,天擇,同一區域,不同微環境 天擇 同一物種 分為不同表型,焦點 7,演化的模式,演化的模式,a.穩定型天擇 b.方向型天擇 c.分歧型天擇,焦點 8,遺傳變異與演化,改變生物演化,1.突變 2.基因流動 3.基因漂變 4.天擇,大環境發生變化, 族群結構發生變化 適應環境的特

5、性 存活率較高,遺傳變異,演化的基礎 天擇 決定演化的方向,生物發生演化,基因頻率改變 環境穩定, 無突變,無遷徙 基因頻率不變,突變,1.生物演化的基礎 2.突變基因(隱性) 大多是有害的 3.突變的機率很小,突變基因,有利或有害 須視生活環境而定,遺傳再組合,受精作用 基因重組 減數分裂 1.同源染色體聯會 2.非同源染色體組合,焦點 9,新物種的形成,種,很大的族群單位 分類的基本單位 同族群可自由交配 產生有生殖力的後代,成種作用,物種形成的先決條件 生殖隔離 生殖隔離的先決條件 地理隔離,新物種的形成,形成新物種 生殖隔離 地理隔離 遺傳變異,1.地理隔離,2.棲所隔離 3.行為隔離

6、 4.機械隔離 5.遺傳隔離 6.生殖隔離,生殖隔離,不同物種雜交： 1.後代無生殖力 2.形成異源多倍體,輻射演化,原始 不同 物種 物種 (物種歧異度增加),輻射演化,焦點 10,生物演化的 解剖學證據,生物演化的,解剖學證據 同源器官 痕跡器官,同源器官,胚胎發生來源相同 構造相似 適應環境 外觀,功能差異大,同源器官,鯨豚鰭狀前肢 蝙蝠翼 馬前肢 人前肢,痕跡器官,突變造成器官退化 與用進廢退無關,痕跡器官,無翼鳥翼退化 蛇四肢退化 洞中,地底生物 眼退化,人的痕跡器官,盲腸,闌尾,體毛 動耳肌,智齒 尾椎肌,尾椎骨,同功器官,胚胎發生來源不同 構造不同 適應環境 功能相同,同功器官,

7、鳥類的翼 昆蟲的翅 鼯鼠的飛膜 均具飛翔功能,焦點 11,生物演化的 胚胎學證據,血緣關係相近,經歷相似的 胚胎發生過程 1.生物皆起源於單細胞 2.皆由受精卵形成胚胎,胚胎早期差異很小,早期胚胎皆具有尾 胚胎咽部鰓裂 胚胎心臟 一心房一心室,胚胎發育後期,適應環境 產生差異 ex.人類的尾消失 鰓裂變為耳咽管,重演說,赫克爾1866提出： 胚胎發育過程是 物種演化的縮影 胚胎發生史 重演種族發生史,分類階層大的特徵,先出現 分類階層小的特徵 後出現,種族演化 胚胎發生,歷時較長 費時較短 省略,改變 部分過程,焦點 12,生物演化的 地理學證據,生物地理學,研究各地生物分佈 及地殼變動的關係

8、 了解特定生物 的演化關係,種源中心,某種生物(某類生物) 的物種起源中心 只在某一時間,地區 僅出現一次 然後逐漸向外擴散,種源中心,人類非洲 雉科鳥類亞洲 鱷類南美洲,種源中心,等屬線(等科線) 數據最高的中心,生物的分佈範圍,黑猩猩,大猩猩, 非洲象,獅子非洲 紅毛猩猩東南亞 熊貓,老虎亞洲,生物的分佈範圍,卵生哺乳類澳洲 無翼鳥紐西蘭 駱馬,羊駝,樹獺 南美洲,澳洲,有袋類,卵生哺乳類 中生代 與其他陸地分離 新生代 無胎盤動物競爭,單孔類,生殖孔與泄殖腔 同屬一個開口 卵生哺乳類 鴨嘴獸,針鼴,島嶼生物,源自相鄰大陸 加拉巴哥群島 鄰近南美洲西岸 威德角群島 鄰近非洲西岸,長久地理隔

9、離, 島嶼具獨特生物,不連續分佈,短吻鱷： 中國長江流域, 美國東南部 木蘭科植物： 亞洲東部,美國東部,新生代初期,溫和,亞洲與北美洲相連 新生代末期,寒冷 僅分佈於低緯度地區,焦點 13,生物演化的 分子生物學證據,生物皆源自共同祖先,1.核苷酸8種 2.胺基酸20種 3.醣類提供能源 4.ATP直接供能 5.細胞構造功能相似,蛋白質比對,比對特定酵素 的胺基酸序列 親緣關係愈近 胺基酸差異愈小,DNA比對,比對特定基因 的氮鹼基序列 親緣關係愈近 鹽基序差異愈小,粒線體DNA,屬於母系遺傳 分析粒線體DNA 現代人源於非洲,焦點 14,生物演化的 化石證據 (最有力的直接證據),化石,古

10、生物遺骸,生活痕跡 僅代表極少部分古生物 形成化石,發現化石 機率很低=0.013%,生物體的堅硬部分,石化作用 形成化石 (多見於沉積岩),冰層中的化石,不易被微生物分解 ex.西伯利亞長毛象,陸上生物的遺骸,易被吞食,腐化,風化 不易形成化石,火山灰,瀝青坑,迅速掩埋覆蓋遺骸 可形成化石,化石年代的鑑定,上層較新 下層古老 碳14法 絕對年代 鉀氬法 鉛鈾法,相對年代,碳14法,測定三萬年以內 C14 N14 測定六萬年以內 C14 C12,半衰期5730年,半衰期5600年,鉀氬法,測定三萬百萬年 K40 Ar40,半衰期13億年,鉛鈾法,測定百萬年以上 U238 Pb206 U235

11、Pb207 釷232 鉛208 銣87 鍶87,焦點 16,生物的演化,前寒武紀,原生代 始生代,始生代,最古老的原核生物 澳洲西岸淺海 疊層石(35億年) 成群的絲狀藍綠藻,原生代,15億年前 開始出現真核生物 25億年前 大氣中開始有氧氣,最古老的多細胞動物,發現於澳洲南部 伊的亞卡藍山 生存於16億年前,原生代,7億年前 動物的起源,古生代,二疊紀 石炭紀 泥盆紀 志留紀 奧陶紀 寒武紀,寒武紀(5.44億年前),藻類歧異 三葉蟲繁盛 無脊椎動物門起源,寒武紀,節肢動物代表 三葉蟲 軟體動物代表 鸚鵡螺,奧陶紀(5.05億年前),魚類,陸生植物出現 無顎類脊椎動物開始 海生藻類繁盛,志留

12、紀(4.38億年前),原始維管束植物, 蛛形類出現 無顎類脊椎動物歧異 植物,節肢動物 開始在陸地群聚,泥盆紀(4.08億年前),出現裸子植物, 兩生類,無翅昆蟲 硬骨魚歧異化,石炭紀(3.6億年前),原始爬蟲類出現 兩棲類優勢 廣闊維管束植物林 首次出現種子植物,石炭紀,氣候炎熱潮濕 巨大木賊,石松,樹蕨 形成森林 植物遺骸形成煤層,二疊紀(2.86億年前),似哺乳類的爬蟲 爬蟲類輻射演化 現代昆蟲目起始 大部分的 海生無脊椎動物滅絕,三疊紀(2.45億年前),恐龍類出現 卵生哺乳類出現 裸子植物優勢,侏儸紀(2.08億年前),始祖鳥出現 恐龍優勢 裸子植物優勢,恐龍,三疊紀 侏儸紀 板龍

13、劍龍 翼龍 異特龍 黑瑞龍,始祖鳥-侏儸紀,鳥類特徵： 羽毛,翅膀 爬蟲類特徵： 上下頜有齒,尾長, 翅端有三指,指端有爪,白堊紀(1.44億年前),被子植物興起 恐龍,大部分生物 滅絕於白堊紀末期,新生代,現代世 更新世 鮮新世 中新世 第三紀 漸新世 始新世 古新世,第四紀,古新世(6500萬年前),靈長類出現 哺乳類,鳥類, 傳粉昆蟲輻射演化,始新世(5700萬年前),種子植物優勢 哺乳類和鳥類時代 肇始,漸新世(3400萬年前),單子葉植物興起 靈長類演化 哺乳動物目崛起,中新世(2300萬年前),各形式哺乳類興起 哺乳動物,種子植物 持續輻射演化,鮮新世(500萬年前),人類的人猿祖先 出現,更新世(180萬年前),冰河期 人類出現 許多植物,大型哺乳類 長毛象滅絕,現代世(1萬年前),智慧人時代 人類開始紀錄歷史,馬的演化,現代馬 200萬年前 上新馬1300萬年前 中新馬2500萬年前 漸新馬3600萬年前 始新馬6000萬年前,