第2讲-生物的进化(3学时).ppt

单击此处编辑母版标题样式,*,单击此处编辑母版文本样式,第二级,第三级,第四级,第五级,一、生命的起源,（一）关于生命起源的众多假说与争论,“神创论”,“宇生论”,自然发生说,生命进化源说,1,、“神创论”,认为地球上的一切生物都来自神的创造或超智能者的设计,圣经旧约,创世纪,2,、“宇生论”,认为地球上生命来自宇宙空间别的星球,“纳赫拉”陨石片段,4,、生命进化源说,认为生命起源是一个自然的历史事件,在生命起源前，经历过地球进化、生命的化学进化和生物进化,生命起源模式,原始气体冷凝,汇流成海洋,火山爆发和闪电,的能量使气体合,成简单有机物,溅到岩石上的氨,基酸聚合成肽链,又重新回到水中,各种大分子进化,成原核细胞和真,核细胞,（二）生命的摇篮地球的进化,按现在流行的观点，宇宙诞生于,15030,亿年前的一次突发性大爆炸,（二）生命的摇篮地球的进化,根据地壳放射性同位素衰变计算，地球的年龄约有,45,亿年,原初地表图景,（二）生命的摇篮地球的进化,生命起源可能在,40,亿年前,（二）生命的摇篮地球的进化,具有光合能力的原核生物诞生于,35,亿年前,澳州西海岸的垫藻岩,35亿年前的蓝细菌化石,（三）生命的化学进化,1,、有机小分子的非生物合成,随着地表的冷却，水的积累，在原始海洋中和大气中，出现一批简单的小分子,用电击提供能量，从简单小分子可得到复杂的稍大分子,米勒的实验装置,米勒模拟实验得到的有机物，共计20多种：,甲醛，尿素，乳酸，琥珀酸，甘氨酸，谷氨酸等,后来别人的实验，使用其他能源（紫外线、高温、,射线等）还得到：嘌呤、嘧啶、核苷酸、脂肪酸、单糖等,Stanley Miller(1953,时 23 岁),2,、生物大分子的非生物合成,溶解在原始海洋中的氨基酸与核苷酸经过长期的积累与浓缩，波涛或大雨可将有机单体分子飞溅到黏土或岩浆上，发生热聚合作用,美国福克斯（,F.FOX,),试验：将氨基酸混合物倾倒在160,200,的热砂或粘土上，水分蒸发，氨基酸浓缩并化合生成类蛋白质分子,HCN+NH3,类似肽的化合物,单核苷酸 多核苷酸,多聚磷脂酸,50,o,C60,o,C,3,、核酸蛋白质等多分子体系的建成,蛋白质起源说,奥巴林的团聚体假说(1924)：用蛋白质（白明胶）和多糖(阿拉伯胶)混合得到团聚体,福克斯的微球体假说：用类蛋白质加热得到微球体,可以设想，若是团聚体/微球体具备以下特征的综合,脂双层膜围成的与周围环境隔开的含水囊泡,囊泡内有多种核酸、蛋白质、糖类大分子,选择性的从环境吸纳“食物”,利用“食物”的分解,复制自身一部分起核心作用的大分子（关键）,囊泡因大分子增多而“生长”和繁殖,那么，原初生命细胞的雏形就诞生,3,、核酸蛋白质等多分子体系的建成,核酸起源说,Muller,(20,年代)提出“裸基因说”,:,生命发生从基因开始,T.Cech,(80,年代)发现具有催化活性的,RNAribozyme,H.F.Noller,(1992),发现纯化的,rRNA,有催化肽链合成的功能。包括,rRNA,和,tRNA,，,完成多种功能：自我剪接；催化剪切；多肽合成；催化核苷酸的合成等,RNA world,RNA,既能储存信息，也能催化化学反应,（1）,RNA,初始序列作为互补序列模板；,（2）互补序列作为模板，合成具初始序列,RNA,分子。,RNA,在进化上早于,DNA：,RNA world,如何转化为,DNA world,基于,RNA,的系统,RNA,复制,基于,RNA,和蛋白质的系统,RNA,到蛋白质,现代细胞,DNA,RNA,蛋白质,生物大分子的化学分工与进化,DNA,较,RNA,稳定，有利于遗传稳定性；,蛋白质多样性大于,RNA,有利于反应复杂性的进化,4,、原始细胞的起源,多分子体系表面必须有与外界介质分开的膜，才可能出现独立的稳定体系，选择性的吸收外界所需分子和防止有害分子进入,（四）生命的生物进化,1,、真核细胞的起源,膜内折：真核细胞的内膜系统，都是从原核细胞的质膜内折进化而来的,内共生：真核生物的线粒体和叶绿体是以内共生方式发展起来的,2,、多细胞生物的起源,群体中的细胞已经分化，既有分工，又相互依赖,团藻,2,、多细胞生物的起源,群体中另外的细胞各自分化、发展为体细胞和性细胞,（1）单细胞阶段以细菌为生,(3)分化出生殖部分,粘菌,(2)氮饥饿时聚集成细胞团,最早动物出现,最早真核细胞出现,兰细菌光合作用，大气中,O,2,积累,最早原核生物出现,地球形成,二、生物进化理论的形成和发展,（一）达尔文及其进化理论,进化：是指事物定向地不断变化和发展。进化论本是有关生物界进化事实的理论概括，如今已发展为生物科学的一个分支学科,现存的所有生物都呈现密切适应高度合理的现象。难道是上帝或神的力量创造的吗？这是千古奥秘,（一）达尔文及其进化理论,1825年：爱丁堡大学学习医学,1828年：剑桥大学学习神学,1831年：贝格尔号探险船,1859,年：,物种起源,18091882,（一）达尔文及其进化理论,不同物种可能有共同祖先，注意到高繁殖率与大量夭折死亡相关；如果再进一步，就可能形成自然选择的概念，但在宗教压力下放弃进化观点。同时代，物种不变论权威林奈，其晚年的思想也发生了动摇,布丰（17071788）,（一）达尔文及其进化理论,1809,年，他发表了,动物学的哲学,一书，提出两个法则：“用进废退”和“获得性遗传”,拉马克（,17441829,）,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,（二）共同由来学说,达尔文推断：所有动物由一个共同祖先，所有植物有一个共同祖先，乃至所有生物有一个单一的起源,1,、生物地理学证据,取食果实,取食昆虫,取食仙人掌,取食种子,喙不变,喙尖而长,喙粗而尖,加拉帕戈斯地雀,2,、比较解剖学证据,同源器官：不同生物的某些器官在基本结构、各部分和生物体的相互关系以及胚胎发育的过程彼此相同，但在外形上有时并不相似，功能上也有差别,2,、比较解剖学证据,同功器官：指功能相同而起源不一定相同的器官,鸟的翼是爬行动物的前肢演化成的，昆虫的翅是由昆虫的表皮分化形成,2,、比较解剖学证据,痕迹器官：是失去功能，在发育中退化，只留残迹的器官,3、,胚胎学证据,4、,古生物学证据,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,分子进化树,细胞色素,c,分子进化树,（数字表示氨基,酸的差异）,向日葵,蓖麻,芝麻,豆,小麦,猪、牛、羊,兔,人、猿,猴,企鹅,鸡、鸭,龟,金枪鱼,鲤,七鳃鳗,面包霉,酵母,担子菌,牛蛙,子囊菌,蛾,蚕,果蝇,锯蝇,鲨,（三）自然选择学说,人工选择的效应是自然选择的一个有用的佐证,自 然,选 择,过 度,繁 殖,生 存,斗 争,遗 传,变 异,适 者,生 存,基本条件,手段、动力、途径,生物进化内因,（外因）,必然结果,核心内容,三、生物的微观进化,现代生物学将物种内的进化称为微观进化，将物种以上分类群的进化成为宏观进化,时间尺度不同,研究方法不同,（,一）群体是生物微观进化的基本单位,Population,遗传学家：一群能互相繁育的个体,生态学家：在一定空间范围内同时生活着的同种个体的集群,（,一）群体是生物微观进化的基本单位,基因库：一个群体中全部个体的基因的总和,基因频率,：,一个基因座位上的不同等位基因在群体中的比较频率,遗传结构：群体中各种等位基因的频率，以及它们在各种基因型中的数量分布,（,二）理想群体的,Hardy-Weinberg,平衡,在一个假设的排除任何干扰因素的理想群体中，单凭随机的有性生殖过程不能使群体遗传结构发生变化,群体足够大,无新基因加入,无突变,随机交配,无自然选择,Hardy-Weinberg,定律的数学表达式：,(,pq),2,p,2,2pqq,2,1 p：,等位基因,B,的频率；,q：,等位基因,b,的频率；,p,2,：,基因型,BB,的频率；2,pq：,基因型,Bb,的频率；,q,2,：,基因型,bb,的频率。,（,三）5种因素导致群体遗传结构的变化,遗传漂变,基因流,突变,非随机交配,自然选择,1、遗传漂变,小群体某一基因由于某种偶然原因而丢失，引起群体基因频率改变,2、基因流,同一物种的不同群体之间的隔离往往是不完全的，存在程度不同的基因流动,3、突变,基因突变（点突变）,染色体畸变,4、非随机交配,AA,Aa,AA AA,Aa,AA,AA,AA,aa,Aa,AA AA,Aa Aa,Aa,aa,AA AA,Aa Aa,AA AA,AA AA,Aa Aa,Aa Aa,AA Aa,AA Aa,Aa aa,AA Aa,Aa aa,Aa aa,AA Aa,AA aa,aa aa,aa aa,AA,与,Aa,同一表型可以交配，但不与,aa,交配。,aa,只能同,aa,交配。结果原来的,AAAa aa,的1 2 1的比例，一代后即改为2 21。,A a,的基因频率也由原来1 1，改为3 2。,AA=16/40=2/5,Aa=16/40=2/5,aa=8/40,A a=3 2,不随机交配的基因频率的改变,AA Aa Aa aa,AA,Aa,Aa,aa,AA AA AA AA,AA AA AA Aa,AA Aa AA Aa,AA AA Aa Aa,AA Aa AA Aa,AA Aa Aa aa,AA Aa Aa aa,AA,AA Aa Aa aa,AA Aa Aa aa,aa,被淘汰后的基因和基因型,基因型：,AA：Aa：aa,基因：,A：a,4 4 1 2：1,5、自然选择,自然选择就是有差别的存在和生殖,自然选择的靶子是整个生物体,自然选择有三个主要模式,稳定性选择,定向选择,分裂选择,红色表示被淘汰,分裂 稳定 定向,四、生物的宏观进化,研究宏观进化依据的科学材料,化石,分子生物学,生物的系统发育,分类学与表型分析,系统学与谱系分析,（,一）地层中的化石记录了生物进化的历程,化石记录显示：生物结构越复杂，进化出现的时间越晚,（,二）生物进化是在移动的板块上进行的,（,三）集群性灭绝掀开生命史新的一页,晚奥陶纪,晚泥盆纪,晚二叠纪,晚三叠纪,晚白垩纪,（,四）进化趋势的产生,趋同进化：不同的生物，包括亲缘关系甚远的生物，如果生活在条件相同的环境中，有可能产生功能相同且形态相似的结构，以适应相同的条件,（,四）进化趋势的产生,趋异进化：有些生物虽然同出一源，由于生活在不同的环境条件下，有不同的进化趋势，某些方面彼此变得很不相同,北极熊,棕熊,（,四）进化趋势的产生,辐射适应：一个祖先物种适合多种不同的环境而分化成多个在形态上、生理上和行为上不相同的种，形成一个同源的辐射状的进化系统,（,四）进化趋势的产生,平行进化：两个或多个物种线系，因有大体相近的进化方向而分别独立的进化出相似的特征,澳大利亚的袋狼,欧亚大陆的狼,（,五）真核细胞的内共生起源是一种进化机制,水平进化：生物多样性增加了，但结构的复杂性并没有显著变化,垂直进化：一些高级分类群特征的出现，往往导致生物结构呈复杂性增长,五、物种及其形成,物种形成是进化生物学的一个重要研究课题,微观进化是物种形成的基础和先兆，物种形成则是微观进化的延伸和发展,宏观进化涉及在大的时空尺度中物种的更替，而物种的更替就包括物种的形成和物种的灭绝,（一）物种的概念,物种是互交繁殖的自然群体，一个物种和其他物种在生殖上互相隔离,合子前障碍,时间隔离：蛙属某些种,空间隔离：棕熊和北极熊,行为隔离：舞虻,形态隔离：海胆,合子后障碍,杂种不活：牛蛙和豹蛙,杂种不育：马和驴,杂种破落：棉花,（一）物种的概念,物种之间在空间上是不连续的，在时间上是连续的,2个同时存在于一地的物种不管它们之间如何的相似，在遗传上是不向混的,在历史上，亲缘关系的纽带将各个物种连接起来,（二）物种形成的方式,跳跃式（点断平衡）,渐进式,1,、地理隔离条件下的物种形成,异地物种形成,加拉帕戈斯地雀：由于海水的隔离，这些从南美洲迁来的不能远飞的地雀由于地理隔离而形成生殖隔离，形成了不同的物种,2,、彼此独立发生的相似的物种形成,形态结构的相似有可能与亲缘关系的密切程度或进化谱系无关,东非三大湖里的丽鱼,3,、多倍体植物一经产生就是一种新的物种,同地物种形成,