第3章-生命起源与生物发展

1第三章生命起源与生物进化2第一节生物进化规律第二节生命起源与生物演化第三节物种的形成3第一节生物进化规律一生物进化的特点和规律1进步性发展自生命在地球上出现以来，生物界经历了由少到多、由低级到高级的进化发展过程，是一种上升的进步性发展。4（1）从异养到自养的发展异养——单细胞的细菌（原核生物）以周围环境的有机质的养料。自养——原核生物演化出具叶绿素的蓝绿藻，能够进行光合作用，从无机物合成有机养料。5（2）从二极到三极二极——蓝绿藻和细菌构成了早期生物界自养和异养、合成与分解两个环节，形成了一个菌藻生态体系。三极——随着真核细胞的出现，开始了动植物的分化，构成了一个三极生态系统。绿色植物——自然界的生产者动物——自然界的消费者细菌真菌——自然界的分解者6（3）从水到陆的发展四亿年前，植物先行登陆，而后是动物登陆，逐渐形成了现代的动植物体系。72进化的不可逆性指已经演变的物种不可能恢复祖型，已经灭亡的种类不可能重新出现。生物的进化发展是不可能走回头路的。83相关律和重演律个体发育——生物的每个个体从其生命开始到自然死亡都要经历一系列发育阶段。如：昆虫有幼虫、蛹、成虫三个阶段。系统发生——指生物类群的起源和进化历史。生物类群不论大小都有其起源和发展历史。9相关律——居维叶（G.Cuvier）提出，认为生物身体的各部分的发展是密切相关的，环境条件的变化使生物的某种器官发生变异时，必然会有其他的器官随之变异，同时产生新的适应。重演律——系统发生和个体发育是密切相关的，生物总是在其个体发生的早期体现其祖先的特征，然后才体现其本身比较进步的特征。因此，个体发育是系统发生的短暂重演。104适应、特化、适应辐射、适应趋同适应——生物在其形态结构以及生理机能等方面反映其生活环境和生活方式的现象，这是自然选择保留生物机能的有利变异、淘汰不利变异的结果，是生物对环境的适应。特化——一种生物对某种生活条件特殊适应的结果，使其在形态和生理上发生局部的变异，而整个身体的组织结构和代谢水平并无变化。这种现象叫做特化。11适应辐射——某一类生物在其演化中向着不同的方向发展，以适应各种不同的生活条件，这种多方向的趋异就叫做适应辐射。适应趋同——指一些类别不同、亲缘疏远的生物，由于适应相似的生活环境而在体形上变得相似，不对等的器官也因适应相同的功能而出现了相似的性状。121314二生物演替古生物资料表明，以知的2500个科中已经有2/3的科绝灭，其原因为：种系代谢——在生物的纵向发展上，新种总是在旧种的基础上产生的，许多旧种被新种所代替而衰退灭亡。生态代替——在生物的横向发展上，一些物种扩大并占领了新的生态空间，而另一些物种则丧失了生活领域以至退出了历史舞台。15背景值绝灭——地史上任何时期都有一些生物绝灭，但总的平均绝灭率维持在一个低水平上，通常0.1~1个种/百万年。集群绝灭（大规模绝灭）——在某些地史时期，有许多门类的生物几乎同时绝灭，使生物绝灭率突然升高。16地史上大规模绝灭共有七次：1前寒武纪伊迪卡拉动物群绝灭2O/ε之交3S/O之交4D3法门期-弗拉斯期之交5T/P之交6J/T之交7E/K之交17科的数目地质时代（距今百万年）(Sepkoskietal.,1992)12345618导致生物大规模绝灭的原因：1地内事件如火山爆发、地磁场倒转、大规模海退、板块运动、温度变化、缺氧事件等2地外事件如超新星爆发、小行星撞击、太阳耀斑等19第二节生命起源与生物演化一生命起源地球上有种类繁多的生物，植物约30万种，动物约150万种，微生物约10万种。也有人认为地球上的生物应为4~500万种。20有关生命的起源，曾有两种观点：地外起源论和地内起源论1地外起源论这种观点认为生命起源于银河系别的星球上的细菌或孢子，通过辐射压力或附着于陨石上而传播到地球，之后发展演化而成。其依据是：在宇宙中发现有机分子的存在,在陨石中已分析出氨基酸、嘧啶、脂肪酸等。但目前还没有外星球上存在生物的确切证据。21这是多数学者的观点，认为地球上的无机物在特定的物理化学条件下，形成了各种有机化合物，再经过一系列的化学过程转化为有机体。其过程大致可分为三个阶段：（1）有机化合物形成阶段：原始海洋中的N，H等元素和H2O，CO，CO2，H2S，HCl，甲烷等无机化合物，在紫外线、电离辐射、高温、高压等一定条件下，形成氨基酸、核苷酸及单糖等有机化合物。2地内起源论－化学进化论22（2）生物大分子形成阶段：氨基酸、核苷酸等有机化合物，在海洋中聚合形成复杂的有机化合物，如甘氨酸、蛋白质、核酸--生物大分子（3）生命形成阶段：多个生物大分子聚集，形成以蛋白质和核酸为基础的多分子体系—原生体，它具有初步的生命现象—从周围环境中吸取营养，将废物排出体外。从此，生命开始从化学进化转入生物进化阶段大量的化石记录证实了生命是在地球上发生的，而生物是随地球的发展而演化的。23二早期生物的发生和演化保存于寒武纪以前的岩石中的化石记录表明，早期生物演化经历了4次重大事件1生命的出现：最早的生物化石出现于38亿年前的地层中—南非无花果树组（FigTree)燧石中的棒状细菌和球状细菌它们均为单细胞生物，其中球状细菌直径17～20μm.在澳大利亚的Warrawoona群中发现35亿年前的叠层石的丝状体24252生物的分异：表现为生物多样性发展—属种数量的增加。如加拿大Ontaria（安大略省）西部20亿年前的Gunflint组中出现8属12种微化石。表明当时的原核生物已有相当的发展和繁盛，可能与当时大气开始充氧有关26273真核生物的出现：以宏观藻类的出现为特色，如我国17.5亿年前串岭沟组中发现的Vendotaenides（文德带藻）4后生动物的出现：出现于6～7亿年前。主要为软躯体生物。以伊迪卡拉动物群为代表，是指震旦纪后期出现的，主要由腔肠动物（67%水母、海鳃纲）、环节动物（25%）、节肢动物（似三叶虫）（5%）组成的不具外壳的多细胞后生动物群。我国发现地点：鄂西、陕南、淮南、辽南和黑龙江。28伊迪卡拉动物群及复原图29三显生宙生物的演化显生宙生物演化经历了两大飞跃1动物界的第一次大发展（1）小壳动物群的出现：震旦纪末期出现、寒武纪初大量繁盛，个体微小（1—2mm），具外壳的多门类海生无脊椎动物群。包括软体动物门中的软舌螺、单板类和腹足类，腕足类以及分类位置不明的类型。意义：第一个带壳生物群，寒武纪（古生代）的起点3031（2）澄江动物群的出现寒武系底部继小壳动物群之后出现的第一个无壳和具壳的混生化石群。包括三叶虫、水母、蠕虫类、甲壳纲及分类位置不明的节肢动物、腕足类、藻类及鱼形动物意义：是寒武纪初期生物大爆发的典型代表。32澄江动物群33澄江动物群昆明鱼海口鱼342动、植物从水生到陆生的发展（1）植物的发展：在志留纪末期－早、中泥盆世，由于大陆面积的扩大，植物完成了登陆的使命。以出现裸蕨植物为代表，产生茎、叶的分化，发育了维管束系统。3536（2）动物的发展在晚泥盆世，出现了鱼类向两栖类的演化，动物完成了登陆的使命。以出现总鳍鱼类为代表，具有强大的肉鳍，当水体干枯时，可用肉鳍爬行。C演化为两栖类。37383动物界的发展遵循着从简单到复杂，从低级到高级的发展规律经过了从原生动物—原始多细胞动物—腔肠动物（两胚层动物）—三胚层动物—脊椎动物的演化过程。3940第三节物种的形成物种是进化的单元，也是繁殖后代的单元。进化的过程是物种不断演变的过程，新种不断出现，旧种不断绝灭。物种形成就是指新种的形成。41一遗传遗传是生物通过繁殖作用不断的传衍后代，它是生物进化的基础。遗传具有稳定性，同时又具有可变性。物质基础——细胞核中的染色体基因——染色体上有一种决定性状发育的物质，基因主要由去氧核糖核酸(DNA)组成，每个去氧核糖核酸分子又由许多去氧核苷酸单体组成。42去氧核苷酸单体又因所含碱基的不同，分为四种类型：(A)腺嘌呤核苷酸(G)鸟嘌呤核苷酸(C)胞嘧啶核苷酸(T)胸腺嘧啶核苷酸43碱基序列——ATCG这四种核苷酸可以以一定的比例排列成一定序列，形成遗传信息。DNA分子有两条多核苷酸组成双螺旋结构，链与链之间以核苷酸上的碱基配对相连接，四种碱基配成两对，即A配T、C配G。G——CT——AA——TC——G44二变异变异是同种个体之间的微小差异。同一物种的个体之间总会有一些差异，决不会有两个完全一样的个体，这就说明变异是一切生物普遍具有的共同特征。45遗传的奥秘在于DNA分子中碱基序列的变化。主要有以下三种：（1）基因重组（2）基因突变（3）染色畸变46特征（1）变异是相关的，有机体的一部分发生变异，也会引起其他部分发生变异，如长颈鹿。（2）变异有遗传的，也有不遗传的，只有遗传的变异才能对进化起作用。（3）变异不仅表现在外部形态上，而且表现在内部结构上。47遗传与变异的关系在生物进化过程中，变异是一种创造性因素，遗传是一种稳定性因素。没有变异，生物只能产生相同的物种，进化无法进行；没有遗传，生物没有相对稳定性，不能成其种类，也不可能有进化因此，遗传和变异之间的相互作用是是生物进化的基本动力。48三隔离1地理隔离是指由于水体、沙漠、山脉的阻挡或遥远的地理距离等原因造成的隔离。由于同种生物长时期受到地理隔离，居群的个体间无法杂交，失去基因交流的机会，从而朝不同方向变异，逐渐形成地理亚种。如华南虎和东北虎在体型大小、毛色深浅和毛的长短等方面都产生了明显的差异，已形成了两个地理亚种。492生殖隔离是指居群间由于基因型差异使得基因交流不能进行，最终会导致形成不同的亚种、新种。50四自然选择指生物在其生活的环境中，能够适应者被保留，不能适应者被淘汰的过程。实质是使种内居群的遗传物质朝着更有利于适应外界环境方向变异。原理：生物个体间的变异有些对生存有利，有些对生存不利。在生存竞争中（争夺食物、生存空间和配偶），具有有利变异的个体得到保存，具不利变异的个体受到淘汰。达尔文把这种自然界淘劣留良的作用称为自然选择。51五成种方式1渐变论为达尔文的观点，认为成种作用是渐变的，即一个原始物种在自然选择作用下，性状逐渐分化，使得遗传变异逐渐积累，最终形成新种，而且新种与旧种之间有过渡类型。强调线系变异。但过渡类型在化石中不多见。52532突变论以点断平衡论为代表。由埃尔德雷奇（N.Eldredge)和古尔德（S.J.Gould)在1972年提出的理论。认为一个生物谱系的进化是由物种形成的形态迅速变化时期和形态无多大变化的静态平衡时期所组成。即一个生物谱系不时被物种形成的迅速演变时期所“点断”，新种可以在忽略不计的地质时期内形成，认为生物演化是突变（间断）与渐变（平衡）的辩证统一。成种过程是突然发生的。认为新种与旧种之间无过渡类型。目前这种观点较为流行。