古生物地层学第一章生物界及其进化

2020/4/20西安科技大学1高等学校规划教材2020/4/20西安科技大学2古生物地层学的主要内容本课程由两部分内容组成:第一篇古生物学基础，由生物界及其进化、古生物学基础、古无脊椎动物学、古脊椎动物亚门、古植物、遗迹化石等六章所组成，阐述了近年来最新的有关生物起源、进化的基本概念和理论，古生物学的基础知识。在系统介绍各门类古生物的形态、构造及重要化石代表的基础上，重点突出了含煤地层中常见的一些门类，如蜓类、珊瑚类、腕足类、双壳类、菊石类、牙形石和古植物等，为学习地层学奠定了理论基础。2020/4/20西安科技大学3第二篇地层学与地质发展史，由地层学基本原理和方法，前寒武系、古生界、中生界、新生界等五章所组成，在介绍和分析各时代地层发育情况、分布规律及典型剖面基础上，重点突出了我国各成煤时期的含煤地层的分布及聚煤规律，并对我国成煤时期的地质发展史进行了重点阐述，同时概略地介绍了各时代全球发展史和古地理、古气候的一般特征。2020/4/20西安科技大学4地质学的主要研究内容•岩石学（Petrology）：including：sedimentrock；metamorphosedrock；lava•构造学（Tectonics）including：fold；fault；cranny；•古生物与地层学（Paleobiologyandstratigraphy）2020/4/20西安科技大学5•古生物地层学的研究对象是地层及其所含的化石，它们都是地质时期中地质作用长期演变的物质记录。•古生物学是研究地史时期中生物界及其发展的科学，其目的在于探讨生物界演化发展规律。•地层学是研究地球发展历史及其规律的科学，其目的是探讨地球的岩石圈、水圈、生物圈和大气圈的演化史，阐述地层层序及其地层分布规律。2020/4/20西安科技大学6•主要发展趋势•（1）在古生物学方面，扫描电子显微镜的使用，开拓了研究超微体化石的新途径。•（2）有许多边缘学科，如与物理化学相结合的分子古生物学和古生物化学等。•（3）古地磁学的应用，海底地质资料的积累和地球物理方法对地球深部的研究，进一步揭开了海底扩张的奥秘，进而提出了板块构造学说，它已成为当代地层学研究的趋向。•（4）将数学地质运用到地球历史的研究，并取得了许多新的成果。2020/4/20西安科技大学7一个神秘而遥远的国度2020/4/20西安科技大学8第一篇古生物学基础第一章生物界及其进化目的和要求：理解生物的进化方式，对生物进化理论的发展过程和主要进化思想，以及生命起源假说和生物的早期演化做一般性的认识；重点掌握生物与环境之间相互影响相互制约的关系。重点和难点：生物进化的层次（小进化、大进化）；生物与环境的相互关系。2020/4/20西安科技大学9主要内容•第一节进化的概念及其发展•第二节生命的起源与早期演化•第三节生物与环境2020/4/20西安科技大学10第一节进化的概念及其发展（一）进化的概念生物是进化（evolution）的，即由低级到高级，由简单到复杂，体现在其形态构造的复杂化及生理机能的提高。但生物界的发展也有特例，如退化、分化、特化。因此，它们都属于广义进化的范畴。第一章第一节进化的概念及其发展2020/4/20西安科技大学11生物进化的证据•古生物学的证据•胚胎学的证据•比较解剖学的证据•生物地理学的证据第一章第一节进化的概念及其发展2020/4/20西安科技大学12A古生物学证据图解(1)第一章第一节进化的概念及其发展生物进化的证据2020/4/20西安科技大学13A古生物学证据图解(2)生物进化的证据2020/4/20西安科技大学14B胚胎学的证据•在胚胎发育中，共性特征先出现，特殊性状后出现•不同动物的胚胎发育起初经过相似的阶段，以后才愈来愈分歧•高等动物的胚胎发育经过了低等动物的胚胎发育阶段•生物的重演律第一章第一节进化的概念及其发展生物进化的证据2020/4/20西安科技大学15B胚胎学证据图解第一章第一节进化的概念及其发展生物进化的证据2020/4/20西安科技大学16B重演律•个体发育生物个体的终生发育过程•系统发生生物种族的发展史•重演律个体发育是系统发生的迅速重演第一章第一节进化的概念及其发展生物进化的证据2020/4/20西安科技大学17B重演律图解重演律只是一种简单、迅速的过程；可推测进化过程中的原始性状，可绘出系统发育树第一章第一节进化的概念及其发展生物进化的证据2020/4/20西安科技大学18比较解剖学证据通过不同类别动物的解剖，比较各种器官构造，确定生物的进化•同源器官起源相同、构造和部位相似而形态、机能不同的器官（如手、肢、鳍）•同功器官生物的形态、功能相似而起源不同的器官（如鸟和昆虫的翅膀）•痕迹器官生物体已基本无作用但仍存在的器官（如人类的毛发），可追溯起源第一章第一节进化的概念及其发展生物进化的证据2020/4/20西安科技大学19C比较解剖学证据图解第一章第一节进化的概念及其发展生物进化的证据2020/4/20西安科技大学20同源器官第一章第一节进化的概念及其发展生物进化的证据2020/4/20西安科技大学21同功器官第一章第一节进化的概念及其发展生物进化的证据2020/4/20西安科技大学22•生物地理学是研究地球上生物分布及其规律的学科，气候、地貌及其他地理因素控制着生物和发展和分布。D生物地理学证据第一章第一节进化的概念及其发展生物进化的证据2020/4/20西安科技大学23D动物地理分区•全球动物地理分为6个区：–澳洲界–新热带界–东洋界–埃塞俄比亚界–古北界–新北界第一章第一节进化的概念及其发展生物进化的证据2020/4/20西安科技大学24进化的概念退化：生物体形态结构和生理机能的简单化，例如某些洞穴生物视觉器官的丧失或减弱。分化：生物对不同环境的适应，表现为生物由少到多的演化。特化：生物对某种生活条件高度适应结果，使其形态和生理发生局部变异，但整个身体的组织结构和代谢水平并无变化。第一章第一节进化的概念及其发展2020/4/20西安科技大学25进化的定义生物进化是生物与其生存环境之间相互作用的变化所导致的部分或整个生物种群遗传组成的一系列不可逆的改变。它包括了对新环境的适应辐射，对环境变化的调节，以及产生新型的生活方式去适应变化了的环境。这些适应促使生物在发育方式、生理反映以及种群与环境之间相互关系方面产生更复杂的改变。龟的进化图第一章第一节进化的概念及其发展2020/4/20西安科技大学26（二）进化学说的发展达尔文及其之前的主要进化思想18世纪，法国学者布丰（G.Buffon）最早科学地涉及了进化观念。他的进化思想主要表现为：①生物为生存而斗争，繁衍速度要超过资源承受力；②同一类物种具有共同的祖先，不同类群物种没有共同的祖先；③遗传因素和环境因素引起生物演变；④物种之间形态有变异，不能相互交配；⑤物种绝灭是不能适应正在变冷的地球。第一章第一节进化的概念及其发展2020/4/20西安科技大学2719世纪生物学家拉马克（J.B.Lamarck）首次比较系统地提出了一个进化学说。主要观点：①生物进化的原因：低级生物进化是由于对环境缓慢变化而无意识的生理反应所引起的；脊椎动物进化则是受到内在意志或欲望及器官的使用程度的影响，即器官使用法则（用进废退法则）。②获得性遗传：后天所获得的进步性状可以遗传下去。第一章第一节进化的概念及其发展2020/4/20西安科技大学28拉马克进化思想核心“用进废退法则”2020/4/20西安科技大学291859年达尔文（C.Darwin）发表了《物种起源》给自然科学带来了新的世界观。达尔文进化学说主要内容包括变异和遗传、自然选择及性状分歧，认为生物的进化速度主要是渐变的。适者生存（自然选择）是达尔文进化论的核心。达尔文与《物种起源》第一章第一节进化的概念及其发展2020/4/20西安科技大学30新版本的《物种起源》早期进化论的地位第一章第一节进化的概念及其发展2020/4/20西安科技大学31早期进化论的地位2020/4/20西安科技大学32达尔文之后的主要进化思想底弗里斯（DeVries）根据植物染色体突变提出“物种通过突变而产生”，后人称之为突变论。新达尔文主义是20世纪初由德国学者魏斯曼（A.Weismann）等对达尔文进化论进行修正后提出的，强调了自然选择，消除了原达尔文进化论中的拉马克的“获得性遗传”及布丰的“环境直接作用”等。第一章第一节进化的概念及其发展2020/4/20西安科技大学3320世纪70年代以来，出现了否认自然选择为进化主要因素而强调随机事件在进化中作用的“随机论”。“间断平衡论”则是由埃尔德里奇（N.Eldredge）和高尔德（S.J.Gould）于1972年提出的，他们认为物种的形成是突变（间断）和渐变（平衡）的结合，认为进化是由两种过程：成种作用和线系渐变综合作用导致的。其中成种作用是演化的主流。第一章第一节进化的概念及其发展2020/4/20西安科技大学3419801960194019201900500BC081600170018001859进化思想与进化学说的产生和发展历史图解古希腊哲学庄老哲学自然变化论颜真卿沈括近代进化哲学林奈不变论布丰主义拉马克主义居维叶灾变论达尔文学说1859古代自然哲学（进化思想）不变论与变化论对立进化论产生现代进化学说发展培根、康德等孟德尔遗传说魏斯曼新达尔文学说现代综合论中性论新灾变论第一章第一节进化的概念及其发展2020/4/20西安科技大学35几种进化理论示意图2020/4/20西安科技大学36小进化和大进化发生在种内个体和居群层次上的进化称为小进化；种和种以上分类群的进化被定义为大进化。生物学家研究现生生物居群和个体在短时间内的进化是小进化；生物学家和古生物学家在研究现代生物和古生物资料基础上，研究种和种以上高级分类群的在长时间（地质时间）内的进化现象即大进化。小进化是进化的基础，大进化的进化事件大多数是小进化的积累。第一章第一节进化的概念及其发展2020/4/20西安科技大学37小进化的机制突变：突变是指生物体的DNA发生改变。基因突变所形成的突变型可以是中性的、有利的、有害的。其中有利的基因突变将为生物进化提供丰富的原料。迁移：迁移是指居群间的个体移动或基因流动。第一章第一节进化的概念及其发展2020/4/20西安科技大学38遗传漂变：遗传漂变是指由于居群大小引起的基因频率随机增减甚至丢失的现象。适应：适应是生物界的普遍现象，从生物的大分子、细胞、组织、器官，到个体组成的居群等生物组织层次上，结构都与功能相适应。自然选择：自然选择是指那些具有最适应环境条件的有利变异的个体有较大的生存和繁殖机会。第一章第一节进化的概念及其发展2020/4/20西安科技大学39正态化选择：又叫稳定性选择前进性选择：包括单向性选择和分歧性选择。平衡性选择（多态现象）性选择第一章第一节进化的概念及其发展2020/4/20西安科技大学40大进化的型式（1）适应辐射（adaptiveradiation）（2）趋同（convergence）与平行演化（parallelevolution）（3）线系渐变（phyleticgradualism）与间断平衡（punctuatedequilibrium）第一章第一节进化的概念及其发展2020/4/20西安科技大学41适应辐射（adaptiveradiation）适应辐射指的是从一个祖先类群，在较短时间内迅速地产生许多新物种。它包括两种情况：①当某一类群产生了一种进化革新，使得它们能更好地适应环境或开拓新的生活方式。②当集群灭绝（massextinction）发生后，由于种间竞争压力减少，使得某些生物在腾空的生态环境中得以适应辐射。第一章第一节进化的概念及其发展2020/4/20西安科技大学422020/4/20西安科技大学43趋异（辐射发展）2020/4/20西安科技大学44肢骨的辐射2020/4/20西安科技大学45趋同（convergence）指不同祖先的生物类群，由于相似的生活方式，整体或部分形态构造向同一