生物的进化与分类

生物进化与分类一、生物进化理论与证据二、进化的遗传基础三、物种起源和进化趋势四、生物进化关系与分类一、生物进化理论与证据1、进化思想的源流和达尔文进化论的建立朴素进化论老子、庄子：世间万物由简单向复杂演变古希腊Thales、Anaximander：万物由水产生神创论一次创造论认为，世界上各种各样的生物，包括所有植物和动物都是上帝（神）在最初一次就造好放在地球上的，它们永远不变、一代一代地繁衍下来。连续创造论则认为，世界上各种各样的生物是一次又一次不断地被神创造的，因此造成了地球上过去的物种与现代物种的差别。19世纪中叶以前，神创论或称特创论一直占据着生物学的主导地位。英国牛津大学的一位副校长兼牧师JohnLightfoot甚至根据旧约记载还推测出上帝创造地球和造人的准确时间，公元前4004年10月23日上午9时。1776年，Buffon：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；在宗教压力下放弃进化观点；1830年，苏格兰地质学家Lyell发表《地质学原理》第一卷，阐述了古老地球在很早以前就形成了，地质过程经历了缓慢渐进的变化。同时，古生物化石的研究也被引入了地质学，为进化理论提供了基础；Darwin的祖父ErasmasDarwin也提出了生物进化的可能性，但没有拿出足够令人信服的证据，或由于各种时代的局限，进化论并没有被确立起来，神创论所占据的主导地位一直没有被动摇。进化思想的源流拉马克的获得性遗传用进废退：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。例：长颈鹿的进化1858年，Darwin、Wallance各自发表自然选择学说的论文1859年，Darwin《物种起源》1860年6月30日，牛津大学图书馆神创论与进化论的辩论会牛津大主教Wilberforcevs.HuxleyBeagle号船长Fitzroy手持圣经高叫：“我为接纳达尔文参加Beagle号航行而深感遗憾。”进化论与神创论的斗争一直没有停止美国：神创论者要求教科书同时包含进化论和神创论年青时代的Darwin和贝格尔号的航行1809年出生，童年山林和田野1825年，爱丁堡大学学习医学1828年，剑桥大学学习神学，钻研博物学和自然史，结识了一些博学的教授学者。1831年，从剑桥毕业并获得学士学位剑桥大学博物学教授Henslow推荐去英国贝格尔号航海船上担任博物学专家。出发之前，Henslow教授特别向Darwin赠送了Lyell的《地质学原理》第一卷。1831年11月，贝格尔号探险船出发进行环球探险调查1835年的夏天，贝格尔号到达太平洋东部，离南美洲西海岸965km的加帕戈斯群岛。考察了一个多月，采集了大量的岩石及植物和动物标本。Darwin发现，岛上26种陆栖鸟类中，有25种是特有的，15种海栖鱼类全部是新种，25种甲壳虫中只有2～3种是南美洲也有的，185种显花植物中新种为100种。不同岛屿上的海龟形态各不相同，显示出这些不同的物种是这里特殊的气候和环境创造的。物种是可变的，这种变化明显受自然环境的影响和选择！随着贝格尔号长达5年的航海探险考察后，1836年10月，Darwin回到了英国。整理和收集资料：1838年，他阅读了著名的经济学家Malthus的《人口论》，进一步认识到生存竞争的结果使各物种在自然界中保持适当的数量，同时逐渐向着更加适应于环境的方向变化。生存竞争和适者生存为Darwin的自然选择学说的形成提供了依据，他的关于生物通过自然选择而连续进化的理论开始成型。1858年，英国年青的博物学家Wallace给Darwin写信，阐述他通过对马来西亚群岛动植物的考察所得出的生物进化的结论。同年，Darwin和Wallace在英国Linnaean学会上公布了他们各自的论文和摘要。1859年，Darwin《物种起源》终于问世。自然选择导致生物进化生物进化是指地球上的生命从最初最原始的形式经过漫长的岁月变异演化为几百万种形形色色生物的过程。所谓自然选择实质上是自然环境导致生物出现生存和繁殖能力的差别，一些生物生存下去，另一些生物被淘汰。Darwin主义包含了两方面的基本含义：（1）现代所有的生物都是从过去的生物进化来的；（2）自然选择是生物适应环境而进化的原因。。自然选择学说1．遗传2．变异可遗传变异与不可遗传变异3．繁殖过剩家蝇：1000卵/代，10d/代，一年将地球覆盖2.54cm4．生存竞争种内、种间、环境5．适者生存生存下来的生物都具有适应性，适应性是在选择中形成的生存斗争和适者生存的过程就是自然选择的过程，自然选择是一个长期、缓慢连续的过程。过度繁殖，生存斗争，遗传和变异，适者生存2、进化论的发展综合进化论：基因突变，自然选择和隔离进化体现在种群遗传组成的改变，这就决定了进化改变的是整个群体，而不仅仅是个体。在自然选择过程中，生物之间的关系不但有生存竞争，还有捕食、寄生、共生、合作等多种方式，这些相互关系只要影响到基因频率的变化和所涉及的相关因素，都应该有进化的价值。在生物变异分析时，还应该将可遗传的变异和非遗传的变异区分开来。分子进化的中性学说中性突变和遗传漂变不会发生选择和适者生存的情况。渐变性进化外，还存在跳跃式的进化各种适应性的器官尚未发展之前怎样逃脱自然选择的压力：眼需视网膜和晶体共存才起作用。灾变需要幸存下来的个体需要有更大的变异。跳跃式进化可以解释物种以上单元的起源与进化问题。3、生物进化的证据（1）古生物学证据－化石化石记录显示，越老的地层，生物形态越简单；越新的地层，生物形态越复杂。地质历史及其中的化石记录雄辩地证明，生物是进化的，复杂的生物是从简单的生物进化来的，陆生生物是从水生生物进化来的。（2）解剖学和胚胎学证据在一些不同种群生物中，某些器官即使行使不同功能，它们在解剖结构上也具有相同或相似性，反映出这些生物之间具有的亲源关系和从某个共同祖先进化来的轨迹。退化器官痕迹、反祖现象亲源关系相近的生物在它们发育过程中有相似的发育阶段。（重演）（3）生态学证据例：各种有袋哺乳动物如袋鼠仅仅居住在澳大利亚。生物种群的进化一方面受环境选择的作用，另一方面在一定的区系内进行。（4）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。例：人类与其他几种脊椎动物血红蛋白多肽链的氨基酸序列差别人—猴子：8人—鼠：30人—八目鳗：125二、进化的遗传基础1、生物种群的遗传变异（1）种群遗传变异的大小和来源基因库：是一个种群的全部个体携带的所有等位基因。遗传变异的来源：染色体变异、基因突变、基因重组（2）遗传变异在种群中的保存遗传平衡定律（哈迪－温伯格定律）在一个随机交配的大群体中，如果没有其他因素的影响，则群体基因库中各种基因频率和基因型频率将代代相传，保持不变。符合以下5个条件：1、种群足够大；2、随机交配；3、无突变；4、无新基因加入（迁入和迁出）；5、无自然选择遗传平衡是以假定的条件为前提，实际上，生物种群的基因频率和基因型频率常常被打破，使群体基因库发生变化，而一定时间内群体基因库的变化即表现为生物种群的进化。2、影响生物种群进化的因素（1）基因突变和基因流动突变可产生新的等位基因（2）小群体的遗传漂变在小群体中由于随机事件的影响，等位基因的频率从上一代到下一代容易发生波动变化，这种变化称为遗传漂变。瓶颈效应：杀虫剂与昆虫建立者效应（3）非随机交配和选择性选择人工选择与自然选择三、物种起源和进化趋势1、物种的起源（1）物种形成的必要条件——隔离地理隔离：山川、沙漠或海洋等地理障碍。生殖隔离：指生物之间不能自由交配或交配后不能产生可育性后代的现象。生殖隔离包括：1、交配前生殖隔离：a、空间隔离：美国的西方悬铃木Platanusoccidentalis与地中海的东方悬铃木P.orientalis；b、时间隔离：Pinusradiata二月散出花粉，近似种P.muricata四月散出花粉；c、行为隔离；d、形态隔离2、交配后生殖隔离：a、配子隔离：不能受精；b、发育隔离：未出生就死亡，绵羊与山羊；c、杂种不活：未生殖前死亡，烟草（肿瘤）；d、杂种不育：马、驴→骡；e、杂种淘汰：通过选择淘汰例：加帕戈斯群岛上发现的13种地雀的进化过程地理隔离和生殖隔离形成新种的方式称为异地物种形成，它是生物进化过程中形成新物种的主要方式。物种和品种物种（species）具有一定的形态和生理特征，有一定的自然分布范围的植物类群，能自然交配，产生正常能育的后代。品种（cultivar缩写cv.）不是分类学中的一个单位，只用于栽培植物的分类上，在野生植物中不使用品种这一名词。它是人类经过培育选择而形成的类型，其经济性状及生物学特性符合人类需要，要进行买卖，成为商品后，才能称为品种，否则只能叫品系。药材中一般称的品种，有时指分类学上的种，有时又指栽培的药用植物的品种。渐变式继承式：指一个物种通过漫长的地质年代的演变，逐渐积累微小变异而发展形成新物种。分化式：指一个物种的两个或多个群体，由于地理的隔离而逐渐分化成两个或多个亚种，然后再发展出生殖上的隔离，形成两个或多个新的物种。爆发式（2）物种形成的方式2、生物进化的趋势（1）趋异进化和适应辐射（2）趋同进化和平行进化（3）协同进化3、物种选择和灭绝四、生物进化关系与分类1、物种多样性的分类（1）物种的命名：双名法林奈1753年属名+种加词+定名人名词形容词或名词例：水稻OryzasativaL.现代人Homosapiens（2）生物分类的等级系统－界、门、纲、目、科、属、种2、生物界的划分及其进化关系Linnaeus1753两界系统植物界动物界。Hogg1860三界系统植物界动物界原生生物界1969Whittaker五界系统动物界植物界真菌界原生生物界原核生物界1949Jahn六界系统动物界植物界真菌界原生生物界原核生物界病毒界1989年，Cavalier-Smith的八界系统古真核生物界古细菌界真细菌界原核生物古真核生物超界后真核生物超界真核生物原生动物界动物界藻界真菌界植物界我国学者对生物分界的意见1966年，邓叔群根据营养方式划分：植物界——光合自养动物界——摄食真菌界——异养1965年，胡先彇：始生总界——病毒界胞生总界——细菌界粘菌界真菌界植物界动物界1979年，陈世骧：非细胞总界——病毒界原核总界——细菌界蓝藻界真核总界——植物界真菌界动物界继承式物种形成分化式物种形成爆发式物种形成