生命及其在地球上的起源.ppt
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1、进化生物学Evolutionary Biology,刁志娟 讲师,QQ:569068352,生命科学学院生物技术系,面对五彩缤纷、生机盎然的生物世界时,你会发现生物的种类及其繁多,形态大小不一,形态构造也各具特色。,2,植物的形态各异,(A)Passiflora“Byrons Beauty.”(B)Hoya carnosa.(C)Trimezia marinicensis.(D)Echinopsis backebergii,(E)Paphiopedilum spicerianum(Orchidaceae).(F)Aristolochia fimbriata(Aristolochiaceae),
2、11,人类进化只占生物进化的一小部分,思考,1 生物界为什么具有如此惊人的复杂性和多样性?2 这些生物是怎样进化而来的?3 它们为什么都能适应一定的环境,都具有生长 发育、繁殖和死亡等生命现象?4 究竟什么是生命?5 地球上的生命又是怎样起源的?6 生物进化的机制是什么等等诸如此类的问题有待我们在进化生物学中加以研究。,12,13,什么是进化生物学?,进化生物学是研究生物进化的过程及其原因、机制、速率和方向的科学。进化论是生物科学的核心理论。进化生物学将回答诸如生命的起源、生物界复杂性、多样性的原因,生物进化的机制等一系列的问题。,14,讲授内容,第一章 进化生物学的由来及现状第二章 生命及其
3、在地球上的起源第三章 细胞的起源与进化第四章 生物发展史第五章 生物表型的进化第六章 生物的微观进化第七章 物种与物种的形成第八章 生物的宏观进化,讲授内容,第九章 生物遗传系统的进化第十章 分子进化和分子系统学第十一章 人类起源与进化第十二章 生态系统的进化,15,16,第一章 进化生物学的由来及现状,17,内容,进化、生物进化与进化生物学,1,从进化论到进化生物学,3,学习和研究进化生物学的意义和方法,进化生物学的研究现状和发展的新方向,由“生物进化论”改称为“进化生物学”,拉马克(1724-1829):世界第一位系统阐明生物进化思想。达尔文(1809-1882):物种起源为其奠定了科学的
4、基础。20世纪30年代:现代综合进化论。20世纪50年代:由“生物进化论”改称为“进化生物学”。,18,19,一、进化、生物进化与进化生物学,(一)广义进化,指事物的变化发展。(包含了宇宙的演化即天体的消长,生物的进化,以及人类的出现和社会的发展),英国Lyell C地质学原理生物的进化不一定都是“进步”,英国 Spencer H(最早给进化提出现代定义),20,物质的整合和与之相伴的运动的耗散,物质由不定的的同质状态转变为有条理的异质状态。(1862spencer的第一原理),退步性的进化,有变化的传衍,进步性的发展,达尔文用“有变化的传衍”来表示生物随时间的变化而连续传衍的过程。生物进化既
5、有进步性发展,也有退步性的进化,都是以适应环境为标准的。,生物的进化不一定都是 进步,也有退步性的改变。例如:人体的蛔虫,其消化、呼吸、循环和神经系统均已经退化,唯独生殖系统发达。,Evolution的定义,21,A,通过传代即遗传过程中的变化而实现进化的结果导致生物对环境的相对适应,生物进化,B,1.无传代2.无适应,非生物系统的演化,(二)生物进化,22,生物与其环境相互作用过程中,其遗传系统随时间而发生一系列不可逆的变化,并导致相应的表型改变,在多数情况下这种改变导致生物总体对其生存环境的相对适应。北京大学生科院张昀教授(1937-1998)因意外交通事故,抢救无效,不幸于1998年12
6、月15日3时50分在北京逝世,享年61岁。,桦尺蠖在工业区体色变黑,1998年北京大学张昀教授将生物进化的概念表述为,23,(三)生物进化论与进化生物学,生物进化论(是什么)(拉马克,达尔文和现代综合进化论)研究生物界进化发展的规律,以及如何应用这些规律的科学。研究对象:生物界的系统发展,也包括某一物种或者某一完整的生物类群的发展。进化生物学(为什么)(20世纪50年代之后,遗传学,分子生物学以及分支学科的发展)研究生物进化的科学,它不仅要研究进化的过程,更重要的是研究进化的原因、机制、速率和方向。进化论是进化生物学的理论基础,是生物学的最大的 统一理论。,24,二、从进化论到进化生物学,(一
7、)进化思想的产生,25,封建社会的特创论(神创论),十八世纪以前,圣经及其宣扬的特创论 或创世说、神创论在整个西方文化中占据着统治地位。地球及万物是上帝在大约6000年以前,即公元前4004年10月26日上午9:00 创造出来的。自从被上帝创造出来以后,地球上的生命没有发生任何变化。神创论的思想对那个时代的科学发展产生 了极大的影响。,26,文艺复兴时期林奈和“双名法”,卡尔冯林奈(Carl von Linn,1707年5月23日1778年1月10日),过去曾译成林内,受封贵族前名为卡尔林奈乌斯(Carl Linnaeus),由于瑞典学者阶层的姓常拉丁化,又作卡罗卢斯林奈乌斯(Carolus
8、Linnaeus),瑞典自然学者,现代生物学分类命名的奠基人。,27,林奈身处的世纪,也正是欧洲的大航海世纪,许多航海归来的生物学家和博物学家带回世界各地的动植物,并用自己的喜好为之命名,造成一物多名,或异物同名的混乱现象。林奈在乌普萨拉大学其间,发现花的花粉囊和雌蕊可以被作为植物分类的基础。他将此发现写成一篇短论文。这个发现为他提供了一个非常教授的职位。1735年林奈发表植物种志(Species Plantarum),采用双名法,以拉丁文来为生物命名,其中第一个名字是属的名字,第二个是种的名字,属名为名词,种名为形容词,形容物种的特性,或可加上发现者的名字,以纪念这位发现者,也有负责的意思。
9、林奈用这种方法帮植物命名,后来他也用同样的方法为动物命名,此种命名法也一直延用至今。,28,布丰进化学说,29,(二)进化论的形成,30,1.拉马克学说的创立及其主要内容,拉马克经历了同“灾变论”的斗争。当时灾变论的代表人物是居维叶,他是比较解剖学和古脊椎动物的创始人,曾提出器官相关定律。,器官相关定律:各类动物的器官特点必然相互关联,而且与它们的生活习性,特别是采获食物的方式有着极为密切的关系。对这一原则做了唯心主义的解释,这一原则是由造物主的意志安排的。,31,Guvier G,1769-1832,猛犸象,多鳍鱼,研究巴黎近郊不同地质年代里的化石,居维叶提出灾变说。而拉马克则认为是生物进化
10、的证据。,32,地球在不同时期,不同地点发生了巨大的灾难,毁灭了的当时的动植物,以后由其他地方迁来了新的类型,所以不同地层有不同的化石类型。,他的学生多宾尼提出每次灾难后都由上帝重新创造出来,还说这种行为发生过27次。,恩格斯提出,居维叶关于地球经历多次革命在词句上是革命的,实质上是反动的。,灾变说,33,拉马克生平,1,拉马克(Jean-Baptiste de Lamarck,1744-1829)是法国伟大的博物学家,较早期的进化论者之一。,构建多靶标抗逆杀虫工程菌8-9株,2,1778年出版了3卷集的法国植物志,1783年被任命为科学院院士,担任皇家植物标本室主任。1820年他双目失明,以
11、后的著作都是由他口述、经他的女儿记录整理出版的。,3,第一个将动物分为脊椎动物和无脊椎动物两大类(1794),第一个提出“无脊椎动物”和“生物学”,是古无脊椎动物学的创始人,也是现代博物馆标本采集原理的创始人之一。,4,代表作是无脊椎动物系统(1801)和动物学哲学(1809),在这两本巨著中拉马克提出了有机界发生和系统的进化学说。,34,拉马克的进化思想集中反映在动物学哲学中,环境的多样性是生物多样性的原因,3,学说的主要内容,水毛茛对环境的适应,水上广阔圆形浅裂叶,水中为枯枝状。,环境的改变-机能的改变-形态构造的改变,认为环境条件对植物和低等动物的影响是直接的,36,长颈鹿的祖先颈部并不
12、长,由于干旱等原因。在低处已找不到食物,迫使它伸长脖颈去吃高处的树叶,久而久之,它的颈部就变长了。一代又一代,遗传下去,它的脖子越来越长,终于进化为现在我们所见的长颈鹿。,美洲火烈鸟,环境的改变-动物需要的变化动物习性的改变机能改变形态构造的改变,有些鸟类不愿意游泳,只愿在水边觅食,当他们涉水觅食时,为了身体不被沾湿,就用力伸展两腿,久而久之,代代相传,腿就特别长。,38,研究动物习性和器官的相互作用中得出两个著名的法则一是用进废退,即经常使用的器官就发达,不使用的就退化。二是获得性遗传,即由器官的用与不用而导致的变异是可以遗传的。主观推测较多,相对的争议也较多,但学说较完整丰富,为达尔文的科
13、学进化论奠定了基础。历史上第一次提出了完整的进化理论的学者。,达尔文对拉马克的评价,动摇了特创论的基石,敲响了目的论的丧钟,为进化论的胜利铺平了道路。,40,2.达尔文学说的创立及其主要内容,随着生产的发展,自然科学的进步,生物学的各分支学科也得到发展,为达尔文进化论的创立提供了成熟的条件:,上述成果为进化论的创立提供了丰富的证据,促进了进化论的形成。,17世纪胡克用显微镜观察植物材料发现了细胞。,18世纪居维叶提出器官相关定律,圣雷尔提出了同源器官和同功器官,在比较解剖学上取得了进展。,胚胎学方面,法国的Wolff提出各器官在胚胎发育中的渐成学说,发现脊椎动物发育的早期非常相似。,古生物学方
14、面,发现存在于不同地层中的化石。,41,42,达尔文,43,查尔斯达尔文(Charles Darwin),John Stevens Henslow,Adam Sedgwick,在Cambridge期间,达尔文结识了当时著名的植物学家Henslow和著名地质学家Sedgwick,并接受了植物学和地质学研究的科学训练。,科学进化论的形成还离不开生产发展的推动。19世纪上半叶,英国处于资本主义上升时期,工业的发展迫使资产阶级为了寻求原料市场而组织探险队,达尔文的贝格尔号军舰历时5年(1831年12月27日-1836年10月2日)进行了广泛的考察,在环球航行中目睹了物种可变的事实。,45,达尔文的“贝
15、格尔号”考察路线,1831年毕业于剑桥大学后,他的老师亨斯洛推荐他以“博物学家”的身份参加同年12月27日英国海军“小猎犬号”舰环绕世界的科学考察航行。先在南美洲东海岸的巴西、阿根廷等地和西海岸及相邻的岛屿上考察,然后跨太平洋至大洋洲,继而越过印度洋到达南非,再绕好望角经大西洋回到巴西,最后于1836年10月2日返抵英国。,46,船长 罗伯特 菲茨罗伊,47,犰狳,雕齿兽,令人思考的事件1,在南美草原的中层发现巨大地动物化石,与现代的犰狳十分相似,说明现代生物与古生物之间存在着一定的亲缘关系。,在环球航行中目睹了物种可变的事实,令人思考的事件2,随着南美大陆向南漂移的程度不同,构成了生物类型的
16、更替,说明生物的分布受到地理环境的影响。,49,50,取食昆虫,取食仙人掌,取食种子,取食果实,喙凿状,喙不变,喙尖而长,喙粗而尖,地雀,加拉帕格斯群岛不同岛上的地雀彼此不同,在那里达尔文可区分为13个物种,说明环境的影响使物种发生变化,说明物种并非一层不变,令人思考的事件3,51,令人思考事件4,南美洲某地有2万多头牛,因连续三年的干旱而死亡,说明不是造物主的干预而是自然地原因引起的。,52,令人思考事件5,火地岛上的土人赤身裸体,使用石器和弓箭过着原始生活,这对他认识人类起源起了重要的作用。,这些事实使达尔文由一个盲目相信神学的人转变为一个进化论者。此后又从事了20多年的研究,访问了育种工
17、作者,参加了养鸽俱乐部,进行杂交试验,发现同种动植物在人工培育条件下的区别比在自然条件下更明显,于是提出人工选择,进而提出自然选择。最终提出了完整的科学进化论。,53,基本点1生物普遍存在变异,主张物种演变和共同起源,主张物种演变,既体现了物种变与不变之间的思想斗争,也就是进化论和神创论之间的思想斗争。共同起源是生物进化一元论的观点,与拉马克看法不同。起源于共同祖先,生物界才成为历史延续的统一整体,进化论才成为生物科学的核心理论,一切生命现象才可以追踪其历史渊源。,达尔文学说的主要内容,54,基本点2生存斗争和自然选择,生存斗争产生的原因是繁殖过剩(马尔萨斯的人口论),生物在生活条件发生改变的
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