生命起源与生物进化.ppt

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1、第三章第三章 生命起源与生物演化生命起源与生物演化第一节第一节 生命起源与演化历程生命起源与演化历程第二节第二节 生物进化规律生物进化规律第一节第一节 生命起源与演化历程生命起源与演化历程一一.生命起源生命起源 地球上有种类繁多的生物，植物地球上有种类繁多的生物，植物约约30万种，动物约万种，动物约150万种，微生物万种，微生物约约10万种。也有人认为地球上的生物万种。也有人认为地球上的生物应为应为4500万种。万种。有关生命的起源，曾有两种观点：有关生命的起源，曾有两种观点：地地外起源论外起源论和和地内起源论地内起源论 （1 1）地外起源论地外起源论 这种观点认为生命起源于银河系别的星这种观

2、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。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、脂肪酸等。在陨石中已分析出氨基酸、脂肪酸等。但目前还没有外星球上存在生物的确但目前还没有外星球上存在生物的确切证据切证据。这是多数学者的观点，认为地球上的无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有机化合物，再经过

3、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：为有机体。其过程大致可分为三个阶段：有机化合物形成阶段：有机化合物形成阶段：原始海洋中原始海洋中的的N N，H H等元素和等元素和H2OH2O，COCO，CO2CO2，H2SH2S，甲烷，甲烷等无机化合物，在紫外线、电离辐射、高温、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；单糖等有机化合物；（2 2）地内（自然）起源论化学进化论）地内（自然）起源论化学进化论 生物大分子形成阶段：生物大分子形成阶段：氨基酸、核苷酸氨基酸、核苷酸等有机化合物，在海洋中

4、聚合成复杂的有机等有机化合物，在海洋中聚合成复杂的有机化合物，如蛋白质、核酸化合物，如蛋白质、核酸-生物大分子生物大分子；生命形成阶段：生命形成阶段：多个生物大分子聚集，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原生体，它具有初步的生命现象从周围环从周围环境中吸取营养，将废物排出体外。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从此，生命开始从化学进化转入生物进化阶段，化阶段，大量的化石记录证实了生命是在地大量的化石记录证实了生命是在地球上发生的，生物是随地球的发展而演化的。球上发生的，生物是随地

5、球的发展而演化的。二二.早期生物的发生和演化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录表明，早期生物演化经历了4 4次重大事件次重大事件 （1 1）生命的出现：生命的出现：最早的生物化石出最早的生物化石出现于现于3838亿年前的地层中亿年前的地层中南非无花果树组南非无花果树组（Fig Tree)Fig Tree)燧石中的棒状细菌和球状细菌燧石中的棒状细菌和球状细菌 它们均为单细胞生物，其中球状细菌它们均为单细胞生物，其中球状细菌直径直径171720m.20m.在澳大利亚发现在澳大利亚发现3535亿年前亿年前的叠层石的丝状体

6、的叠层石的丝状体（2 2）生物的分异：）生物的分异：表现为生物多样性发展表现为生物多样性发展属种数量属种数量的增加。如加拿大的增加。如加拿大OntariaOntaria（安大略省）（安大略省）西部西部2020亿年前的地层中出现亿年前的地层中出现8 8属属1212种微化种微化石。石。表明当时的原核生物已有相当的发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展和繁盛，可能与当时大气开始充氧有关。关。（3）真核生物的出现真核生物的出现：以宏观藻类的出以宏观藻类的出现为特色，如我国现为特色，如我国17.5亿年前串岭沟组中发亿年前串岭沟组中发现的现的Vendotaenides（文德带

7、藻）（文德带藻）（4）后生动物的出现后生动物的出现：出现于出现于6 67 7亿亿年前年前。主要为软躯体生物。以埃迪卡拉动物。主要为软躯体生物。以埃迪卡拉动物群为代表，是指群为代表，是指Z Z后期出现的，主要由腔肠后期出现的，主要由腔肠动物（动物（67%67%水母、海鳃纲）、环节动物水母、海鳃纲）、环节动物（25%25%）、节肢动物（似三叶虫）（）、节肢动物（似三叶虫）（5%5%）组）组成的成的不具外壳不具外壳的多细胞后生动物群。我国发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。现地点：鄂西、陕南、淮南、辽南和黑龙江。前前寒寒武武纪纪的的生生命命类类型型 13800百万年

8、有机碳微结构3500百万年 球状细菌3500百万年丝状细菌750-800百万年 后生动物（蠕虫类）前前寒寒武武纪纪的的生生命命类类型型 2环节动物腔肠动物700-600700-600百万年百万年 （埃迪卡拉动物群）（埃迪卡拉动物群）环节动物前前寒寒武武纪纪的的生生命命类类型型 3埃迪卡拉动物群埃迪卡拉动物群 及复原图及复原图三三 显生宙生物的演化显生宙生物的演化显生宙生物演化经历了显生宙生物演化经历了两两大飞跃大飞跃（1）动物界的第一次大发展动物界的第一次大发展 小壳动物群的出现小壳动物群的出现：震旦纪末期出现、寒震旦纪末期出现、寒武纪初大量繁盛，个体微小（武纪初大量繁盛，个体微小（12mm1

9、2mm），具），具外壳的多门类海生无脊椎动物群。包括软体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。类以及分类位置不明的类型。意义：意义：第一个带壳生物群，寒武纪（古生代）第一个带壳生物群，寒武纪（古生代）的起点的起点澄江动物群的出现澄江动物群的出现 寒武系底部继小壳动物群之后出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。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、及分类位置不明的节肢动物、腕足

10、类、藻类及鱼形动物藻类及鱼形动物意义：意义：是寒武纪初期生物大爆发的典型代表。是寒武纪初期生物大爆发的典型代表。澄澄江江动动物物群群昆昆明明鱼鱼海海口口鱼鱼(2)(2)动、植物从水生到陆生的发展动、植物从水生到陆生的发展 植物的发展：植物的发展：在志留纪末期早、在志留纪末期早、中泥盆世，由于大陆面积的扩大，植中泥盆世，由于大陆面积的扩大，植物完成了登陆的使命。以出现裸蕨植物完成了登陆的使命。以出现裸蕨植物为代表，物为代表，产生茎、叶的分化，产生茎、叶的分化，发育发育了维管束系统。了维管束系统。动物的发展动物的发展 在晚泥盆世，出现了鱼类向两栖类在晚泥盆世，出现了鱼类向两栖类的演化，动物完成了登

11、陆的使命。以的演化，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。鳍，当水体干枯时，可用肉鳍爬行。C 演化为两栖类。演化为两栖类。(3)(3)动物界的发展动物界的发展 遵循着从简单到复杂，从低级到遵循着从简单到复杂，从低级到高级的发展规律高级的发展规律 经过了从经过了从原生动物原生动物原始多细胞原始多细胞动物动物腔肠动物腔肠动物（两胚层动物）（两胚层动物）三三胚层动物胚层动物脊椎动物脊椎动物的演化过程。的演化过程。第一节第一节 生命起源与演化历程生命起源与演化历程第二节第二节 生物进化规律生物进化规律（二）生物进化的途径

12、与原因（二）生物进化的途径与原因 物种是进化的单元，也是繁殖后代的物种是进化的单元，也是繁殖后代的单元。进化的过程是物种不断演变的过程，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。新种不断出现，旧种不断绝灭。物种形成就是指新种的形成。物种形成就是指新种的形成。第二节第二节 生物进化规律生物进化规律一、遗传一、遗传 遗传是生物通过繁殖作用不断的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。具有稳定性，同时又具有可变性。物质基础物质基础细胞核中的染色体细胞核中的染色体 基因基因染色体上有一种决定性

13、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状发育的物质，基因主要由去氧核糖核酸核酸(DNA)组成，每个去氧核糖核酸分组成，每个去氧核糖核酸分子又由许多去氧核苷酸单体组成。子又由许多去氧核苷酸单体组成。二、变异二、变异 变异是同种个体之间的微小差异。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，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说明变异是一切生物普遍具有的共同特征。特征。遗传的奥秘在于遗传的奥秘在于DNA分子中碱基分子中碱基序列的变化。主要有以下三种：序列的变化。主要有以下

14、三种：（1）基因重组）基因重组 （2）基因突变）基因突变 （3）染色畸变）染色畸变特征特征（1 1）变异是相关的，有机体的一部分发）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，生变异，也会引起其他部分发生变异，如长颈鹿。如长颈鹿。（2 2）变异有遗传的，也有不遗传的，只）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。有遗传的变异才能对进化起作用。（3 3）变异不仅表现在外部形态上，而且）变异不仅表现在外部形态上，而且表现在内部结构上。表现在内部结构上。遗传与变异的关系遗传与变异的关系 在生物进化过程中，变异是一种在生物进化过程中，变异是一种创造性因素，遗传是一

15、种稳定性因素。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，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因此，遗传和变异之间的相互作用是生物进化的基本动力。用是生物进化的基本动力。三、三、隔离隔离(1)地理隔离地理隔离如华南虎和东北虎在如华南虎和东北虎在体型大小体型大小、毛毛色深浅色深浅和和毛的长短毛的长短等方面都产生了明等方面都产生了明显的差异，已形成了两个地理亚种。显的差异，已形成了两个地理亚种。(2)生殖

16、隔离生殖隔离 是指居群间由于基因型差异使是指居群间由于基因型差异使得基因交流不能进行，最终会导致得基因交流不能进行，最终会导致形成不同的亚种、新种形成不同的亚种、新种。四、自然选择四、自然选择 指生物在其生活的环境中，能够适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。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。利于适应外界环境方向变异。原理：原理：生物个体间的变异有些对生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

17、偶），具中（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。界淘劣留良的作用称为自然选择。（三）成种方式（三）成种方式 (1)渐变论渐变论 为达尔文的观点，认为成种作用为达尔文的观点，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，而且变异逐渐积累，最终形成新种，而且新种与旧种之间新种与旧种之间有过渡类型有过渡类型。强调线。强调线

18、系变异。但过渡类型在化石中不多见。系变异。但过渡类型在化石中不多见。（2 2）突变论）突变论 以点断平衡论为代表。由埃尔德以点断平衡论为代表。由埃尔德雷奇和古尔德在雷奇和古尔德在1972年提出的理论。年提出的理论。认为一个生物谱系的进化是由物种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。变化的静态平衡时期所组成。成种过程是突然发生的。认为新种成种过程是突然发生的。认为新种与旧种之间无过渡类型。目前这种观点与旧种之间无过渡类型。目前这种观点较为流行。较为流行。(四四)生物的进化模式生物的进化模式 适应适应生物在其形态

19、结构以及生理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、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。淘汰不利变异的结果，是生物对环境的适应。特化特化一种生物对某种生活条件特殊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。并无变化。这种现象叫做特化。39 42 适应辐射适应辐射 趋异趋异（分歧）（分歧）起源于

20、同一始祖起源于同一始祖类型的生物类型的生物，由于，由于适应不同的环境适应不同的环境而发生物种分化，而发生物种分化，一个种分化为两一个种分化为两个或两个以上的种。个或两个以上的种。适应辐射适应辐射某一类群的趋异向着某一类群的趋异向着各个不同方向发展各个不同方向发展，适应多种生活适应多种生活环境环境。如中生代的爬行动物。（规。如中生代的爬行动物。（规模大，较短时间内完成）模大，较短时间内完成）中生代爬行动物的适应辐射中生代爬行动物的适应辐射1.1.海中游泳的鱼龙；海中游泳的鱼龙；2.2.陆上食草的剑龙；陆上食草的剑龙；3.3.陆上食肉的跃龙；陆上食肉的跃龙；4.4.空中飞翔的翼龙空中飞翔的翼龙适应

21、趋同适应趋同 生物亲缘关系疏远的生物，由生物亲缘关系疏远的生物，由于适应相似的生活环境，而在形体于适应相似的生活环境，而在形体上变得相似上变得相似 如如 ：鱼、鱼龙、海豚、鲸都呈鱼：鱼、鱼龙、海豚、鲸都呈鱼形形;趋同趋同仅是表面现象，并没有改仅是表面现象，并没有改变生物原来的体制。变生物原来的体制。趋同现象的实例趋同现象的实例 1（a)a)单体珊瑚（锥状）；（单体珊瑚（锥状）；（b b）李希霍芬贝；）李希霍芬贝；（c c）固着蛤类马尾蛤）固着蛤类马尾蛤适应趋同适应趋同(例例2)（五）（五）生物进化的特点和规律生物进化的特点和规律 (1)进步性发展进步性发展 自生命在地球上出现以来，生物自生命在

22、地球上出现以来，生物界经历了由少到多、由低级到高级的界经历了由少到多、由低级到高级的进化发展过程，是一种上升的进步性进化发展过程，是一种上升的进步性发展。发展。从异养到自养的发展从异养到自养的发展 异养异养单细胞的细菌（原核单细胞的细菌（原核生物）以周围环境的有机质为养料。生物）以周围环境的有机质为养料。自养自养原核生物演化出具叶绿原核生物演化出具叶绿素的蓝绿藻，能够进行光合作用，从素的蓝绿藻，能够进行光合作用，从无机物合成有机养料。无机物合成有机养料。从二极生态模式到三极生态模式从二极生态模式到三极生态模式 二极二极蓝绿藻和细菌构成了早蓝绿藻和细菌构成了早期生物界自养和异养、合成与分解两个期

23、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。环节，形成了一个菌藻生态体系。三极三极随着真核细胞的出现，随着真核细胞的出现，开始了动植物的分化，构成了一个三极开始了动植物的分化，构成了一个三极生态系统。生态系统。绿色植物绿色植物自然界的生产者自然界的生产者 动物动物自然界的消费者自然界的消费者 细菌真菌细菌真菌自然界的分解者自然界的分解者从水到陆的发展从水到陆的发展 四亿年前，植物先行登陆，而后四亿年前，植物先行登陆，而后是动物登陆，逐渐形成了现代的动是动物登陆，逐渐形成了现代的动植物体系。植物体系。(2)进化的不可逆性进化的不可逆性 指已经演变的物种不可能恢复祖指已经演变的物

24、种不可能恢复祖型，已经灭亡的种类不可能重新出现。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。生物的进化发展是不可能走回头路的。(3)相关律和重演律相关律和重演律 相关律相关律居维叶（居维叶（G.Cuvier）提出，认为生物身体的各部分的发展提出，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，同时产生新的其他的器官随之变异，同时产生新的适应。适应。个体发育个体发育生物的每个个体从生物的每个个体从其生命开始到自然死亡都要经历一系其生命开始到自然死亡

25、都要经历一系列发育阶段。如：昆虫有卵、幼虫、列发育阶段。如：昆虫有卵、幼虫、蛹、成虫四个阶段。蛹、成虫四个阶段。系统发生系统发生指生物类群的起源指生物类群的起源和进化历史。生物类群不论大小都有和进化历史。生物类群不论大小都有其起源和发展历史。其起源和发展历史。重演律重演律系统发生和个体发育是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。体发育是系统发生的短暂重演。39 55 个体发育与系统发生之间的关系

26、个体发育与系统发生之间的关系(举例举例)系系统统发发育育：即即生生物物系系统统的的发发生和演变过程生和演变过程个体发育个体发育：即个即个体从生命开始体从生命开始到死亡为止的到死亡为止的演变过程演变过程（六）生物演替（六）生物演替 古生物学资料表明，以知的古生物学资料表明，以知的2500个科中已个科中已经有经有2/3的科绝灭，其原因为：的科绝灭，其原因为：种系代谢种系代谢在生物的纵向发展上，新种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。所代替而衰退灭亡。生态代替生态代替在生物的横向发展上，一些在生物的横向发展上，一些

27、物种扩大并占领了新的生态空间，而另一些物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。种则丧失了生活领域以至退出了历史舞台。背景值绝灭背景值绝灭地史上任何时期都地史上任何时期都有一些生物绝灭，但总的平均绝灭率维有一些生物绝灭，但总的平均绝灭率维持在一个低水平上，通常持在一个低水平上，通常0.11个种个种/百百万年。万年。集群绝灭（大规模绝灭）集群绝灭（大规模绝灭）在在某些地史时期，有许多门类的生物几乎某些地史时期，有许多门类的生物几乎同时绝灭，使生物绝灭率突然升高。同时绝灭，使生物绝灭率突然升高。地史上大规模绝灭共有地史上大规模绝灭共有七七次：次：前寒武纪埃迪卡拉动物群绝灭前寒武纪埃迪卡拉动物群绝灭/O之交之交O/S之交之交D3弗拉斯期弗拉斯期-法门期法门期 之交之交P/T之交之交T/J之交之交K/E之交之交地质时代（距今百万年）地质时代（距今百万年）(Sepkoski et al.,1992)1235674导致生物大规模绝灭的原因：导致生物大规模绝灭的原因：地内事件地内事件 如火山爆发、地磁场倒转、如火山爆发、地磁场倒转、大规模海退、板块运动、温度变化、大规模海退、板块运动、温度变化、缺氧事件等缺氧事件等地外事件地外事件 如超新星爆发、小行星撞击、如超新星爆发、小行星撞击、太阳耀斑等太阳耀斑等