保護生物學 - 03生物進化、物種形成與滅絕

1、生物進化、生物進化、物種形成與滅絕物種形成與滅絕地球：無生命地球：無生命-生命（從簡單到復雜生命（從簡單到復雜）v生物進化：進化方式、原因與歷程v物種的形成：形成過程、方式和意義v物種滅絕：滅絕的機制主要內容主要內容生物進化（生物進化（EvolutionEvolution）u 什么是生物進化？什么是生物進化？指生物與環(huán)境之間作用過程中，遺傳系統(tǒng)發(fā)生的不可逆的指生物與環(huán)境之間作用過程中，遺傳系統(tǒng)發(fā)生的不可逆的改變，導致表型的改變（生物對環(huán)境改變，導致表型的改變（生物對環(huán)境適應適應的過程）。的過程）。生物微觀進化和宏觀進化生物微觀進化和宏觀進化u 微觀進化：物種范圍內短時間內小的進化改變（小進化）

2、。微觀進化：物種范圍內短時間內小的進化改變（小進化）。u 宏觀進化：一個種變?yōu)榱硪环N的長期基因變異方式（大進化）。宏觀進化：一個種變?yōu)榱硪环N的長期基因變異方式（大進化）。宏觀進化的方式宏觀進化的方式u 線系漸變與間斷平衡線系漸變與間斷平衡u 適應輻射適應輻射u 趨同與平行進化趨同與平行進化u 重演律與異時發(fā)生重演律與異時發(fā)生u 協(xié)同進化協(xié)同進化宏觀進化的方式宏觀進化的方式u 線系漸變與間斷平衡線系漸變與間斷平衡 線系漸變：諸多微小的變化積累導致的進化，自然選擇作用大線系漸變：諸多微小的變化積累導致的進化，自然選擇作用大 間斷平衡進化：長期的停滯和短期的加速相結合導致的進化間斷平衡進化：長期的停

3、滯和短期的加速相結合導致的進化 進化速度與物種形成的關系的不同觀點進化速度與物種形成的關系的不同觀點宏觀進化的方式宏觀進化的方式u 適應輻射適應輻射 進化革新的出現(xiàn)進化革新的出現(xiàn) 集群滅絕之后集群滅絕之后 分散、隔離環(huán)境分散、隔離環(huán)境 外來物種進入外來物種進入宏觀進化的方式宏觀進化的方式u 趨同與平行進化趨同與平行進化 趨同：祖先不同，生活方式相似，形態(tài)構造相似，如飛翔動物的翅趨同：祖先不同，生活方式相似，形態(tài)構造相似，如飛翔動物的翅 同功器官同功器官 vs. vs. 同源器官同源器官 平行進化：不同類群，獨立進化出相似的特征。平行進化：不同類群，獨立進化出相似的特征。 宏觀進化的方式宏觀進化

4、的方式u 重演律與異時發(fā)生重演律與異時發(fā)生 重演律：個體發(fā)育是系統(tǒng)發(fā)育簡單快速的重演重演律：個體發(fā)育是系統(tǒng)發(fā)育簡單快速的重演 異時發(fā)生：體細胞和生殖細胞的異時成熟異時發(fā)生：體細胞和生殖細胞的異時成熟u 協(xié)同進化協(xié)同進化 指生態(tài)學上密切相關的不同物種之間的相互關聯(lián)進化。指生態(tài)學上密切相關的不同物種之間的相互關聯(lián)進化。 如昆蟲與有花植物的互利關系，寄生蟲與寄主，捕食與被捕食動如昆蟲與有花植物的互利關系，寄生蟲與寄主，捕食與被捕食動物的競賽。物的競賽。生物進化的原因生物進化的原因u 遺傳和變異：遺傳和變異：遺傳基礎和基因型的變化，突變和基因重組遺傳基礎和基因型的變化，突變和基因重組u 自然選擇：自然

5、選擇：通過生存競爭導致生物進化，改變基因頻率。通過生存競爭導致生物進化，改變基因頻率。u 隔離：隔離：地理隔離和生殖隔離，阻斷遺傳物質的交流，導致地理隔離和生殖隔離，阻斷遺傳物質的交流，導致新物種產生。新物種產生。Heavy pollution Light PollutionVarying levels of predation is one hypothesis of why the shifts occurredBirds are visual predators and the evolutionary value of the color changed生物進化的主要歷程生物進化的主要

6、歷程u 太古代太古代（38-2038-20億年前）：億年前）： 生命的孕育和初期發(fā)展。生命的孕育和初期發(fā)展。u 遠古代遠古代（20-620-6億年前）：億年前）： 海生藻類的空前繁榮。海生藻類的空前繁榮。u 古生代古生代（6-2.56-2.5億年前）億年前） ： 生物爆發(fā)式發(fā)展。生物爆發(fā)式發(fā)展。u 中生代中生代（2.5-0.652.5-0.65億年前）：億年前）： 爬行動物與裸子植物的昌盛爬行動物與裸子植物的昌盛u 新生代新生代（0.650.65億年前億年前- -今）：今）： 哺乳動物和被子植物的興盛哺乳動物和被子植物的興盛物種與物種的形成物種與物種的形成u 物種：一定區(qū)域內具有極相似的形態(tài)特

7、征和生理、生態(tài)特征，物種：一定區(qū)域內具有極相似的形態(tài)特征和生理、生態(tài)特征，個體間可以自然交配產生正常后代的自然生物類群。個體間可以自然交配產生正常后代的自然生物類群。 物種是自然、生態(tài)學和生物進化的基本單位物種是自然、生態(tài)學和生物進化的基本單位 物種是生物多樣性的基本組成成分。物種是生物多樣性的基本組成成分。 物種究竟是什么？物種究竟是什么？ 是理論問題和實際問題。是理論問題和實際問題。 沒有公認的解釋。沒有公認的解釋。物種與物種的形成物種與物種的形成u 關于物種形成觀點關于物種形成觀點 達爾文：自然選擇引起性狀分歧，使中間類型的滅絕，導致新達爾文：自然選擇引起性狀分歧，使中間類型的滅絕，導致

8、新種形成。種形成。 性狀分歧：生活在不同環(huán)境里的生物，向不同方向變異和發(fā)展，性狀分歧：生活在不同環(huán)境里的生物，向不同方向變異和發(fā)展，形成多種性狀。最終導致新物種的形成。形成多種性狀。最終導致新物種的形成。 中間類型的滅絕：性狀分歧不大，因在習性、體質和結構上相中間類型的滅絕：性狀分歧不大，因在習性、體質和結構上相近，所需生活條件相近，會產生劇烈的生存競爭。近，所需生活條件相近，會產生劇烈的生存競爭。物種與物種的形成物種與物種的形成u 關于物種形成觀點關于物種形成觀點 現(xiàn)代達爾文主義：現(xiàn)代生物學手段對達爾文進化論的內涵進行現(xiàn)代達爾文主義：現(xiàn)代生物學手段對達爾文進化論的內涵進行實質性修正、補充和提

9、高。指出物種形成需要三個環(huán)節(jié)：實質性修正、補充和提高。指出物種形成需要三個環(huán)節(jié)：突變和突變和基因重組，自然選擇，隔離（生物進化的原因）基因重組，自然選擇，隔離（生物進化的原因）。物種與物種的形成物種與物種的形成u物種形成過程物種形成過程 隔離：新種的出現(xiàn)導致生殖作用的連續(xù)性中斷，基因交流中斷隔離：新種的出現(xiàn)導致生殖作用的連續(xù)性中斷，基因交流中斷。 空間空間( (地理地理) )隔離：地理屏障阻礙基因流的交換，促進性狀分歧。隔離：地理屏障阻礙基因流的交換，促進性狀分歧。 生殖隔離：即使在同域導致基因交流出現(xiàn)障礙生殖隔離：即使在同域導致基因交流出現(xiàn)障礙, ,必要條件。必要條件。物種的形成方式：物種分

10、化物種的形成方式：物種分化u 繼承式與分化式繼承式與分化式 繼承式：同域內一個物種變?yōu)榱硪粋€。繼承式：同域內一個物種變?yōu)榱硪粋€。 分化式：同域內一個物種變?yōu)閮蓚€。分化式：同域內一個物種變?yōu)閮蓚€。u 漸變式和驟變式漸變式和驟變式：雜交：雜交物種的形成方式：物種分化物種的形成方式：物種分化u 異域式和同域式異域式和同域式 異域式：地理隔離導致物種形成，最為常見。異域式：地理隔離導致物種形成，最為常見。 同域式：同域內因生態(tài)分異，進行雜交，基因交流出現(xiàn)分化。同域式：同域內因生態(tài)分異，進行雜交，基因交流出現(xiàn)分化。Individualsof differentspecies MatingattemptH

11、abitat isolationTemporal isolationBehavioral isolationMechanical isolationHABITAT ISOLATIONTEMPORAL ISOLATIONBEHAVIORAL ISOLATIONMECHANICAL ISOLATION異域式和同域式物種形成異域式和同域式物種形成異域式和同域式物種形成異域式和同域式物種形成物種的形成方式：物種分化物種的形成方式：物種分化物種形成在生物進化中的意義物種形成在生物進化中的意義 生物進化與物種形成相似，但有區(qū)別：基因頻率的改變都屬生物進化與物種形成相似，但有區(qū)別：基因頻率的改變都屬于生物進

12、化，但這些改變突破種的界限才是物種形成。于生物進化，但這些改變突破種的界限才是物種形成。 物種形成是生物譜系進化中的重要環(huán)節(jié)：譜系進化包括不同分類階元水平物種形成是生物譜系進化中的重要環(huán)節(jié)：譜系進化包括不同分類階元水平的進化。物種形成是種上進化的起點，種內進化的終點。的進化。物種形成是種上進化的起點，種內進化的終點。 物種形成為生物進化的不可逆性奠定了基礎：一旦生殖隔離產生，意味著物種形成為生物進化的不可逆性奠定了基礎：一旦生殖隔離產生，意味著新種形成，性狀和特性的穩(wěn)定性得到了鞏固。新種形成，性狀和特性的穩(wěn)定性得到了鞏固。 物種形成是生物多樣性的基礎，意味著生物以新方式利用環(huán)境條件，向進物種形

13、成是生物多樣性的基礎，意味著生物以新方式利用環(huán)境條件，向進一步多樣性提供條件：植物一步多樣性提供條件：植物- -昆蟲昆蟲- -鳥類鳥類- -獵食獸類獵食獸類- -寄生種類的共同繁榮。寄生種類的共同繁榮。物種滅絕（物種滅絕（extinctionextinction）p 滅絕滅絕：一個物種的所有個體逐漸喪失且不再繁殖后代的過程。：一個物種的所有個體逐漸喪失且不再繁殖后代的過程。 對個體而言，生命的歸宿是死亡對個體而言，生命的歸宿是死亡; ; 而對于一個物種，一個群體來說，就是滅絕。而對于一個物種，一個群體來說，就是滅絕。 物種的形成伴隨滅絕：自生命在地球上出現(xiàn)以來，物種多樣性物種的形成伴隨滅絕：自

14、生命在地球上出現(xiàn)以來，物種多樣性就維持著一種上升的趨勢，但是死亡和滅絕是生命不可避免的歷就維持著一種上升的趨勢，但是死亡和滅絕是生命不可避免的歷程。程。 物種的壽命：當大災難降臨時，還是有許許多多的物種因為無物種的壽命：當大災難降臨時，還是有許許多多的物種因為無法適應而徹底消亡了。一般說來，一個物種只能延續(xù)幾百萬年，法適應而徹底消亡了。一般說來，一個物種只能延續(xù)幾百萬年，然后就被其他物種取代了。這就是物種的自然滅絕。然后就被其他物種取代了。這就是物種的自然滅絕。 物種滅絕的類型物種滅絕的類型p 絕種：某一物種無個體存在使，認為已經滅絕，即絕種。絕種：某一物種無個體存在使，認為已經滅絕，即絕種。

15、 渡渡鳥是一種重達渡渡鳥是一種重達23公斤的不會飛的鳥，公斤的不會飛的鳥，生活于印度洋上的留尼汪島。公元生活于印度洋上的留尼汪島。公元16世紀，水世紀，水手們來到留尼汪島。在手們來到留尼汪島。在150年里，所有的渡渡鳥年里，所有的渡渡鳥都消失了。它們被屠殺以提供人們所需的油料，都消失了。它們被屠殺以提供人們所需的油料，并作為豬，狗的食物。并作為豬，狗的食物。 最后一只袋狼死于最后一只袋狼死于1936年，幾萬年，幾萬年來，它們是塔斯馬尼亞島的主要捕年來，它們是塔斯馬尼亞島的主要捕食動物。但是當英國人在這個澳大利食動物。但是當英國人在這個澳大利亞島嶼定居后，他們?yōu)榱损B(yǎng)羊而砍倒亞島嶼定居后，他們?yōu)榱?/p>

16、養(yǎng)羊而砍倒了大片森林。袋狼捕食羊，牧場主就了大片森林。袋狼捕食羊，牧場主就向它們開火向它們開火 物種滅絕的類型物種滅絕的類型p 野外滅絕：僅在飼養(yǎng)條件下存活，野外分布區(qū)內沒有分布。野外滅絕：僅在飼養(yǎng)條件下存活，野外分布區(qū)內沒有分布。麋鹿麋鹿懷俄明蟾蜍懷俄明蟾蜍伍德蘇鐵伍德蘇鐵物種滅絕的類型物種滅絕的類型p 絕種、野外滅絕：絕種、野外滅絕：屬全球性滅絕屬全球性滅絕p 局部滅絕：局部滅絕：某些棲息地不再存在，但其他地方有發(fā)現(xiàn)。如灰狼、某些棲息地不再存在，但其他地方有發(fā)現(xiàn)。如灰狼、大熊貓、褐馬雞等。大熊貓、褐馬雞等。p 生態(tài)滅絕：生態(tài)滅絕：物種數量減少對群落中其他成員影響微不足道，如物種數量減少對群

17、落中其他成員影響微不足道，如虎。虎。p 生殖滅絕：生殖滅絕：有個體存活，但不能繁衍生存。有個體存活，但不能繁衍生存。生生物物群群 滅絕滅絕 現(xiàn)代：大型哺乳類、鳥類現(xiàn)代：大型哺乳類、鳥類 滅絕滅絕 白堊紀：爬行類（恐龍）等許多海白堊紀：爬行類（恐龍）等許多海 洋生物。洋生物。 滅絕滅絕 三疊紀：總科數達三疊紀：總科數達35%的爬行類和海的爬行類和海 洋生物。洋生物。 滅絕滅絕 二疊紀：所有的三葉蟲、二疊紀：所有的三葉蟲、95%以上的以上的 海洋生物、海洋生物、50%以上的其它生物。以上的其它生物。 滅絕滅絕 泥盆紀：總科數達泥盆紀：總科數達30%的生物的生物滅絕滅絕 寒武紀：寒武紀：總科數達總科

18、數達50%以上的生物以上的生物第四紀第四紀第三紀第三紀白堊紀白堊紀侏羅紀侏羅紀三疊紀三疊紀二疊紀二疊紀石炭紀石炭紀泥盆紀泥盆紀志留紀志留紀奧陶紀奧陶紀寒武紀寒武紀寬度代表存活類群的相對數量寬度代表存活類群的相對數量物種滅絕（物種滅絕（extinctionextinction）p 滅絕本身不僅僅是一種結果，還反映物種瀕危的過程。p 滅絕的原因：生物自身內在因素和外部環(huán)境。p 是生物發(fā)展規(guī)律決定的必然事件。p 也是偶然和不可完全預測的事件。物種滅絕的機制物種滅絕的機制p 內部機制內部機制 進化創(chuàng)新與物種滅絕：相互促進、相互影響，對立而統(tǒng)一。進化創(chuàng)新與物種滅絕：相互促進、相互影響，對立而統(tǒng)一。 系統(tǒng)

19、發(fā)育年齡與物種滅絕：物種的生命周期對環(huán)境的適應。系統(tǒng)發(fā)育年齡與物種滅絕：物種的生命周期對環(huán)境的適應。 特有類群與物種滅絕：地方性特有類群具有高滅絕風險。特有類群與物種滅絕：地方性特有類群具有高滅絕風險。 形態(tài)性狀單一類群與物種滅絕：多樣具有較高生存力。形態(tài)性狀單一類群與物種滅絕：多樣具有較高生存力。 熱帶分布類群與物種滅絕：穩(wěn)定的氣候環(huán)境中的熱帶類群面對熱帶分布類群與物種滅絕：穩(wěn)定的氣候環(huán)境中的熱帶類群面對環(huán)境劇烈波動時，更顯脆弱。環(huán)境劇烈波動時，更顯脆弱。 島嶼分布類群與物種滅絕：缺乏天敵，受到外來種類干擾影響島嶼分布類群與物種滅絕：缺乏天敵，受到外來種類干擾影響嚴重。嚴重。物種滅絕的機制物

20、種滅絕的機制p 外部機制外部機制 生物學機制生物學機制 1. 1.競爭與物種滅絕競爭與物種滅絕：種內、種間競爭，資源、領域的競爭，競：種內、種間競爭，資源、領域的競爭，競爭的結果導致生態(tài)位分化，或排擠弱勢群體。爭的結果導致生態(tài)位分化，或排擠弱勢群體。 阿利效應（阿利效應（AlleeAllee effecteffect）: :個體適合度的任何成分和它們同個體適合度的任何成分和它們同種的數量或密度呈正相關關系。原因為：種的數量或密度呈正相關關系。原因為： 種群數量增加，降低個體被捕獲的幾率；種群數量增加，降低個體被捕獲的幾率； 增加對捕食者的警覺性，提高抗捕食能力；增加對捕食者的警覺性，提高抗捕食

21、能力； 提高種群改變周圍環(huán)境的能力，促進生存；提高種群改變周圍環(huán)境的能力，促進生存； 減少近親繁殖，提高遺傳多樣性減少近親繁殖，提高遺傳多樣性p 外部機制外部機制 生物學機制生物學機制 2. 2.捕食與物種滅絕捕食與物種滅絕：極端情況下，捕食者與獵物之間密度的動：極端情況下，捕食者與獵物之間密度的動態(tài)平衡。態(tài)平衡。 3. 3.病菌與物種滅絕：病菌與物種滅絕：外來種攜帶外來病原體毀滅當地種群。外來種攜帶外來病原體毀滅當地種群。 4. 4.競爭、捕食、流行病等綜合因素。競爭、捕食、流行病等綜合因素。 物理學機制物理學機制：陸地形成、造山運動、大陸碰撞漂移、氣候變化。：陸地形成、造山運動、大陸碰撞漂

22、移、氣候變化。 緩慢的地質變化與滅絕：新環(huán)境的出現(xiàn)緩慢的地質變化與滅絕：新環(huán)境的出現(xiàn) 氣候變遷和滅絕：溫度、濕度的劇烈波動。氣候變遷和滅絕：溫度、濕度的劇烈波動。 突變的地理事件：火山、造山、造陸、外星球的災變突變的地理事件：火山、造山、造陸、外星球的災變 物種滅絕的機制物種滅絕的機制p 人類活動和物種滅絕人類活動和物種滅絕 第六次物種大滅絕：島嶼型物種和大型動物。第六次物種大滅絕：島嶼型物種和大型動物。 人類活動的責任不可推卸：人類移民至澳洲、美洲。人類活動的責任不可推卸：人類移民至澳洲、美洲。 直接導致滅絕：捕殺、采集和殘害。直接導致滅絕：捕殺、采集和殘害。 間接導致滅絕：砍伐森林、開墾農田、建設水利等破壞生存環(huán)間接導致滅絕：砍伐森林、開墾農田、建設水利等破壞生存環(huán)境。境。 物種滅絕的機制物種滅絕的機制易滅絕物種的特征易滅