第五講生物進(jìn)化的證據(jù)5

1、Hi!同學(xué)們好！ 嗨！嗨！進(jìn)化生物學(xué)進(jìn)化生物學(xué)陳忠法主講生物與環(huán)境學(xué)院第五講 生物進(jìn)化的證據(jù)n梟頭貝貝殼化石n 梟頭貝貝殼化石梟頭貝貝殼化石一、化石n n 化石是經(jīng)過(guò)自然界的作用，保存于地層中的古生物遺體、遺物和他們生活的遺跡。從時(shí)間上全新世之前的地層中挖掘出的才可稱(chēng)之為化石。是古生物學(xué)研究的對(duì)象。n 化石就能夠或多或少地反映出當(dāng)時(shí)生物及其生存環(huán)境的狀況，也就為人類(lèi)了解生命的歷史和地球上生態(tài)環(huán)境變遷的歷史提供了重要的線索。 n化石動(dòng)物與現(xiàn)存動(dòng)物之間的相似性親緣關(guān)系n生物進(jìn)化最主要的證據(jù)是化石.古生物學(xué)n是研究地史時(shí)期生物發(fā)生、發(fā)展、分類(lèi)、分布、進(jìn)化等規(guī)律的科學(xué)。n它的研究對(duì)象是化石，通過(guò)研究，

2、可闡明生物界生物的發(fā)展歷史，確定地層形成的先后順序，了解地殼發(fā)展的歷史，推斷地質(zhì)史上的水陸分布和氣候變遷，以及指導(dǎo)對(duì)礦產(chǎn)資源的普查勘探和開(kāi)發(fā)利用。（一）化石種類(lèi)nA、按保存的特點(diǎn)，化石常分為遺體化石、模鑄化石、遺物化石和遺跡化石四大類(lèi)：1、遺體化石（實(shí)體化石）n最常見(jiàn)的，代表生物遺體或其中一部分。如骨骼、莖稈等，也有微體化石。大部分石化，極少數(shù)不變保存。2、模鑄化石n指生物體在底層或圍巖中所留下的各種印模和復(fù)鑄物。n印痕化石n印?；?、遺物化石n指古代生物生活時(shí)留下的物品、工具、糞便、卵等。n糞粒（魚(yú)）、蛋（恐龍）、卵、珍珠、石器等4、遺跡化石n古代生物生活時(shí)留下的活動(dòng)痕跡。n如足跡、移跡、

3、棲孔、潛穴等。B、按化石的大小分類(lèi)n1、大化石：不借助儀器用眼睛或放大鏡就能直接觀察的化石。n2、微體化石：用光學(xué)顯微鏡才能觀察到的一些化石。個(gè)體微小的古生物、較大生物的某些微小部分，如放射蟲(chóng)、細(xì)胞、孢子、花粉等。n3、超微化石：電子顯微鏡，超微浮游生物。4、分子化石n 古代生物的遺體有些因腐爛分解而消失，但一些殘留的有機(jī)物分子，可在化石中或摻入沉積物中而獲保存。n如：氨基酸、脂肪酸、多糖、核苷酸等n古生物化學(xué)（二）化石形成的條件和原因n1、生物死亡種群的大小、生物死亡種群的大小n種群越大、密度越大、形成化石的機(jī)會(huì)越多。n如魚(yú)類(lèi)比其化脊椎動(dòng)物多2、生物體組成部分的堅(jiān)硬度n生物本身最好具有硬體（

4、hard part)n殼體、硬骨頭、牙齒、植物纖維素、木質(zhì)素3、生物尸體被掩埋的速度和環(huán)境n外界環(huán)境因素：n有掩蓋物質(zhì)將遺體迅速掩埋起來(lái)，免生物、機(jī)械和化學(xué)的破壞。n 一般來(lái)說(shuō)，掩蓋物質(zhì)的粒度較小（致密的環(huán)境介質(zhì)）、沉積作用寧?kù)o、再加上保存時(shí)沒(méi)有生物的破壞和氧化作用，容易形成完整而精美的化石。n搬運(yùn)作用：原地埋葬n 異地埋葬孔子鳥(niǎo)n在一塊火山巖上，軀干、骨骼、利爪清晰可見(jiàn)，只鳥(niǎo)身長(zhǎng)23厘米，展翅寬33厘米，一只少年鳥(niǎo)，這只孔子鳥(niǎo)化石距今已有1.25億年，當(dāng)時(shí)火山爆發(fā)，火山熔巖在瞬間包裹住孔子鳥(niǎo)，以致化石形態(tài)才這樣完整。 孔子鳥(niǎo)n復(fù)原的雄性孔子鳥(niǎo)貌似現(xiàn)在的野雞，翅膀上也有爪，且相當(dāng)發(fā)達(dá)?，F(xiàn)代鳥(niǎo)類(lèi)

5、全都沒(méi)有牙齒，但在遠(yuǎn)古的中生代，大多數(shù)鳥(niǎo)類(lèi)依靠的是嘴中的牙齒取食。與絕大多數(shù)中生代早期鳥(niǎo)類(lèi)不同，孔子鳥(niǎo)牙齒已經(jīng)完全退化，且已有角質(zhì)喙?！笆甲骧B(niǎo)始祖鳥(niǎo)”n孔子鳥(niǎo)與年德國(guó)發(fā)現(xiàn)只孔子鳥(niǎo)與年德國(guó)發(fā)現(xiàn)只能滑行的能滑行的“始祖鳥(niǎo)始祖鳥(niǎo)”相比，已有相比，已有了初步的飛行能力，能主動(dòng)飛行，了初步的飛行能力，能主動(dòng)飛行，這就從根本上改變了上百年來(lái)世這就從根本上改變了上百年來(lái)世界鳥(niǎo)類(lèi)研究以德國(guó)界鳥(niǎo)類(lèi)研究以德國(guó)“始祖鳥(niǎo)始祖鳥(niǎo)”為為主的現(xiàn)象。主的現(xiàn)象。 n爬行類(lèi)無(wú)翅膀但有爪，嘴里有牙爬行類(lèi)無(wú)翅膀但有爪，嘴里有牙齒，今在國(guó)外發(fā)現(xiàn)始祖鳥(niǎo)化石，齒，今在國(guó)外發(fā)現(xiàn)始祖鳥(niǎo)化石，有翅膀，但翅尖有爪，嘴里也有有翅膀，但翅尖有爪，嘴里

6、也有牙齒，鳥(niǎo)類(lèi)是從牙齒，鳥(niǎo)類(lèi)是從 古代爬行類(lèi)古代爬行類(lèi) 進(jìn)化進(jìn)化而來(lái)？而來(lái)？4、石化的程度和速度n物理作用：硬體中的疏松多孔處，礦物質(zhì)填充其孔隙、得以保存，并增加其重量，或外形印烙在巖石上。n化學(xué)置換作用：指生物硬體或軟體的原來(lái)成分被水溶解，以新的物質(zhì)填充。鈣化（方解石）、硅化（石英）和黃鐵礦化。有些能保存精細(xì)結(jié)構(gòu)。（三）化石保存的方式n1、未變保存n條件有三：密封密封，昆蟲(chóng)被古代樹(shù)脂包n 冷凍冷凍：北極猛瑪象、犀牛尸體n干燥干燥：美國(guó)洞穴中的地獺、北美恐龍皮膚（木乃伊）n別外：防腐作用的泥炭、瀝青琥珀n千萬(wàn)年前植物所分泌出來(lái)的樹(shù)脂，經(jīng)過(guò)地殼變動(dòng)而深埋地下，逐漸演化而成的一種天然化石。品種有金

7、珀、蟲(chóng)珀、香珀、靈珀、石珀、花珀、水珀、明珀、蠟珀等，尤以含有完整昆蟲(chóng)或植物的琥珀為珍貴 。2、變化保存(石化作用)n1）物理作用：硬體中的有機(jī)質(zhì)因散失呈疏松多孔，而后水中的礦物質(zhì)填充其孔隙、得以保存，并增加其重量。n 如：新生代骨骼、貝殼n2）化學(xué)置換作用：指生物硬體或軟體的原來(lái)成分被水溶解，以新的物質(zhì)填充。鈣化（方解石）、硅化（石英）和黃鐵礦化。有些能保存精細(xì)結(jié)構(gòu)。3）炭化作用n生物遺物中易揮發(fā)的成分（H、O、N）經(jīng)蒸騰作用而逃逸，留下較穩(wěn)定的炭質(zhì)薄膜，是為炭化作用。n植物、含幾丁質(zhì)骨骼的動(dòng)物（蝦）n此外：植物壓型化石3、模鑄保存n印痕n外模、內(nèi)模n鑄型、復(fù)型二、化石、地質(zhì)年代、生物進(jìn)化

8、地球歷史中的生命是以化石的形式保存下來(lái)的。 運(yùn)用放射性元素測(cè)定化石的地質(zhì)年代n化石的地質(zhì)年代對(duì)于生物進(jìn)化順序研究關(guān)系重大。（一）地質(zhì)年代的劃分n地質(zhì)年代是地球演化過(guò)程中某一時(shí)間階段的劃分方法。n地殼上不同時(shí)期的巖石和地層，在形成過(guò)程中的時(shí)間（年齡）和順序。n地質(zhì)年代可分為相對(duì)年代和絕對(duì)年齡（或同位素年齡）兩種。n相對(duì)地質(zhì)年代是指巖石和地層之間的相對(duì)新老關(guān)系和它們的時(shí)代順序。n46億年n地質(zhì)學(xué)家和古生物學(xué)家根據(jù)地層自然形成的先后順序，將地層分為6代12紀(jì)n地質(zhì)年代 地層系統(tǒng)n代 界 n紀(jì) 系n世 統(tǒng)n期 層 地質(zhì)時(shí)代距今百萬(wàn)年地質(zhì)構(gòu)造階段古氣候特征生物發(fā)展階段 代 紀(jì) 世動(dòng)物植物元古代 晚震旦紀(jì)

9、-570-850-1000-1600-2500-3800-4600-加里東構(gòu)造階段震旦紀(jì)大冰期氣候不具硬殼動(dòng)物出現(xiàn)菌藻植物時(shí)代真核元古代大冰期氣候中早太古代太古代大冰期氣候菌類(lèi)藍(lán)藻出現(xiàn)冥古代生命現(xiàn)象開(kāi)始出現(xiàn) 地質(zhì)時(shí)代距今百萬(wàn)年地質(zhì)構(gòu)造階段古氣候特征生物發(fā)展階段 代 紀(jì) 世動(dòng)物 植物古生代晚古生代二疊紀(jì)晚早-230-290-363-409-439-510-570-海西寧構(gòu)造階段石炭二疊紀(jì)大冰期氣候兩棲動(dòng)物時(shí)代陸生孢子植物時(shí)代石炭紀(jì)晚中早泥盆紀(jì)晚中早大間冰期氣候魚(yú)類(lèi)時(shí)代早古生代志留紀(jì)晚中早加里東構(gòu)造階段水生無(wú)脊椎動(dòng)物時(shí)代半陸生孢子植物時(shí)代奧陶紀(jì)晚中早寒武紀(jì)晚中早菌藻植物時(shí)代 地質(zhì)時(shí)代距今百萬(wàn)年地質(zhì)

10、構(gòu)造階段古氣候特征生物發(fā)展階段 代 紀(jì) 世動(dòng)物 植物 中 生 代白堊紀(jì)晚早-67-146-208-230-燕山構(gòu)造階段（老阿爾卑斯階段）大間冰期氣候爬行動(dòng)物時(shí)代裸子植物時(shí)代侏羅紀(jì)晚中早三疊紀(jì)晚中早印枝構(gòu)造階段 地質(zhì)時(shí)代距今百萬(wàn)年地質(zhì)構(gòu)造階段古氣候特征生物發(fā)展階段 代 紀(jì) 世動(dòng)物植物 新 生 代第四紀(jì) 全新世-0.01-2-5.2-23-35-57-67-喜馬拉雅構(gòu)造階段（新阿爾卑斯階段）第四紀(jì)大冰期氣候人類(lèi)時(shí)代 被子植物時(shí)代更新世新第三紀(jì)上新世大間冰期氣候哺乳動(dòng)物時(shí)代中新世老第三紀(jì)漸新世始新世古新世（二）地質(zhì)年代的測(cè)定n絕對(duì)年齡是根據(jù)測(cè)出巖石中某種放射性元素及其蛻變產(chǎn)物的含量而計(jì)算出巖石的生成

11、后距今的實(shí)際年數(shù)。n越是老的巖石，地層距今的年數(shù)越長(zhǎng)。每個(gè)地質(zhì)年代單位應(yīng)為開(kāi)始于距今多少年前，結(jié)束于距今多少年前，這樣便可計(jì)算出共延續(xù)多少年。 常用放射測(cè)年法測(cè)定。n原子核衰變恒速，不穩(wěn)定的母體核素衰變成子體核素的速率是恒定的n鉀-40，氬-40，13億年n巖石38億年n14C，5730年n古地磁法測(cè)年和電子回旋共振法測(cè)年（三）地質(zhì)年代、生物進(jìn)化史、地層系統(tǒng)n在各個(gè)不同時(shí)期的地層里，大都保存有古代動(dòng)、植物的標(biāo)準(zhǔn)化石。各類(lèi)動(dòng)、植物化石出現(xiàn)的早晚是有一定順序的，越是低等的，出現(xiàn)得越早，越是高等的，出現(xiàn)得越晚。 n在愈古的地層中，所發(fā)現(xiàn)的化石，愈是下等生物；地層愈新，所發(fā)現(xiàn)的化石，愈是高等生物。什么

12、是地層？n地層是指在某一地質(zhì)年代因巖漿活動(dòng)形成的巖體及沉積作用形成的地層的總稱(chēng)。（所謂的地層是指在地殼發(fā)展過(guò)程中形成的各種成層和非成層巖石的總稱(chēng)。）從巖性上講，地層包括各種沉積巖、巖漿巖和變質(zhì)巖；n從時(shí)代上講，地層有老有新，具有時(shí)間的概念。） 地層學(xué)n 主要研究地層層序的建立，及其相互間的時(shí)間關(guān)系的確定，即地層系統(tǒng)的建立和地層的劃分與對(duì)比。這是一切地質(zhì)工作的基礎(chǔ)，所以地層學(xué)是地質(zhì)學(xué)的一個(gè)基礎(chǔ)學(xué)科。象的進(jìn)化馬的進(jìn)化地質(zhì)年代-生物進(jìn)化史-地層系統(tǒng)三、生物進(jìn)化的其他證據(jù)n1、比較解剖學(xué)n2、比較胚胎學(xué)n3、分子生物學(xué)n4、生物地理學(xué)n5、分類(lèi)學(xué)（一）比較解剖學(xué)n比較解剖學(xué)通常是指脊椎動(dòng)物的比較解剖學(xué)

13、，它是對(duì)各類(lèi)脊椎動(dòng)物的器官和系統(tǒng)進(jìn)行解剖和比較研究的科學(xué)。n生物進(jìn)化在比較解剖學(xué)上最重要的證據(jù)是同源器官。同源器官是指起源相同，結(jié)構(gòu)和部位相似，而形態(tài)和功能不同的器官。n一些脊椎動(dòng)物的前肢鳥(niǎo)的翼、蝙蝠的翼手、鯨的鰭、馬的前肢和人的上肢，這些器官的外形和功能很不相同，但是它們的內(nèi)部結(jié)構(gòu)基本一致。它們都是由肽骨、綜骨、尺骨、腕骨、掌骨和指骨組成的，而且排列方式也基本上一致（見(jiàn)圖）。n同源器官的存在，證明凡是具有同源器官的生物，都是由共同的原始祖先進(jìn)化而來(lái)的。只是在進(jìn)化過(guò)程中，它們的生活環(huán)境不同，同源器官適應(yīng)于不同的生活環(huán)境，出現(xiàn)了形態(tài)和功能上的不同。n不同種群生物，某些器官在解剖結(jié)構(gòu)上有相同或相似

14、性,反應(yīng)親源關(guān)系和共同祖先進(jìn)化的軌跡.殘余器官n 人體中有些器官看來(lái)似乎沒(méi)有用處，如肓腸等等。進(jìn)化論者認(rèn)為這是人類(lèi)進(jìn)化的遺跡，這些器官已往是有用的，后來(lái)人類(lèi)漸漸進(jìn)化，那些器官就因無(wú)用而退化萎縮，成為殘余器官，當(dāng)時(shí)他們共舉出有二百七十七種之多。n如:動(dòng)耳肌、闌尾、體毛（毛孩返祖）、尾椎骨。（二）比較胚胎學(xué)n是應(yīng)用比較的方法，研究各門(mén)類(lèi)動(dòng)物自卵受精起，到幼體動(dòng)物形成止的胚胎發(fā)育過(guò)程，探索其演變規(guī)律的科學(xué)。n與比較解剖學(xué)、比較組織學(xué)的關(guān)系極為密切。n為動(dòng)物系統(tǒng)發(fā)生和動(dòng)物的進(jìn)化問(wèn)題提供了重要依據(jù)。 n親源關(guān)系相近的生物在它們發(fā)育過(guò)程中有相同的發(fā)育階段。n如脊椎動(dòng)物在其早期發(fā)育的胚胎階段都出現(xiàn)發(fā)尾巴和鰓

15、囊。 n人類(lèi)是從曾經(jīng)有尾巴和鰓的祖先進(jìn)化而來(lái)的n“重演祖先進(jìn)化的各個(gè)階段”。n。 n是19世紀(jì)俄國(guó)的AO科瓦列夫斯基關(guān)于海鞘發(fā)育的研究。在AO科瓦列夫斯基研究以前，海鞘的分類(lèi)位置是不定的，因它的成體內(nèi)有鰓裂，但無(wú)脊索，也沒(méi)有管狀神經(jīng)。雖遠(yuǎn)在2000多年前就被發(fā)現(xiàn)，但一直被認(rèn)為是無(wú)脊椎動(dòng)物的一類(lèi)。n當(dāng)他研究了海鞘的比較胚胎發(fā)育過(guò)程后，才闡明海鞘應(yīng)確定為低等脊索動(dòng)物。由于海鞘的脊索只局限在短暫幼體的尾內(nèi)，所以稱(chēng)它為尾索動(dòng)物。（三）分子生物學(xué)n生命的化學(xué)組成生物大分子n氨基酸 蛋白質(zhì) 核苷酸 多 糖 脂 類(lèi) n遺傳密碼的通用性n親源關(guān)系相近的生物，其DNA或蛋白質(zhì)分子具有更多的相似性，反之也然。8/

16、5%30125/86%146（四）生物地理學(xué) 研究物種地理分布的科學(xué)。 為物種形成和生物進(jìn)化提供最早的證據(jù)。生物地理學(xué)的主要研究?jī)?nèi)容有：n（1）動(dòng)植物生態(tài)與動(dòng)植物群落的地理分布；n（2）不同地區(qū)動(dòng)植物種類(lèi)的組成及生物區(qū)劃；n（3）動(dòng)植物區(qū)系的歷史演變過(guò)程；n（4）現(xiàn)代生物區(qū)系形成的環(huán)境變遷原因等。生物地理學(xué)的研究對(duì)于闡明生物與地理環(huán)境的關(guān)系，對(duì)現(xiàn)代動(dòng)植物資源的保護(hù)、開(kāi)發(fā)利用都有重要意義。 由于自然的地理隔離產(chǎn)生了獨(dú)特的動(dòng)植物系,進(jìn)一步造成了更重要的生殖隔離,區(qū)域進(jìn)化/環(huán)境選擇袋鼠是澳大利亞的象征和國(guó)寶n國(guó)徽?！盀槭裁窗拇罄麃喨艘o予袋鼠如此崇高的榮譽(yù)呢？”n原因大概有三：n其一，袋鼠是最古老的史前動(dòng)物，世上獨(dú)有；n其二，袋鼠乃澳大利亞最高大的動(dòng)物，無(wú)以匹敵；n其三，袋鼠“溫文爾雅”，平和善良。 n由于澳洲整個(gè)大陸與其他大洲與世隔絕，因此保持了物種在進(jìn)化上的獨(dú)特性，使其獨(dú)有的動(dòng)物種類(lèi)繁多，令人耳目一新。n猶以袋鼠、樹(shù)熊、鴨嘴獸和鴯鹋這四種動(dòng)物最為著名。n在生物進(jìn)化史上，形成過(guò)強(qiáng)盛的兩大類(lèi)哺乳動(dòng)物：有袋類(lèi)動(dòng)物和胎盤(pán)類(lèi)動(dòng)物。有袋類(lèi)動(dòng)物繁殖力強(qiáng)，在世界大陸占盡優(yōu)勢(shì)，當(dāng)然也滲入了澳大利亞。后來(lái)，地理聯(lián)系中斷，胎盤(pán)類(lèi)動(dòng)物繼續(xù)進(jìn)化，直至出現(xiàn)人