動物比較生理學(xué)

1、動物比較生理學(xué)第1頁，共53頁，2022年，5月20日，15點(diǎn)35分，星期一緒 論一、定義及研究范疇二、學(xué)習(xí)目標(biāo)及意義三、研究方法四、背景知識五、相關(guān)說明第2頁，共53頁，2022年，5月20日，15點(diǎn)35分，星期一一、定義及研究范疇生理學(xué)（physiology）是生物科學(xué)的一個(gè)分支，是研究生命有機(jī)體各種機(jī)能（Function）及內(nèi)在規(guī)律（機(jī)制mechanism）的科學(xué)。動物比較生理學(xué)comparative physiology of animal講述各種動物系統(tǒng)發(fā)生和個(gè)體發(fā)育中的生理特點(diǎn)，以及各種動物在不同生態(tài)條件下的生理適應(yīng)特征和機(jī)制。第3頁，共53頁，2022年，5月20日，15點(diǎn)35分

2、，星期一What is comparative physiology?Physiology is the study of the how organisms, and their parts, function (in contrast with anatomy, the study of structure). Comparative physiology is the process of comparing and contrasting the mechanisms and details of physiology among different organisms. These

3、comparisons can be among individuals exposed to different environments, or of different developmental stages (size, age), or those with different genetic make-ups such as different sexes, populations, or species.第4頁，共53頁，2022年，5月20日，15點(diǎn)35分，星期一研究范疇系統(tǒng)發(fā)生上經(jīng)典比較生理學(xué)個(gè)體發(fā)育上發(fā)育生理學(xué)生態(tài)適應(yīng)上生態(tài)生理學(xué)第5頁，共53頁，2022年，5月20日，

4、15點(diǎn)35分，星期一動物學(xué)分子生物學(xué)細(xì)胞學(xué)遺傳學(xué)組織學(xué)解剖學(xué)與其他學(xué)科的關(guān)系生理學(xué)第6頁，共53頁，2022年，5月20日，15點(diǎn)35分，星期一生物體的生理功能是其遺傳密碼和環(huán)境因素共同作用的結(jié)果。動物的遺傳密碼又是其祖先進(jìn)化歷史和適應(yīng)當(dāng)?shù)貤l件的共同結(jié)果。因此，探索不同物種應(yīng)對不同選擇壓力時(shí)的生活史（生理）特征具有重要的意義。第7頁，共53頁，2022年，5月20日，15點(diǎn)35分，星期一二、學(xué)習(xí)目標(biāo)aims/ goals/objectives回顧生物體生理機(jī)能的基本概念to review the basic concepts of how organisms function； 學(xué)習(xí)進(jìn)化和適應(yīng)

5、的生理學(xué)改變模式to study the patterns of changes in physiology due to evolution & adaptation ；培養(yǎng)科學(xué)的思維方法to impart a sense of how knowledge is generated and to foster critical thinking ；介紹部分生理學(xué)實(shí)驗(yàn)方法to introduce some techniques of physiological experimentation.第8頁，共53頁，2022年，5月20日，15點(diǎn)35分，星期一通過不同動物群體適應(yīng)復(fù)雜的生存環(huán)境來理解

6、生物體解剖結(jié)構(gòu)和生理功能改變的多樣性。To understand the diversity of how organisms have modified anatomical structures and physiological functions by different animal groups in order to adapt to the adversities of their environment.第9頁，共53頁，2022年，5月20日，15點(diǎn)35分，星期一學(xué)習(xí)本課程的意義第一，加深對生物多樣性的認(rèn)識；第二，深化對人體生理功能的認(rèn)識；第三，促進(jìn)醫(yī)藥衛(wèi)生事業(yè)進(jìn)步，改善人

7、類健康；第四，推動生產(chǎn)實(shí)踐的發(fā)展和進(jìn)步。第10頁，共53頁，2022年，5月20日，15點(diǎn)35分，星期一三、研究方法動物的生物多樣性可以體現(xiàn)在各個(gè)層次，因此，對其研究的方法也包括了形態(tài)、組織、生理、生化、細(xì)胞、分子、遺傳、進(jìn)化、生態(tài)等多個(gè)方面。第11頁，共53頁，2022年，5月20日，15點(diǎn)35分，星期一SAMPLE對象（物種、種群、性別、年齡、）生理狀態(tài)（繁殖狀態(tài)、營養(yǎng)水平、社會地位）生態(tài)因子（溫度、水、氣體、氣壓、海拔、光照、季節(jié)、）生境（海洋、湖泊、江河、濕地、草原、雪原、雨林、高山、高原、荒漠、農(nóng)田）、生理功能（運(yùn)動、消化、呼吸、循環(huán)、泌尿、內(nèi)分泌、神經(jīng)、生殖、能量代謝、體溫調(diào)節(jié)；發(fā)

8、聲、發(fā)光、發(fā)電、體色調(diào)節(jié)）第12頁，共53頁，2022年，5月20日，15點(diǎn)35分，星期一Gajda et al. Species differences in respiratory rhythm generation in rodents.Am J Physiol Regul Integr Comp Physiol.2010, 298: R887-R898.Andersdeen& OlleHstad.Pollinating birds differ in spectral sensitivity. Journal of Comparative Physiology A: Neuroetho

9、logy, Sensory, Neural, and Behavioral Physiology. 2010,196(2):91-96.MeganDG & EstebanFJ. Visual fields, eye movements, and scanning behavior of a sit-and-wait predator, the black phoebe (Sayornis nigricans). 2010,196(1):15-22.第13頁，共53頁，2022年，5月20日，15點(diǎn)35分，星期一Anil K. Vegesna, et al. Comparison of huma

10、n and porcine gastric clasp and sling fiber contraction by M2 and M3 muscarinic receptors. Am J Physiol Gastrointest Liver Physiol 298: G530-G534, 2010.Jianjie Wang, et al. Intrinsic sex-specific differences in microvascular endothelial cell phosphodiesterases. Am J Physiol Heart Circ Physiol 298: H

11、1146-H1154, 2010.Wiltschko R, Wiltschko W. Avian magnetic compass: Its functional properties and physical basis. Current Zoology 56 (3): 119 , 2010.第14頁，共53頁，2022年，5月20日，15點(diǎn)35分，星期一奧古斯特克勞格原理The August Krogh Principle August Krogh是著名的丹麥生理學(xué)家，由于他對微血管的解剖和功能的出色研究而于1946年獲得諾貝爾生理醫(yī)學(xué)獎。1929年，他提出“對于很多科學(xué)問題，總會有一種動

12、物最適合于研究”，這被后人們稱為“奧古斯特克勞格原理”。第15頁，共53頁，2022年，5月20日，15點(diǎn)35分，星期一模式生物(model organism)果蠅、斑馬魚、大腸桿菌、線蟲、大鼠、小鼠等。利用模式生物進(jìn)行實(shí)驗(yàn)研究的優(yōu)勢： 1）研究者多、知識積累快速，研究人員容易找到合作研究的對象。2）相關(guān)的研究資源，如抗體、試劑等較為豐富，容易獲得。3）這些模式生物的基因組信息已 經(jīng)逐步得到開發(fā)，等等。第16頁，共53頁，2022年，5月20日，15點(diǎn)35分，星期一模式動物或模式生物的地位和作用是不可替代的。非模式動物的研究也是不可或缺的由于生物的多樣性，生存環(huán)境的多樣性，生物生理功能的多樣性

13、，需要我們研究更多的物種，在更多的環(huán)境條件下，更多的復(fù)雜因子的處理下，觀察和研究有機(jī)體的生理變化調(diào)節(jié)等。第17頁，共53頁，2022年，5月20日，15點(diǎn)35分，星期一奧古斯特克勞格原理可以拓展到組織、器官、細(xì)胞、蛋白質(zhì)和基因等分子水平。對于科學(xué)問題，總會有一種“器官、組織、細(xì)胞、蛋白質(zhì)和基因等”最適合于研究。第18頁，共53頁，2022年，5月20日，15點(diǎn)35分，星期一四、背景知識內(nèi)環(huán)境與穩(wěn)態(tài)動物分類動物的身體動物的動物胚胎發(fā)育和進(jìn)化第19頁，共53頁，2022年，5月20日，15點(diǎn)35分，星期一1、內(nèi)環(huán)境與穩(wěn)態(tài)Homeostasis內(nèi)環(huán)境是指細(xì)胞直接生存的細(xì)胞外液環(huán)境。第20頁，共53頁

14、，2022年，5月20日，15點(diǎn)35分，星期一穩(wěn) 態(tài) 內(nèi)環(huán)境的相對穩(wěn)定性。 細(xì)胞進(jìn)行正常活動的必要條件；保持細(xì)胞興奮性的必要條件。神經(jīng)系統(tǒng)和體液因素等調(diào)節(jié)機(jī)制對各種物質(zhì)代謝和各器官的生理活動進(jìn)行調(diào)節(jié)的結(jié)果。 第21頁，共53頁，2022年，5月20日，15點(diǎn)35分，星期一Diversity and Phylogeny of Vertebrata第22頁，共53頁，2022年，5月20日，15點(diǎn)35分，星期一2、動物的主要分類群 170多萬種動物已被命名和分類；每年發(fā)現(xiàn)15000個(gè)新種；存在的種類總數(shù)約為5000萬種以上。第23頁，共53頁，2022年，5月20日，15點(diǎn)35分，星期一原生生物界

15、Protista原生動物門Protozoan：單細(xì)胞，眼蟲、草履蟲、鞭毛蟲、變形蟲、瘧原蟲等。第24頁，共53頁，2022年，5月20日，15點(diǎn)35分，星期一第25頁，共53頁，2022年，5月20日，15點(diǎn)35分，星期一動物界Animals中生動物Mesozoa：中生動物門Phylum Mesozoa側(cè)生動物Parazoa：海綿動物門 Spongia真后生動物Eumetazoa第26頁，共53頁，2022年，5月20日，15點(diǎn)35分，星期一真后生動物Eumetazoa 2胚層，輻射對稱腔腸動物門Coelenterata：水螅，3胚層，兩側(cè)對稱無體腔動物Acelomata：扁形動物門Platy

16、helminthes：渦蟲、絳蟲假體腔動物Pseudocoelomata真體腔動物Eucoelomata第27頁，共53頁，2022年，5月20日，15點(diǎn)35分，星期一假體腔動物Pseudocoelomata輪形動物門Rotifera：輪蟲腹毛動物門Gastrotricha：鼬蟲動吻動物門Kinorhyncha：動吻蟲線蟲動物門Nematoda：線蟲線形動物門Nematomorpha：鐵線蟲棘頭動物門Acanthocephala：棘頭蟲內(nèi)肛動物門Entoprocta第28頁，共53頁，2022年，5月20日，15點(diǎn)35分，星期一真體腔動物Eucoelomata不分節(jié)動物unmetameric軟

17、體動物門Mollusca：螺、蝸牛、蚌、烏賊分節(jié)原口動物metameric Protostomata環(huán)節(jié)動物門Annelida：蚯蚓節(jié)肢動物門Arthropoda：蝦、蟹、蜘蛛、昆蟲分節(jié)后口動物Eeuterostomata棘皮動物門Echinodermata：海星、海膽、海參半索動物門Hemichordata：柱頭蟲 脊索動物門Chordata第29頁，共53頁，2022年，5月20日，15點(diǎn)35分，星期一脊索動物門Chordata原索動物Protochordata：無頭類Acrania尾索動物亞門Urochordata：海鞘頭索動物亞門Cephalochordata：文昌魚脊椎動物Verte

18、brates：有頭類Craniata脊椎動物亞門Vertebrata第30頁，共53頁，2022年，5月20日，15點(diǎn)35分，星期一脊椎動物亞門Vertebrata甲胄魚綱0stracodermi：已絕滅原口綱Cyclostomata：七鰓鰻盾皮魚綱Placodermi：已絕滅軟骨魚綱Chondrichthyes硬骨魚綱Osteichthyes兩棲綱Amphibia爬行綱Reptilia鳥綱Aves哺乳綱Mammalia第31頁，共53頁，2022年，5月20日，15點(diǎn)35分，星期一脊椎動物的主要類群上下頜附肢胚膜體溫原口綱無頜類魚形類無羊膜類變溫軟骨魚綱有頜類 OR頜口類硬骨魚綱兩棲綱四足類

19、爬行綱羊膜類鳥綱恒溫哺乳綱第32頁，共53頁，2022年，5月20日，15點(diǎn)35分，星期一 中國科學(xué)院動物研究所（脊椎）動物名稱數(shù)據(jù)庫 Mammal Species of the World ：A Taxonomic and Geographic Reference , 3rd edition 2005 年，2 卷，2 142 頁。世界哺乳動物達(dá)1 229 屬、5 416 種之多。嚙齒目動物有2276種。第33頁，共53頁，2022年，5月20日，15點(diǎn)35分，星期一動物分類等級 巨蜈蚣 Scolopendra subspinipes dehaani屬于 動物界 Animal 節(jié)肢動物門 Ar

20、thropoda 多足綱 Myriapoda 唇足亞綱 Chilopoda 整形目 Epimorpha 蚣形亞目 Scolopendromorpha 蜈蚣科 Scolopendridae 蜈蚣屬 Scolopendra 第34頁，共53頁，2022年，5月20日，15點(diǎn)35分，星期一3、脊椎動物的身體脊椎骨嗅、視、聽等集中的感覺器官。背神經(jīng)管分化成腦和脊髓；腦又分化成大腦、間腦、中腦、小腦和延腦5部分。循環(huán)系統(tǒng)出現(xiàn)了強(qiáng)力的心臟，推動血液循環(huán)。排泄系統(tǒng)出現(xiàn)了集中的腎臟，代替了分節(jié)排列的腎管，更有效地排出代謝廢物。成對的附肢作為專門的運(yùn)動器官(圓口綱例外)，大大提高了攝食、求偶和避敵的能力。第35

21、頁，共53頁，2022年，5月20日，15點(diǎn)35分，星期一第36頁，共53頁，2022年，5月20日，15點(diǎn)35分，星期一4、脊椎動物的胚胎發(fā)育1胚胎發(fā)育是有機(jī)體以遺傳信息為基礎(chǔ)進(jìn)行自我構(gòu)建和自我組織的過程，其細(xì)胞的分化是基因按一定順序進(jìn)行表達(dá)的結(jié)果。2卵子中卵黃的多少與受精卵的卵裂類型有關(guān)。3精子與卵子結(jié)合形成受精卵，胚胎發(fā)育經(jīng)歷囊胚、原腸胚、神經(jīng)胚階段。第37頁，共53頁，2022年，5月20日，15點(diǎn)35分，星期一4原腸胚階段形成3個(gè)胚層，即外胚層、中胚層和內(nèi)胚層。原口在這一階段形成。5中胚層的形成在少黃卵和中黃卵中有所不同。6原口為胚胎的后端，它的相反的一端為動物的前端。7體腔的形成有

22、兩種方式。第38頁，共53頁，2022年，5月20日，15點(diǎn)35分，星期一19世紀(jì)20年代，愛沙尼亞籍的德國科學(xué)家貝爾創(chuàng)立了比較胚胎學(xué)，指出高等動物的胚胎要經(jīng)過與低等動物所經(jīng)發(fā)育階段相似的發(fā)育階段。德國解剖學(xué)家梅克爾提出了動物個(gè)體的歷史是種的歷史之重演的理論。第39頁，共53頁，2022年，5月20日，15點(diǎn)35分，星期一第40頁，共53頁，2022年，5月20日，15點(diǎn)35分，星期一生物重演律19世紀(jì)70年代，德國科學(xué)家海克爾進(jìn)而把生物機(jī)體的個(gè)體發(fā)生對于其種系發(fā)生的重演關(guān)系，概括為“生物重演律”。高等動物的個(gè)體發(fā)育是對種系進(jìn)化的某種重演；這種重演的突出表現(xiàn)，是胚胎的發(fā)育過程。第41頁，共53

23、頁，2022年，5月20日，15點(diǎn)35分，星期一動物胚胎發(fā)育的特點(diǎn)一般的性狀先出現(xiàn)，特殊的性狀后出現(xiàn)；從一般性狀中發(fā)展出過渡性狀，最后才出現(xiàn)特殊性狀，例如先從芽體變成肢，再分化為手、翅膀或鰭；在胚胎發(fā)育過程中，不同種的胚胎發(fā)育首先經(jīng)過相似階段，以后才愈來愈顯示區(qū)別；高等動物的胚胎發(fā)育階段經(jīng)歷著與低等動物發(fā)育相類似的階段。第42頁，共53頁，2022年，5月20日，15點(diǎn)35分，星期一海克爾把胚胎發(fā)育的這種“重演”關(guān)系，推廣到一切生物。認(rèn)為生物重演律是“有機(jī)體進(jìn)化的根本律”，或者稱為“生物學(xué)發(fā)生之根本律”。這種規(guī)律不僅“適用于其他一切有機(jī)物，亦適用于人類”。也就是說，生物的個(gè)體發(fā)育以一種簡化的、

24、壓縮的和快速的過程，去重演種系進(jìn)化過程的主要階段和主要環(huán)節(jié)，即作為種系進(jìn)化的縮影再現(xiàn)出來。第43頁，共53頁，2022年，5月20日，15點(diǎn)35分，星期一?生物重演律的再認(rèn)識。第44頁，共53頁，2022年，5月20日，15點(diǎn)35分，星期一脊椎動物的進(jìn)化史第一階段是在水中的進(jìn)化，原始有頭類向兩個(gè)方向發(fā)展，支進(jìn)化出較原始的無頜類，另一支進(jìn)化成具有上下頜的有頜類，即魚類的祖先。第二階段是從水中到陸地上的進(jìn)化，即兩棲類和爬行類的進(jìn)化。第三階段是由爬行類進(jìn)化出兩支高等脊椎動物，即鳥類和獸類。 第45頁，共53頁，2022年，5月20日，15點(diǎn)35分，星期一人類胎生史的演進(jìn)過程由單細(xì)胞動物到多細(xì)胞動物由軟體動物到脊椎動物由水生到陸生由卵生到胎生由變溫到恒溫由非哺乳類到哺乳類由猿到人由早期智人到新人第46頁，共53頁，2022年，5月20日，15點(diǎn)35分，星期一五、參考資料參考書目專業(yè)期刊第47頁，共53頁，2022年，5月20日，15點(diǎn)35分，星期一1、 參考書目李永材. 比較動物生理學(xué). 北京：高等教育出版社，1995.陳守良. 動物生理學(xué). AS 羅默，TS 帕爾森. 脊椎動物的身體（楊白侖譯）.科學(xué)出版社，1985.第48頁，共53頁，2022年，5月20日，15點(diǎn)35分，星