03講-生物多樣性及其保護2解析課件

1、2010諾貝爾生理學(xué)或醫(yī)學(xué)獎2010諾貝爾生理學(xué)或醫(yī)學(xué)獎2第五節(jié) 生物多樣性的保護5.1 生物多樣性的概念5.2 生物多樣性的喪失及其原因5.3 生物多樣性的價值5.4 保護生物多樣性2第五節(jié) 生物多樣性的保護5.1 生物多樣性的概念5.1 生物多樣性的概念生物多樣性是指各種生物源，包括數(shù)百萬種的植物、動物、微生物的各個物種所擁有的基因和由各種生物與環(huán)境相互作用所形成的生態(tài)系統(tǒng)以及它們的生態(tài)過程。生物多樣性的層次：遺傳多樣性物種多樣性生態(tài)系統(tǒng)多樣性2022/10/105.1 生物多樣性的概念生物多樣性是指各種生物源，包括數(shù)百萬5.2 生物多樣性的喪失及其原因生物多樣性概況生物多樣性的喪失生物多

2、樣性喪失的原因2022/10/105.2 生物多樣性的喪失及其原因生物多樣性概況2022/10生物多樣性概況地球上物種總數(shù)約 5005000 萬種已研究定名的物種 150 萬種 這些物種是 4045 億年地球自然進化的結(jié)果。2022/10/10生物多樣性概況地球上物種總數(shù)約 5005000 萬種202單位：10億年最早的動物最早的真核生物光合蘭細菌釋放出O2積累于大氣中最早的原核生物地球形成2022/10/10單位：最早的動物最早的真核生物光合蘭細菌釋放出O2積累于大氣西澳州海灘上有 3.5 億年前留下的墊藻巖2022/10/10西澳州海灘上有 3.5 億年前留下的墊藻巖2022/10/9墊藻

3、巖中的原核生物2022/10/10墊藻巖中的原核生物2022/10/9中國的生物多樣性占世界物種總數(shù)的10高等植物 3 萬種陸棲脊椎動物 2300 種昆蟲 15 萬種中國的重要生物資源熊貓 金絲猴 白鰭豚民族民間藥用植物 60007000種受嚴重威脅的物種 15202022/10/10中國的生物多樣性占世界物種總數(shù)的102022/10/9生物多樣性的喪失自然界中物種滅絕： 90個/100年人類活動使物種滅絕加快： 1個/天人類活動促使物種滅絕的一個重要方面是：熱帶雨林的消失每分鐘熱帶雨林消失 100 英畝熱帶雨林已消失 50估計再過 50 年完全消失熱帶雨林中有 3050 生物物種2022/1

4、0/10生物多樣性的喪失自然界中物種滅絕： 90個/100年202紅色：每年毀林 200014800公里2橘黃色：每年毀林 1001900公里22022/10/10紅色：每年毀林 200014800公里22022/10/9世界瀕危物種紅色名單2009年7月，國際自然及資源保護聯(lián)盟IUCN報告對44838個物種的狀況進行了分析，占全世界現(xiàn)有180萬個物種的2.7%。目前已有869種物種完全或在其通常生存環(huán)境中滅絕，加上290種瀕危物種，這一數(shù)字將增加到1159種。全世界共有800種動植物在最近500年滅絕，目前有大約1.7萬個種物種瀕于滅絕。2022/10/10世界瀕危物種紅色名單2009年7月

5、，國際自然及資源保護聯(lián)盟I生物多樣性喪失的原因棲息地的喪失和片斷化掠奪式的過度利用環(huán)境污染農(nóng)業(yè)和林業(yè)的品種單一化外來種的引入2022/10/10生物多樣性喪失的原因棲息地的喪失和片斷化2022/10/9危地馬拉的毀林開荒2022/10/10危地馬拉的毀林開荒2022/10/9 亞馬遜河三角洲(巴西)上空覆蓋著大量燃燒生成的煙霧2022/10/10 亞馬遜河三角洲(巴西)上空覆蓋著大量燃燒生成的煙霧5.3 生物多樣性的價值直接價值：基本食物藥物各種工業(yè)原料間接價值能量固定調(diào)節(jié)氣候穩(wěn)定水文保護土壤儲存必需的營養(yǎng)元素，促進元素循環(huán)維持進化過程對污染物質(zhì)的吸收和降解2022/10/105.3 生物多樣

6、性的價值直接價值：間接價值2022/10/9 玫瑰紅蔓長春花含有抗癌化合物2022/10/10 玫瑰紅蔓長春花含有抗癌化合物2022/10/9馬達加斯加8000 種 開花植物80% 僅產(chǎn)馬島這些僅產(chǎn)馬島的植物中可能包含著豐富的資源，例如：其中有三種野生咖啡樹無咖啡因2022/10/10馬達加斯加2022/10/95.4 保護生物多樣性保護生物多樣性的目標：通過不減少基因和物種多樣性，不毀壞重要的生境和生態(tài)系統(tǒng)的方式，來保護和利用生物資源，以保證生物多樣性的持續(xù)發(fā)展。保護生物多樣性的努力1950s-1960s(1980s,中國)，搶救珍稀瀕危生物1970s(1990s,中國)，全面提出保護生物多

7、樣性問題 2022/10/105.4 保護生物多樣性保護生物多樣性的目標：通過不減少基因和中國制定的保護生物多樣性的法律和法規(guī)中華人民共和國森林法，1984年中華人民共和國草原法，1985年中華人民共和國漁業(yè)法，1986年中華人民共和國野生動物保護法，1988年中華人民共和國環(huán)境保護法，1989年2022/10/10中國制定的保護生物多樣性的法律和法規(guī)中華人民共和國森林法，保護生物多樣性的過程和方法挽救生物多樣性：制定相應(yīng)的法律和法規(guī)；設(shè)立自然保護區(qū)；遷地保護等研究生物多樣性：發(fā)揮生物技術(shù)的作用持續(xù)明智的利用生物多樣性2022/10/10保護生物多樣性的過程和方法挽救生物多樣性：制定相應(yīng)的法律

8、和法Nature紀念物種起源出版150周年2009年11月24日是達爾文著作物種起源出版150周年，Nature推出達爾文紀念?？疊iodiversity in Crisis。2010年為國際生物多樣性年，多位專家學(xué)者在本期?？芯蜕锒鄻有缘谋Ｗo、現(xiàn)狀等問題闡述了自己的觀點2022/10/10Nature紀念物種起源出版150周年2009年11第六節(jié) 生命起源和生物進化Alfred Wallace(1823-1913)Charles Darwin(1809-1882）Erasmas Darwin(1731-1802)2022/10/10第六節(jié) 生命起源和生物進化Alfred WallaceC

9、h有關(guān)生命起源的種種假說神造論宗教認為上帝或神創(chuàng)造了人。2022/10/10有關(guān)生命起源的種種假說神造論宗教認為上帝或神創(chuàng)造了人。225有關(guān)生命起源的種種假說自然發(fā)生論生物是從非生物環(huán)境中自然發(fā)生出來的“天地合氣萬物有生” 中國古代“大地乃孕育生命的慈母” 古代歐洲如：腐草化螢；腐肉生蛆；淤泥生鼠2022/10/1025有關(guān)生命起源的種種假說自然發(fā)生論生物是從非生物環(huán)境中 17 世紀意大利醫(yī)生F. Redi 用實驗證明腐肉不能生出蒼蠅2022/10/10 17 世紀意大利醫(yī)生F. Redi 用實驗1860年巴斯德用實驗證明肉湯不能生出微生物2022/10/101860年巴斯德用實驗證明肉湯不能

10、生出微生物2022/10/28有關(guān)生命起源的種種假說宇生說彗星、隕石中檢測到氨基酸等有機分子美國火星探測器發(fā)現(xiàn)火星上的水源法國發(fā)現(xiàn)Titan衛(wèi)星上具有一些重要的有機分子 2022/10/1028有關(guān)生命起源的種種假說宇生說2022/10/929生命起源于深海煙囪 ？20世紀70年代在加拉巴哥斯群島（Galapagos islands）發(fā)現(xiàn)深海煙囪，具備產(chǎn)生氨基酸等有機物的條件。深海煙囪存在巨大的溫度梯度變化，有可能由H2、CH4、NH3、H2S、CO在高溫下化合形成氨基酸，繼而形成多肽，核苷酸鏈，細胞，高級生物。在這些高熱條件下發(fā)現(xiàn)了硫細菌。 2022/10/1029生命起源于深海煙囪 ？20

11、世紀70年代在加拉巴哥斯群島（廣為接受的生命起源學(xué)說1924 年蘇聯(lián)生物學(xué)家奧巴林發(fā)表“生命起源”。1929 年英國遺傳學(xué)家霍爾丹也提出類似觀點1936 奧巴林專著再版，他提出的生命起源學(xué)說引起世界重視。2022/10/10廣為接受的生命起源學(xué)說1924 年蘇聯(lián)生物學(xué)家奧巴林發(fā)表“生31奧巴林生命起源學(xué)說“團聚體假說”： 無機物 簡單的有機物 復(fù)雜的有機物 多分子體系（團聚體） 有新陳代謝功 能的蛋白質(zhì)體2022/10/1031奧巴林生命起源學(xué)說“團聚體假說”：2022/10/9生命起源時的地球環(huán)境200億年前：沒有物質(zhì)和能量，沒有時間, 沒有空間。150億年前：大爆炸，產(chǎn)生能量、質(zhì)量，開始時

12、間、空間。大爆炸1分鐘：基本粒子“湯”（質(zhì)子、中子、電子） 3分鐘：25氦（42He）+ 75氫（11H）2022/10/10生命起源時的地球環(huán)境200億年前：沒有物質(zhì)和能量，沒有時間,生命起源時的地球環(huán)境45億年前：太陽系形成，地球形成地球形成凝聚：重元素在內(nèi)，輕元素在外，成為第一次大氣層，很快被來自太陽的熱風(fēng)吹去。降溫：形成地殼。不時有火山爆發(fā)：溶漿使地表高低不平；同時，出現(xiàn)第二次大氣層。再降溫：地表冷至100 0C以下，降水生成江河湖海。2022/10/10生命起源時的地球環(huán)境45億年前：太陽系形成，地球形成2022原 初 地 表 圖 景2022/10/10原 初 地 表 圖 景2022

13、/10/935實驗證據(jù)簡單有機物Miller實驗，1953年模擬原始地球大氣的狀況，在高壓電弧作用下使原始海洋中產(chǎn)生了簡單20余種有機分子甲醛；尿素；乳酸；琥珀酸；甘氨酸等2022/10/1035實驗證據(jù)簡單有機物Miller實驗，1953年202Stanley Miller，1953 時 23 歲，芝加哥大學(xué)研究生2022/10/10Stanley Miller，1953 時 23 歲，芝加37共同起源學(xué)說在米勒的實驗中加入PH3發(fā)現(xiàn)了更多的氨基酸P在生命起源中有重要的作用。長出多肽長出核酸2022/10/1037共同起源學(xué)說在米勒的實驗中加入PH3發(fā)現(xiàn)了更多的氨基酸?？怂箤嶒灒喊寻被峄旌?/p>

14、物傾倒在160 -200 oC 熱沙土上，水分蒸發(fā)，氨基酸濃集并化合生成蛋白質(zhì)樣大分子。這樣得到的蛋白質(zhì)具有：分子肽鏈結(jié)構(gòu)；蛋白質(zhì)特有的顯色反應(yīng)；可被蛋白酶水解， 產(chǎn)生氨基酸微弱的酶活性。實驗證據(jù)復(fù)雜大分子2022/10/10?？怂箤嶒灒喊寻被峄旌衔飪A倒在160 -200 oC 熱沙實驗證據(jù)團聚體奧巴林用蛋白質(zhì)（白明膠）和多糖（阿拉伯膠）混合得到團聚體小滴。團聚體小滴性質(zhì)直徑 1 m 500 m；穩(wěn)定存在幾小時至幾周；外周增厚呈膜狀結(jié)構(gòu)，與周圍水液有明顯界限；具原始代謝特征；可以增長和繁殖。2022/10/10實驗證據(jù)團聚體奧巴林用蛋白質(zhì)（白明膠）和多糖（阿拉伯膠）實驗證據(jù)微球體福克斯用類蛋

15、白質(zhì)加熱濃縮得到微球體。微球體性質(zhì)1-2 m（相當于細菌大?。┛晌{周圍環(huán)境的脂類，并形成膜狀結(jié)構(gòu)；膜表現(xiàn)選擇透性，反映滲透壓化；吸納周圍環(huán)境中蛋白質(zhì)分子，球體可“增長”和“繁殖”。2022/10/10實驗證據(jù)微球體?？怂褂妙惖鞍踪|(zhì)加熱濃縮得到微球體。202生命起源的探索仍在繼續(xù)生命系統(tǒng)的模擬合成“微球體” 與“團聚體”的研究為了解生命系統(tǒng)的產(chǎn)生提供了一些啟示，但并沒有解決該問題人工合成生命的嘗試還只能算是處于初始階段，離成功還很遙遠2022/10/10生命起源的探索仍在繼續(xù)生命系統(tǒng)的模擬合成2022/10/9生命起源問題的難點從化學(xué)進化到生物學(xué)進化的過渡自我復(fù)制的生物大分子系統(tǒng)的建立遺傳密碼

16、，即蛋白質(zhì)與核酸相互關(guān)系的建立（核酸指導(dǎo)蛋白質(zhì)合成，蛋白質(zhì)催化核酸復(fù)制）分隔形成：內(nèi)外分隔，內(nèi)部分隔2022/10/10先有核酸還是先有蛋白質(zhì)？生命起源問題的難點從化學(xué)進化到生物學(xué)進化的過渡2022/10RNA的新發(fā)現(xiàn)RNA具催化功能的發(fā)現(xiàn)（Nobel Prize 1989）20世紀80年代，Sidney Altman 對RNase P和Thomas R. Cech 對四膜蟲rRNA內(nèi)含子的研究2022/10/10Tetrahymena thermophilaRNA的新發(fā)現(xiàn)RNA具催化功能的發(fā)現(xiàn)（Nobel PrizeRNA世界RNA不僅可以是信息的攜帶者，而且還可以是功能的執(zhí)行者，因而推測原

17、始的生物世界可能是一個只由RNA組成的“RNA世界”在人工模擬的原始地球條件下，核糖核苷酸或多聚核糖核苷酸要比脫氧核糖核苷酸或多聚脫氧核糖核苷酸相對容易形成一些RNA能貯存遺傳信息單鏈RNA可以折疊成多種多樣的結(jié)構(gòu)，這為RNA可以具有多種功能提供了結(jié)構(gòu)上的基礎(chǔ)進化工程的實驗說明RNA具進化潛力 2022/10/10RNA世界RNA不僅可以是信息的攜帶者，而且還可以是功能的執(zhí)生命起源的研究方興未艾2004年5月8日至10日，香山會議?；瘜W(xué)與生命起源太空生物學(xué)分子進化與生命起源細胞的起源與進化遠古生命與極端極端條件下的生命現(xiàn)象452022/10/10生命起源的研究方興未艾2004年5月8日至10日

18、，香山會議。生物進化的含義進化論（the theory of evolution）有關(guān)生物從無到有，從少到多，從簡單到復(fù)雜，從低級到高級來發(fā)展的科學(xué)理論進化生物學(xué)（evolutionary biology）以進化論為基本理論，研究生物進化的科學(xué)：生命起源，生物進化的過程、模式、原因、機制、速率、趨向，物種形成和絕滅等進化的思想已滲透到生物科學(xué)的各個方面，進化的慨念已被廣泛用于生物科學(xué)以外的領(lǐng)域2022/10/10生物進化的含義進化論（the theory of evolu學(xué)習(xí)和研究生物進化的意義進化論是生物學(xué)中最大的統(tǒng)一理論。 E. Mayr (evolutionary biologist)如

19、果不借助于進化的觀點，生物學(xué)上的事情就變得情理不通。(Nothing in biology makes sense except in the light of evolution.) Th. Dobzhansky (geneticist and evolutionary biologist)2022/10/10學(xué)習(xí)和研究生物進化的意義進化論是生物學(xué)中最大的統(tǒng)一理論。20生物進化理論早期進化論達爾文進化論綜合進化論中性進化學(xué)說分子進化和中性進化中性突變遺傳漂移分子進化的速率漸變式進化和跳躍式進化物種絕滅和災(zāi)變2022/10/10生物進化理論早期進化論達爾文進化論綜合進化論中性進化學(xué)說分子進化論

20、的產(chǎn)生對生物多樣性的幾種解釋靜態(tài)的、短期的世界（short duration） 神創(chuàng)論（神學(xué)的解釋）靜態(tài)的、無限期的世界 古希臘一些哲學(xué)家的看法周期性的、循環(huán)的世界 周而復(fù)始，無限循環(huán)（興盛衰落興盛），受“脈動宇宙”觀點的影響漸變的、進化的世界 Lamarck、Darwin等人提出的觀點2022/10/10進化論的產(chǎn)生對生物多樣性的幾種解釋2022/10/9進化論的先驅(qū)Georges Buffon (1707 - 1788)：認為物種可隨環(huán)境改變而變化。Erasmus Darwin (1731 1802)：物種可變，認為不同類型的生物可能起源于共同的祖先。Georges Cuvier (176

21、9 - 1832)：發(fā)現(xiàn)地層中的化石顯示出一種從與現(xiàn)代種類不相似到相似的趨勢，對此提出“災(zāi)變說” 。Charles Lyell (1797 -1875)：地質(zhì)學(xué)原理，論證了地球的變化以及地層形成是由可觀察到的自然因素長期作用的結(jié)果（均變論）。2022/10/10進化論的先驅(qū)Georges Buffon (1707 - 1拉馬克的進化論Jean-Baptiste Lamarck (1744 - 1829)1809年發(fā)表動物學(xué)哲學(xué)，在生物學(xué)史上第一次比較完整地提出了進化理論傳衍理論生物是可變的，逐漸進化的一些最簡單的生物通過“自然發(fā)生”產(chǎn)生，然后不同類型的簡單生命通過漫長歲月的進化，逐漸發(fā)展成為各

22、類復(fù)雜的生物。2022/10/10拉馬克的進化論Jean-Baptiste Lamarck (拉馬克的進化論進化等級說自然界的生物存在著由低級到高級、由簡單到復(fù)雜的一系列等級生物不斷地、緩慢地由一個等級向更高一級發(fā)展變化進化是一個由簡單、不完善的低等級向較復(fù)雜、較完善的高等級轉(zhuǎn)變的進步性過程生物進化沒有分支（沒有物種增殖），沒有絕滅 又稱為“垂直進化” 2022/10/10拉馬克的進化論進化等級說2022/10/9拉馬克的進化論進化的動力和機理生物具有一種不斷增加結(jié)構(gòu)復(fù)雜性和完美性的天生趨勢，并具有對環(huán)境變化的反應(yīng)能力（由生物本身的“需要”而導(dǎo)致變異）器官的“用進廢退”獲得性狀遺傳缺點：臆測成

23、分較多，缺乏有力的證據(jù)2022/10/10拉馬克的進化論進化的動力和機理2022/10/9達爾文及其對進化論的貢獻Charles Robert Darwin (1809 - 1882)以博物學(xué)家的身份參加英國皇家軍艦“貝格爾號”（Beagle）的環(huán)球航行（1831.12.27 1836.10.2）華萊士（Alfred Russel Wallace, 1823-1913）的出現(xiàn)促使達爾文發(fā)表有關(guān)論文及物種起源。1859年11月24日，物種起源出版；此后在十幾年內(nèi)又再出過5版。物種起源的出版對進化論的普及起到十分重要的作用，并導(dǎo)致“達爾文主義”的興起。2022/10/10達爾文及其對進化論的貢獻C

24、harles Robert Dar達爾文進化論遺傳自發(fā)變異繁殖過剩生存斗爭適者生存自然選擇學(xué)說生物總祖論2022/10/10達爾文進化論遺傳自然選擇學(xué)說生物總祖論2022/10/9 Lamarck Darwin達爾文的進化論與拉馬克的進化論的比較2022/10/10 Lamarck 新達爾文主義August Weismann (1834 - 1914)1885年提出“種質(zhì)連續(xù)學(xué)說”種質(zhì)細胞是連續(xù)的，是世代相傳的，并始終與體質(zhì)細胞分離。體質(zhì)細胞是不連續(xù)的，每一代的體質(zhì)細胞都是由前一代的種質(zhì)細胞衍生而來，體質(zhì)細胞只是起著保護和幫助種質(zhì)繁殖自身的作用。否定了獲得性狀遺傳，也否定了“泛生子學(xué)說”。 2

25、022/10/10新達爾文主義August Weismann (1834 - 綜合進化論種群是進化的基本單位突變/遺傳為生物進化提供材料隔離是形成新物種的前提地理隔離生理生態(tài)隔離生殖隔離自然選擇徹底否定了獲得性狀遺傳和融合性遺傳。2022/10/10綜合進化論種群是進化的基本單位2022/10/9中性進化學(xué)說1968年木村資生提出“中性學(xué)說”生物體內(nèi)的突變多為中性：同義突變；同功突變；非功能性突變遺傳飄變導(dǎo)致中性突變的保留和消失中性突變的速率決定了生物進化的速率：每個密碼子每年的突變頻率：(0.3-9) 10-9中性學(xué)說是達爾文進化論的微觀演化水平的進一步發(fā)展、修正、和補充。2022/10/10中性進化學(xué)說1968年木村資生提出“中性學(xué)說”2022/10達爾文與非達爾文主義的爭論進化的動力及自然選擇的作用外源動力還是內(nèi)源動力？自然選擇是否進化的主要動力？自然選擇在生物進化中的作用及其重要程度。生物多態(tài)性存在的原因，自然選擇對產(chǎn)生和維持生物種群中的多態(tài)性是否必需？進化的模式、過程及機制進化是連續(xù)的還是間斷式的？新物種的形成、新類型生物的產(chǎn)生等大跨度的進化是不斷積累微小變異的漸變過程，還是不連續(xù)的、跳躍式的過程？2022/10/10達爾文與非達爾文主義的爭論進化的動力及自然選擇的作用2022達爾文與非達爾文主義的爭論進化的方向性及其性質(zhì)進化是否具有方向性？生物為什么能從簡單