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Theperfectionofanimals

生物的完美進(jìn)化

by---戚佳煒

鄭翔1形態(tài)結(jié)構(gòu)的進(jìn)化1生理功能的進(jìn)化2行為的進(jìn)化3

EvolutionaryBiology2一、形態(tài)結(jié)構(gòu)的進(jìn)化(一)新構(gòu)造的起源及其在進(jìn)化中的意義謝維爾錯(cuò)夫認(rèn)為,生物的多功能性是器官系統(tǒng)發(fā)育的基礎(chǔ)。邁爾從基因角度出發(fā),認(rèn)為多功能性或基因的多效性是新器官、新構(gòu)造形成的基礎(chǔ)。孟德爾曾記載過(guò)兩個(gè)豌豆品種:一個(gè)品種的性狀是開紫色的花,結(jié)褐色的種子,葉腋上有一個(gè)黑斑;另一個(gè)品種的性狀是開白色的花,結(jié)淡色的種子,葉腋上沒(méi)有黑斑。這兩個(gè)品種的兩組性狀總是一起出現(xiàn),

一個(gè)基因控制若干性狀EvolutionaryBiology3(二)形態(tài)結(jié)構(gòu)進(jìn)化的兩個(gè)方向:復(fù)雜化和簡(jiǎn)化復(fù)雜化:形態(tài)結(jié)構(gòu)由簡(jiǎn)單到復(fù)雜,由低等到高等的進(jìn)化方向。簡(jiǎn)化或退化:由結(jié)構(gòu)復(fù)雜化向簡(jiǎn)單化的一種演變過(guò)程。例如,寄生生物的運(yùn)動(dòng)器官和感覺(jué)器官的退化。海鞘EvolutionaryBiology4(三)形態(tài)結(jié)構(gòu)進(jìn)化的總趨勢(shì)復(fù)雜性的提高:結(jié)構(gòu)層次的增加,各結(jié)構(gòu)層次的分化程度增大。(圖消化、圖循環(huán)、圖神經(jīng))多樣性增長(zhǎng):與生境的擴(kuò)展有關(guān)EvolutionaryBiology5

復(fù)雜性提高和多樣性增長(zhǎng)的途徑1疊加:蛋白質(zhì)和核酸獨(dú)立起源,疊加構(gòu)成復(fù)雜的大分子系統(tǒng)2漸進(jìn)的適應(yīng)進(jìn)化:器官在適應(yīng)進(jìn)化的過(guò)程中其功能逐漸完善的同時(shí),形態(tài)結(jié)構(gòu)趨于復(fù)雜化。3舊器官的改造:適應(yīng)于某一器官在一定的條件下朝著適應(yīng)新功能的方向特化。最終改變成相對(duì)完善的適應(yīng)新功能的復(fù)雜器官。EvolutionaryBiology6(二)新功能起源的基本方式(三)功能進(jìn)化的實(shí)例(四)結(jié)構(gòu)與功能進(jìn)化的統(tǒng)一性(一)新功能的起源及其在進(jìn)化中的意義二、生理功能的進(jìn)化EvolutionaryBiology7(一)新功能的起源及其在進(jìn)化中的意義

生物進(jìn)化過(guò)程中,隨著環(huán)境的改變,一些適應(yīng)新環(huán)境的功能也隨之出現(xiàn)。新功能的出現(xiàn)具有重要的進(jìn)化意義,使生物能夠更好地適應(yīng)環(huán)境。在系統(tǒng)發(fā)展過(guò)程中功能是最活躍的因素,常常出現(xiàn)的矛盾是新功能與舊結(jié)構(gòu)之間的矛盾,矛盾的結(jié)果往往是創(chuàng)造新的結(jié)構(gòu)滿足新的功能。鰾肺EvolutionaryBiology8(二)新功能起源的基本方式

1、功能的強(qiáng)化按結(jié)構(gòu)水平,分為細(xì)胞與組織功能強(qiáng)化和器官功能強(qiáng)化。北美瓶子草的長(zhǎng)瓶狀葉子:在舌頭周圍有腺體分泌蜜汁引蟲入瓶。

貓頭鷹EvolutionaryBiology92、功能的擴(kuò)大指結(jié)構(gòu)功能范圍的擴(kuò)大。動(dòng)物的前肢EvolutionaryBiology103、功能的更替指動(dòng)物在進(jìn)化過(guò)程中,由于環(huán)境的改變,原先次要的功能逐漸轉(zhuǎn)化為主要的功能,隨著功能更替,器官也發(fā)生相應(yīng)變化。中國(guó)三尖獸:大小如鼠,是目前世界上已知最早的哺乳動(dòng)物EvolutionaryBiology11(三)功能進(jìn)化的實(shí)例1、代謝途徑的進(jìn)化以精氨酸為例,當(dāng)精氨酸的前生命供給發(fā)生枯竭時(shí),由于細(xì)胞對(duì)精氨酸的需求而產(chǎn)生一種選擇壓力,從而有利于那些能夠演化為以某種新的方式獲取精氨酸的細(xì)胞生存。那些能以較小的能量消耗,將精氨酸類似物轉(zhuǎn)化為精氨酸。在精氨酸不足的選擇壓力下,此類攜帶有能夠催化精氨酸分子成為精氨酸的多肽分子的細(xì)胞便會(huì)保存下來(lái)。在生物進(jìn)化過(guò)程中,伴隨著生命形式從低級(jí)向高級(jí),由簡(jiǎn)單到復(fù)雜的發(fā)展變化,生化代謝途徑在自然選擇作用下發(fā)生由簡(jiǎn)單到復(fù)雜,由低級(jí)到高級(jí)的進(jìn)化,逐漸產(chǎn)生新的代謝機(jī)制,生化反應(yīng)的速率和效率越來(lái)越高。精氨酸琥珀酸類西瓜氨酸→精氨酸琥珀酸EvolutionaryBiology122、營(yíng)養(yǎng)方式的進(jìn)化生物的營(yíng)養(yǎng)方式可以分為兩大類型:自養(yǎng):光合自養(yǎng)(植物)和化能自養(yǎng)(化能細(xì)菌)異養(yǎng):吸收營(yíng)養(yǎng)(微生物)和攝取食物(動(dòng)物)能氧化硫化合物的細(xì)菌EvolutionaryBiology133、免疫系統(tǒng)的進(jìn)化免疫系統(tǒng)是由淋巴器官、淋巴細(xì)胞以及與淋巴細(xì)胞的生長(zhǎng)、發(fā)育、分化和功能有關(guān)的細(xì)胞和免疫分子組成。淋巴系統(tǒng)的基本功能使識(shí)別和消滅侵入有機(jī)體的異物。免疫系統(tǒng)經(jīng)歷了從簡(jiǎn)單到復(fù)雜,由低級(jí)到高級(jí)的進(jìn)化過(guò)程。單細(xì)胞生物,如細(xì)菌、放線菌和部分真菌,能夠分泌某些物質(zhì)(如酶)消滅異物,其分泌物多是其代謝的產(chǎn)物。

無(wú)脊椎動(dòng)物雖然還不具備對(duì)抗原的識(shí)別能力,沒(méi)有高等脊椎動(dòng)物那樣的免疫反應(yīng)功能,但其體內(nèi)的“白細(xì)胞樣細(xì)胞”或“巨噬樣細(xì)胞”對(duì)入侵的微生物有一定的抵抗能力,如對(duì)毒素的中和、凝集等功能。EvolutionaryBiology14在現(xiàn)生脊椎動(dòng)物(圓口類、軟骨魚、有尾兩棲類、無(wú)尾兩棲類、爬行類、鳥類、哺乳類)中均發(fā)現(xiàn)進(jìn)化程度有所差別的免疫系統(tǒng)。圓口類:小淋巴細(xì)胞軟骨魚:B細(xì)胞和由此產(chǎn)生的IgM硬骨魚:T細(xì)胞,淋巴細(xì)胞也有了大、中、小型的分化兩棲動(dòng)物的無(wú)尾類:IgM和IgG兩種免疫球蛋白分子。EvolutionaryBiology15(四)結(jié)構(gòu)和功能進(jìn)化的統(tǒng)一性在結(jié)構(gòu)和功能的關(guān)系上,存在著是功能決定結(jié)構(gòu),還是結(jié)構(gòu)決定功能,即功能在先還是結(jié)構(gòu)在先的問(wèn)題。多數(shù)學(xué)者傾向于功能決定結(jié)構(gòu)的觀點(diǎn):一定的環(huán)境要求生物具有相應(yīng)的功能去適應(yīng)它;一定的功能必須由相應(yīng)的器官和形態(tài)結(jié)構(gòu)來(lái)完成。器官在形成過(guò)程中朝著有利于完成特定功能的方向發(fā)展。進(jìn)化的結(jié)果,使得器官(結(jié)構(gòu))在形態(tài)方面達(dá)到完成某一功能的最佳狀態(tài)。EvolutionaryBiology16三、行為的進(jìn)化行為在這里主要指的是動(dòng)物行為:指動(dòng)物體感受信息后有規(guī)律的適應(yīng)性活動(dòng)。行為是動(dòng)物利用環(huán)境的工具,動(dòng)物通過(guò)行為調(diào)節(jié)自身和環(huán)境的關(guān)系。植物也有行為。行為劃分1234按獲得途徑先天性行為學(xué)習(xí)行為按生物學(xué)功能覓食行為生殖行為利他行為爭(zhēng)斗行為EvolutionaryBiology17(一)行為進(jìn)化的基本環(huán)節(jié)學(xué)習(xí)行為本能行為(先天性行為)低等學(xué)習(xí)行為本能反射趨性高等學(xué)習(xí)行為EvolutionaryBiology18趨性:動(dòng)物對(duì)單向環(huán)境因素的刺激所產(chǎn)生的定向反應(yīng),趨光、熱、化、地等,一般是低等動(dòng)物對(duì)環(huán)境的適應(yīng)方式。EvolutionaryBiology19反射:通過(guò)反射弧完成的.本能:由兩個(gè)以上反射弧參與完成的一系列固有程序的復(fù)雜行為,是先天性行為中最高級(jí)的行為模式。EvolutionaryBiology20(二)通訊行為的進(jìn)化通訊:一個(gè)個(gè)體釋放出一種或幾種刺激信號(hào),并引起信號(hào)接收者發(fā)生行為反應(yīng)。信號(hào):能引起動(dòng)物發(fā)生行為反應(yīng)的任何符號(hào)、姿勢(shì)和標(biāo)志等,是信號(hào)發(fā)送者與信號(hào)接收者之間聯(lián)系的橋梁。EvolutionaryBiology21蜜蜂取食的舞蹈1、圓圈舞、2、8字舞蹈(1)平面上的8字舞(2)垂直面上的8字舞EvolutionaryBiology22(三)爭(zhēng)斗行為的進(jìn)化爭(zhēng)斗行為由攻擊和逃避兩個(gè)部分組成。攻擊:包括種內(nèi)攻擊和種間攻擊兩種情況。前者包括防御反應(yīng)和競(jìng)爭(zhēng)行為;后者是一種排他性競(jìng)爭(zhēng),包括競(jìng)爭(zhēng)領(lǐng)域和配偶。爭(zhēng)斗行為在帶來(lái)好處的同時(shí),也給爭(zhēng)斗者帶來(lái)傷害。因此,爭(zhēng)斗行為在多數(shù)情況下屬于有節(jié)制的爭(zhēng)斗行為。EvolutionaryBiology23(四)利他行為的進(jìn)化1、利他行為的概念和實(shí)例利他行為:一個(gè)個(gè)體的行為對(duì)接受者帶來(lái)好處的同時(shí),給自己帶來(lái)?yè)p失。普遍存在于社會(huì)性昆蟲、社會(huì)性肉食類、靈長(zhǎng)類。

EvolutionaryBiology24(五)性行為的進(jìn)化性行為是繁殖行為的一個(gè)組成部分,它是生命的基本現(xiàn)象之一。除了一些低等生物,幾乎所有的生物都有性的分化并行有性生殖。1、性的演化史性行為的進(jìn)化經(jīng)歷了一個(gè)從無(wú)性繁殖到有性繁殖的過(guò)程。

無(wú)性繁殖:低等生物有性繁殖:普遍存在于生物界EvolutionaryBiology25影響生物進(jìn)化的主要因素是什么呢?環(huán)境EvolutionaryBiology26生物環(huán)境適應(yīng)影響EvolutionaryBiology27生物在長(zhǎng)期的進(jìn)化過(guò)程中形成了對(duì)環(huán)境的適應(yīng)性,這種適應(yīng)性是普遍存在的?,F(xiàn)在生存的每一種生物,都具有與其環(huán)境相適應(yīng)的形態(tài)結(jié)構(gòu)和生理特征EvolutionaryBiology28觀察兔和貓的雙眼在頭部的位置,你能發(fā)現(xiàn)什么問(wèn)題嗎?眼睛的位置與它們的生活方式有什么關(guān)系么?EvolutionaryBiology29生物進(jìn)化與環(huán)境存在一定的關(guān)系,而構(gòu)成環(huán)境的要素—環(huán)境因子對(duì)生物的生長(zhǎng)、發(fā)育等都有著直接或間接的影響。環(huán)境因子有著五大特點(diǎn):綜合性、非等價(jià)性、不可替代性和互補(bǔ)性、限定性、直接和間接作用性。生物對(duì)每一種環(huán)境因子都有耐受范圍,生物只有在耐受范圍內(nèi)才能正常生長(zhǎng)、發(fā)育;一旦超過(guò)生物在某一環(huán)境因子的耐受范圍,生物就會(huì)受到影響。而且同種生物在不同發(fā)育時(shí)期對(duì)環(huán)境因子的耐受范圍是不同的,其原因是生物在不同的發(fā)育時(shí)期它的發(fā)育情況、基因的表達(dá)情況等都不同,從而使生物對(duì)外面環(huán)境的需求、耐受能力發(fā)生變化。對(duì)于同一種環(huán)境因子,不同種類的生物其耐受范圍也是不同的,其原因是每一種生物都有不同與其他生物的結(jié)構(gòu)、生物特點(diǎn)。生物對(duì)某一生態(tài)因子地耐范圍也不是固定不變的,會(huì)受到其他生態(tài)因子的影響。這也為生物的進(jìn)化提供可能。EvolutionaryBiology30長(zhǎng)期生活在某一地區(qū)的生物,它們的遺傳結(jié)構(gòu)和特性受到這個(gè)地區(qū)生態(tài)因子的影響,并產(chǎn)生很好的適應(yīng)性。但當(dāng)環(huán)境條件改變,或遷居到一個(gè)新的地方時(shí),它們的遺傳結(jié)構(gòu)和特性就會(huì)受到新的環(huán)境因子的影響,如果能忍受環(huán)境條件的變化,生物就會(huì)產(chǎn)生定向的誘導(dǎo)變異,由不習(xí)慣到習(xí)慣,并逐漸在新環(huán)境里順利生存下來(lái);如果不能,就會(huì)從時(shí)間長(zhǎng)河中被淘汰掉。EvolutionaryBiology31環(huán)境引起生物變異,但有些生物變異可以遺傳,有些生物變異不可以遺傳,生物的變異性狀是否具有遺傳性根本該變異性狀是否與自然環(huán)境相協(xié)調(diào),就是是否適應(yīng)環(huán)境。EvolutionaryBiology32生物的變異性狀是否具有遺傳性不在于是否發(fā)生在DNA分子水平,即使是生物的變異性狀發(fā)生在DNA分子水平,相應(yīng)的性狀只要不與環(huán)境相協(xié)調(diào),也會(huì)由于自然環(huán)境的誘導(dǎo)作用而使相應(yīng)的基因發(fā)生沉默,從而使變異性狀不能遺傳給下一代。某一物種遷移到某一寒冷的環(huán)境中后,該物種的抗寒機(jī)制會(huì)得到加強(qiáng),同時(shí)表現(xiàn)出相應(yīng)的抗寒特征,該物種長(zhǎng)期生存在寒冷的環(huán)境中,相應(yīng)的抗寒特征就可以遺傳,也可以說(shuō)

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