生物進(jìn)化的方向和速度

關(guān)于生物進(jìn)化的方向和速度第1頁(yè)，共19頁(yè)，2023年，2月20日，星期五第七章進(jìn)化的方向和速度第2頁(yè)，共19頁(yè)，2023年，2月20日，星期五一）1．復(fù)式進(jìn)化（全面、上升進(jìn)化）這是一種由簡(jiǎn)單到復(fù)雜、由低等到高等的進(jìn)化方向是生物體形豐收結(jié)構(gòu)、生理機(jī)能的綜合地、全面地進(jìn)化過(guò)程，其結(jié)果是生物體各個(gè)主要方面比原有的水平都要高級(jí)和復(fù)雜。這類進(jìn)化的數(shù)量并不多，但卻十分重要。

一、形態(tài)生理上的進(jìn)化方向第3頁(yè)，共19頁(yè)，2023年，2月20日，星期五2．分化式進(jìn)化（特異適應(yīng)）：是由一個(gè)物種分化為近似而不同的物種的進(jìn)化。這類進(jìn)化包括有形態(tài)生理上的趨異（dirergence）、趨同（convergence），輻射(radiation)，平行(parallel)、重復(fù)(iteration)等形式。它們是指生物對(duì)各種不同生海環(huán)境的適應(yīng)，從而出現(xiàn)的多方向進(jìn)化。但在形態(tài)結(jié)構(gòu)、生理功能方面度沒(méi)有普遍提高，時(shí)代水產(chǎn)屬于同一等級(jí)。所以，分化式進(jìn)化是一種從少到多的進(jìn)化，而復(fù)化式進(jìn)化是一種從低等到高等的進(jìn)化，兩者是很不相同的。一、形態(tài)生理上的進(jìn)化方向第4頁(yè)，共19頁(yè)，2023年，2月20日，星期五3、特化式進(jìn)化特化式進(jìn)化管稱特化，它是從一般到特殊的進(jìn)化方式。形態(tài)生理上的特化是有機(jī)體發(fā)生局部的變異，以適應(yīng)于特殊的環(huán)境條件，它是分化式進(jìn)化的一種特殊情況。這類進(jìn)化大大地縮小了原有的適應(yīng)范圍，同時(shí)加強(qiáng)了被保留下來(lái)的適應(yīng)性。例如，馬從多趾向單蹄方向發(fā)展，就屬于這類情況。多趾馬的四肢，能跑，也能抓取食物、掘土，甚至爬樹(shù)。它有著廣泛發(fā)展的可能性。但到單趾馬時(shí)，其單蹄適應(yīng)于快跑，有利于草原的生活環(huán)境。在這一點(diǎn)上，單蹄是優(yōu)越的，但其它方面的適應(yīng)性則縮小了，甚至消失了。一、形態(tài)生理上的進(jìn)化方向第5頁(yè)，共19頁(yè)，2023年，2月20日，星期五一、形態(tài)生理上的進(jìn)化方向4、簡(jiǎn)化式進(jìn)化簡(jiǎn)化式進(jìn)化簡(jiǎn)稱退化。它是由結(jié)構(gòu)復(fù)雜變?yōu)榻Y(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單的進(jìn)化方式。形態(tài)生理上的退化表現(xiàn)在生物的大多數(shù)器官退化、個(gè)別器官比較發(fā)達(dá)，它是生物對(duì)寄生和固著生活方式的一種適應(yīng)。它與特化的區(qū)別，在于形態(tài)結(jié)構(gòu)、生理功能的全面退化。簡(jiǎn)化式進(jìn)化是一種與復(fù)化式進(jìn)化相反的過(guò)程，也可以說(shuō)，是一種退步性的進(jìn)化。

例如，寄生于體內(nèi)的蛔蟲(chóng)、絳蟲(chóng)、鉤蟲(chóng)等，它們既無(wú)運(yùn)動(dòng)器官（肌肉系統(tǒng)、四肢的骨胳）和感覺(jué)器官，甚至連消化器官也消失了。但它們的生殖系統(tǒng)則十分發(fā)達(dá)。一條蛔蟲(chóng)每日產(chǎn)卵可達(dá)12—20萬(wàn)個(gè)。有的老熟個(gè)體，生殖器官幾乎占了它們的整個(gè)身體。第6頁(yè)，共19頁(yè)，2023年，2月20日，星期五

生物體通過(guò)各種營(yíng)養(yǎng)方式向著不同的方向發(fā)展，生物界的營(yíng)養(yǎng)方式可以分為三大類型：

1.光合作用是植物主要的營(yíng)養(yǎng)方向，也即是植物`獲得營(yíng)養(yǎng)的主要方式。具體表現(xiàn)在以下幾方面：（1）片狀的葉，其中充滿著葉綠體。是吸收光能進(jìn)行光合作用最適合的器官；（2）葉柄、枝和莖支撐著葉，向四面展開(kāi)，有利于接受充分的光照；（3）支干和根系使植株固著在一定位置上，并從土壤或水中吸取水分和無(wú)機(jī)物質(zhì)，供給光合作用的原料；（4）維管系統(tǒng)是葉、莖、干、根之間物質(zhì)交流的通道。

二、營(yíng)養(yǎng)方式上的進(jìn)化方向第7頁(yè)，共19頁(yè)，2023年，2月20日，星期五

2、吸收是微生物（細(xì)菌、真菌）的營(yíng)養(yǎng)方向。微生物的營(yíng)養(yǎng)方式相當(dāng)復(fù)雜，但它們獲得營(yíng)養(yǎng)的基本特點(diǎn)是吸收。吸收養(yǎng)料的關(guān)鍵在于接觸面大。相當(dāng)多微生物的結(jié)構(gòu)與功能，是朝著有利于擴(kuò)大吸收面這一進(jìn)化方式發(fā)展的：（1）許多的微生物是單個(gè)細(xì)胞，有的甚至沒(méi)有細(xì)胞結(jié)構(gòu)，體積很小。有人估計(jì)，一克重的細(xì)菌，一般要有1012的個(gè)體。個(gè)體越小，接觸面的比值越大；面積越大，吸收的養(yǎng)料就越多。有的微生物（如真菌）長(zhǎng)有菌絲體，也是一種擴(kuò)大吸收面的適應(yīng)構(gòu)造；（二、營(yíng)養(yǎng)方式上的進(jìn)化方向第8頁(yè)，共19頁(yè)，2023年，2月20日，星期五二、營(yíng)養(yǎng)方式上的進(jìn)化方向（2）許多微生物都是營(yíng)腐生或寄生生活。同時(shí)，它們還具有能利用各種碳水化合物（包括人和動(dòng)物不能利用的纖維素）以及從分子態(tài)的氮到復(fù)雜高分子蛋白質(zhì)的能力，這便于微生物廣泛地接觸各種寄主，擴(kuò)大吸收多種養(yǎng)料的幅度；（3）微生物繁殖力強(qiáng)，數(shù)量大，分布廣。在適宜的條件下，細(xì)菌可以在20分鐘內(nèi)完成一代。理論上推算，一天完成72代。這一切，也有利于微生物適應(yīng)各種環(huán)境的生活，廣泛地吸收自己所需要的各種養(yǎng)料。第9頁(yè)，共19頁(yè)，2023年，2月20日，星期五二、營(yíng)養(yǎng)方式上的進(jìn)化方向3、攝食

是動(dòng)物的營(yíng)養(yǎng)方向。動(dòng)物找尋、爭(zhēng)奪食物的關(guān)鍵在于活動(dòng)。在進(jìn)化過(guò)程中，大多數(shù)動(dòng)物都朝著有利于活動(dòng)這一進(jìn)化方向發(fā)展，促進(jìn)了生物界最高等的形態(tài)結(jié)構(gòu)和生理功能的形成。其特點(diǎn)是：（1）具有在神經(jīng)系統(tǒng)支配下的復(fù)雜的感覺(jué)和運(yùn)動(dòng)系統(tǒng)，便于發(fā)現(xiàn)和獲取食物；（2）具有消化、循環(huán)和排泄系統(tǒng)。從事于運(yùn)輸、吸收和排泄的功能。與此相聯(lián)系，在較高等體型中，又產(chǎn)生了與外界進(jìn)行氣體交換的“外呼吸系統(tǒng)”；（3）具有以神經(jīng)系統(tǒng)和內(nèi)分泌系統(tǒng)所組成的、復(fù)雜的自我調(diào)節(jié)和自我控制的結(jié)構(gòu)和功能；（4）從細(xì)胞水平分析，動(dòng)物細(xì)胞無(wú)細(xì)胞壁，因此具有高效的代謝水平，有利于動(dòng)物的活動(dòng)方式。

第10頁(yè)，共19頁(yè)，2023年，2月20日，星期五生物進(jìn)化，從總的說(shuō)來(lái)是不可逆的。已經(jīng)演變的物種不可能回復(fù)祖型；已經(jīng)滅亡的種類，不能再重新出現(xiàn)。也就是說(shuō)，不論是前進(jìn)的進(jìn)化，或是減退的進(jìn)人，凡進(jìn)化了的生物，就不會(huì)復(fù)原了。這是一個(gè)規(guī)律性的現(xiàn)象。

三、進(jìn)化的不可逆規(guī)律第11頁(yè)，共19頁(yè)，2023年，2月20日，星期五三、進(jìn)化的不可逆規(guī)律這里，很容易產(chǎn)生兩個(gè)問(wèn)題：

其一，生物既然在不斷的進(jìn)化中，為什么至今仍有大量的單細(xì)胞生物和其他低等生物呢？這是一個(gè)比較復(fù)雜的問(wèn)題，不是三言兩語(yǔ)可以講清楚的。不過(guò)，今天的單細(xì)胞生物與遠(yuǎn)古時(shí)代的單細(xì)胞生物（即它們的遠(yuǎn)祖）并不完全相同。無(wú)論在結(jié)構(gòu)與功能方面都有區(qū)別。同時(shí)，所謂生物的進(jìn)化，例如魚(yú)類向兩棲類的進(jìn)化，并不是說(shuō)現(xiàn)代的兩棲類是由現(xiàn)代的魚(yú)類演化而來(lái)。而是指遠(yuǎn)古的魚(yú)類有一支向陸生的方向發(fā)展，逐漸進(jìn)化為兩棲類。另一些魚(yú)類則向著原有水生的方向發(fā)展，成為現(xiàn)代的魚(yú)類?？梢?jiàn)，現(xiàn)代的單細(xì)胞生物也是從極古老的單細(xì)胞生物演變來(lái)的，它們也仍然在走著自己特有的進(jìn)化道路，和現(xiàn)代的多細(xì)胞生物平行發(fā)展著。

第12頁(yè)，共19頁(yè)，2023年，2月20日，星期五三、進(jìn)化的不可逆規(guī)律其二，既然生物進(jìn)化是不可逆的，那么對(duì)所謂返祖現(xiàn)象（alavism）作何解釋呢？返祖現(xiàn)象是客觀存在的事實(shí)。達(dá)爾文曾提到，雜種的鴿子可以出現(xiàn)野鴿的形狀；雜種的雞可以產(chǎn)生原雞的羽毛顏色。家豬身上可以發(fā)現(xiàn)野豬的毛色；馬身上也能發(fā)現(xiàn)斑馬的皮毛。朱洗在家蠶的混精雜交中也曾發(fā)現(xiàn)有野蠶的繭色（樹(shù)皮色，1954）。我國(guó)遼寧等地多次發(fā)現(xiàn)的“毛孩”，也是一種返祖現(xiàn)象。應(yīng)當(dāng)承認(rèn)，這類現(xiàn)象是一種歷史的重演，與進(jìn)化的不可逆性是不一致的。然而這類現(xiàn)象畢竟是少量的、局部的。朱洗對(duì)這個(gè)現(xiàn)象作了某些說(shuō)明，他認(rèn)為進(jìn)化不可逆的理論是相對(duì)的。因此，他指出：對(duì)生物進(jìn)化的不可逆性，我們不能過(guò)分強(qiáng)調(diào)，而將它看得太死板。

第13頁(yè)，共19頁(yè)，2023年，2月20日，星期五四、進(jìn)化的速度

1.進(jìn)化中的加速度現(xiàn)象生物界進(jìn)化是加速度發(fā)展的，形態(tài)愈高，進(jìn)化愈快。這是一個(gè)規(guī)律性的現(xiàn)象。例如：整個(gè)有機(jī)界的歷史，估計(jì)在35億年以上。澳大利亞等地發(fā)現(xiàn)最古老的原核生物化石是35億年前，從35億年到18億年前這17億年的漫長(zhǎng)歲月中生命自然界中只是完成了一件大事，即原核生物演化到真核生物的出現(xiàn)。從18億年前到3億5千萬(wàn)年前，即從元古代到古生代的石炭紀(jì)，這又是一個(gè)14億年。在此期間真核生物發(fā)生了大分化，分化出了植物和動(dòng)物。在植物中有了藻類、蕨類，實(shí)現(xiàn)了早期陸生植物裸蕨類的登陸；在動(dòng)物中，有了無(wú)脊椎動(dòng)物、魚(yú)類、兩棲類和昆蟲(chóng)。

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第14頁(yè)，共19頁(yè)，2023年，2月20日，星期五四、進(jìn)化的速度

從3億5千萬(wàn)年前（即古生代的石炭紀(jì)）一直到現(xiàn)階段，這段時(shí)間與前面的14億年相比，則要短得多。但是在生命發(fā)展的歷史上，卻出現(xiàn)了一系列重大的飛躍，其速度之快，的確是令人驚異的。如在植物方面，完成了從蕨類植物向裸子植物和被子植物的演化；在動(dòng)物方面實(shí)現(xiàn)了從爬行類到鳥(niǎo)類、到哺乳類的發(fā)展，一直到我們?nèi)祟惖恼Q生。其中，從爬行類的產(chǎn)生到哺乳類出現(xiàn)大約經(jīng)歷七八千萬(wàn)年；從原始哺乳類到有胎盤(pán)類大約經(jīng)歷五六千萬(wàn)年，而有胎盤(pán)類的歷史不過(guò)1億年，它們主要演化的時(shí)代是在新生代的6千7百萬(wàn)年中。

第15頁(yè)，共19頁(yè)，2023年，2月20日，星期五

生物進(jìn)化的速度，從總體上看具有加速度發(fā)展的趨勢(shì)。但對(duì)不同生物來(lái)說(shuō)，又顯得很不平衡，古生物學(xué)的資料證實(shí)，它有慢，有快，也有的是中等速度。

1、低速進(jìn)化（bradytelicevolution），在動(dòng)物界中有腕足綱的海豆芽（Lingula）。海豆芽自?shī)W陶紀(jì)以來(lái)，一直延續(xù)至今，整整5億年中，沒(méi)有顯著的變化。在植物界中，也有許多古老的類型。例如杉科的水杉

五、進(jìn)化的不平衡性第16頁(yè)，共19頁(yè)，2023年，2月20日，星期五五、進(jìn)化的不平衡性

2、中速進(jìn)化在這類進(jìn)化中，馬科是比較典型的代表。從始新世的始祖馬到現(xiàn)代馬約有6千萬(wàn)年的歷史。斯特賓斯認(rèn)為，馬的進(jìn)化大約每250萬(wàn)年（或25萬(wàn)代）出一個(gè)新種。3．高速進(jìn)化在動(dòng)物界中以哺乳類較明顯。澳洲的有袋類在白堊紀(jì)出現(xiàn)以后，大約只經(jīng)過(guò)5千萬(wàn)年的時(shí)間，便產(chǎn)生出各種類型，達(dá)到了高度專門(mén)化的程度)。

人類的進(jìn)化則更快，現(xiàn)代人同200—150萬(wàn)年前的直立人就有顯著的區(qū)別（例如，現(xiàn)代人腦量增加、體長(zhǎng)增高、吻部縮短等）。

在植物界中多倍體形成新種，可在較短時(shí)間內(nèi)完成。根據(jù)斯特賓斯的意