生物進化的方向和速度.ppt

第七章生物進化的方向和速度 本章重點 討論適應(yīng)方式 營養(yǎng)方式的進化規(guī)律 進化的速度及生物進化的動力問題 一 進化的方向二 進化的速度三 關(guān)于生物進化的動力問題 第七章進化的方向和速度 一 1 復(fù)式進化 全面 上升進化 這是一種由簡單到復(fù)雜 由低等到高等的進化方向是生物體形豐收結(jié)構(gòu) 生理機能的綜合地 全面地進化過程 其結(jié)果是生物體各個主要方面比原有的水平都要高級和復(fù)雜 這類進化的數(shù)量并不多 但卻十分重要 一 形態(tài)生理上的進化方向 2 分化式進化 特異適應(yīng) 是由一個物種分化為近似而不同的物種的進化 這類進化包括有形態(tài)生理上的趨異 dirergence 趨同 convergence 輻射 radiation 平行 parallel 重復(fù) iteration 等形式 它們是指生物對各種不同生海環(huán)境的適應(yīng) 從而出現(xiàn)的多方向進化 但在形態(tài)結(jié)構(gòu) 生理功能方面度沒有普遍提高 時代水產(chǎn)屬于同一等級 所以 分化式進化是一種從少到多的進化 而復(fù)化式進化是一種從低等到高等的進化 兩者是很不相同的 一 形態(tài)生理上的進化方向 3 特化式進化特化式進化管稱特化 它是從一般到特殊的進化方式 形態(tài)生理上的特化是有機體發(fā)生局部的變異 以適應(yīng)于特殊的環(huán)境條件 它是分化式進化的一種特殊情況 這類進化大大地縮小了原有的適應(yīng)范圍 同時加強了被保留下來的適應(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 它有著廣泛發(fā)展的可能性 但到單趾馬時 其單蹄適應(yīng)于快跑 有利于草原的生活環(huán)境 在這一點上 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)生理上的進化方向 一 形態(tài)生理上的進化方向 4 簡化式進化簡化式進化簡稱退化 它是由結(jié)構(gòu)復(fù)雜變?yōu)榻Y(jié)構(gòu)簡單的進化方式 形態(tài)生理上的退化表現(xiàn)在生物的大多數(shù)器官退化 個別器官比較發(fā)達 它是生物對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 簡化式進化是一種與復(fù)化式進化相反的過程 也可以說 是一種退步性的進化 例如 寄生于體內(nèi)的蛔蟲 絳蟲 鉤蟲等 它們既無運動器官 肌肉系統(tǒng) 四肢的骨胳 和感覺器官 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 一條蛔蟲每日產(chǎn)卵可達12 20萬個 有的老熟個體 生殖器官幾乎占了它們的整個身體 生物體通過各種營養(yǎng)方式向著不同的方向發(fā)展 生物界的營養(yǎng)方式可以分為三大類型 1 光合作用是植物主要的營養(yǎng)方向 也即是植物 獲得營養(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 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機物質(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 營養(yǎng)方式上的進化方向 2 吸收是微生物 細菌 真菌 的營養(yǎng)方向 微生物的營養(yǎng)方式相當復(fù)雜 但它們獲得營養(yǎng)的基本特點是吸收 吸收養(yǎng)料的關(guān)鍵在于接觸面大 相當多微生物的結(jié)構(gòu)與功能 是朝著有利于擴大吸收面這一進化方式發(fā)展的 1 許多的微生物是單個細胞 有的甚至沒有細胞結(jié)構(gòu) 體積很小 有人估計 一克重的細菌 一般要有1012的個體 個體越小 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 長有菌絲體 也是一種擴大吸收面的適應(yīng)構(gòu)造 二 營養(yǎng)方式上的進化方向 二 營養(yǎng)方式上的進化方向 2 許多微生物都是營腐生或寄生生活 同時 它們還具有能利用各種碳水化合物 包括人和動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 擴大吸收多種養(yǎng)料的幅度 3 微生物繁殖力強 數(shù)量大 分布廣 在適宜的條件下 細菌可以在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 二 營養(yǎng)方式上的進化方向 3 攝食是動物的營養(yǎng)方向 動物找尋 爭奪食物的關(guān)鍵在于活動 在進化過程中 大多數(shù)動物都朝著有利于活動這一進化方向發(fā)展 促進了生物界最高等的形態(tài)結(jié)構(gòu)和生理功能的形成 其特點是 1 具有在神經(jīng)系統(tǒng)支配下的復(fù)雜的感覺和運動系統(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 從細胞水平分析 動物細胞無細胞壁 因此具有高效的代謝水平 有利于動物的活動方式 生物進化 從總的說來是不可逆的 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 不論是前進的進化 或是減退的進人 凡進化了的生物 就不會復(fù)原了 這是一個規(guī)律性的現(xiàn)象 三 進化的不可逆規(guī)律 三 進化的不可逆規(guī)律 這里 很容易產(chǎn)生兩個問題 其一 生物既然在不斷的進化中 為什么至今仍有大量的單細胞生物和其他低等生物呢 這是一個比較復(fù)雜的問題 不是三言兩語可以講清楚的 不過 今天的單細胞生物與遠古時代的單細胞生物 即它們的遠祖 并不完全相同 無論在結(jié)構(gòu)與功能方面都有區(qū)別 同時 所謂生物的進化 例如魚類向兩棲類的進化 并不是說現(xiàn)代的兩棲類是由現(xiàn)代的魚類演化而來 而是指遠古的魚類有一支向陸生的方向發(fā)展 逐漸進化為兩棲類 另一些魚類則向著原有水生的方向發(fā)展 成為現(xiàn)代的魚類 可見 現(xiàn)代的單細胞生物也是從極古老的單細胞生物演變來的 它們也仍然在走著自己特有的進化道路 和現(xiàn)代的多細胞生物平行發(fā)展著 三 進化的不可逆規(guī)律 其二 既然生物進化是不可逆的 那么對所謂返祖現(xiàn)象 alavism 作何解釋呢 返祖現(xiàn)象是客觀存在的事實 達爾文曾提到 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 樹皮色 1954 我國遼寧等地多次發(fā)現(xiàn)的 毛孩 也是一種返祖現(xiàn)象 應(yīng)當承認 這類現(xiàn)象是一種歷史的重演 與進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 朱洗對這個現(xiàn)象作了某些說明 他認為進化不可逆的理論是相對的 因此 他指出 對生物進化的不可逆性 我們不能過分強調(diào) 而將它看得太死板 四 進化的速度 1 進化中的加速度現(xiàn)象生物界進化是加速度發(fā)展的 形態(tài)愈高 進化愈快 這是一個規(guī)律性的現(xiàn)象 例如 整個有機界的歷史 估計在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3億5千萬年前 即從元古代到古生代的石炭紀 這又是一個14億年 在此期間真核生物發(fā)生了大分化 分化出了植物和動物 在植物中有了藻類 蕨類 實現(xiàn)了早期陸生植物裸蕨類的登陸 在動物中 有了無脊椎動物 魚類 兩棲類和昆蟲 四 進化的速度 從3億5千萬年前 即古生代的石炭紀 一直到現(xiàn)階段 這段時間與前面的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 在動物方面實現(xiàn)了從爬行類到鳥類 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)歷七八千萬年 從原始哺乳類到有胎盤類大約經(jīng)歷五六千萬年 而有胎盤類的歷史不過1億年 它們主要演化的時代是在新生代的6千7百萬年中 生物進化的速度 從總體上看具有加速度發(fā)展的趨勢 但對不同生物來說 又顯得很不平衡 古生物學(xué)的資料證實 它有慢 有快 也有的是中等速度 1 低速進化 bradytelicevolution 在動物界中有腕足綱的海豆芽 Lingula 海豆芽自奧陶紀以來 一直延續(xù)至今 整整5億年中 沒有顯著的變化 在植物界中 也有許多古老的類型 例如杉科的水杉 五 進化的不平衡性 五 進化的不平衡性 2 中速進化在這類進化中 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6千萬年的歷史 斯特賓斯認為 馬的進化大約每250萬年 或25萬代 出一個新種 3 高速進化在動物界中以哺乳類較明顯 澳洲的有袋類在白堊紀出現(xiàn)以后 大約只經(jīng)過5千萬年的時間 便產(chǎn)生出各種類型 達到了高度專門化的程度 人類的進化則更快 現(xiàn)代人同200 150萬年前