《生物进化学》课件

生物进化学探讨生命从简单到复杂的持续演化过程了解生命形式是如何通过遗传变异,和自然选择不断进化的引言生物学中的重要主题理解生命的奥秘生物进化学是生物学中最重通过学习生物进化的理论和要和最基础的领域之一探讨证据我们可以深入了解生命,,了生命的起源、发展和变迁的本质探索生物界的奥秘,过程认识人类的过去人类的起源和进化历程是生物进化学研究的重要内容有助于我们认,识人类的过去和未来进化论的历史古希腊时期1古希腊哲学家们就生物演化提出了一些初步思想为现代进,化论奠定了基础世纪世纪18-192科学家们开始系统地研究生物演化的问题提出了多种理论,解释如拉马克的获得性遗传,达尔文时期3年达尔文发表了《物种起源》提出了自然选择理1859,,论成为现代进化论的奠基人,适者生存的自然选择达尔文的自然选择适应度景观适者生存达尔文提出了自然选择的基本机制即在生物通过遗传变异不断尝试适应环境像自然选择的结果是适应力强的个体更易,,种群内表现优异的个体更容易存活并繁在适应度景观中寻找高峰自然选择会存活和繁衍后代从而使种群逐步适应环,,衍后代从而使种群逐步适应环境淘汰那些生存不利的个体使种群向更有境变化这就是适者生存的核心机制,,,利的基因型发展道达尔文的进化论自然选择理论渐进式进化道达尔文提出了自然选择理论认为物种是通过不断适应环境道达尔文认为生命的进化是一个渐进缓慢的过程通过微小的,,,而逐步进化的自然选择会使适应性强的个体存活并繁衍后代变化积累最终形成重大的进化这与当时流行的突变论形成鲜,逐步改变物种的特征明对比基因变异和遗传基因突变基因突变是DNA序列中的永久性改变,可能发生自然或由外界因素引起这些突变可能会导致生物体的遗传性状发生改变遗传物质DNA是携带遗传信息的重要分子,其结构和复制决定了生物体的遗传特性能够稳定地传递到下一代遗传变异生物体内的遗传变异源于基因突变、基因重组等过程,为生物进化提供了基础这些变异会被自然选择作用于,最终影响物种的适应性种群遗传学基因频率遗传漂变研究种群中基因型和等位基因随机的遗传变异会影响种群中出现的频率有助于揭示种群的基因型的分布从而导致遗传多,,遗传变异样性的变化基因流动自然选择不同种群之间的基因交流会增环境压力会选择某些有利基因加整体的遗传多样性促进适应型改变种群的遗传结构推动进,,,性进化化过程分类群物种概念分类群类型物种是具有相似遗传特征和繁分类群包括种、属、科、目、衍能力的个体群可以互相配偶纲等不同阶元从小到大反映了,,并产生生育后代生物的亲缘关系分类学原则进化与分类生物分类依据形态、遗传、生随着进化生物间的亲缘关系会,理等特征采用二名法命名反映发生变化因此分类也需要不断,,,其亲缘关系修订完善进化的证据化石证据生物地理证据分子生物学证据胚胎发育证据地球上保存下来的古老生物不同生物在地理空间分布的基因序列的相似性反映了生不同生物在胚胎发育过程中遗骸可以帮助我们追溯生命规律也为进化提供了重要证物之间的亲缘关系为进化提表现出的相似性也证明了它,,,,进化的历史轨迹据供了分子层面的证据们之间的进化联系地质学证据地层化石不同时期地层中化石的连续出现,反映了生物进化的过程例如在某个地区,从下到上依次发现三叶虫、鱼类、两栖动物、爬行动物、哺乳动物等化石,表明这里的生物在长期的地质演化中逐步发生了进化地层断裂在地层的断裂处,可观察到上下地层中化石生物的明显差异,反映了同一地区不同时期生物的进化变迁地层倾斜在地层倾斜或褶皱的地区,可以清楚地观察到不同时期生物化石的垂直分布顺序,从而推断出生物的进化历程化石证据化石是生物体遗留下来的痕迹是证明生物进化的重要证据化石能够记录,下生物进化的变化过程为我们重构地球生命史提供了宝贵信息从地质时,期的化石记录中我们可以了解到生物种类的变迁、形态特征的变化以及生,,物群落的演替过程在地球漫长的历史时期中化石记录了从最早的单细胞生物到复杂的多细胞,生物的进化历程这些化石为我们勾勒出了生命发展的关键节点揭示了物,种间的代谢关系和相互作用生物地理学证据3000+不同区系地球上存在超过3000个独特的生物区系,反映了生物分布的地理隔离50M物种适应近5000万年来,生物在不同地理环境中发展出各种独特的适应性状20%濒危物种全球约有20%的物种正处于濒危状态,体现了生物多样性正在加速减少分子生物学证据$

3.5B10M基因组测序项目已发现的物种基因组

7.5%

99.9%人类基因组中编码蛋白质的区域人类基因组序列的相似性分子生物学的发展为进化论提供了坚实的实验证据基因组测序项目的成果、海量的生物物种基因组数据、人类基因组中蛋白质编码区域的比例以及近乎完全相似的人类基因组序列都充分证明了所有生命形式都来自共同祖先的理论这些分子证据揭示了生命的起源与演化历程进化的机制基因变异遗传漂变基因流动自然选择基因突变、基因重组和基因遗传漂变是指由于随机事件基因流动是指通过杂交、迁自然选择是适者生存的过程,重复等基因水平的变化是进导致的基因频率变化它可移等方式在种群间传播基因有利于生物体获得更好的适化的根本动力这些变异产以增加或减少基因多态性，的过程它增加了生物体的应性状它通过淘汰不利变生了新的遗传信息，为生物影响生物体的适应性遗传多样性有助于适应环异保留有利变异促进生物,,,体提供了适应环境变化的可境变化进化能性突变基因突变突变类型进化与突变序列发生改变导致新的遗传性状出突变包括基因突变、染色体突变等多种新的突变性状如果能为生物带来适应优DNA,现是生物进化的重要机制之一形式改变了生物的遗传信息势就可能在自然选择中保留下来,,,基因漂变随机性群体大小12基因漂变是一种完全随机的较小的群体更容易受到基因过程它不受任何选择压力的漂变的影响因为遗传变异容,,影响易被固定有害突变遗传漂移34基因漂变可能会导致有害突基因漂变也被称为遗传漂移,变的固定从而减少群体的适可能会导致一些有益突变丢,应性失遗传重组基因交换提高遗传多样性在有性生殖过程中父母细胞的遗传重组有助于增加种群的遗,遗传物质会发生重组产生基因传变异性从而提高适应环境变,,组序列的新组合化的能力交换DNA不同染色体片段之间的重新组合和连接形成新的基因型是遗传重组,,的重要机制基因流动生物多样性增加传播遗传物质导致基因重组基因流动可以引起种群间基因频率的变许多生物通过接触或迁徙等方式传播遗基因流动会导致不同群体的基因发生重化增加生物多样性促进物种间的差异传物质促进基因在不同种群间流动组产生新的遗传变异这是进化的重要,,,,驱动力种群分化与物种形成地理隔离1地理环境的改变导致种群间空间上的分离生殖隔离2种群间交配障碍导致基因交流中断基因组分化3基因突变和遗传重组导致种群间的遗传差异增大种群分化和物种形成是生物进化的重要过程地理隔离、生殖隔离和基因组分化等因素使得种群逐渐演化为不同的物种这些过程中适应性进化和自然选择起着关键作用推动了新物种的形成,,自然选择自然选择的机制自然选择是个不断淘汰弱小个体、保留优势个体的过程这种机制促进了物种的适应性和多样性适者生存自然选择保留了最适合当前环境的个体,使其能够存活并繁衍后代这是物种进化的关键驱动力个体适应通过自然选择,个体会逐步适应环境变化,发展出有利于生存的特征和行为这是物种进化的基础性选择配偶选择雌性挑选性选择是一种由个体主导的雌性通常会倾向于选择具有进化过程生物会通过选择符更好基因特征的雄性如体型,,合自己标准的配偶来提高后大、色彩鲜艳、歌声优美等代的适合度雄性竞争性选择的结果雄性为了争夺交配权会展现性选择会导致生物体形态和自己的实力如战斗、跳舞或行为的进化使其更加适应繁,,其他表演以吸引雌性衍后代的需求,共同进化相互依赖协同演化生态位分化共生关系共同进化描述了两个或多个在共同进化中一个物种的共同进化也可能导致两个物共同进化经常发生在共生关,物种之间相互影响和相互适变异会导致另一个物种的变种的生态位分化从而减少系中如受粉者和花卉、掠,,应的过程它们相互依赖异这种循环往复的过程使它们之间的竞争压力促进食者和猎物之间它们相互,,,并通过长期的相互作用共同得两个物种都能更好地适应共同繁荣适应并共同发展发展环境进化速率与模式缓慢的进化间断式进化进化速率的差异大多数生物都以一种相对缓慢的速率进有时进化会以更快的速度发生导致在地进化速率可能因生物的生存策略、繁衍,化需要经历数千到数百万年才能显著改质尺度上相对较短的时间内出现重大物能力和面临的环境压力等因素而有所不,变其特征这种渐进式的进化模式被称种转变这种间歇性的进化模式被称为同一些物种进化缓慢另一些物种进化,为渐变式进化间断平衡迅速渐变式进化渐进缓慢的变化小幅度的累积变化化石记录的证据123渐变式进化是指物种在漫长的时渐变式进化通过小幅度的累积性化石记录显示大多数物种在漫长,间内逐步发生微小的遗传变异和遗传变化逐步推动物种适应新的的地质时期内发生了渐进式的形,适应变化最终导致显著的进化环境条件缓慢但稳定地发生进化态变化支持了渐变式进化的理论,,,这是达尔文提出的主要进化机制间断平衡论化石记录间断平衡论认为,进化过程中的大部分时间是相对稳定的,但偶尔会突发性地发生快速的物种变迁渐变与间断这一理论质疑了传统的渐变论,认为进化不是一个均衡的线性过程,而是存在长期的稳定期和短暂的剧烈变化期物种形成在间断的时期,物种迅速分化和形成,而在稳定期则保持相对平衡状态这解释了化石记录中物种突然出现的现象生物进化的方向性适应性进化自然选择生物进化的目标是使生物适应自然选择是生物进化的主要驱其环境以增加其生存和繁衍的动力决定了哪些特征有利于生,,可能性进化的方向性直接取存以及这些特征会如何在后代,决于环境的变化中传播平衡选择收敛进化有时进化会维持群体内部的遗相似环境中的不同生物种类会,传多样性使生物能更好地应对在形态和功能上趋于相似这种,,环境的变化这种进化模式称现象称为收敛进化为平衡选择进化的适应性主动适应被动适应协同进化渐进适应生物进化的过程中物种会有些物种则依赖于被动的适物种之间的相互作用会促进进化往往是一个渐进的过程,,主动通过变异和选择来适应应性通过物种间相互作用、双方的协同进化彼此合作物种通过逐步的变化来适应,,不断变化的环境这种主动共生等方式来应对环境变化适应环境并获得共赢这种环境这种渐进适应有助于适应有助于物种存续并获得这样的被动适应也是进化的协同进化是生态系统平衡的物种稳定发展减少剧烈变,新的竞争优势重要表现形式关键化带来的风险进化与环境的相互作用环境驱动力互动与共生适应性进化生态平衡自然选择导致生物进化而生物不仅被动地适应环境生物通过变异和自然选择生物与环境的相互作用维,,,,环境因素则是驱动生物进化也会主动地改变、维护和创不断优化自身以适应环境系着整个生态系统的动态平的关键力量生物必须适应造自己的生存环境生物与环境的变化会导致新的适应衡人类活动可能会打破这不断变化的环境压力如气环境的相互作用形成了复性特征的出现推动生物进种平衡导致物种灭绝和环,,,,候变化、资源分布、捕食者杂的网络关系如共生、竞化的方向境恶化,等争和捕食等人类进化进化历程物种分化12人类的进化历程始于百万年前从原始灵长类动物经过一人类种群在地理隔离的过程中逐渐分化形成不同的人种4-5,,系列的演化过程而来适应环境智力进化34人类通过对环境的改造和适应成功占据了全球各个角落人类的大脑容量不断扩大思维能力不断提高是人类进化的,,,重要标志人类进化的历史远古人类从数百万年前的australopithecus到早期智人homo erectus,人类祖先逐步适应环境,发展了更先进的行为和技术新石器时代约10000年前,人类开始从游牧生活转向定居农业社会,掌握了种植和制陶等技艺,社会组织也日趋复杂文明的起源随着文字的发明和城市的建立,古代文明如美索不达米亚、埃及、中国等相继出现,人类迈入了历史纪元人类起源的证据通过对人类化石的研究科学家们发现了许多关于人类起源的重要证据从,最古老的猿人化石到现代人类的头骨化石这些发现为我们揭示了人类进化,的轨迹大脑容积的增大、牙齿结构的变化以及骨骼特征的变迁都为人类从猿人到智人的漫长演化过程提供了生动的证据此外人类的分布地理、工具制造和石器文化等也为研究人类起源做出了重,大贡献这些遗迹和文物反映了我们祖先的生活方式帮助我们更好地理解,人类是如何从原始走向文明的人类进化的前景全球化人类社会的全球化趋势将加速基因交流和文化融合科技进步医疗和生物技术的快速发展将改变人类自身的进化方向环境因素气候变化和环境退化将对人类的生存和进化产生重大影响。