動(dòng)物比較生理學(xué)

1、脊椎動(dòng)物比較生理學(xué)綱要脊椎動(dòng)物比較生理學(xué)綱要生物多樣性、進(jìn)化和適應(yīng)脊椎動(dòng)物比較生理學(xué)綱要緒 論 一、定義及研究范疇 二、學(xué)習(xí)目標(biāo)及意義 三、研究方法 四、背景知識(shí) 五、相關(guān)說明脊椎動(dòng)物比較生理學(xué)綱要一、定義及研究范疇 生理學(xué)（physiology）是生物科學(xué)的一個(gè)分支，是研究生命有 機(jī) 體 各 種 機(jī) 能（ F u n c t i o n ） 及 內(nèi) 在 規(guī) 律 （ 機(jī) 制mechanism）的科學(xué)。 動(dòng)物比較生理學(xué)comparative physiology of animal講述各種動(dòng)物系統(tǒng)發(fā)生和個(gè)體發(fā)育中的生理特點(diǎn)，以及各種動(dòng)物在不同生態(tài)條件下的生理適應(yīng)特征和機(jī)制。脊椎動(dòng)物比較生理學(xué)綱要

2、What is comparative physiology? Physiology is the study of the how organisms, and their parts, function (in contrast with anatomy, the study of structure). Comparative physiology is the process of comparing and contrasting the mechanisms and details of physiology among different organisms. These com

3、parisons can be among individuals exposed to different environments, or of different developmental stages (size, age), or those with different genetic make-ups such as different sexes, populations, or species. 脊椎動(dòng)物比較生理學(xué)綱要研究范疇 系統(tǒng)發(fā)生上經(jīng)典比較生理學(xué) 個(gè)體發(fā)育上發(fā)育生理學(xué) 生態(tài)適應(yīng)上生態(tài)生理學(xué)脊椎動(dòng)物比較生理學(xué)綱要?jiǎng)游飳W(xué)分子生物學(xué)細(xì)胞學(xué)遺傳學(xué)組織學(xué)解剖學(xué)與其他學(xué)科的關(guān)系生

4、理學(xué)脊椎動(dòng)物比較生理學(xué)綱要 生物體的生理功能是其遺傳密碼和環(huán)境因素共同作用的結(jié)果。 動(dòng)物的遺傳密碼又是其祖先進(jìn)化歷史和適應(yīng)當(dāng)?shù)貤l件的共同結(jié)果。 因此，探索不同物種應(yīng)對不同選擇壓力時(shí)的生活史（生理）特征具有重要的意義。 脊椎動(dòng)物比較生理學(xué)綱要二、學(xué)習(xí)目標(biāo)aims/ goals/objectives 回顧生物體生理機(jī)能的基本概念to review the basic concepts of how organisms function； 學(xué)習(xí)進(jìn)化和適應(yīng)的生理學(xué)改變模式to study the patterns of changes in physiology due to evolution &

5、adaptation ； 培養(yǎng)科學(xué)的思維方法to impart a sense of how knowledge is generated and to foster critical thinking ； 介紹部分生理學(xué)實(shí)驗(yàn)方法to introduce some techniques of physiological experimentation.脊椎動(dòng)物比較生理學(xué)綱要 通過不同動(dòng)物群體適應(yīng)復(fù)雜的生存環(huán)境來理解生物體解剖結(jié)構(gòu)和生理功能改變的多樣性。 To understand the diversity of how organisms have modified anatomical s

6、tructures and physiological functions by different animal groups in order to adapt to the adversities of their environment. 脊椎動(dòng)物比較生理學(xué)綱要學(xué)習(xí)本課程的意義 第一，加深對生物多樣性的認(rèn)識(shí)； 第二，深化對人體生理功能的認(rèn)識(shí)； 第三，促進(jìn)醫(yī)藥衛(wèi)生事業(yè)進(jìn)步，改善人類健康； 第四，推動(dòng)生產(chǎn)實(shí)踐的發(fā)展和進(jìn)步。脊椎動(dòng)物比較生理學(xué)綱要三、研究方法 動(dòng)物的生物多樣性可以體現(xiàn)在各個(gè)層次，因此，對其研究的方法也包括了形態(tài)、組織、生理、生化、細(xì)胞、分子、遺傳、進(jìn)化、生態(tài)等多個(gè)方面。脊椎動(dòng)

7、物比較生理學(xué)綱要SAMPLE 對象（物種、種群、性別、年齡、） 生理狀態(tài)（繁殖狀態(tài)、營養(yǎng)水平、社會(huì)地位） 生態(tài)因子（溫度、水、氣體、氣壓、海拔、光照、季節(jié)、） 生境（海洋、湖泊、江河、濕地、草原、雪原、雨林、高山、高原、荒漠、農(nóng)田）、 生理功能（運(yùn)動(dòng)、消化、呼吸、循環(huán)、泌尿、內(nèi)分泌、神經(jīng)、生殖、能量代謝、體溫調(diào)節(jié)；發(fā)聲、發(fā)光、發(fā)電、體色調(diào)節(jié)） 脊椎動(dòng)物比較生理學(xué)綱要 Gajda et al. Species differences in respiratory rhythm generation in rodents.Am J Physiol Regul Integr Comp Physiol

8、.2010, 298: R887-R898. Anders deen & Olle Hstad. Pollinating birds differ in spectral sensitivity. Journal of Comparative Physiology A: Neuroethology, Sensory, Neural, and Behavioral Physiology. 2010,196(2):91-96. Megan DG & Esteban FJ. Visual fields, eye movements, and scanning behavior of a sit-an

9、d-wait predator, the black phoebe (Sayornis nigricans). 2010,196(1):15-22.脊椎動(dòng)物比較生理學(xué)綱要 Anil K. Vegesna, et al. Comparison of human and porcine gastric clasp and sling fiber contraction by M2 and M3 muscarinic receptors. Am J Physiol Gastrointest Liver Physiol 298: G530-G534, 2010. Jianjie Wang, et al

10、. Intrinsic sex-specific differences in microvascular endothelial cell phosphodiesterases. Am J Physiol Heart Circ Physiol 298: H1146-H1154, 2010. Wiltschko R, Wiltschko W. Avian magnetic compass: Its functional properties and physical basis. Current Zoology 56 (3): 119 , 2010.脊椎動(dòng)物比較生理學(xué)綱要奧古斯特克勞格原理Th

11、e August Krogh Principle August Krogh是著名的丹麥生理學(xué)家，由于他對微血管的解剖和功能的出色研究而于1946年獲得諾貝爾生理醫(yī)學(xué)獎(jiǎng)。 1929年，他提出“對于很多科學(xué)問題，總會(huì)有一種動(dòng)物最適合于研究”，這被后人們稱為“奧古斯特克勞格原理”。脊椎動(dòng)物比較生理學(xué)綱要模式生物(model organism) 果蠅、斑馬魚、大腸桿菌、線蟲、大鼠、小鼠等。 利用模式生物進(jìn)行實(shí)驗(yàn)研究的優(yōu)勢： 1）研究者多、知識(shí)積累快速，研究人員容易找到合作研究的對象。2）相關(guān)的研究資源，如抗體、試劑等較為豐富，容易獲得。3）這些模式生物的基因組信息已 經(jīng)逐步得到開發(fā)，等等。脊椎動(dòng)物比較

12、生理學(xué)綱要 模式動(dòng)物或模式生物的地位和作用是不可替代的。 非模式動(dòng)物的研究也是不可或缺的由于生物的多樣性，生存環(huán)境的多樣性，生物生理功能的多樣性，需要我們研究更多的物種，在更多的環(huán)境條件下，更多的復(fù)雜因子的處理下，觀察和研究有機(jī)體的生理變化調(diào)節(jié)等。脊椎動(dòng)物比較生理學(xué)綱要 奧古斯特克勞格原理可以拓展到組織、器官、細(xì)胞、蛋白質(zhì)和基因等分子水平。 對于科學(xué)問題，總會(huì)有一種“器官、組織、細(xì)胞、蛋白質(zhì)和基因等”最適合于研究。脊椎動(dòng)物比較生理學(xué)綱要四、背景知識(shí) 內(nèi)環(huán)境與穩(wěn)態(tài) 動(dòng)物分類 動(dòng)物的身體 動(dòng)物的動(dòng)物胚胎發(fā)育和進(jìn)化脊椎動(dòng)物比較生理學(xué)綱要1、內(nèi)環(huán)境與穩(wěn)態(tài)Homeostasis 內(nèi)環(huán)境是指細(xì)胞直接生存的

13、細(xì)胞外液環(huán)境。脊椎動(dòng)物比較生理學(xué)綱要穩(wěn) 態(tài) 內(nèi)環(huán)境的相對穩(wěn)定性。 細(xì)胞進(jìn)行正?；顒?dòng)的必要條件； 保持細(xì)胞興奮性的必要條件。 神經(jīng)系統(tǒng)和體液因素等調(diào)節(jié)機(jī)制對各種物質(zhì)代謝和各器官的生理活動(dòng)進(jìn)行調(diào)節(jié)的結(jié)果。 脊椎動(dòng)物比較生理學(xué)綱要Diversity and Phylogeny of Vertebrata脊椎動(dòng)物比較生理學(xué)綱要2、動(dòng)物的主要分類群 170多萬種動(dòng)物已被命名和分類； 每年發(fā)現(xiàn)15000個(gè)新種； 存在的種類總數(shù)約為5000萬種以上。脊椎動(dòng)物比較生理學(xué)綱要原生生物界Protista 原生動(dòng)物門Protozoan：單細(xì)胞，眼蟲、草履蟲、鞭毛蟲、變形蟲、瘧原蟲等。脊椎動(dòng)物比較生理學(xué)綱要脊椎動(dòng)物比

14、較生理學(xué)綱要?jiǎng)游锝鏏nimals 中生動(dòng)物Mesozoa：中生動(dòng)物門Phylum Mesozoa 側(cè)生動(dòng)物Parazoa：海綿動(dòng)物門 Spongia 真后生動(dòng)物Eumetazoa脊椎動(dòng)物比較生理學(xué)綱要真后生動(dòng)物Eumetazoa 2胚層，輻射對稱腔腸動(dòng)物門Coelenterata：水螅， 3胚層，兩側(cè)對稱無體腔動(dòng)物Acelomata：扁形動(dòng)物門Platyhelminthes：渦蟲、絳蟲假體腔動(dòng)物Pseudocoelomata真體腔動(dòng)物Eucoelomata脊椎動(dòng)物比較生理學(xué)綱要假體腔動(dòng)物Pseudocoelomata 輪形動(dòng)物門Rotifera：輪蟲 腹毛動(dòng)物門Gastrotricha：鼬蟲

15、動(dòng)吻動(dòng)物門Kinorhyncha：動(dòng)吻蟲 線蟲動(dòng)物門Nematoda：線蟲 線形動(dòng)物門Nematomorpha：鐵線蟲 棘頭動(dòng)物門Acanthocephala：棘頭蟲 內(nèi)肛動(dòng)物門Entoprocta脊椎動(dòng)物比較生理學(xué)綱要真體腔動(dòng)物Eucoelomata 不分節(jié)動(dòng)物unmetameric 軟體動(dòng)物門Mollusca：螺、蝸牛、蚌、烏賊 分節(jié)原口動(dòng)物metameric Protostomata 環(huán)節(jié)動(dòng)物門Annelida：蚯蚓 節(jié)肢動(dòng)物門Arthropoda：蝦、蟹、蜘蛛、昆蟲 分節(jié)后口動(dòng)物Eeuterostomata 棘皮動(dòng)物門Echinodermata：海星、海膽、海參 半索動(dòng)物門Hemich

16、ordata：柱頭蟲 脊索動(dòng)物門Chordata脊椎動(dòng)物比較生理學(xué)綱要脊索動(dòng)物門Chordata 原索動(dòng)物Protochordata：無頭類Acrania 尾索動(dòng)物亞門Urochordata：海鞘 頭索動(dòng)物亞門Cephalochordata：文昌魚 脊椎動(dòng)物Vertebrates：有頭類Craniata 脊椎動(dòng)物亞門Vertebrata脊椎動(dòng)物比較生理學(xué)綱要脊椎動(dòng)物亞門Vertebrata 甲胄魚綱0stracodermi：已絕滅 原口綱Cyclostomata：七鰓鰻 盾皮魚綱Placodermi：已絕滅 軟骨魚綱Chondrichthyes 硬骨魚綱Osteichthyes 兩棲綱Amph

17、ibia 爬行綱Reptilia 鳥綱Aves 哺乳綱Mammalia脊椎動(dòng)物比較生理學(xué)綱要脊椎動(dòng)物的主要類群脊椎動(dòng)物比較生理學(xué)綱要 中國科學(xué)院動(dòng)物研究所（脊椎）動(dòng)物名稱數(shù)據(jù)庫 Mammal Species of the World ：A Taxonomic and Geographic Reference , 3rd edition 2005 年，2 卷，2 142 頁。 世界哺乳動(dòng)物達(dá)1 229 屬、5 416 種之多。 嚙齒目動(dòng)物有2276種。脊椎動(dòng)物比較生理學(xué)綱要?jiǎng)游锓诸惖燃?jí)動(dòng)物分類等級(jí) 巨蜈蚣巨蜈蚣 Scolopendra subspinipes dehaaniScolopendra

18、 subspinipes dehaani屬于屬于 動(dòng)物界動(dòng)物界 AnimalAnimal 節(jié)肢動(dòng)物門節(jié)肢動(dòng)物門 ArthropodaArthropoda 多足綱多足綱 MyriapodaMyriapoda 唇足亞綱唇足亞綱 ChilopodaChilopoda 整形目整形目 EpimorphaEpimorpha 蚣形亞目蚣形亞目 ScolopendromorphaScolopendromorpha 蜈蚣科蜈蚣科 ScolopendridaeScolopendridae 蜈蚣屬蜈蚣屬 ScolopendraScolopendra 脊椎動(dòng)物比較生理學(xué)綱要3、脊椎動(dòng)物的身體 脊椎骨 嗅、視、聽等集中

19、的感覺器官。背神經(jīng)管分化成腦和脊髓；腦又分化成大腦、間腦、中腦、小腦和延腦5部分。 循環(huán)系統(tǒng)出現(xiàn)了強(qiáng)力的心臟，推動(dòng)血液循環(huán)。 排泄系統(tǒng)出現(xiàn)了集中的腎臟，代替了分節(jié)排列的腎管，更有效地排出代謝廢物。 成對的附肢作為專門的運(yùn)動(dòng)器官(圓口綱例外)，大大提高了攝食、求偶和避敵的能力。脊椎動(dòng)物比較生理學(xué)綱要脊椎動(dòng)物比較生理學(xué)綱要4、脊椎動(dòng)物的胚胎發(fā)育 1胚胎發(fā)育是有機(jī)體以遺傳信息為基礎(chǔ)進(jìn)行自我構(gòu)建和自我組織的過程，其細(xì)胞的分化是基因按一定順序進(jìn)行表達(dá)的結(jié)果。 2卵子中卵黃的多少與受精卵的卵裂類型有關(guān)。 3精子與卵子結(jié)合形成受精卵，胚胎發(fā)育經(jīng)歷囊胚、原腸胚、神經(jīng)胚階段。脊椎動(dòng)物比較生理學(xué)綱要 4原腸胚階段

20、形成3個(gè)胚層，即外胚層、中胚層和內(nèi)胚層。原口在這一階段形成。 5中胚層的形成在少黃卵和中黃卵中有所不同。 6原口為胚胎的后端，它的相反的一端為動(dòng)物的前端。 7體腔的形成有兩種方式。脊椎動(dòng)物比較生理學(xué)綱要 19世紀(jì)20年代，愛沙尼亞籍的德國科學(xué)家貝爾創(chuàng)立了比較胚胎學(xué)，指出高等動(dòng)物的胚胎要經(jīng)過與低等動(dòng)物所經(jīng)發(fā)育階段相似的發(fā)育階段。 德國解剖學(xué)家梅克爾提出了動(dòng)物個(gè)體的歷史是種的歷史之重演的理論。脊椎動(dòng)物比較生理學(xué)綱要脊椎動(dòng)物比較生理學(xué)綱要生物重演律 19世紀(jì)70年代，德國科學(xué)家?？藸栠M(jìn)而把生物機(jī)體的個(gè)體發(fā)生對于其種系發(fā)生的重演關(guān)系，概括為“生物重演律”。 高等動(dòng)物的個(gè)體發(fā)育是對種系進(jìn)化的某種重演；這

21、種重演的突出表現(xiàn)，是胚胎的發(fā)育過程。脊椎動(dòng)物比較生理學(xué)綱要?jiǎng)游锱咛グl(fā)育的特點(diǎn) 一般的性狀先出現(xiàn)，特殊的性狀后出現(xiàn)； 從一般性狀中發(fā)展出過渡性狀，最后才出現(xiàn)特殊性狀，例如先從芽體變成肢，再分化為手、翅膀或鰭； 在胚胎發(fā)育過程中，不同種的胚胎發(fā)育首先經(jīng)過相似階段，以后才愈來愈顯示區(qū)別； 高等動(dòng)物的胚胎發(fā)育階段經(jīng)歷著與低等動(dòng)物發(fā)育相類似的階段。脊椎動(dòng)物比較生理學(xué)綱要 海克爾把胚胎發(fā)育的這種“重演”關(guān)系，推廣到一切生物。認(rèn)為生物重演律是“有機(jī)體進(jìn)化的根本律”，或者稱為“生物學(xué)發(fā)生之根本律”。這種規(guī)律不僅“適用于其他一切有機(jī)物，亦適用于人類”。 也就是說，生物的個(gè)體發(fā)育以一種簡化的、壓縮的和快速的過程，

22、去重演種系進(jìn)化過程的主要階段和主要環(huán)節(jié)，即作為種系進(jìn)化的縮影再現(xiàn)出來。脊椎動(dòng)物比較生理學(xué)綱要? 生物重演律的再認(rèn)識(shí)。脊椎動(dòng)物比較生理學(xué)綱要脊椎動(dòng)物的進(jìn)化史 第一階段是在水中的進(jìn)化，原始有頭類向兩個(gè)方向發(fā)展，支進(jìn)化出較原始的無頜類，另一支進(jìn)化成具有上下頜的有頜類，即魚類的祖先。 第二階段是從水中到陸地上的進(jìn)化，即兩棲類和爬行類的進(jìn)化。 第三階段是由爬行類進(jìn)化出兩支高等脊椎動(dòng)物，即鳥類和獸類。 脊椎動(dòng)物比較生理學(xué)綱要人類胎生史的演進(jìn)過程 由單細(xì)胞動(dòng)物到多細(xì)胞動(dòng)物 由軟體動(dòng)物到脊椎動(dòng)物 由水生到陸生 由卵生到胎生 由變溫到恒溫 由非哺乳類到哺乳類 由猿到人 由早期智人到新人脊椎動(dòng)物比較生理學(xué)綱要五、參考資料 參考書目 專業(yè)期刊脊椎動(dòng)物比較生理學(xué)綱要1、 參考書目 李永材. 比較動(dòng)物生理學(xué). 北京：高等教育出版社，1995. 陳守良. 動(dòng)物生理學(xué). AS 羅默，TS 帕爾森. 脊椎動(dòng)物的身體（楊白侖譯）.科學(xué)出版社，1985.脊椎動(dòng)物比較生理