進(jìn)化生物學(xué)研究進(jìn)展課件

1、從1988年開始， Michigan State University 的 Lenski教授開始進(jìn)行一項(xiàng)長(zhǎng)期的大腸桿菌的進(jìn)化實(shí)驗(yàn)，試圖證明長(zhǎng)時(shí)間的進(jìn)化是可以創(chuàng)造新的物種的。進(jìn)展一：進(jìn)化過(guò)程是可以被觀察到的（大腸桿菌）培養(yǎng)基92.5%檸檬酸鹽7.5% 葡萄糖每天以1%量轉(zhuǎn)接一次相當(dāng)于傳了6.64代 實(shí)驗(yàn)從12個(gè)獨(dú)立的populations開始，目前共繁殖了50000多代，從33127代起，一個(gè)可以利用檸檬酸鹽作為碳源的新的菌株出現(xiàn)了，新的物種產(chǎn)生了！特別值得一提的是，研究者還證明，在31000-31500代大腸桿菌中產(chǎn)生了一個(gè)關(guān)鍵突變，它雖然沒(méi)有導(dǎo)致分解檸檬酸鹽的菌種產(chǎn)生，但從這時(shí)期的菌種出發(fā)，

2、只要再培養(yǎng)2000-3000代，均可以產(chǎn)生檸檬酸鹽分解菌，而且這種進(jìn)化實(shí)驗(yàn)是可以重復(fù)的，但用20000代前的菌種作母本則無(wú)法重復(fù)進(jìn)化實(shí)驗(yàn)，這說(shuō)明進(jìn)化在一定時(shí)期內(nèi)是有方向的。1979年 （10分鐘1000條，超過(guò)100種）1989年 （由于富營(yíng)養(yǎng)化與獵食動(dòng)物引入，幾乎絕跡） 目前 （10分鐘1000條，出現(xiàn)了許多新的物種）進(jìn)展一：進(jìn)化過(guò)程是可以被觀察到的（麗魚）2004年Tiktaalik化石的發(fā)現(xiàn)，填補(bǔ)了陸生脊椎動(dòng)物起源的關(guān)鍵一環(huán)。近20年來(lái)的化石證據(jù)無(wú)可辯駁的證明了鯨類其實(shí)是由5千萬(wàn)前的一種偶蹄類動(dòng)物進(jìn)化而來(lái)的。進(jìn)展二：進(jìn)化過(guò)程中的過(guò)渡類型是真實(shí)存在的進(jìn)化是真實(shí)存在的：鳥類的起源已記錄100

3、00多種，可分為平胸鳥和非平胸鳥兩類鳥的起源：最早的鳥（始祖鳥）鳥起源于恐龍的化石證據(jù)，中華龍鳥美國(guó)科學(xué)家分子水平上分析了6800萬(wàn)年前的暴龍的蛋白質(zhì)片斷，并與21種現(xiàn)代物種的蛋白質(zhì)序列進(jìn)行了比較，結(jié)果確證，恐龍與鳥類具有共同祖先.恐龍并沒(méi)有完全滅絕，一部分恐龍進(jìn)化成了現(xiàn)代鳥類進(jìn)展三：進(jìn)化的證據(jù)-物種的界限并不是絕對(duì)的 一般認(rèn)為：物種間的界限是明確的，不同的物種間不能雜交，就算可以雜交，它們的后代也是不育的。 環(huán)物種（ring species)：一物種因地理區(qū)隔（如湖泊、山岳、峽谷）等因素而沿著該區(qū)隔繁衍產(chǎn)生多個(gè)亞種，各相鄰亞種之間有著連續(xù)性的基因變化，當(dāng)此一連續(xù)亞種之首尾物種亦相鄰，此物種整

4、體分布型態(tài)正如一圓環(huán)狀，故名為環(huán)物種。有趣的是，環(huán)物種的首尾兩亞種無(wú)法進(jìn)行繁殖，于種之定義中已屬不同種，因此產(chǎn)生疊合多個(gè)亞種差距后竟跨越種差的奇妙現(xiàn)象。章魚眼與人眼的比較（進(jìn)化Vs神創(chuàng)）人眼的排列順序（外內(nèi)）血管神經(jīng)感光細(xì)胞章魚眼的排列順序（外內(nèi)）感光細(xì)胞神經(jīng)血管讓達(dá)爾文“害怕”的眼睛進(jìn)展四：復(fù)雜性狀的起源并不是不可想象的復(fù)雜眼睛是如何起源的是一個(gè)相當(dāng)難回答的問(wèn)題。近年來(lái)的比較解剖學(xué)研究發(fā)現(xiàn)，無(wú)論是簡(jiǎn)單的水母還是復(fù)雜的人類，其眼睛結(jié)構(gòu)中均含有視蛋白(Opsins)與晶體蛋白(Crystallin)兩種基本成份。2007年， University of California at Santa B

5、arbara 的Todd Oakley等人在研究了現(xiàn)存生命中已知的所有視蛋白的蛋白序列后指出，所有的視蛋白家族成員均起源于6億年前的一個(gè)簡(jiǎn)單信號(hào)受體蛋白，這時(shí)復(fù)雜生命形態(tài)沿未出現(xiàn)。這項(xiàng)研究成果說(shuō)明，不同生物的復(fù)雜眼睛結(jié)構(gòu)雖然有不同的起源，但還是只能利用早期祖先生物的遺傳工具，只不過(guò)改造的方式各有不同罷了。Pax6異位表達(dá)PAX6 基因能讓蝌蚪多長(zhǎng)一個(gè)眼睛適者生存的難題：孔雀的尾巴雄性孔雀的尾巴對(duì)于雄性個(gè)體來(lái)說(shuō)是個(gè)負(fù)擔(dān)，在適者生存的法則下應(yīng)該被淘汰，但為什么它還能存在下去呢？因?yàn)榇瓶兹赶矚g 雌孔雀喜歡選擇有較大尾巴的雄孔雀，在這種選擇的壓力下，雄孔雀的尾巴起來(lái)越大，色彩更加艷麗。好處：雄孔雀能帶

6、著巨大而顯眼的尾巴生存下去，說(shuō)明它的生存能力強(qiáng)，選擇這種雄性產(chǎn)生的后代有更好的生存能力。性選擇進(jìn)展五：性選擇的威力正在被日益認(rèn)識(shí) 達(dá)爾文在他的進(jìn)化理論中提到了性選擇的作用，但近十多年來(lái)科學(xué)研究的發(fā)現(xiàn)表明，性選擇的是一用很強(qiáng)的選擇力量，作用堪比自然選擇。（1）東非湖的麗魚在其進(jìn)化歷史中可以在同片水域中產(chǎn)生相當(dāng)多的物種，主要就是性選擇在起作用；（2）人類的起源與發(fā)展，性選擇的作用是非常巨大的，比如膚色、智力等；（3）近年來(lái)的許多基因水平上的研究發(fā)現(xiàn)，生殖相關(guān)的基因在許多物種（果蠅、人）中都有著較一般基因更快的進(jìn)化速率，這種現(xiàn)象的出現(xiàn)是由于一種稱為性沖突(sexual conflict)的機(jī)制導(dǎo)致的

7、。因?yàn)樾坌栽趯⒕鹤⑷氪菩泽w內(nèi)時(shí)，會(huì)同時(shí)注入一些化學(xué)成分，這些成分會(huì)降低該雌性與其它雄性交配的成功率，可是這些物質(zhì)對(duì)雌性來(lái)說(shuō)是有毒的，所以雌性會(huì)發(fā)展抵制這些雄性物質(zhì)的機(jī)制，雄性也會(huì)不斷發(fā)展這種物質(zhì)以對(duì)搞雌性的防御，這樣雄性與雌性間就生殖基因方面展開了一場(chǎng)軍備競(jìng)賽，使得生殖相關(guān)的基因進(jìn)化的更快了。寒武紀(jì)大爆發(fā)（神創(chuàng)論的稻草）寒武紀(jì)大爆發(fā)發(fā)生的時(shí)間約為5.45億年前，在千萬(wàn)年時(shí)間內(nèi)就出現(xiàn)了現(xiàn)生動(dòng)物的主要類群，無(wú)脊椎動(dòng)物（主要是節(jié)肢動(dòng)物）極大繁盛。代表化石點(diǎn)，我國(guó)云南澄江化石群寒武紀(jì)大爆發(fā)的食物鏈學(xué)說(shuō)捕食者獵物關(guān)系的日益復(fù)雜導(dǎo)致了動(dòng)物在攝食、運(yùn)動(dòng)、保護(hù)等方面有多種多樣的適應(yīng)。自然選擇壓力驅(qū)動(dòng)多樣化，

8、證據(jù)（這個(gè)時(shí)期的動(dòng)物多數(shù)帶殼或者有堅(jiān)硬的外骨骼）。進(jìn)展六：動(dòng)物形態(tài)進(jìn)化的分子基礎(chǔ)Homeodomain gene的出現(xiàn)，為動(dòng)物身體結(jié)構(gòu)變的更為復(fù)雜提供了遺傳基礎(chǔ)。無(wú)論是果蠅還是人類，胚胎發(fā)育過(guò)程中軸向性質(zhì)的控制基因都是一致的，稱為Hox基因家族。Dll1-Hoxb6HoxA10 通表達(dá)：不長(zhǎng)肋骨HoxB6 通表達(dá)：通身長(zhǎng)肋骨(Tania Vinagre,2010, Developmental Cell)進(jìn)化發(fā)育生物學(xué)的興起（Evo Devo)進(jìn)展七：人類的進(jìn)化之路逐漸清晰300400萬(wàn)前，南方古猿在非洲出現(xiàn)，代表為阿法南猿（露西，直立行走 ）250萬(wàn)前，能人出現(xiàn)，腦容量增大，能制造簡(jiǎn)單的石頭工

9、具180萬(wàn)前，直立人出現(xiàn)，腦容量進(jìn)一步增大，能使用火，吃熟食30萬(wàn)前，智人出現(xiàn)，能熟練的制造使用工具，具有抽象思維能力現(xiàn)代智人的起源多地區(qū)起源假說(shuō)取代假說(shuō)（走出非洲）化石證據(jù)多支持這種假說(shuō)分子證據(jù)多支持這種假說(shuō)歐洲的尼安德爾特人人類起源于非洲，最早的夏娃是一位10萬(wàn)年前的非洲婦女真核生物古細(xì)菌細(xì)菌脊椎動(dòng)物胎盤類哺乳動(dòng)物脊椎動(dòng)物進(jìn)展八：生命之樹 (Tree of Life)計(jì)劃的完善從共同祖先開始分歧，不同的生物群體沿著各自獨(dú)特的進(jìn)化軌跡發(fā)展變化，隨著生物進(jìn)化的發(fā)展，各種物種間便產(chǎn)生了一種樹杈狀(Branch)的相互聯(lián)系關(guān)系。我們可以通過(guò)研究不同物種間的遺傳特征和其它一些歷史證據(jù)，用一種稱為系統(tǒng)

10、發(fā)育樹(Phylogeny)的樹狀結(jié)構(gòu)表示不同物種間的進(jìn)化關(guān)系。以下所見到的就是將地球上所有生物結(jié)合在一起的系統(tǒng)發(fā)育關(guān)系。我們稱之為生命之樹(Tree of Life)。進(jìn)展九：生命并不是上帝創(chuàng)造的，人造生命是可能的2010年5月，美國(guó)生物學(xué)家克雷格文特爾(Craig Venter)宣布在實(shí)驗(yàn)室中制造出世界首個(gè)人造生命細(xì)胞。克雷格文特爾將一種稱為絲狀支原體絲狀亞種的微生物的DNA進(jìn)行重塑，并將新的DNA片段“粘”在一起，植入另一種細(xì)菌中。新的生命由此誕生，這種新生的微生物能夠生長(zhǎng)、繁殖，并產(chǎn)生一代又一代的人造生命。植入的DNA片段包含約850個(gè)基因，而人類的DNA圖譜上共有約35000個(gè)基因。

11、不過(guò)，從廣義上來(lái)講，文特爾的人造生命并不完全是人造的，它利用了宿主細(xì)胞的細(xì)胞質(zhì)，并且包含的850基因也都來(lái)源來(lái)其它生物，文特爾的實(shí)驗(yàn)嚴(yán)格來(lái)說(shuō)只是一個(gè)更為復(fù)雜的細(xì)胞基因工程改造。MasterBreakthrough 如同我們的左手和右手，一些化學(xué)物質(zhì)(如氨基酸)以兩種鏡像形態(tài)存在。一般情況下，化學(xué)物質(zhì)如果以兩種形態(tài)存在，那么左旋或右旋的數(shù)量會(huì)大致相等。但在活細(xì)胞中，所有氨基酸均是左旋，所有糖和核苷酸則是右旋。長(zhǎng)期以來(lái)，研究生命起源以前化學(xué)的科學(xué)家無(wú)法解釋，在地球早期，第一個(gè)活生命系統(tǒng)如何只選擇一種手性的化學(xué)物質(zhì)。為什么左旋核苷酸阻止右旋核苷酸在一條鏈條上連接以形成RNA或 DNA。倫敦大學(xué)帝國(guó)學(xué)

12、院的堂娜布萊克默德等研究人員發(fā)現(xiàn)，通過(guò)不斷的冷凍和融解，一個(gè)由左旋和右旋分子構(gòu)成的混合物能夠被轉(zhuǎn)換成單一形態(tài)。生物的手性：神的安排？蛋白質(zhì)（催化劑）DNA（信息載體）雞與蛋的問(wèn)題核酶（Ribozyme）在DNA與Protein世界形成之前，可能存在一個(gè)RNA世界，但這個(gè)世界真的存在嗎？首次合成可無(wú)限復(fù)制的RNA核苷酸可以自發(fā)形成 研究原始地球生命起源前化學(xué)的化學(xué)家在核苷酸如何自然出現(xiàn)的問(wèn)題上瀕于崩潰。核苷酸由一個(gè)身處一端的像核糖和去氧核醣這樣的糖分子，和處于另一端的磷酸鹽組(phosphate group)構(gòu)成?；瘜W(xué)家驚喜地發(fā)現(xiàn)，像腺嘌呤這樣的鹽基可以由簡(jiǎn)單的化學(xué)物(如氫化氰)輕易形成。然而，科學(xué)家多年努力卻化為泡影，因?yàn)樗麄儼l(fā)現(xiàn)腺嘌呤無(wú)法與核糖建立天