生命的個體發(fā)育及多樣性

關于生命的個體發(fā)育及多樣性第一頁，共六十七頁，2022年，8月28日生殖和發(fā)育是生命的基本現象，沒有生殖，物種不能繁衍，沒有發(fā)育，個體不能形成。個體發(fā)育是生物個體發(fā)生，發(fā)展，變化過程的總稱。有性生殖生物的生命起始于受精卵，經過卵裂，囊胚期，原腸胚期，神經軸胚以及器官發(fā)生等階段，衍生出與親代相似的個體，經過生長發(fā)育為成熟個體，然后進入老年，最后衰老死亡，這一全過程稱為個體發(fā)育。生命的個體發(fā)育第二頁，共六十七頁，2022年，8月28日生殖和發(fā)育是生命的基本現象，沒有生殖，物種不能繁衍，沒有發(fā)育，個體不能形成。生命的個體發(fā)育胚胎發(fā)育(embryonicdevelopment)是指受精卵在卵膜或母體內發(fā)生發(fā)展形成幼小個體的過程。胚后發(fā)育(postembryonicdevelopment)是指幼體從卵膜孵化出或從母體分娩出以后，經生長，成熟，衰老、死亡的過程。第三頁，共六十七頁，2022年，8月28日生命的個體發(fā)育1．胚胎發(fā)育過程概述第四頁，共六十七頁，2022年，8月28日脊椎動物的胚胎發(fā)育過程都要經過幾個基本的發(fā)育階段，即受精、卵裂、囊胚、原腸胚、神經軸胚以及器官發(fā)生等階段。生命的個體發(fā)育第五頁，共六十七頁，2022年，8月28日1.1．卵裂受精卵的分裂稱為卵裂，這是一種快速的細胞有絲分裂過程。卵裂產生的子細胞稱為卵裂球。卵裂方向由卵的固有極性所決定，有些卵裂方向還與精子進入卵的位置有關；卵裂發(fā)生部位則由卵黃物質的分布和數量決定。生命的個體發(fā)育第六頁，共六十七頁，2022年，8月28日1.1．卵裂受精卵的分裂稱為卵裂，這是一種快速的細胞有絲分裂過程。卵裂產生的子細胞稱為卵裂球。動物極(animalepole)：卵細胞卵黃少的一極，卵裂速度相對較快。植物極(vegetalpole)：卵細胞卵黃多的一極，卵裂速度相對較慢。生命的個體發(fā)育第七頁，共六十七頁，2022年，8月28日1.1．卵裂受精卵的分裂稱為卵裂，這是一種快速的細胞有絲分裂過程。卵裂產生的子細胞稱為卵裂球。經裂經裂維裂經裂維裂桑椹胚生命的個體發(fā)育第八頁，共六十七頁，2022年，8月28日細胞繼續(xù)分裂，卵裂球數量增多，實心胚體中間出現一個不規(guī)則的腔隙，隨著腔隙中液體增多，此腔變?yōu)橐粓A形的空腔，稱為囊胚腔(blastocoele)，在人類又稱為胚泡腔(blastocystcavity)。這種囊狀胚胎稱為囊胚(blastrula)。囊胚的形成標志著卵裂期的結束。1.2．囊胚期生命的個體發(fā)育第九頁，共六十七頁，2022年，8月28日而哺乳類的內部細胞逐漸排列于胚泡腔的一端，稱為內細胞團，后者將分化為由內、中、外三個胚層構成的胚盤。1.2．囊胚期文昌魚兩棲類哺乳類生命的個體發(fā)育第十頁，共六十七頁，2022年，8月28日胚胎發(fā)育到囊胚期以后，細胞繼續(xù)分裂。植物極細胞逐漸向囊胚內部凹陷，囊胚腔逐漸縮小或消失，動物極細胞向植物極方向遷移，并外包植物極半球。這時胚胎成為具兩層細胞的胚體，稱為原腸胚(gastrula)。陷入的細胞所包圍的腔稱為原腸腔，以胚孔(blastopore)與外界相通。胚孔、原腸腔的形成以及胚層的出現，是原腸胚期的主要形態(tài)特征。1.3．原腸胚生命的個體發(fā)育第十一頁，共六十七頁，2022年，8月28日蛙原腸胚出現的最初標志是：植物極細胞在受精卵的灰色新月區(qū)上部內陷形成一弧形的溝，稱新月溝。溝的上方為背唇(dorsallip)。1.3．原腸胚．蛙原腸胚的形成過程AP胚孔背唇AP生命的個體發(fā)育第十二頁，共六十七頁，2022年，8月28日分裂速度快的動物極細胞遷移并外包植物極，同時背唇細胞從新月溝處卷入胚體內。1.3．原腸胚．蛙原腸胚的形成過程AP原腸腔AP生命的個體發(fā)育第十三頁，共六十七頁，2022年，8月28日動植物極細胞以外包、內卷、內陷的方式形成左右兩側的側唇(laterallip)及下部的腹唇(ventrallip)。1.3．原腸胚．蛙原腸胚的形成過程AP胚孔側唇胚孔腹唇卵黃塞AP生命的個體發(fā)育第十四頁，共六十七頁，2022年，8月28日隨著內細胞團細胞不斷分裂、增殖，靠近胚泡腔一側的細胞演變成為一層細胞，稱為下胚層(hypoblast)或初級內胚層，其余內細胞團貼近滋養(yǎng)層一側，形成上胚層(epiblast)，又稱為初級外胚層。1.3．原腸胚．哺乳動物原腸胚的形成生命的個體發(fā)育第十五頁，共六十七頁，2022年，8月28日高等哺乳類動物的滋養(yǎng)層細胞增殖發(fā)育成絨毛膜，參與胎盤的形成，從子宮內膜獲取營養(yǎng)，內細胞團分化成三胚層胚盤。內、外胚層周緣的細胞分別向四周延伸，圍成卵黃囊及羊膜腔。中胚層在內、外胚層之后出現。1.3．原腸胚．哺乳動物原腸胚的形成生命的個體發(fā)育第十六頁，共六十七頁，2022年，8月28日從原腸胚形成開始到原腸形成是一個復雜的細胞遷移、重排的過程，是動物發(fā)育過程中的一個重要的階段。囊胚期以前，胚胎的結構和生理活動都很簡單，囊胚基本上是一些結構相似的細胞集合在一起。原腸胚及其以后就有明顯的變化，出現了胚層的分化，特別是中胚層的出現，為以后復雜的組織和器官的形成打下基礎。1.3．原腸胚生命的個體發(fā)育第十七頁，共六十七頁，2022年，8月28日原腸胚期結束后，胚體開始伸長，并具備了內、中、外三個胚層，它們是動物所有組織器官形成的基礎。胚層開始分化，在胚體背部產生中軸器官——脊索(notochord)和神經管，這時期的胚胎稱為神經胚(neurula)。神經管是由外胚層細胞分化而來，它將來形成腦和脊髓。1.4．神經軸胚期生命的個體發(fā)育第十八頁，共六十七頁，2022年，8月28日1.4．神經軸胚期神經板(neuralplate)胚體背部位于脊索原基上方的外胚層細胞增厚，形成神經板。內胚層神經板脊索中胚層生命的個體發(fā)育第十九頁，共六十七頁，2022年，8月28日神經溝內胚層脊索中胚層1.4．神經軸胚期神經溝(neuralgroove)神經板的兩側向上隆起，形成神經褶；神經板的中部凹陷形成神經溝。生命的個體發(fā)育第二十頁，共六十七頁，2022年，8月28日1.4．神經軸胚期神經管(neuraltuble)神經褶繼續(xù)向背方延伸并相互靠攏、融合，形成神經管。最后神經管自外胚層脫離，陷入胚體內，其上方的外胚層愈合。神經管體腔神經脊體壁中胚層臟壁中胚層體節(jié)生命的個體發(fā)育第二十一頁，共六十七頁，2022年，8月28日脊索是由背正中區(qū)的中胚層細胞分化形成的一條縱貫胚體的圓柱形中軸結構，脊索的下方為內胚層，兩側為中胚層，將發(fā)育成體節(jié)(somite)。神經軸胚是脊椎動物所特有的胚胎發(fā)育階段。1.4．神經軸胚期生命的個體發(fā)育第二十二頁，共六十七頁，2022年，8月28日器官發(fā)生(organogenesis)是指由內、中、外三個胚層分化發(fā)育成胚體各個器官系統(tǒng)的發(fā)生過程。1.5．器官發(fā)生初級器官原基(primaryorganrudiment)次級器官原基(secondaryorganrudiment)生命的個體發(fā)育第二十三頁，共六十七頁，2022年，8月28日1.5．器官發(fā)生外胚層皮膚的表皮、毛發(fā)、爪甲、汗腺，神經系統(tǒng)（腦、脊髓、神經節(jié)），神經感官的接收器細胞，眼的晶體，口、鼻腔及肛門上皮，齒的釉質中胚層腸上皮、氣管、支氣管、肺上皮，肝臟、胰臟，膽囊上皮、甲狀腺、副甲狀腺及胸腺，膀胱、尿道上皮內胚層肌肉——平滑肌骨骼肌及心肌，皮膚的真皮，結締組織，硬骨及軟骨，齒的牙質，血液及血管，腸系膜，腎臟，睪丸和卵巢生命的個體發(fā)育第二十四頁，共六十七頁，2022年，8月28日生命的個體發(fā)育2．胚胎發(fā)育機制第二十五頁，共六十七頁，2022年，8月28日有性生殖的個體從受精卵開始發(fā)育為新個體，經歷了復雜演變過程，嚴格按照時間、空間順序進行一系列核質之間，細胞之間，細胞與環(huán)鏡之間的相互作用。經歷了由細胞→組織→器官→系統(tǒng)→個體各層次的胚胎發(fā)育過程。生命的個體發(fā)育第二十六頁，共六十七頁，2022年，8月28日模式形成是指胚胎細胞如何有序地分化，形成有序三維結構的過程，其本質是指基因按長期進化形成的固有程序規(guī)劃機體的發(fā)育藍圖。模式形成，使胚胎細胞獲得正確分化必需的位置信息，決定了細胞的命運，最終確定了每一個細胞具體的分化方向。模式形成(patternformation)生命的個體發(fā)育第二十七頁，共六十七頁，2022年，8月28日整個發(fā)育過程是由遺傳控制、程序化、精確有序的發(fā)育過程。從基因型到表型是通過發(fā)育實現的。發(fā)育是遺傳特性的表達和展現，是基因組遺傳信息按照特定時間和空間表達的結果，是生物體基因型與內外環(huán)境因之相互作用，并逐步轉化為表型的過程。2.1．遺傳與發(fā)育生命的個體發(fā)育第二十八頁，共六十七頁，2022年，8月28日細胞分化是基因差異表達的結果。由于基因表達，使細胞出現特異的蛋白質，表現出特殊的形態(tài)結構，執(zhí)行不同的生理功能。2.1．遺傳與發(fā)育．基因差異表達決定分化生命的個體發(fā)育第二十九頁，共六十七頁，2022年，8月28日細胞核中存在著控制胚胎發(fā)育、細胞分化的多層次基因群，它們形成網絡，控制胚胎發(fā)育過程。2.1．遺傳與發(fā)育．基因決定形態(tài)發(fā)生母源效應基因

---前后軸、背腹面分節(jié)基因群

---體節(jié)同源異形基因

---頭、胸、腹、腸、附肢生命的個體發(fā)育第三十頁，共六十七頁，2022年，8月28日胚胎發(fā)育過程中細胞分化是通過細胞核和細胞質之間相互影響實現的。細胞質是通過調節(jié)細胞核中的基因表達而發(fā)揮作用的。如果沒有細胞核，細胞質不可能起作用。2.1．遺傳與發(fā)育．細胞核基因組與細胞質間的相互作用生命的個體發(fā)育第三十一頁，共六十七頁，2022年，8月28日2.1．遺傳與發(fā)育．小RNA與細胞分化與個體發(fā)育小RNA是長度約在20~30個核苷酸(nt)的非編碼RNA(non-codingRNA)，包括約22nt的微小RNA(microRNA，miRNA)、21~28nt的小干擾RNA(smallinterferingRNA，siRNA)，以及最近在小鼠精子發(fā)育過程中發(fā)現的26~31nt的小分子RNA。生命的個體發(fā)育第三十二頁，共六十七頁，2022年，8月28日2.2．胚胎細胞分化與決定細胞分裂和細胞分化是受精卵發(fā)育為個體的關鍵，是胚胎發(fā)育的核心和基礎。經過細胞分裂，細胞數量增加；經過分化，產生不同類型的細胞。由各型細胞組成組織，器官、系統(tǒng)和生物體。生命的個體發(fā)育第三十三頁，共六十七頁，2022年，8月28日2.2．胚胎細胞分化與決定胚胎在許多情況下，細胞在分化之前就已預先確定了其未來的發(fā)育命運，只能向特定方向分化，這種現象稱為細胞決定(determination)。在這種狀態(tài)下，細胞沿著預定的方向分化，細胞決定一方面由卵細胞質控制，另一方面由相鄰細胞的相互作用而受到決定。最早決定細胞分化方向的物質是卵細胞質中的基因產物——mRNA和蛋白質。生命的個體發(fā)育第三十四頁，共六十七頁，2022年，8月28日2.3．胚胎發(fā)育中細胞間的相互作用原腸胚以后，三個胚層的發(fā)育前途雖已確定，但各胚層進一步發(fā)育還有賴于細胞之間、細胞群之間的相互作用。主要表現在胚胎誘導與抑制。生命的個體發(fā)育第三十五頁，共六十七頁，2022年，8月28日2.3．胚胎發(fā)育中細胞間的相互作用．胚胎誘導胚胎發(fā)育的特定階段，一部分細胞對鄰近細胞產生影響，并決定其分化方向的作用，稱為胚胎誘導(embryonicinduction)或誘導(induction)。誘導組織：起誘導作用的組織反應組織：被誘導而發(fā)生分化的組織生命的個體發(fā)育第三十六頁，共六十七頁，2022年，8月28日2.3．胚胎發(fā)育中細胞間的相互作用．胚胎誘導胚胎誘導可發(fā)生在不同胚層之間，也可以發(fā)生在同一胚層不同區(qū)域之間。視泡

視杯晶狀體杯晶狀體泡角膜生命的個體發(fā)育第三十七頁，共六十七頁，2022年，8月28日2.3．胚胎發(fā)育中細胞間的相互作用．抑制抑制(inhibition)是在胚胎發(fā)育中，已分化的細胞抑制鄰近細胞進行相同分化而產生的負反饋調節(jié)作用。已分化的細胞可產生某種物質，抑制鄰近細胞向其相同方向分化，這種物質稱為抑素。生命的個體發(fā)育第三十八頁，共六十七頁，2022年，8月28日2.3．胚胎發(fā)育中細胞間的相互作用．細胞識別和粘著在胚胎形態(tài)發(fā)生中細胞識別和粘著起著重要作用。由于胚胎細胞的廣泛遷移，當到達最終位置時，同類細胞只有通過識別和粘著，才能進一步分化，構成組織器官和系統(tǒng)，形成機體各種形態(tài)結構。生命的個體發(fā)育第三十九頁，共六十七頁，2022年，8月28日生命的個體發(fā)育3．胚后發(fā)育第四十頁，共六十七頁，2022年，8月28日從卵膜孵出或從母體娩出的幼體，繼續(xù)生長發(fā)育，經過幼年、成年、老年直至死亡的過程，稱為胚后發(fā)育。在胚后發(fā)育過程中，仍有一些細胞繼續(xù)分化，如牙的發(fā)生、神經系統(tǒng)的繼續(xù)發(fā)育、生殖細胞的分化成熟。生命的個體發(fā)育第四十一頁，共六十七頁，2022年，8月28日生長是由幼體生長到成體，體積增大的階段：機體生長通過細胞數量增加、這是生長的主要原因；細胞體積增大，是個體發(fā)育中某些細胞的生長方式；此外，大量細胞外基質細胞分泌完成的細胞外空間容量的增加。3.1．生長生命的個體發(fā)育第四十二頁，共六十七頁，2022年，8月28日再生(regeneration)是指生物體在其身體某部分受到損傷或喪失后的修復過程。再生的本質是成體動物為修復缺失組織器官的發(fā)育再活化，是多潛能未分化細胞的再發(fā)育。3.2．再生生命的個體發(fā)育第四十三頁，共六十七頁，2022年，8月28日3.3．衰老衰老(aging)是絕大多數生物性成熟以后，機體形態(tài)結構和生理功能逐漸退化或老化的過程，是一個受發(fā)育程序、環(huán)境因子等多種因素控制的不可逆的生物學現象。生命的個體發(fā)育第四十四頁，共六十七頁，2022年，8月28日3.4．死亡與壽命機體的死亡即個體生命的終結。醫(yī)學上判定死亡的標志是心跳，呼吸停止。心、腦電圖平波，瞳孔反射消失等。但是，機體的死亡并非全部細胞同時停止生命活動，只有當腦細胞死亡后，腦功能完全喪失，才被視為死亡個體。生命的個體發(fā)育第四十五頁，共六十七頁，2022年，8月28日生命多樣性及其形成機制生命的多樣性與生物的分類系統(tǒng)第四十六頁，共六十七頁，2022年，8月28日生命多樣性及其形成機制生命的物質組成、生命的結構基礎以及生命的基本運動形式是高度一致的。但是，生命的具體表現形式卻是十分不同的，這就是生命的多樣性。第四十七頁，共六十七頁，2022年，8月28日生命多樣性及其形成機制地球上所有的植物、動物和微生物，他們所擁有的全部基因以及各種各樣的生態(tài)系統(tǒng)，共同構成了生命多態(tài)性，亦稱生物多樣性(biodiversity)。物種多樣性遺傳多樣性生態(tài)系統(tǒng)多樣性第四十八頁，共六十七頁，2022年，8月28日生命多樣性及其形成機制生命的物質組成、生命的結構基礎以及生命的基本運動形式是高度一致的。但是，生命的具體表現形式卻是十分不同的，這就是生命的多樣性。生命多樣性的形成機制是一個復雜的生命歷史演進過程。第四十九頁，共六十七頁，2022年，8月28日1．生命的多樣性生命多樣性及其形成機制第五十頁，共六十七頁，2022年，8月28日生命多樣性及其形成機制生命，是在共同的化學組成、相似的基本結構基礎之上所表現出來的一種特殊的物質存在和運動形式。因此，生命的概念是抽象的。但是，具有生命的生物卻是十分具體的。不同的生物，以其彼此個別的形態(tài)、互不相同的生活方式、極其廣泛的空間分布和對環(huán)境變化的巧妙適應能力，世代繁衍，生生不息，構成了五光十色、形式多樣的生命自然世界。第五十一頁，共六十七頁，2022年，8月28日1.1．生命多樣性的主要表現．生物物種類別的多樣性

已經鑒定的生物有200萬種以上估計實際生存的約有500萬~1000萬種曾經在地球上出現過的生物可能達10億種生命多樣性及其形成機制第五十二頁，共六十七頁，2022年，8月28日1.1．生命多樣性的主要表現．遺傳的多樣性生物的遺傳多樣性是地球上所有生物的遺傳信息的總和。遺傳多樣性與物種多樣性和生態(tài)系統(tǒng)多樣性彼此有機聯系，共同構成生命的多樣性，而遺傳多樣性是物種及生態(tài)系統(tǒng)多樣性的重要基礎。生命多樣性及其形成機制果蠅是4對染色體，豌豆是7對，玉米是10對，人有23對.第五十三頁，共六十七頁，2022年，8月28日1.1．生命多樣性的主要表現．遺傳的多樣性遺傳多樣性就是指每一物種內基因和基因型的多樣性。生命的多樣性不僅體現為物種類別形式的多樣性，也體現為同種個體遺傳的多樣性。生命多樣性及其形成機制第五十四頁，共六十七頁，2022年，8月28日1.1．生命多樣性的主要表現．生態(tài)系統(tǒng)的多樣性陸地生態(tài)系統(tǒng)水域生態(tài)系統(tǒng)森林生態(tài)系統(tǒng)草原生態(tài)系統(tǒng)農田生態(tài)系統(tǒng)海洋生態(tài)系統(tǒng)淡水生態(tài)系統(tǒng)生命多樣性及其形成機制第五十五頁，共六十七頁，2022年，8月28日1.1．生命多樣性的主要表現．生態(tài)系統(tǒng)的多樣性從結構上看，生態(tài)系統(tǒng)主要由生產者、消費者、分解者所構成。生態(tài)系統(tǒng)的功能是對地球上的各種化學元素進行循環(huán)和維持能量在各組分之間的正常流動。生命多樣性及其形成機制第五十六頁，共六十七頁，2022年，8月28日1.2．生命多樣性的價值．直接使用價值許多野生植物具有藥用價值，是重要的藥物來源許多野生生物是重要的工業(yè)原料生命多樣性具有科學研究價值。在基因工程迅速發(fā)展的今天，這一點顯得更加重要生命多樣性及其形成機制第五十七頁，共六十七頁，2022年，8月28日1.2．生命多樣性的價值．間接使用價值間接使用價值是指生命多樣性具有重要的生態(tài)功能。無論哪一種生態(tài)系統(tǒng)，野生生物都是其中不可缺少的組成成分。在生態(tài)系統(tǒng)中，野生生物之間具有相互依存和相互制約的關系，他們共同維系著生態(tài)系統(tǒng)的結構和功能。生命多樣性及其形成機制第五十八頁，共六十七頁，2022年，8月28日1.2．生命多樣性的價值．潛在使用價值野生生物種類繁多，人類對他們已經做過比較充分研究的只是極少數，大量野生生物的使用價值目前還不清楚，但可以肯定具有巨大的潛在的使用價值。一種野生生物一旦從地球上消失，就無法再生，他的各種潛在的使用價值就不復存在了。生命多樣性及其形成機制第五十