生物起源與進(jìn)化：第3章生物進(jìn)化證據(jù)

古生物學(xué)(化石、現(xiàn)生生物的相似性與差異)胚胎學(xué)比較解剖學(xué)生物地理學(xué)生理學(xué)生物化學(xué)與分子生物學(xué)證據(jù)(不同物種類別間在各個(gè)層面上的相似性與差異)第一頁(yè)，共47頁(yè)。第一頁(yè)，共47頁(yè)。第一節(jié)古生物學(xué)的證據(jù)3.1化石3.1.1化石的概念地球上生物進(jìn)化的歷史是錯(cuò)綜復(fù)雜的化石(fossil)：是指經(jīng)過(guò)自然界的作用，保存于地層中的古生物遺體、遺物和它們的生活遺跡。古生物學(xué)的研究對(duì)象是化石。古生物學(xué)給生物進(jìn)化提供了直接證據(jù)(化石)。第二頁(yè)，共47頁(yè)。第二頁(yè)，共47頁(yè)?；蠖嗍巧矬w的堅(jiān)硬部分；如動(dòng)物的骨骼、貝殼，植物的莖、葉等。也有少量是指未經(jīng)改變的完整的古生物遺體，如凍土中的猛犸、琥珀中的昆蟲等。猛犸第三頁(yè)，共47頁(yè)。第三頁(yè)，共47頁(yè)。第四頁(yè)，共47頁(yè)。第四頁(yè)，共47頁(yè)。菊石(古生代的一種軟體動(dòng)物)菊石3.1.2化石的形成第五頁(yè)，共47頁(yè)。第五頁(yè)，共47頁(yè)。第六頁(yè)，共47頁(yè)。第六頁(yè)，共47頁(yè)?；男纬?偶然事件(小概率)1.生物死亡的數(shù)量2.生物組織的堅(jiān)硬強(qiáng)度3.生物尸體掩埋的速度4.石化的程度和快慢黃河劍齒象硅化木硅化木第七頁(yè)，共47頁(yè)。第七頁(yè)，共47頁(yè)。3.1.3化石的分類：按保存的特點(diǎn)分類1.遺體化石：保存在巖層里的古生物物體本身。猛犸象琥珀中的蚊子第八頁(yè)，共47頁(yè)。第八頁(yè)，共47頁(yè)。2.模鑄化石：生物體在底層或圍巖中留下的各種印模和復(fù)鑄物。印痕化石(impressionfossil)印?；?modelfossil)第九頁(yè)，共47頁(yè)。第九頁(yè)，共47頁(yè)。印痕化石：是生物遺體(主要是軟體部分)陷落在底層，而其遺體則往往遭到破壞—分解、腐爛。但印痕上卻保留下該生物體的主要特征?？铸埰つw印痕葉子化石第十頁(yè)，共47頁(yè)。第十頁(yè)，共47頁(yè)。印?；和饽：蛢?nèi)模兩種。

外模：是古生物遺體堅(jiān)硬的部分(例如貝殼)最初完整地保留在圍巖，后來(lái)被地下水溶解，留下一個(gè)空洞，能在空洞的四壁留下了該生物的外形；

內(nèi)模：是殼體的內(nèi)部模樣的印痕殼菜—一種雙殼類第十一頁(yè)，共47頁(yè)。第十一頁(yè)，共47頁(yè)。3.遺物化石：古代動(dòng)物的糞便、卵（蛋）以及人類祖先使用的工具等?？铸埖盎f石器第十二頁(yè)，共47頁(yè)。第十二頁(yè)，共47頁(yè)。4.遺跡化石：保留在巖層中的古生物生活時(shí)的活動(dòng)痕跡?？铸埬_印第十三頁(yè)，共47頁(yè)。第十三頁(yè)，共47頁(yè)。按化石的大小進(jìn)行分類大化石微體化石：用顯微鏡才能觀察到的一類微小化石超微化石：用電子顯微鏡才能觀察到的一類特別微小化石。a-g為不同的種類，h為放射蟲表壁結(jié)構(gòu)，放大800倍掃描電子顯微鏡第十四頁(yè)，共47頁(yè)。第十四頁(yè)，共47頁(yè)。3.2地質(zhì)年代(geologicage)3.2.1地質(zhì)年代的概念地質(zhì)年代：是指地殼上不同時(shí)代的巖石、地層在形成過(guò)程中的時(shí)間(年齡)和順序。根據(jù)地層學(xué)和古生物學(xué)的方法把地質(zhì)史劃分為：太古宙、元古宙、顯生宙。顯生宙包括古生代、中生代、新生代?！按毕旅嬖俜秩舾伞凹o(jì)”，“紀(jì)”下面再分為“世”，“世”下面再分“期”。即：代----紀(jì)----世----期第十五頁(yè)，共47頁(yè)。第十五頁(yè)，共47頁(yè)。3.2.2地質(zhì)年代的測(cè)定放射測(cè)定法古地磁法氨基酸外消旋法熱釋光法電子回旋共振法(ESR)相對(duì)年代測(cè)定法第十六頁(yè)，共47頁(yè)。第十六頁(yè)，共47頁(yè)。放射測(cè)定法同位素衰變

放射性同位素以自己恒定的速度進(jìn)行衰變，并且這個(gè)速度不受環(huán)境條件（溫度和壓力）的影響。各種同位素的衰變速度都用半衰期(half-life)來(lái)表示，半衰期是指一個(gè)樣品中放射性同位素原子衰變一半所需要的時(shí)間。第十七頁(yè)，共47頁(yè)。第十七頁(yè)，共47頁(yè)。同位素衰變半衰期適用范圍

87銣－87鍶490億年1億年

232釷－208鉛140億年2億年

238鈾－206鉛45億年1億年

40鉀－

40氬

13億年

1億年

235鈾－207鉛7億年10萬(wàn)年

14碳－14氮5730年6萬(wàn)年根據(jù)238鈾和206鉛的比例，就可以計(jì)算出巖石和化石的年齡。第十八頁(yè)，共47頁(yè)。第十八頁(yè)，共47頁(yè)。3.3古生物學(xué)與生物進(jìn)化古生物學(xué)：是研究地質(zhì)歷史時(shí)期生物的形態(tài)、構(gòu)造、分類、生態(tài)、分布、演化等規(guī)律的科學(xué)。古生物學(xué)為生物進(jìn)化提供了豐富的證據(jù)。第十九頁(yè)，共47頁(yè)。第十九頁(yè)，共47頁(yè)。太古宙和元古宙(前寒武紀(jì))太古宙：距今約32億年。單細(xì)胞細(xì)菌化石。元古宙：距今約19億年前，藍(lán)藻的時(shí)代。典型化石為細(xì)菌和絲狀藍(lán)藻。原始細(xì)菌及蘭綠藻第二十頁(yè)，共47頁(yè)。第二十頁(yè)，共47頁(yè)。古生代(PaleozoicEra)距今2億7千萬(wàn)年到6億年前。出現(xiàn)大量動(dòng)物化石。古生代中期以魚類為最繁盛，晚期兩棲類繁盛。三葉蟲手棘魚(Cheiracanthus)第二十一頁(yè)，共47頁(yè)。第二十一頁(yè)，共47頁(yè)。中生代(MesozoicEra)距今2億2千萬(wàn)年前到1億3千萬(wàn)年前。中生代是爬行動(dòng)物，特別是恐龍類的全盛時(shí)期。祿豐龍馬門溪龍第二十二頁(yè)，共47頁(yè)。第二十二頁(yè)，共47頁(yè)。新生代(CenozoicEra)距今7千萬(wàn)年前到1千萬(wàn)年前。新生代是現(xiàn)代生物類型出現(xiàn)和發(fā)展時(shí)期，各種昆蟲和哺乳類動(dòng)物發(fā)展繁盛。第二十三頁(yè)，共47頁(yè)。第二十三頁(yè)，共47頁(yè)。寒武紀(jì)生命大爆發(fā)二疊紀(jì)大滅絕煤的形成猿→人人類發(fā)展末期，恐龍滅絕魚類時(shí)代無(wú)脊椎動(dòng)物全盛單筆石時(shí)代恐龍顯生宙元古宙太古宙第二十四頁(yè)，共47頁(yè)。第二十四頁(yè)，共47頁(yè)。化石記錄表明：生物是進(jìn)化的化石記錄顯示，越老的地層，生物形態(tài)越簡(jiǎn)單；越新的地層，生物形態(tài)越復(fù)雜。生物演化是從簡(jiǎn)單到復(fù)雜，從低級(jí)到高級(jí)，從水生到陸生?；涗浿?，我們發(fā)現(xiàn)魚類化石的確先在較早的地層開始出現(xiàn)，其次是兩棲類、爬行類，而以哺乳類化石出現(xiàn)得最晚。為什么化石紀(jì)錄沒能反映出生物的逐漸變化？達(dá)爾文解釋說(shuō)，這是由于化石記錄極為不完全。第二十五頁(yè)，共47頁(yè)。第二十五頁(yè)，共47頁(yè)。始祖鳥化石鳥類是由爬行類演化來(lái)的第十塊始祖鳥化石第二十六頁(yè)，共47頁(yè)。第二十六頁(yè)，共47頁(yè)。始祖鳥具有爬行類和鳥類的特征頭部，似爬行類，有顎骨，有牙齒，延伸到尾端的脊背鳥類特征：修長(zhǎng)堅(jiān)硬的鳥腿，有三個(gè)腳趾爪，像鳥一樣行走或棲息；有羽毛（由角質(zhì)形成），許多鳥類腳上仍有鱗片，爬行類鱗片多，鱗片變?yōu)橛鹈ò滋?，冷空氣進(jìn)來(lái)，晚間保溫）第二十七頁(yè)，共47頁(yè)。第二十七頁(yè)，共47頁(yè)。1.5億年前始祖鳥第二十八頁(yè)，共47頁(yè)。第二十八頁(yè)，共47頁(yè)。根據(jù)始祖鳥化石復(fù)原的模型第二十九頁(yè)，共47頁(yè)。第二十九頁(yè)，共47頁(yè)。馬的特點(diǎn)：個(gè)體很大，有適于草食性的牙齒、善于奔跑的四肢，四肢末端中趾發(fā)達(dá)，趾骨的末節(jié)觸地，與爪甲的部分合并構(gòu)成堅(jiān)硬的蹄，腕骨高懸，兩側(cè)只有第二、四趾的遺骨。馬的進(jìn)化：體型逐漸變大、四肢由短變長(zhǎng)、趾數(shù)由多變少、牙齒由低齒冠變?yōu)楦啐X冠。始新馬漸新馬中新馬上新馬真馬第三十頁(yè)，共47頁(yè)。第三十頁(yè)，共47頁(yè)。第二節(jié)胚胎學(xué)的證據(jù)個(gè)體發(fā)育：個(gè)體從生命開始到死亡為止的全過(guò)程。個(gè)體發(fā)育包括胚胎發(fā)育和胚后發(fā)育。胚胎學(xué)是研究生物胚胎發(fā)育規(guī)律的科學(xué)。所有高等動(dòng)、植物的胚胎發(fā)育都是從一個(gè)受精卵開始的；生物的個(gè)體發(fā)育都有一定的階段性：動(dòng)物：受精卵、卵裂、囊胚、原腸胚、組織器官的分化植物：種子萌發(fā)、出葉、抽穗、結(jié)實(shí)第三十一頁(yè)，共47頁(yè)。第三十一頁(yè)，共47頁(yè)。比較胚胎學(xué)揭示了胚胎發(fā)育的重演律“重演律”：德國(guó)生物學(xué)家?？藸?，認(rèn)為生物在個(gè)體發(fā)育過(guò)程中，將重現(xiàn)其祖先的主要進(jìn)化歷程。人類在胚胎發(fā)育的早期出現(xiàn)了鰓裂，不僅外形象魚，而且內(nèi)臟也象魚：有動(dòng)脈弓，心臟只有兩腔等等。對(duì)這個(gè)現(xiàn)象的唯一合理的解釋，就是人是由魚進(jìn)化來(lái)的，祖先的特征在胚胎發(fā)育過(guò)程中重演了。事實(shí)上，爬行類、鳥類和哺乳類在胚胎發(fā)育的早期都跟魚類相似，而且有些時(shí)期幾乎不可能區(qū)別開來(lái)，這是所有的脊椎動(dòng)物都有共同祖先的一個(gè)證據(jù)。P263頁(yè)第三十二頁(yè)，共47頁(yè)。第三十二頁(yè)，共47頁(yè)。P264頁(yè)第三十三頁(yè)，共47頁(yè)。第三十三頁(yè)，共47頁(yè)。哺乳動(dòng)物由：

一個(gè)受精卵細(xì)胞

單細(xì)胞生物

↓↓

三胚層的原腸胚無(wú)脊椎動(dòng)物(三胚層)

↓↓

鰓裂,心臟1心房1心室魚類(鰓,1心房1心室）

↓↓

2心房1心室兩棲類(2心房1心室)

↓↓

2心房部分分隔的1心室爬行類

↓↓

2心房完全分隔的2心室哺乳類(2心房2心室)第三十四頁(yè)，共47頁(yè)。第三十四頁(yè)，共47頁(yè)。第三節(jié)比較解剖學(xué)的證據(jù)比較解剖學(xué)：用比較的方法研究各種不同生物的器官的位置、結(jié)構(gòu)及其起源的科學(xué)。比如：哺乳動(dòng)物與其它脊椎動(dòng)物相比，在骨骼的基本特征上存在許多相似性。昆蟲(屬節(jié)肢動(dòng)物門)分節(jié)的軀干(頭、胸、腹)、六對(duì)足、堅(jiān)固的外在保護(hù)殼等。第三十五頁(yè)，共47頁(yè)。第三十五頁(yè)，共47頁(yè)。同源器官證明生物進(jìn)化同源器官：指起源相同，構(gòu)造和部位相似而形態(tài)和機(jī)能不同的器官。如脊椎動(dòng)物的四肢。同功器官：指不同生物形態(tài)和機(jī)能相似，而起源和構(gòu)造不同的器官。如鳥、蝙蝠的翅膀：同功又同源鳥、昆蟲的翅膀：同功不同源鳥的翅膀、人的臂：同源不同功第三十六頁(yè)，共47頁(yè)。第三十六頁(yè)，共47頁(yè)。功能不同，但解剖結(jié)構(gòu)上具有相同或相似性。哺乳動(dòng)物前肢的適應(yīng)性變化肱骨橈骨尺骨腕骨第三十七頁(yè)，共47頁(yè)。第三十七頁(yè)，共47頁(yè)。痕跡器官的存在證明生物進(jìn)化：指生物體上己經(jīng)作用不大，但仍存在的一些器官。如鯨的后肢、蟒蛇的四肢在外表上己看不見，但體內(nèi)仍有痕跡。痕跡器官的比較第三十八頁(yè)，共47頁(yè)。第三十八頁(yè)，共47頁(yè)。返祖現(xiàn)象(alavism):現(xiàn)生生物偶爾表現(xiàn)出一些它們祖先的特征人類的毛孩特別會(huì)飛的家禽新出生的小馬駒偶爾會(huì)有三趾的偶爾發(fā)現(xiàn)長(zhǎng)有后退的鯨第三十九頁(yè)，共47頁(yè)。第三十九頁(yè)，共47頁(yè)。第四節(jié)生物地理學(xué)的證據(jù)生物地理學(xué)：研究地球上生物的分布及其分布規(guī)律的科學(xué)。正是生物地理學(xué)最早為Darwin提出的物種形成和生物進(jìn)化提供了證據(jù)。第四十頁(yè)，共47頁(yè)。第四十頁(yè)，共47頁(yè)。生物的地理分布證明生物進(jìn)化例如：各種有袋哺乳動(dòng)物如袋鼠僅僅居住在澳大利亞，而澳大利亞胎生哺乳動(dòng)物非常稀少。因?yàn)榘闹拊谛律跗诿撾x了非洲和南極洲而孤立于大洋中。生物種群的進(jìn)化一方面受環(huán)境選擇的作用，另一方面在一定的區(qū)系內(nèi)進(jìn)行。第四十一頁(yè)，共47頁(yè)。第四十一頁(yè)，共47頁(yè)。第五節(jié)生理學(xué)的證據(jù)

生理學(xué)的研究對(duì)象都具有神經(jīng)系統(tǒng)活動(dòng)、消化、呼吸、循環(huán)、生殖、內(nèi)分泌等各種生理功能。研究結(jié)果表明，各類動(dòng)物（包括人類）不是互不聯(lián)系的，它們?cè)谄鹪瓷嫌兄恢滦浴５谒氖?yè)，共47頁(yè)。第四十二頁(yè)，共47頁(yè)。通過(guò)比較生理學(xué)的研究，可以確定生物之間親緣關(guān)系的遠(yuǎn)近血清鑒別法：用免疫學(xué)方法分析蛋白質(zhì)的同源性來(lái)確定生物之間的親緣關(guān)系第四十三頁(yè)，共47頁(yè)。第四十三頁(yè)，共47頁(yè)。遺傳物質(zhì)結(jié)構(gòu)上的相似性、遺傳密碼的通用性說(shuō)明，自然界所有生命形式都是相互關(guān)聯(lián)的。親源關(guān)系越近的生物，其DNA或蛋白質(zhì)有更多地相似性。反之亦然。對(duì)不同生物同一種蛋白質(zhì)的氨基酸序列進(jìn)行比較是判斷生物之間親源關(guān)系遠(yuǎn)近的一種重要手段。對(duì)DNA同源序列的分析也是判斷生物之間親源關(guān)系和進(jìn)化順序的常用手段。第六節(jié)