1,进化论的诞生
生物进化论,甚至可以说整个生物科学,开始于1859年11月24日。在那一天,在经过二十年小心谨慎的准备之后,达尔文出版了《物种起源》。第一版印了一千二百五十本,在一天之内销售一空。一门崭新的学科从此诞生了! 但是,一门新的学科不会从天而降。在1859年,科学界已经有了大量的进化证据,做好了准备迎接进化论的诞生。这时候的进化证据归纳起来有动植物培养、化石记录、解剖比较、退化器官、胚胎发育和生物地理分布这几类。
2,人工选择学说。他认为,现在的许多家养动物和载培植物,都起源于野生类群。它们在人们有计划的选择下,使有益于人类的变异逐渐积累和增强,实际上是个优胜劣汰的过程。这一学说有三个要素:一是有变异存在;二是这种变异能够遗传;三是人类对变异可以选择。三者缺一不可。
3,自然选择学说。首先,达尔文认为生物普遍存在着变异。一切生物都有变异特性,世界上没有两个完全相同的生物。变异可分为一定变异和不一定变异两种。所谓一定变异是指同一祖先的后代,在相同的条件下可能产生相似的变异。如气候的寒暑与毛皮的厚薄,食物的丰匮与个体的大小。所谓不定变异是指来自相同或相似亲体的不同个体,在相同或相似条件下所产生的不同变异。如同一白色母羊所生羊羔中,可能有白、黑或其他颜色。同时,达尔文认为生物普遍具有高度的繁殖率与自下而上竞争能力。生物有着繁殖过剩的倾向,但由于食物与空间的限制及其它因素的影响,每种生物只有少数个体能够发育与繁殖。达尔文还认为:生物在生存竞争中,对生存有利的变异个体被保留下来,而对生存不利的变异个体则被淘汰,这就是自然选择或适者生存。适应是自然选择的结果。在自然选择过程中,只有适者才能生存,但适应对生存也只有相对的意义,一旦生活环境改变,原来的适应就可能变为不适应。最后,达尔文认为:通过自然选择形成新物种。
4,现代达尔文学说,或称综合性进货机理学说。该学说认为生物化是在群体中实现的,其主要论点为:①突变(达尔文所说的不定变异,即基因突变或染色体畸变)。为生物进货提供了原材料。②基因频率与遗传平衡。其因频率就是该基因在一个种群中的数量。一个种群在一定条件下,后代与亲代的基因频率可保持不变,这种基因各代保持稳定的状态为遗传平衡。生物的进化是以种群为单位而实现的。③自然选择与基因频率的演变。种群的演变,标志着基因频率的改变。引起基因频率的改变主要由于突变和种群间的基因迁移,而这些因素必须在自然选择的主导作用下才能定向改变种群的基因频率。④适合度与选择压力。适合度是指生物生存和生殖并将基因传给后代的能力。所谓选择压力是指自然选择作用于某一种群效果的衡量标准。⑤隔离。新物种形成有三个阶段:突变→选择→隔离,由于地理隔离,在自然选择的作用下形态、习性甚至结构进一步分化,就产生生殖隔离,进而形成新种。
5, 影响
突变对于进化理论来说必不可少。但是突变只能消除特性,而不能产生新的特性。恰恰相反,生物学资料已经证明,许多特性是通过点突变(point mutation)产生的(所谓点突变就是在一种有机体的 DNA中确切的位置上出现的变化)。细菌对抗生素的耐受性便是一个很好的例子。动物体内调节发育的同源盒结构基因(homeobox)的突变也可以产生复杂的效应。Hox基因决定腿、翼、触角以及躯体的各部分应该在何处长出来。例如,果蝇的触角足突变(Antennapedia)使在本该长触角的地方长出了腿。这些异常的肢体不起甚么作用,但是它们的存在证明了遗传基因出现了错误,可以产生复杂的结构,而自然选择可以借此对这些结构进行试验,看其是否有用。 此外,分子生物学研究已经发现了一些比点突变更高级的遗传变化机制,这些机制扩大了物种新特性出现的途径。基因内的功能分子可以通过各种新颖的方式拼接在一起。整个的基因也可能意外地在一种有机物的 DNA内被复制,而复制的基因则可以突变成新的具有复杂特性的基因。对多种有机物的 DNA所作的比较表明,血液中的珠蛋白就是以这种方式在数百万年中进化的。 自然选择或许能解释微观进化,但它无法解释新物种的起源和生命的高级运转规则。 进化生物学家对于自然选择如何产生新物种已经作过广泛的论述。例如,哈佛大学的 Ernst Mayr建立了一个名为“不重叠分布区”(allopatry)的模型。该模型认为,如果通过地理边界把某一群体的有机物同其余群体隔绝开来,那么它就可能面临不同的选择压力。被隔绝的群体内将逐渐积累起变异的因素。等到这些变异因素积累到相当显著的地步,以致这个分化出来的群体不可能(或者通常情况下不会)同原始的种群交配而繁殖后代时,该群体就会独立地进行繁殖,并沿着这条道路发展下去直至最终变成一个新物种。 自然选择是研究得最为详尽的一种进化机制,但是生物学家也同时考虑了其他各种可能的进化机制。生物学家一直在评估引起物种形成或产生有机物复杂特性的若干不寻常遗传机制的潜力。美国阿默斯特马萨诸塞大学的 Lynn Margulis及其他研究人员令人信服地证明了某些细胞器(如产生能源的线粒体)是通过古代有机体的共生融合而进化来的。因此,关于进化可能是由自然选择以外的其他力量所引起的研究,科学界表示欢迎。但是这些力量必须源于自然界,而不能归功于神秘莫测的创世天使的神力作用,因为这类作用的存在根据没有得到科学的证明。 没有任何人看到过新物种的进化过程。物种形成可能是相当罕见的,在某些情况下可能要花费若干世纪的时间。此外,识别一个处于形成阶段的新物种可能比较困难,因为生物学家对于如何界定新物种的概念有时持不同看法。目前应用最广泛的定义是 Mayr 提出的“生物物种概念”(Biological Special Concept)。该定律认为,某一物种是由若干独立繁殖的群体构成的一个确定种群,也就是通常不会或不能在其种群以外进行繁殖的若干种有机体。实际上,这一定义可能很难用于因相距遥远或地域不同而彼此隔离的有机体,也很难用于植物(更不用说无法繁殖的化石)。因此生物学家通常将有机物的实体和行为特性作为其物种归属的线索。 但是,科学文献中的确存在有关植物、昆虫及蠕虫的物种形成报告。在多数这类试验中,研究人员把有机体置于各种各样的选择条件下(以解剖差异、交配行为、栖居地喜好以及其他物种特性为选择对象),并发现由此而生成了一些不与外界异族物种进行繁殖的有机体种群。例如,新墨西哥大学的 William R. Rice和加利福尼亚大学戴维斯分校的 George W. Salt证明,如果他们根据果蝇对某种环境的喜好特性来选择一组果蝇,并将其单独隔离开来繁殖 35代以上,最终所得的结果是,被隔离的果蝇将拒绝与来自环境完全不同的果蝇交配。 另一类复杂性—所谓“特定复杂性”(specified complexity)—是贝乐大学的 William A. Dembski在其著作《设计推理》和《没有免费的午餐》中提出的神力设计论据的核心。他的论据实质上是说,生物的复杂性是任何盲目的、随机的过程永远无法产生的。Dembski声称,唯一合乎逻辑的结论是某位超人的神灵创造了生命并左右其发展,这一说法与 Paley 200年前的论断如出一辙。Dembski的论据有若干漏洞。他暗示对生物进化的解释只是随机产生或神灵设计,这是不正确的。在圣菲研究所和其他地方研究非线性系统与元胞自动机(cellularautomata)的研究人员已经证明,简单的无向过程能够产生极其复杂的模式。因此,有机体中所呈现的某些复杂性从一定程度上讲,可能是通过我们几乎还不了解的自然现象产生的。然而这完全不等于说生物的复杂性不可能自然地产生。
Ⅰ 什么是生物进化论
生物进化论 (The theory of evolution) 是关于生物界历史发展一般规律的科学。
进化 (evolution) 这个概念指的是事物的演化或发展。它的含义极其广泛,包括天体的消长、生物的演变、社会的发展等等。狭义地说,指生物的进化。
生物进化是指生物种群多样性和适应性的变化,或一个群体在长期内遗传组成上的变化。正如斯特宾斯(G.L.Stebbins, 1974)所说:“生物进化乃是生物群体的遗传组成部分的或全部的不可逆的一系列转变,这种转变基本上是基于生物与其环境相互作用的改变”。生物进化的范围很广,包括某一物种(如马和象)、某一类群(如鸟类和哺乳类)直至整个生物界的历史发展。
生物是进化的。地球上原来并不存在生命 (life)。大约34亿年前才出现了生命。原始的生命并不具有细胞结构,后来才出现了少数单细胞的原始类型。这类生物在适当的条件下不断地分化、发展。一些进化到植物;另一些进化到动物直至人类。经过人们长期不断的努力,发现并作了记录的生物种类现在已有200多万种。其中植物约40多万种,动物约150多万种,微生物约20多万种。据格兰特(Grant)的估计,植物界(kingdom plantae)种的具体数量如下:
但是,上述这个数字与实际存在的种类相比,还相差很远。据汉德勒(P.Handler)等人的估计现在生存在地球上的生物约有500万到1000万种。而它们与曾在地球上生存后又绝灭的生物相比,还只是很小的一部分(远不到1%)。生物的进化不仅表现在生物种类和数量的增加,也表现在生物的构造趋于复杂和不断完善。
任何生物体都与其生活环境相联系。许多绿草丛中的昆虫是绿色的,沙漠中的动物是沙黄色的,北极的动物是白色的,这就是适应(adaptation);绿色植物的叶能营光合作用,脊椎动物眼的构造使它能很好地了解周围的情况,这就是适应;某些温泉的藻类可忍耐80℃的高温,沙漠中的节节木(Arthrophytum hyloxylon)根系长达4—5米,江南山区岩壁上生长的卷柏在干旱时卷缩成一团,久旱遇雨则叶片张开欣欣向荣,故有“九死还魂草”之称。这些也都是奇妙的适应现象。生物的进化必然与环境相适应,否则就会被淘汰。为什么有的生物能适应环境而生存、发展,有的则不能适应而被自然界所淘汰?这就是生物进化论所要探讨的重要课题。
进化论的提出者是法国博物学家拉马克(J.B.Lamarck),英国博物学家达尔文(O.R.Darwin)为之奠定了科学的基础。现代生物科学的成就,使生物进化理论发展到了新的水平。生物进化论认为,地球上最早的生命物质是由非生命物质转化来的,现代生存的各种生物有着共同的祖先。在进化过程中,生物的种类由少到多;生物的结构和功能由简单到复杂,由低级到高级(图引-1)。
与进化论相对立的观点是物种不变论。在西方,这种观点与“神创论”(creationism) 相结合,长期阻碍进化论的发展。他们认为,地球上的各种生物,包括人类在内,都由神所创造,上帝当初创造多少物种 (species),地球上现在就有多少物种,既不增加,也不减少。显然,这类观点不是从自然界客观存在的实际出发,而是从某些人的主观想像、从剥削阶级的偏见出发,根据一知半解的知识和自然界的一些表面现象编造出来的唯心主义说教。但是,这种观点也不是短期内可以消除的,达尔文学说,从它一诞生直至近现代一直受到一些人的攻击和非难(图引-2)。1972年,美国加里福尼亚教育部竟明文规定,中学生物学课本除了进化论外,必须还有神创论的内容,而且两者的页数要各占一半。当局认为,神创论是科学,讲授神创论便于与进化论相互补充。同时,在田纳西州,进化论被禁止讲授;在南加罗来纳州,官方教科书上竟然不准提“进化”的术语和“达尔文”的名字。可见进化论与神创论的斗争是长期存在的。当然,随着科学和社会的进步,进化论的思想必然不断深入人心。
那么,生物进化论的研究对象是什么呢?大体可归纳下列几个方面:
1、地球上生命自然界产生和发展的历史过程,其中包括生命的起源,物种分化和形成以及人类起源等过程。
2、生物进化的机制和理论,其中包括遗传变异(inheritable variation)、自然选择(natural selection) 以及两者之间的相互关系;进化的方向、速度和分子基础等;还有如生命起源(the origins of life)、细胞起源、人类起源与进化以及物种形成中的某些理论问题。
3、生物进化与其外界环境的关系。
4、生物进化论研究的历史,包括主要学派及其论点。
生物进化论的创始人是达尔文------.
达尔文是英国生物学家,进化论的奠基人.在探究生物进化奥秘的过程中,具有重要贡献,他提出了生物进化的自然选择学说,被恩格斯赞誉为“19世纪自然科学三大发现”之一.生物进化论,是生物学最基本的理论之一,是指生物在变异、遗传与自然选择作用下的演变发展、物种淘汰和物种产生过程;地球上原来无生命,大约在30多亿年前,在一定的条件下,形成了原始生命,其后,生物不断的进化,直至今天世界上存在着170多万个物种;生物进化论最早是由达尔文提出的,其在著《物种起源》时有详细的论述;进化论有三大经典证据:比较解剖学、古生物学和胚胎发育重演律.故答案为:√。
什么是生物进化论?
在生物进化研究中,要阐明两个主要问题:一是进化历程,二是进化机制。
至20世纪60年代中叶,主要是由古生物学家、胚胎学家和系统学家研究第一个问题,群体遗传学家研究第二个问题。在研究生物进化历程时,一般把物种作为进化单位,从化石、胚胎发育以及形态和生理性状比较中,以确定生物进化系统发育树。
在研究生物进化机制方面,本文重点介绍分子进化研究中的主要发现及其对原有进化论的影响。为了弄清分子进化论产生的背景,先简要介绍与它有关的几种进化学说。
1 历史回顾
1.1 达尔文学说
1859年,英国生物学家和生物进化论的奠基者达尔文,在其巨著《物种起源》中提出了生物进化的自然选择学说。该学说的要点是群体中的个体具有性状差异,这些个体对其所处的环境具有不同的适应性;由于空间和食物有限,个体间存在生存竞争,结果,具有有利性状的个体得以生存并通过繁殖传递给后代,具有不利性状的个体会逐渐被淘汰(达尔文把自然界这种留优汰劣的过程称为自然选择);由于自然选择的长期作用,分布在不同地区的同一物种就可能出现性状分歧和导致新物种的形成。
由于当时对群体变异的来源不清楚,人们对该学说褒贬不一。有人认为该学说揭示了自然选择在物种形成中的创造性作用;有人则认为自然选择作用于物种内的连续变异不足以导致新物种的形成,新物种的形成只能依靠物种内的非连续变异。
1.2 突变学说
人们对达尔文学说的争论,促使荷兰遗传学家德·弗里斯(de Vries)提出了物种形成的突变学说(1903)。该学说受到当时的许多生物学家的欢迎,因为它是在对美洲物种夜报春花(Oenothera lamarchiana)试验研究的基础上提出的,似有过硬的试验证据。首先,他在该物种的自然群体中观察到几种变型。然后,在多代繁育试验中发现,该物种总能连续产生少数变型;这些变型或能真实遗传,或能分离成该物种和自然群体中原观察到的那几种变型。由于某些变型与原物种差别很大,故定为新物种,而新物种的形成很易用单突变解释。但后来证明,德·弗里斯所用的材料实为一永久杂种,他所发现的所谓新物种只不过是这一永久杂种的分离产物。
在德·弗里斯突变论的启发下,摩尔根根据他试验得到的许多突变体实受孟德尔基因控制,从而认为:在进化中,突变的作用大于自然选择的作用——前者创造变异,后者只保留现存的有利变异;少数有利变异会在群体中逐渐占优势,而进化是群体中更为有利的基因替换原有基因的过程。因此,摩尔根这一进化学说往往叫突变学说,但最好叫突变-自然选择学说,因它没有否定自然选择在进化上的作用。
1.3 综合进化学说
在本世纪20~30年代,英国学者费希尔(R. A. Fisher)、霍尔登(j. B. S. Haldance)和美国学者赖特(S.Wright),综合了选择论和基因论的成就,运用群体遗传学的理论和方法,对突变、选择和遗传溧变引起群体等位基因频率的变化,在数学上进行了深入的理论研究后得出:选择对群体等位基因频率的影响,要比突变有效得多。这一理论成果很快为许多实验遗传学家所接受。
综合进化学说的主要论点有:突变是随机的,是生物进化的原始材料,但由于对等位基因频率变化的影响很小,在进化中作用很小;自然群体存在的遗传变异足以对不同环境的自然选择作出反应,自然选择是影响生物进化的主要因素,决定着生物进化的方向;由于自然选择,处在不同环境下的有利基因分别被固定,最终可使不同环境下的生物出现生殖隔离而形成新物种。由于综合进化学说的基本观点仍是自然选择,所以又叫新达尔文学说。
2 分子进化学说
分子进化一般涉及两方面内容:一是重建物种或基因的进化历程,即重建分子系统发育树;二是研究生物大分子(如 DNA和蛋白质)的进化机制。
2.1 试验结果
利用不同的分子技术(如序列分析、电泳分析和DNA杂交),对蛋白质和核酸分析的主要发现有:
2.1.1 对于特定的蛋白质或基因,只要功能不变,每年每位点的进化速率((用氨基酸或核苷酸替换率表示)为一常数。分析的基本思路是,测定特定蛋白质(或核酸)不同物种自趋异以来的氨基酸差异数d;根据古生物学等可知道不同物种开始趋异的时间t。研究发现,d和t存在显著的直线回归关系,进而可求得特定蛋白或基因的进化速率。进化速率依蛋白质或基因的类型而定,如纤维蛋白肽、血红蛋%B
生物进化根本
遗传物质的变异是进化的内因,环境对遗传物质的变异起到诱发与筛选的作用,进化后的生物对环境又有反作用。
具体: 1 遗传物质的变异是进化的内因 自然界存在数亿种生物,它们形态各异,种类纷繁,生物的多样性,主要就是遗传物质不同造成的。同一物种遗传物质的相对稳定性保证了该物种的稳定性和连续性。
而遗传物质的变异为生物进化提供了可能性。 1.1 基因突变和染色体畸变 中性学说在对生物大分子的量化分析后认为,基因随时会产生大量的中性突变。
对于编码蛋白质的结构基因而言,当三联体密码中的 1 个核苷酸(尤其是第 3 位)发生置换往往不会使氨基酸类型发生改变。蛋白质的保守性替换又指出,即使改变了个别氨基酸残基,但该残基是在可变区域内这种变化也并不影响生命体的生存价值。
此外,结构基因只是整体 DNA 序列中的小部分,还有大量不编码蛋白质的序列,如调节基因、重复序列、内含子、假基因和退化基因等。由此,木村资生( Motto.Kimura )等人结论生物进化在分子水平上起主导因素的是那些对生物生存即不有利,又无害的“中性”基因。
但如何界定“绝对”的中性突变,仍然是一个复杂的问题。调节基因、内含子、重复基因、假基因等非编码蛋白质基因虽然不直接指导蛋白质的合成,但它们与各种环境因素相结合通过调节转录,翻译的过程来发挥作用。
有研究表明:由猿到人的变化,主要是调节基因的变化,不是结构基因的变化 [1] 。许多实验证据也支持了 Gilbert 提出的关于内含子功能的假说,认为结构基因是通过内含子序列之间的重组,将外显子聚集在一起而产生的,即内含子是原初基因重新组合过程的残留物。
此外,就目前人们的认识来看,内含子还具有影响基因的表达调控;调控 RNA 的剪接;编码特定的蛋白质;保护基因家族等功能 [2] 。同属于重复基因的 rRNA 和 tRNA 在蛋白质翻译中也具有各自的功能。
假基因可通过接受邻近功能基因的片段或者由于功能基因移动而获得功能。假基因与功能基因之间发生外显子交换的例证已在小鼠 ψ a3 中有所发现 [3] 。
一些单个核苷酸被置换后,也许不能改变氨基酸的类型,但它通过化学键对邻近核苷酸的作用是不容忽视的。它能改变邻近核苷酸的置换率。
因此,我认为将一些基因突变定义为绝对中性是欠妥当的。 染色体畸变包括染色体结构和数目的变化,它与基因突变一样在进化中占有重要的位置。
染色体畸变牵涉到 DNA 分子上较大范围内的变化,影响基因间的连锁和交换,改变基因表达的方式,产生生殖隔离机制,加速物种分化的过程等。 1.2 基因重组 病毒的进化很难用渐进突变累积来解释,病毒与宿主或其它病毒之间的基因重组引起的飞跃式突变起了很大的作用 [4] 。
事实上,在微生物间由于转化、接合和转导引起的基因重组发生的频率比基因突变高达一万倍 [5] 。由此可见,基因重组是病毒及微生物进化的一种主要方式。
对于高等生物来说通过食物摄入,有性生殖,微生物介导也能获得外源核酸,为基因重组提供必须的物质要素。张光明等人 [6] 提出微生物能有效介导基因重组,从原核生物到真核生物中广泛存在的转座作用可能是微生物介导的基因重组的一种重要方式。
微生物先感染一种生物,携带上该种生物的遗传物质,再感染另一种生物,将所携带的遗传物质转移到另一种生物的基因组中。因为另一种生物本身已具有完善稳定的遗传机制,这种基因重组获得表达并固定下来的机率并不是很大,但不可否认基因重组在生物进化中起着重要作用。
2 环境对遗传物质变异的诱发与筛选作用 从生态学的角度来说,任何生物都生存在总体稳定又时时处于变化之中的生态环境中,与环境存在物质、能量、信息的交流。环境是生物进化的外因,它诱导遗传物质发生变异,又对其进行筛选,经过时间的积累达到生物的进化。
这里指的环境包括生物环境和非生物环境,宏观环境和微观环境是指所有对研究主体有影响的外界因素。 2.1 环境诱发遗传物质变异 就化学环境而言,生物体从环境中摄入各种物质,经分解、吸收作用后,送入细胞中,这些物质中的某些化学成分与元素可能会与遗传物质的组成物发生反应,或使遗传物质的结构发生变化。
某些化学物质直接作用于生物体的表面,也可能引起表面细胞的破坏,并使遗传物质发生变异。 物理环境能引起遗传物质变异的最主要因素是射线。
生物生活在地球上,无时无刻不受宇宙射线和地球上的放射性物质发出的射线的照射。科学家作了统计,一个人一年平均受的射线照射在人体中可把大约十亿个分子的化学键打开。
DNA分子在人体中所占比例很小,计算结果,每年每人平均损伤约200个DNA分子 [7] 。若生物偶然接触到能量更大的射线则引起突变的机率更大。
现在,许多科学家利用遗传工程技术,将 DNA上的某些片段人为的进行改变,培育出有利于生产经济的新品种。进行了转基因改造的动植物及微生物若被推广,则为该种生物的进化提供了一定的物质可能性。
新品种与近源野生种的杂交,有可能使人为改造过的基因片段得到传播,并且固定下来。这在植物中更为常见。
也可以说这是人为环境对生物进化的影响。微生物。
【生物进化的过程】
这是一个很大的题目哦,设计太广了,随便说说吧从几十亿年前地球形成开始是没有生命的,但是地球特定的地理环境有大气层和水,在大气层中有闪电产生,由于闪电的作用,地球中最原始的无机物质在闪电的作用下形成氨基酸等最基本的生命体的单体(这个是米勒实验验证的).然后经过漫长的化学反应,氨基酸逐渐形成肽链的高分子的物质,然后再经过漫长的演化而与其他大分子物质形成单细胞生物.单细胞生物比较简单,在演化的过程中,单细胞生物组建聚集起来,形成团聚的多细胞团,多细胞团的功能相同,形状相同.细胞内部功能出现分化,向着专门化的方向发展.这是多细胞生物产生的基础.从多细胞生物开始进一步演化,从原生动物、腔肠动物等单细胞动物到线形动物等高级一点的多细胞动物.这些可以说事无脊椎动物的鼻祖.从无脊椎动物进一步演化到脊索动物,就逐渐出现脊椎动物的雏形了.脊椎动物从鱼类开始进化,整个进化的思路是要摆脱水环境的影响.鱼类向着两栖类发展,可以离开水而相对独立生活,呼吸系统进化很大,从鳃到肺和皮肤呼吸.两栖类再到爬行类,表皮能够防止水分蒸发,呼吸系统进一步进化.然后到了鸟类,最终演化成哺乳类.整个进化过程是从单细胞到多细胞,从低级到高级的过程.是细胞内分工的结果,是自然选择和生物对环境适应的过程.。