研究宏觀進化依據(jù)的科學材料課件

研究宏觀進化依據(jù)的科學材料化石的形成和年代測定分子生物學是研究生物宏觀進化的有力工具研究宏觀進化依據(jù)的科學材料化石的形成和年代測定1化石（fossil）化石是先前生活的生物被保存在地層中的遺留物或遺跡。如：石化的軀體、軀體印痕、足跡、排遺物糞便等。琥珀和深凍猛犸與化石一樣，也是研究生物進化的好材料?；╢ossil）化石是先前生活的生物被保存2生物進化的化石記錄海洋與湖泊的沉積埋藏作用是化石形成的重要條件現(xiàn)已發(fā)現(xiàn)的化石大部分屬于水生生物。生物進化的化石記錄海洋與湖泊的沉積埋藏作用是化石形成的重要3研究宏觀進化依據(jù)的科學材料課件4研究宏觀進化依據(jù)的科學材料課件5研究宏觀進化依據(jù)的科學材料課件6化石記錄顯示，越老（下部）的地層，生物形態(tài)越簡單；越新（上部）的地層，生物形態(tài)越復雜。化石記錄顯示，越老（下部）的地層，生物形態(tài)越簡單；越新（上部7同位素衰變

同位素具有一定的衰變速度，并且這個速度不受環(huán)境條件（如氣候）的影響。利用這一特點，就可以比較準確地計算出各新、老地層和化石的年齡。各種同位素的衰變速度都是用半衰期（half-life)來計算的，半衰期是指一個樣品中某一同位素原子衰變一半所需要的時間。同位素衰變8

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10萬年

14碳－14氮5730年6萬年同位素衰變半衰期9分子生物學是研究宏觀進化的有力工具遺傳密碼的通用性說明，自然界所有生命形式都是相互關聯(lián)的。親源關系近的生物，其DNA或蛋白質(zhì)有更多相同性。反之亦然。分子生物學是研究宏觀進化的有力工具遺傳密碼的通用性說明，自然10例：人類與其他幾種脊椎動物血紅蛋白多肽鏈的氨基酸序列差別人—猴子：8人—鼠：30人—八目鰻：125例：人類與其他幾種脊椎動物血紅蛋白多肽鏈的人—猴子：811分子進化的中性學說

（neutraltheoryofmolecularevolution；非達爾文主義）1968年日本遺傳學家木村資生M.Kimura,在英國科學雜志《自然》上，發(fā)表了《分子水平上的進化速率》一文。翌年，美國的兩位科學家雅克·金和托馬斯·朱克斯，在美國雜志《科學》上發(fā)表了《非達爾文主義進化》一文，于是以“中性突變”為基礎的分子進化學說逐漸形成了。分子進化的中性學說

（neutraltheoryof12突變大多是中性的，不影響核酸與蛋白質(zhì)的功能

中性突變通過隨機的遺傳漂變在群體中得以固

定,因此自然選擇對分子進化不起作用

進化的速率由中性突變發(fā)生的速率所決定

同源的生物大分子序列存在相對恒定的進化速率

中性突變包括有害程度輕微的突變；分子進化

中遺傳漂變對中性突變在群體中的固定發(fā)揮著重

要作用，即遺傳漂變是分子進化的基本動力突變大多是中性的，不影響核酸與蛋白質(zhì)的功能

中性突變通過隨1370年代后期分子生物學

的蓬勃發(fā)展使中性學說得以正式確立無表達功能的內(nèi)含子的進化速度遠遠高于有表達功能的外顯子的進化速度。偽基因（具有與功能基因相似的堿基序列，但是不能產(chǎn)生有活性的基因產(chǎn)物，也不參與調(diào)控其他基因的功能，屬于死亡了的基因）中的突變（置換），不論是同義置換抑或非同義置換，均較功能基因快上好幾倍，這一特點最強有力地支持了中性學說。70年代后期分子生物學

的蓬勃發(fā)展使中性學說得以正式確立無表14利用分子生物學技術對不同生物同種蛋白的氨基酸序列分析是一種分析和判斷生物之間親源關系和進化順序的先進手段。除了蛋白質(zhì)氨基酸序列的分析外，DNA同源序列分析和DNA多態(tài)性分析等也已成為判斷生物之間親源關系和進化順序的常用手段。利用分子生物學技術對不同生物同種蛋白的氨基酸序列分析是一種分15細胞色素C

細胞色素C是一個具有104－112個氨基酸的多肽分子，從進化上看，它是很保守的分子。不同生物的細胞色素C中氨基酸的組成和順序反映了這些生物之間的親緣關系。根據(jù)細胞色素C分子中氨基酸順序的差異，可以得知這一分子的基因核苷酸順序的差異，依此也同樣反映出不同生物之間的親緣關系。細胞色素C16研究宏觀進化依據(jù)的科學材料課件17?分子鐘概念的提出中性學說認為，分子進化速率取決于蛋白質(zhì)或核酸等大分子中的氨基酸或核苷酸在一定時間內(nèi)的替換率。生物大分子進化的特點之一是：每一種大分子在不同生物中的進化速度都是一樣的（每年每個氨基酸置換頻率為0.3－5×10-9個，是個常數(shù)）。兩個物種在同一蛋白分子中的氨基酸相異的數(shù)目即發(fā)生置換的數(shù)目，與該兩種生物分歧的時間成正比。分子進化是隨機發(fā)生的,而不是選擇的結(jié)果;分子進化速率與種群的大小、物中的生殖力和壽命都沒有關系。?分子鐘概念的提出中性學說認為，分子進化速率取決于蛋白質(zhì)或1827.2生物的宏觀進化地層中的化石記錄了生物進化的歷程生物進化是在移動的板塊上進行的集群性滅絕掀開生命史新的一頁進化趨勢是如何產(chǎn)生的真核細胞的內(nèi)共生起源是一種進化機制同源異型基因和宏觀進化中的形態(tài)變化27.2生物的宏觀進化地層中的化石記錄了生物進化的歷程19地層中的化石記錄了生物進化的歷程疊層石，由古代的藍藻和化學沉積相間堆積而成

現(xiàn)代海邊的疊層石，它們長久地守望在海邊，任驚濤拍岸，數(shù)十億年...

地層中的化石記錄了生物進化的歷程疊層石，由古代的藍藻和化學沉2045億年前形成地球34億年前化石中發(fā)現(xiàn)最早的單細胞生物藍細菌約20億年發(fā)現(xiàn)真核生物化石單細胞真核藻類8億年出現(xiàn)多細胞生物45億年前形成地球21生物進化的歷史進程前寒武紀——34億年前：單細胞原核生物20億年前：單細胞真核藻類8億年前：多細胞生物古生代——寒武紀：生物大爆發(fā)，藻類、蕨類、軟體動物、棘皮動物奧陶紀和志留紀：植物由水生到陸生的進化泥盆紀：魚類大發(fā)展、昆蟲和兩棲動物興起石炭紀：兩棲動物繁盛，爬行類興起、動物由水生到陸生二疊紀：裸子植物繁茂生物進化的歷史進程前寒武紀——古生代——22生物進化的歷史進程中生代——爬行動物的時代三疊紀：爬行動物成為優(yōu)勢生物、出現(xiàn)鱷魚、鳥類、恐龍、蜥蜴、海龜侏羅紀：恐龍繁盛、原始哺乳動物出現(xiàn)白堊紀：恐龍滅絕、昆蟲和有花植物分化。新生代——第三紀：昆蟲與被子植物繼續(xù)繁盛分化、出現(xiàn)鳥類和大量哺乳動物第四紀：靈長類一支進化為人類生物進化的歷史進程中生代——爬行動物的時代新生代——23古生代：5.9億年-2.48億年寒武紀生物大爆發(fā)-適應輻射－藻類、苔蘚和蕨類；低等無脊索水生動物、魚類、兩棲類，出現(xiàn)裸子植物、爬行動物－三葉蟲滅絕為古生代地層的劃分提供了可識別標志中生代：2.48億年-6600萬年裸子植物、爬行動物盛行新生代：6600萬年-現(xiàn)在被子植物、鳥類、哺乳動物古生代：5.9億年-2.48億年24生物進化的主要趨勢1、生物的種類由少到多，2、生活環(huán)境由水生到陸生，3、身體的結(jié)構由簡單到復雜、由低等向高等發(fā)展生物進化的主要趨勢1、生物的種類由少到多，25生物進化是在移動的板塊上進行的生物進化是在移動的板塊上進行的26兩億年前

一億三千五百萬年前

現(xiàn)在

兩億年前一億三千五百萬年前現(xiàn)在27大陸漂移學說的證據(jù)各種有袋哺乳動物如袋鼠僅僅居住在澳大利亞，而澳大利亞胎生哺乳動物非常稀少。大陸漂移學說的證據(jù)各種有袋哺乳動物如袋鼠僅僅居住在澳大利亞，28集群性滅絕掀開生命史新的一頁在生物進化的漫長歲月中，很多物種絕滅了?，F(xiàn)存的物種頂多不過是全部種數(shù)的千分之一到十萬分之一。古生物學和地質(zhì)學的研究表明，大約每隔2，600萬年，生物界就要發(fā)生一次大規(guī)模的物種絕滅。集群性滅絕掀開生命史新的一頁在生物進化的漫長歲月中，29研究宏觀進化依據(jù)的科學材料課件30研究宏觀進化依據(jù)的科學材料課件31

何以解釋生物大絕滅這一歷史現(xiàn)象呢？有跡象表明，在地球的歷史上可能發(fā)生過災變。例如，白堊紀末期發(fā)生了以恐龍為代表的集群絕滅事件，而白堊紀上界的粘土層中出現(xiàn)了元素銥(Ir)的異常富集。這種銥異常富集的粘土層分布很廣，而且層位很穩(wěn)定。銥元素在地球上含量是很少的，但在隕石中含量卻很高。1980年，L．Alverez等人據(jù)此對白堊紀末的集群絕滅作了這樣的解釋：地球在6500萬年前，受到脫離軌道的、直徑約10km的小行星的撞擊，造成大面積的塵埃云，遮蔽了陽光，引起長達3個月至6個月的黑暗，光合作用停止，食物網(wǎng)破壞，因而恐龍及其他食物網(wǎng)的上層生物絕滅。何以解釋生物大絕滅這一歷史現(xiàn)象呢？有跡象表明，在32進化趨勢是如何產(chǎn)生的？進化趨勢是如何產(chǎn)生的？33趨同進化趨同進化34趨異進化趨異進化35適應輻射適應輻射36平行進化平行進化37水平進化和垂直進化水平進化和垂直進化38研究宏觀進化依據(jù)的科學材料化石的形成和年代測定分子生物學是研究生物宏觀進化的有力工具研究宏觀進化依據(jù)的科學材料化石的形成和年代測定39化石（fossil）化石是先前生活的生物被保存在地層中的遺留物或遺跡。如：石化的軀體、軀體印痕、足跡、排遺物糞便等。琥珀和深凍猛犸與化石一樣，也是研究生物進化的好材料?；╢ossil）化石是先前生活的生物被保存40生物進化的化石記錄海洋與湖泊的沉積埋藏作用是化石形成的重要條件現(xiàn)已發(fā)現(xiàn)的化石大部分屬于水生生物。生物進化的化石記錄海洋與湖泊的沉積埋藏作用是化石形成的重要41研究宏觀進化依據(jù)的科學材料課件42研究宏觀進化依據(jù)的科學材料課件43研究宏觀進化依據(jù)的科學材料課件44化石記錄顯示，越老（下部）的地層，生物形態(tài)越簡單；越新（上部）的地層，生物形態(tài)越復雜。化石記錄顯示，越老（下部）的地層，生物形態(tài)越簡單；越新（上部45同位素衰變

同位素具有一定的衰變速度，并且這個速度不受環(huán)境條件（如氣候）的影響。利用這一特點，就可以比較準確地計算出各新、老地層和化石的年齡。各種同位素的衰變速度都是用半衰期（half-life)來計算的，半衰期是指一個樣品中某一同位素原子衰變一半所需要的時間。同位素衰變46

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10萬年

14碳－14氮5730年6萬年同位素衰變半衰期47分子生物學是研究宏觀進化的有力工具遺傳密碼的通用性說明，自然界所有生命形式都是相互關聯(lián)的。親源關系近的生物，其DNA或蛋白質(zhì)有更多相同性。反之亦然。分子生物學是研究宏觀進化的有力工具遺傳密碼的通用性說明，自然48例：人類與其他幾種脊椎動物血紅蛋白多肽鏈的氨基酸序列差別人—猴子：8人—鼠：30人—八目鰻：125例：人類與其他幾種脊椎動物血紅蛋白多肽鏈的人—猴子：849分子進化的中性學說

（neutraltheoryofmolecularevolution；非達爾文主義）1968年日本遺傳學家木村資生M.Kimura,在英國科學雜志《自然》上，發(fā)表了《分子水平上的進化速率》一文。翌年，美國的兩位科學家雅克·金和托馬斯·朱克斯，在美國雜志《科學》上發(fā)表了《非達爾文主義進化》一文，于是以“中性突變”為基礎的分子進化學說逐漸形成了。分子進化的中性學說

（neutraltheoryof50突變大多是中性的，不影響核酸與蛋白質(zhì)的功能

中性突變通過隨機的遺傳漂變在群體中得以固

定,因此自然選擇對分子進化不起作用

進化的速率由中性突變發(fā)生的速率所決定

同源的生物大分子序列存在相對恒定的進化速率

中性突變包括有害程度輕微的突變；分子進化

中遺傳漂變對中性突變在群體中的固定發(fā)揮著重

要作用，即遺傳漂變是分子進化的基本動力突變大多是中性的，不影響核酸與蛋白質(zhì)的功能

中性突變通過隨5170年代后期分子生物學

的蓬勃發(fā)展使中性學說得以正式確立無表達功能的內(nèi)含子的進化速度遠遠高于有表達功能的外顯子的進化速度。偽基因（具有與功能基因相似的堿基序列，但是不能產(chǎn)生有活性的基因產(chǎn)物，也不參與調(diào)控其他基因的功能，屬于死亡了的基因）中的突變（置換），不論是同義置換抑或非同義置換，均較功能基因快上好幾倍，這一特點最強有力地支持了中性學說。70年代后期分子生物學

的蓬勃發(fā)展使中性學說得以正式確立無表52利用分子生物學技術對不同生物同種蛋白的氨基酸序列分析是一種分析和判斷生物之間親源關系和進化順序的先進手段。除了蛋白質(zhì)氨基酸序列的分析外，DNA同源序列分析和DNA多態(tài)性分析等也已成為判斷生物之間親源關系和進化順序的常用手段。利用分子生物學技術對不同生物同種蛋白的氨基酸序列分析是一種分53細胞色素C

細胞色素C是一個具有104－112個氨基酸的多肽分子，從進化上看，它是很保守的分子。不同生物的細胞色素C中氨基酸的組成和順序反映了這些生物之間的親緣關系。根據(jù)細胞色素C分子中氨基酸順序的差異，可以得知這一分子的基因核苷酸順序的差異，依此也同樣反映出不同生物之間的親緣關系。細胞色素C54研究宏觀進化依據(jù)的科學材料課件55?分子鐘概念的提出中性學說認為，分子進化速率取決于蛋白質(zhì)或核酸等大分子中的氨基酸或核苷酸在一定時間內(nèi)的替換率。生物大分子進化的特點之一是：每一種大分子在不同生物中的進化速度都是一樣的（每年每個氨基酸置換頻率為0.3－5×10-9個，是個常數(shù)）。兩個物種在同一蛋白分子中的氨基酸相異的數(shù)目即發(fā)生置換的數(shù)目，與該兩種生物分歧的時間成正比。分子進化是隨機發(fā)生的,而不是選擇的結(jié)果;分子進化速率與種群的大小、物中的生殖力和壽命都沒有關系。?分子鐘概念的提出中性學說認為，分子進化速率取決于蛋白質(zhì)或5627.2生物的宏觀進化地層中的化石記錄了生物進化的歷程生物進化是在移動的板塊上進行的集群性滅絕掀開生命史新的一頁進化趨勢是如何產(chǎn)生的真核細胞的內(nèi)共生起源是一種進化機制同源異型基因和宏觀進化中的形態(tài)變化27.2生物的宏觀進化地層中的化石記錄了生物進化的歷程57地層中的化石記錄了生物進化的歷程疊層石，由古代的藍藻和化學沉積相間堆積而成

現(xiàn)代海邊的疊層石，它們長久地守望在海邊，任驚濤拍岸，數(shù)十億年...

地層中的化石記錄了生物進化的歷程疊層石，由古代的藍藻和化學沉5845億年前形成地球34億年前化石中發(fā)現(xiàn)最早的單細胞生物藍細菌約20億年發(fā)現(xiàn)真核生物化石單細胞真核藻類8億年出現(xiàn)多細胞生物45億年前形成地球59生物進化的歷史進程前寒武紀——34億年前：單細胞原核生物20億年前：單細胞真核藻類8億年前：多細胞生物古生代——寒武紀：生物大爆發(fā)，藻類、蕨類、軟體動物、棘皮動物奧陶紀和志留紀：植物由水生到陸生的進化泥盆紀：魚類大發(fā)展、昆蟲和兩棲動物興起石炭紀：兩棲動物繁盛，爬行類興起、動物由水生到陸生二疊紀：裸子植物繁茂生物進化的歷史進程前寒武紀——古生代——60生物進化的歷史進程中生代——爬行動物的時代三疊紀：爬行動物成為優(yōu)勢生物、出現(xiàn)鱷魚、鳥類、恐龍、蜥蜴、海龜侏羅紀：恐龍繁盛、原始哺乳動物出現(xiàn)白堊紀：恐龍滅絕、昆蟲和有花植物分化。新生代——第三紀：昆蟲與被子植物繼續(xù)繁盛分化、出現(xiàn)鳥類和大量哺乳動物第四紀：靈長類一支進化為人類生物進化的歷史進程中生代——爬行動物的時代新生代——61古生代：5.9億年-2.48億年寒武紀生物大爆發(fā)-適應輻射－藻類、苔蘚和蕨類；低等無脊索水生動物、魚類、兩棲類，出現(xiàn)裸子植物、爬行動物－三葉蟲滅絕為古生代地層的劃分提供了可識別標志中生代：2.48億年-6600萬年裸子植物、爬行動物盛行新生代：6600萬年-現(xiàn)在被子植物、鳥類、哺乳動物古生代：5.9億年-2.48億年62生物進化的主要趨勢1、生物的種類由少到多，2、生活環(huán)境由水生到陸