保护生物学 - 03生物进化、物种形成与灭绝

1、生物进化、生物进化、物种形成与灭绝物种形成与灭绝地球：无生命地球：无生命-生命（从简单到复杂生命（从简单到复杂）v生物进化：进化方式、原因与历程v物种的形成：形成过程、方式和意义v物种灭绝：灭绝的机制主要内容主要内容生物进化（生物进化（EvolutionEvolution）u 什么是生物进化？什么是生物进化？指生物与环境之间作用过程中，遗传系统发生的不可逆的指生物与环境之间作用过程中，遗传系统发生的不可逆的改变，导致表型的改变（生物对环境改变，导致表型的改变（生物对环境适应适应的过程）。的过程）。生物微观进化和宏观进化生物微观进化和宏观进化u 微观进化：物种范围内短时间内小的进化改变（小进化）

2、。微观进化：物种范围内短时间内小的进化改变（小进化）。u 宏观进化：一个种变为另一种的长期基因变异方式（大进化）。宏观进化：一个种变为另一种的长期基因变异方式（大进化）。宏观进化的方式宏观进化的方式u 线系渐变与间断平衡线系渐变与间断平衡u 适应辐射适应辐射u 趋同与平行进化趋同与平行进化u 重演律与异时发生重演律与异时发生u 协同进化协同进化宏观进化的方式宏观进化的方式u 线系渐变与间断平衡线系渐变与间断平衡 线系渐变：诸多微小的变化积累导致的进化，自然选择作用大线系渐变：诸多微小的变化积累导致的进化，自然选择作用大 间断平衡进化：长期的停滞和短期的加速相结合导致的进化间断平衡进化：长期的停

3、滞和短期的加速相结合导致的进化 进化速度与物种形成的关系的不同观点进化速度与物种形成的关系的不同观点宏观进化的方式宏观进化的方式u 适应辐射适应辐射 进化革新的出现进化革新的出现 集群灭绝之后集群灭绝之后 分散、隔离环境分散、隔离环境 外来物种进入外来物种进入宏观进化的方式宏观进化的方式u 趋同与平行进化趋同与平行进化 趋同：祖先不同，生活方式相似，形态构造相似，如飞翔动物的翅趋同：祖先不同，生活方式相似，形态构造相似，如飞翔动物的翅 同功器官同功器官 vs. vs. 同源器官同源器官 平行进化：不同类群，独立进化出相似的特征。平行进化：不同类群，独立进化出相似的特征。 宏观进化的方式宏观进化

4、的方式u 重演律与异时发生重演律与异时发生 重演律：个体发育是系统发育简单快速的重演重演律：个体发育是系统发育简单快速的重演 异时发生：体细胞和生殖细胞的异时成熟异时发生：体细胞和生殖细胞的异时成熟u 协同进化协同进化 指生态学上密切相关的不同物种之间的相互关联进化。指生态学上密切相关的不同物种之间的相互关联进化。 如昆虫与有花植物的互利关系，寄生虫与寄主，捕食与被捕食动如昆虫与有花植物的互利关系，寄生虫与寄主，捕食与被捕食动物的竞赛。物的竞赛。生物进化的原因生物进化的原因u 遗传和变异：遗传和变异：遗传基础和基因型的变化，突变和基因重组遗传基础和基因型的变化，突变和基因重组u 自然选择：自然

5、选择：通过生存竞争导致生物进化，改变基因频率。通过生存竞争导致生物进化，改变基因频率。u 隔离：隔离：地理隔离和生殖隔离，阻断遗传物质的交流，导致地理隔离和生殖隔离，阻断遗传物质的交流，导致新物种产生。新物种产生。Heavy pollution Light PollutionVarying levels of predation is one hypothesis of why the shifts occurredBirds are visual predators and the evolutionary value of the color changed生物进化的主要历程生物进化的主要

6、历程u 太古代太古代（38-2038-20亿年前）：亿年前）： 生命的孕育和初期发展。生命的孕育和初期发展。u 远古代远古代（20-620-6亿年前）：亿年前）： 海生藻类的空前繁荣。海生藻类的空前繁荣。u 古生代古生代（6-2.56-2.5亿年前）亿年前） ： 生物爆发式发展。生物爆发式发展。u 中生代中生代（2.5-0.652.5-0.65亿年前）：亿年前）： 爬行动物与裸子植物的昌盛爬行动物与裸子植物的昌盛u 新生代新生代（0.650.65亿年前亿年前- -今）：今）： 哺乳动物和被子植物的兴盛哺乳动物和被子植物的兴盛物种与物种的形成物种与物种的形成u 物种：一定区域内具有极相似的形态特

7、征和生理、生态特征，物种：一定区域内具有极相似的形态特征和生理、生态特征，个体间可以自然交配产生正常后代的自然生物类群。个体间可以自然交配产生正常后代的自然生物类群。 物种是自然、生态学和生物进化的基本单位物种是自然、生态学和生物进化的基本单位 物种是生物多样性的基本组成成分。物种是生物多样性的基本组成成分。 物种究竟是什么？物种究竟是什么？ 是理论问题和实际问题。是理论问题和实际问题。 没有公认的解释。没有公认的解释。物种与物种的形成物种与物种的形成u 关于物种形成观点关于物种形成观点 达尔文：自然选择引起性状分歧，使中间类型的灭绝，导致新达尔文：自然选择引起性状分歧，使中间类型的灭绝，导致

8、新种形成。种形成。 性状分歧：生活在不同环境里的生物，向不同方向变异和发展，性状分歧：生活在不同环境里的生物，向不同方向变异和发展，形成多种性状。最终导致新物种的形成。形成多种性状。最终导致新物种的形成。 中间类型的灭绝：性状分歧不大，因在习性、体质和结构上相中间类型的灭绝：性状分歧不大，因在习性、体质和结构上相近，所需生活条件相近，会产生剧烈的生存竞争。近，所需生活条件相近，会产生剧烈的生存竞争。物种与物种的形成物种与物种的形成u 关于物种形成观点关于物种形成观点 现代达尔文主义：现代生物学手段对达尔文进化论的内涵进行现代达尔文主义：现代生物学手段对达尔文进化论的内涵进行实质性修正、补充和提

9、高。指出物种形成需要三个环节：实质性修正、补充和提高。指出物种形成需要三个环节：突变和突变和基因重组，自然选择，隔离（生物进化的原因）基因重组，自然选择，隔离（生物进化的原因）。物种与物种的形成物种与物种的形成u物种形成过程物种形成过程 隔离：新种的出现导致生殖作用的连续性中断，基因交流中断隔离：新种的出现导致生殖作用的连续性中断，基因交流中断。 空间空间( (地理地理) )隔离：地理屏障阻碍基因流的交换，促进性状分歧。隔离：地理屏障阻碍基因流的交换，促进性状分歧。 生殖隔离：即使在同域导致基因交流出现障碍生殖隔离：即使在同域导致基因交流出现障碍, ,必要条件。必要条件。物种的形成方式：物种分

10、化物种的形成方式：物种分化u 继承式与分化式继承式与分化式 继承式：同域内一个物种变为另一个。继承式：同域内一个物种变为另一个。 分化式：同域内一个物种变为两个。分化式：同域内一个物种变为两个。u 渐变式和骤变式渐变式和骤变式：杂交：杂交物种的形成方式：物种分化物种的形成方式：物种分化u 异域式和同域式异域式和同域式 异域式：地理隔离导致物种形成，最为常见。异域式：地理隔离导致物种形成，最为常见。 同域式：同域内因生态分异，进行杂交，基因交流出现分化。同域式：同域内因生态分异，进行杂交，基因交流出现分化。Individualsof differentspecies MatingattemptH

11、abitat isolationTemporal isolationBehavioral isolationMechanical isolationHABITAT ISOLATIONTEMPORAL ISOLATIONBEHAVIORAL ISOLATIONMECHANICAL ISOLATION异域式和同域式物种形成异域式和同域式物种形成异域式和同域式物种形成异域式和同域式物种形成物种的形成方式：物种分化物种的形成方式：物种分化物种形成在生物进化中的意义物种形成在生物进化中的意义 生物进化与物种形成相似，但有区别：基因频率的改变都属生物进化与物种形成相似，但有区别：基因频率的改变都属于生物进

12、化，但这些改变突破种的界限才是物种形成。于生物进化，但这些改变突破种的界限才是物种形成。 物种形成是生物谱系进化中的重要环节：谱系进化包括不同分类阶元水平物种形成是生物谱系进化中的重要环节：谱系进化包括不同分类阶元水平的进化。物种形成是种上进化的起点，种内进化的终点。的进化。物种形成是种上进化的起点，种内进化的终点。 物种形成为生物进化的不可逆性奠定了基础：一旦生殖隔离产生，意味着物种形成为生物进化的不可逆性奠定了基础：一旦生殖隔离产生，意味着新种形成，性状和特性的稳定性得到了巩固。新种形成，性状和特性的稳定性得到了巩固。 物种形成是生物多样性的基础，意味着生物以新方式利用环境条件，向进物种形

13、成是生物多样性的基础，意味着生物以新方式利用环境条件，向进一步多样性提供条件：植物一步多样性提供条件：植物- -昆虫昆虫- -鸟类鸟类- -猎食兽类猎食兽类- -寄生种类的共同繁荣。寄生种类的共同繁荣。物种灭绝（物种灭绝（extinctionextinction）p 灭绝灭绝：一个物种的所有个体逐渐丧失且不再繁殖后代的过程。：一个物种的所有个体逐渐丧失且不再繁殖后代的过程。 对个体而言，生命的归宿是死亡对个体而言，生命的归宿是死亡; ; 而对于一个物种，一个群体来说，就是灭绝。而对于一个物种，一个群体来说，就是灭绝。 物种的形成伴随灭绝：自生命在地球上出现以来，物种多样性物种的形成伴随灭绝：自

14、生命在地球上出现以来，物种多样性就维持着一种上升的趋势，但是死亡和灭绝是生命不可避免的历就维持着一种上升的趋势，但是死亡和灭绝是生命不可避免的历程。程。 物种的寿命：当大灾难降临时，还是有许许多多的物种因为无物种的寿命：当大灾难降临时，还是有许许多多的物种因为无法适应而彻底消亡了。一般说来，一个物种只能延续几百万年，法适应而彻底消亡了。一般说来，一个物种只能延续几百万年，然后就被其他物种取代了。这就是物种的自然灭绝。然后就被其他物种取代了。这就是物种的自然灭绝。 物种灭绝的类型物种灭绝的类型p 绝种：某一物种无个体存在使，认为已经灭绝，即绝种。绝种：某一物种无个体存在使，认为已经灭绝，即绝种。

15、 渡渡鸟是一种重达渡渡鸟是一种重达23公斤的不会飞的鸟，公斤的不会飞的鸟，生活于印度洋上的留尼汪岛。公元生活于印度洋上的留尼汪岛。公元16世纪，水世纪，水手们来到留尼汪岛。在手们来到留尼汪岛。在150年里，所有的渡渡鸟年里，所有的渡渡鸟都消失了。它们被屠杀以提供人们所需的油料，都消失了。它们被屠杀以提供人们所需的油料，并作为猪，狗的食物。并作为猪，狗的食物。 最后一只袋狼死于最后一只袋狼死于1936年，几万年，几万年来，它们是塔斯马尼亚岛的主要捕年来，它们是塔斯马尼亚岛的主要捕食动物。但是当英国人在这个澳大利食动物。但是当英国人在这个澳大利亚岛屿定居后，他们为了养羊而砍倒亚岛屿定居后，他们为了

16、养羊而砍倒了大片森林。袋狼捕食羊，牧场主就了大片森林。袋狼捕食羊，牧场主就向它们开火向它们开火 物种灭绝的类型物种灭绝的类型p 野外灭绝：仅在饲养条件下存活，野外分布区内没有分布。野外灭绝：仅在饲养条件下存活，野外分布区内没有分布。麋鹿麋鹿怀俄明蟾蜍怀俄明蟾蜍伍德苏铁伍德苏铁物种灭绝的类型物种灭绝的类型p 绝种、野外灭绝：绝种、野外灭绝：属全球性灭绝属全球性灭绝p 局部灭绝：局部灭绝：某些栖息地不再存在，但其他地方有发现。如灰狼、某些栖息地不再存在，但其他地方有发现。如灰狼、大熊猫、褐马鸡等。大熊猫、褐马鸡等。p 生态灭绝：生态灭绝：物种数量减少对群落中其他成员影响微不足道，如物种数量减少对群

17、落中其他成员影响微不足道，如虎。虎。p 生殖灭绝：生殖灭绝：有个体存活，但不能繁衍生存。有个体存活，但不能繁衍生存。生生物物群群 灭绝灭绝 现代：大型哺乳类、鸟类现代：大型哺乳类、鸟类 灭绝灭绝 白垩纪：爬行类（恐龙）等许多海白垩纪：爬行类（恐龙）等许多海 洋生物。洋生物。 灭绝灭绝 三叠纪：总科数达三叠纪：总科数达35%的爬行类和海的爬行类和海 洋生物。洋生物。 灭绝灭绝 二叠纪：所有的三叶虫、二叠纪：所有的三叶虫、95%以上的以上的 海洋生物、海洋生物、50%以上的其它生物。以上的其它生物。 灭绝灭绝 泥盆纪：总科数达泥盆纪：总科数达30%的生物的生物灭绝灭绝 寒武纪：寒武纪：总科数达总科

18、数达50%以上的生物以上的生物第四纪第四纪第三纪第三纪白垩纪白垩纪侏罗纪侏罗纪三叠纪三叠纪二叠纪二叠纪石炭纪石炭纪泥盆纪泥盆纪志留纪志留纪奥陶纪奥陶纪寒武纪寒武纪宽度代表存活类群的相对数量宽度代表存活类群的相对数量物种灭绝（物种灭绝（extinctionextinction）p 灭绝本身不仅仅是一种结果，还反映物种濒危的过程。p 灭绝的原因：生物自身内在因素和外部环境。p 是生物发展规律决定的必然事件。p 也是偶然和不可完全预测的事件。物种灭绝的机制物种灭绝的机制p 内部机制内部机制 进化创新与物种灭绝：相互促进、相互影响，对立而统一。进化创新与物种灭绝：相互促进、相互影响，对立而统一。 系统

19、发育年龄与物种灭绝：物种的生命周期对环境的适应。系统发育年龄与物种灭绝：物种的生命周期对环境的适应。 特有类群与物种灭绝：地方性特有类群具有高灭绝风险。特有类群与物种灭绝：地方性特有类群具有高灭绝风险。 形态性状单一类群与物种灭绝：多样具有较高生存力。形态性状单一类群与物种灭绝：多样具有较高生存力。 热带分布类群与物种灭绝：稳定的气候环境中的热带类群面对热带分布类群与物种灭绝：稳定的气候环境中的热带类群面对环境剧烈波动时，更显脆弱。环境剧烈波动时，更显脆弱。 岛屿分布类群与物种灭绝：缺乏天敌，受到外来种类干扰影响岛屿分布类群与物种灭绝：缺乏天敌，受到外来种类干扰影响严重。严重。物种灭绝的机制物

20、种灭绝的机制p 外部机制外部机制 生物学机制生物学机制 1. 1.竞争与物种灭绝竞争与物种灭绝：种内、种间竞争，资源、领域的竞争，竞：种内、种间竞争，资源、领域的竞争，竞争的结果导致生态位分化，或排挤弱势群体。争的结果导致生态位分化，或排挤弱势群体。 阿利效应（阿利效应（AlleeAllee effecteffect）: :个体适合度的任何成分和它们同个体适合度的任何成分和它们同种的数量或密度呈正相关关系。原因为：种的数量或密度呈正相关关系。原因为： 种群数量增加，降低个体被捕获的几率；种群数量增加，降低个体被捕获的几率； 增加对捕食者的警觉性，提高抗捕食能力；增加对捕食者的警觉性，提高抗捕食

21、能力； 提高种群改变周围环境的能力，促进生存；提高种群改变周围环境的能力，促进生存； 减少近亲繁殖，提高遗传多样性减少近亲繁殖，提高遗传多样性p 外部机制外部机制 生物学机制生物学机制 2. 2.捕食与物种灭绝捕食与物种灭绝：极端情况下，捕食者与猎物之间密度的动：极端情况下，捕食者与猎物之间密度的动态平衡。态平衡。 3. 3.病菌与物种灭绝：病菌与物种灭绝：外来种携带外来病原体毁灭当地种群。外来种携带外来病原体毁灭当地种群。 4. 4.竞争、捕食、流行病等综合因素。竞争、捕食、流行病等综合因素。 物理学机制物理学机制：陆地形成、造山运动、大陆碰撞漂移、气候变化。：陆地形成、造山运动、大陆碰撞漂

22、移、气候变化。 缓慢的地质变化与灭绝：新环境的出现缓慢的地质变化与灭绝：新环境的出现 气候变迁和灭绝：温度、湿度的剧烈波动。气候变迁和灭绝：温度、湿度的剧烈波动。 突变的地理事件：火山、造山、造陆、外星球的灾变突变的地理事件：火山、造山、造陆、外星球的灾变 物种灭绝的机制物种灭绝的机制p 人类活动和物种灭绝人类活动和物种灭绝 第六次物种大灭绝：岛屿型物种和大型动物。第六次物种大灭绝：岛屿型物种和大型动物。 人类活动的责任不可推卸：人类移民至澳洲、美洲。人类活动的责任不可推卸：人类移民至澳洲、美洲。 直接导致灭绝：捕杀、采集和残害。直接导致灭绝：捕杀、采集和残害。 间接导致灭绝：砍伐森林、开垦农田、建设水利等破坏生存环间接导致灭绝：砍伐森林、开垦农田、建设水利等破坏生存环境。境。 物种灭绝的机制物种灭绝的机制易灭绝物种的特征易灭