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关于生物进化的方向和速度第一页,共十九页,2022年,8月28日第七章进化的方向和速度第二页,共十九页,2022年,8月28日一)1.复式进化(全面、上升进化)这是一种由简单到复杂、由低等到高等的进化方向是生物体形丰收结构、生理机能的综合地、全面地进化过程,其结果是生物体各个主要方面比原有的水平都要高级和复杂。这类进化的数量并不多,但却十分重要。
一、形态生理上的进化方向第三页,共十九页,2022年,8月28日2.分化式进化(特异适应):是由一个物种分化为近似而不同的物种的进化。这类进化包括有形态生理上的趋异(dirergence)、趋同(convergence),辐射(radiation),平行(parallel)、重复(iteration)等形式。它们是指生物对各种不同生海环境的适应,从而出现的多方向进化。但在形态结构、生理功能方面度没有普遍提高,时代水产属于同一等级。所以,分化式进化是一种从少到多的进化,而复化式进化是一种从低等到高等的进化,两者是很不相同的。一、形态生理上的进化方向第四页,共十九页,2022年,8月28日3、特化式进化特化式进化管称特化,它是从一般到特殊的进化方式。形态生理上的特化是有机体发生局部的变异,以适应于特殊的环境条件,它是分化式进化的一种特殊情况。这类进化大大地缩小了原有的适应范围,同时加强了被保留下来的适应性。例如,马从多趾向单蹄方向发展,就属于这类情况。多趾马的四肢,能跑,也能抓取食物、掘土,甚至爬树。它有着广泛发展的可能性。但到单趾马时,其单蹄适应于快跑,有利于草原的生活环境。在这一点上,单蹄是优越的,但其它方面的适应性则缩小了,甚至消失了。一、形态生理上的进化方向第五页,共十九页,2022年,8月28日一、形态生理上的进化方向4、简化式进化简化式进化简称退化。它是由结构复杂变为结构简单的进化方式。形态生理上的退化表现在生物的大多数器官退化、个别器官比较发达,它是生物对寄生和固着生活方式的一种适应。它与特化的区别,在于形态结构、生理功能的全面退化。简化式进化是一种与复化式进化相反的过程,也可以说,是一种退步性的进化。
例如,寄生于体内的蛔虫、绦虫、钩虫等,它们既无运动器官(肌肉系统、四肢的骨胳)和感觉器官,甚至连消化器官也消失了。但它们的生殖系统则十分发达。一条蛔虫每日产卵可达12—20万个。有的老熟个体,生殖器官几乎占了它们的整个身体。第六页,共十九页,2022年,8月28日
生物体通过各种营养方式向着不同的方向发展,生物界的营养方式可以分为三大类型:
1.光合作用是植物主要的营养方向,也即是植物`获得营养的主要方式。具体表现在以下几方面:(1)片状的叶,其中充满着叶绿体。是吸收光能进行光合作用最适合的器官;(2)叶柄、枝和茎支撑着叶,向四面展开,有利于接受充分的光照;(3)支干和根系使植株固着在一定位置上,并从土壤或水中吸取水分和无机物质,供给光合作用的原料;(4)维管系统是叶、茎、干、根之间物质交流的通道。
二、营养方式上的进化方向第七页,共十九页,2022年,8月28日
2、吸收是微生物(细菌、真菌)的营养方向。微生物的营养方式相当复杂,但它们获得营养的基本特点是吸收。吸收养料的关键在于接触面大。相当多微生物的结构与功能,是朝着有利于扩大吸收面这一进化方式发展的:(1)许多的微生物是单个细胞,有的甚至没有细胞结构,体积很小。有人估计,一克重的细菌,一般要有1012的个体。个体越小,接触面的比值越大;面积越大,吸收的养料就越多。有的微生物(如真菌)长有菌丝体,也是一种扩大吸收面的适应构造;(二、营养方式上的进化方向第八页,共十九页,2022年,8月28日二、营养方式上的进化方向(2)许多微生物都是营腐生或寄生生活。同时,它们还具有能利用各种碳水化合物(包括人和动物不能利用的纤维素)以及从分子态的氮到复杂高分子蛋白质的能力,这便于微生物广泛地接触各种寄主,扩大吸收多种养料的幅度;(3)微生物繁殖力强,数量大,分布广。在适宜的条件下,细菌可以在20分钟内完成一代。理论上推算,一天完成72代。这一切,也有利于微生物适应各种环境的生活,广泛地吸收自己所需要的各种养料。第九页,共十九页,2022年,8月28日二、营养方式上的进化方向3、摄食
是动物的营养方向。动物找寻、争夺食物的关键在于活动。在进化过程中,大多数动物都朝着有利于活动这一进化方向发展,促进了生物界最高等的形态结构和生理功能的形成。其特点是:(1)具有在神经系统支配下的复杂的感觉和运动系统,便于发现和获取食物;(2)具有消化、循环和排泄系统。从事于运输、吸收和排泄的功能。与此相联系,在较高等体型中,又产生了与外界进行气体交换的“外呼吸系统”;(3)具有以神经系统和内分泌系统所组成的、复杂的自我调节和自我控制的结构和功能;(4)从细胞水平分析,动物细胞无细胞壁,因此具有高效的代谢水平,有利于动物的活动方式。
第十页,共十九页,2022年,8月28日生物进化,从总的说来是不可逆的。已经演变的物种不可能回复祖型;已经灭亡的种类,不能再重新出现。也就是说,不论是前进的进化,或是减退的进人,凡进化了的生物,就不会复原了。这是一个规律性的现象。
三、进化的不可逆规律第十一页,共十九页,2022年,8月28日三、进化的不可逆规律这里,很容易产生两个问题:
其一,生物既然在不断的进化中,为什么至今仍有大量的单细胞生物和其他低等生物呢?这是一个比较复杂的问题,不是三言两语可以讲清楚的。不过,今天的单细胞生物与远古时代的单细胞生物(即它们的远祖)并不完全相同。无论在结构与功能方面都有区别。同时,所谓生物的进化,例如鱼类向两栖类的进化,并不是说现代的两栖类是由现代的鱼类演化而来。而是指远古的鱼类有一支向陆生的方向发展,逐渐进化为两栖类。另一些鱼类则向着原有水生的方向发展,成为现代的鱼类。可见,现代的单细胞生物也是从极古老的单细胞生物演变来的,它们也仍然在走着自己特有的进化道路,和现代的多细胞生物平行发展着。
第十二页,共十九页,2022年,8月28日三、进化的不可逆规律其二,既然生物进化是不可逆的,那么对所谓返祖现象(alavism)作何解释呢?返祖现象是客观存在的事实。达尔文曾提到,杂种的鸽子可以出现野鸽的形状;杂种的鸡可以产生原鸡的羽毛颜色。家猪身上可以发现野猪的毛色;马身上也能发现斑马的皮毛。朱洗在家蚕的混精杂交中也曾发现有野蚕的茧色(树皮色,1954)。我国辽宁等地多次发现的“毛孩”,也是一种返祖现象。应当承认,这类现象是一种历史的重演,与进化的不可逆性是不一致的。然而这类现象毕竟是少量的、局部的。朱洗对这个现象作了某些说明,他认为进化不可逆的理论是相对的。因此,他指出:对生物进化的不可逆性,我们不能过分强调,而将它看得太死板。
第十三页,共十九页,2022年,8月28日四、进化的速度
1.进化中的加速度现象生物界进化是加速度发展的,形态愈高,进化愈快。这是一个规律性的现象。例如:整个有机界的历史,估计在35亿年以上。澳大利亚等地发现最古老的原核生物化石是35亿年前,从35亿年到18亿年前这17亿年的漫长岁月中生命自然界中只是完成了一件大事,即原核生物演化到真核生物的出现。从18亿年前到3亿5千万年前,即从元古代到古生代的石炭纪,这又是一个14亿年。在此期间真核生物发生了大分化,分化出了植物和动物。在植物中有了藻类、蕨类,实现了早期陆生植物裸蕨类的登陆;在动物中,有了无脊椎动物、鱼类、两栖类和昆虫。
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第十四页,共十九页,2022年,8月28日四、进化的速度
从3亿5千万年前(即古生代的石炭纪)一直到现阶段,这段时间与前面的14亿年相比,则要短得多。但是在生命发展的历史上,却出现了一系列重大的飞跃,其速度之快,的确是令人惊异的。如在植物方面,完成了从蕨类植物向裸子植物和被子植物的演化;在动物方面实现了从爬行类到鸟类、到哺乳类的发展,一直到我们人类的诞生。其中,从爬行类的产生到哺乳类出现大约经历七八千万年;从原始哺乳类到有胎盘类大约经历五六千万年,而有胎盘类的历史不过1亿年,它们主要演化的时代是在新生代的6千7百万年中。
第十五页,共十九页,2022年,8月28日
生物进化的速度,从总体上看具有加速度发展的趋势。但对不同生物来说,又显得很不平衡,古生物学的资料证实,它有慢,有快,也有的是中等速度。
1、低速进化(bradytelicevolution),在动物界中有腕足纲的海豆芽(Lingula)。海豆芽自奥陶纪以来,一直延续至今,整整5亿年中,没有显著的变化。在植物界中,也有许多古老的类型。例如杉科的水杉
五、进化的不平衡性第十六页,共十九页,2022年,8月28日五、进化的不平衡性
2、中速进化在这类进化中,马科是比较典型的代表。从始新世的始祖马到现代马约有6千万年的历史。斯特宾斯认为,马的进化大约每250万年(或25万代)出一个新种。3.高速进化在动物界中以哺乳类较明显。澳洲的有袋类在白垩纪出现以后,大约只经过5千万年的时间,便产生出各种类型,达到了高度专门化的程度)。
人类的进化则更快,现代人同200—150万年前的直立人就有显著的区别(例如,现代人脑量增加、体长增高、吻部缩短等)。
在植物界中多倍体形成新种,可在较短时间内完成。
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