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生物進化是指一切生命形態發生、發展的演變過程。「進化」一詞來源於拉丁文evolutio,原義為「展開」,一般用以指事物的逐漸變化、發展,由一種狀態過渡到另一種狀態。1762年,瑞士學者邦尼特最先將此詞應用於生物學中。

1簡介

生物進化是指一切生命形態發生、發展演變的過程。
生物進化樹

  生物進化樹

「進化」一詞來源於拉丁文evolution,原義為「展開」,一般用以指事物的逐漸變化、發展,由一種狀態過渡到另一種狀態。
最先將此詞應用於生物學中的是邦尼特。生物進化的基本單位是種群而非個體。

2思想發展

近代觀念
和林耐的觀點相反,法國學者G.L.L.布豐(1707~1788)相信物種是變化的,現代的動物是少數原始類型的後代。他把有機體與居住環境聯繫起來,認為氣候、食物和人的馴養等因素可引起動物性狀的變異。1809年,另一位法國學者拉馬克(1744~1829)在其《動物學哲學》中,用環境作用的影響、器官的用進廢退和獲得性的遺傳等原理解釋生物進化過程,創立了第一個比較嚴整的進化理論。意義:否定了神創論和物種不變論,奠定了科學生物進化論的基礎。生物都不是神創造的,而是由更古老的生物進化而來的。
自然選擇
自然界的生物,通過激烈的生存鬥爭,適應者生存下來,不適應者被淘汰掉,這就是自然選擇。(例:長頸鹿的脖子)
爆髮式
對化石的研究發現,在進化史上,相當長的時間內處於進化較為沉寂的時期,新種的化石很少;有時大量的物種化石集中出現在較短的地質年代,如寒武紀大爆發。
寒武紀是古生代的第一個紀。研究證據表明,寒武紀大約是從距今5.44億年前至距今5.05億年前。地球上最早的生命大約是在距今38億年前出現的。在從38億年前到6億年前這長達32億年的時間裡,生物進化的速率是十分緩慢的。最早的原核生物可能出現在35億年前。最早的真核生物可能出現在20億年前,從那時直至距今6億年前,地球上的生物幾乎都是單細胞生物。從寒武紀開始,地球上突然出現種類繁多的多細胞動物,人們稱這種現象為「寒武紀大爆發(Cambrian explosion)」,也叫「寒武紀大爆炸」。
進化的原材料
基因庫和基因頻率
基因庫是指一個種群所含的全部基因。每個個體所含有的基因只是種群基因庫中的一個組成部分。每個種群都有它獨特的基因庫,種群中的個體一代一代地死亡,但基因庫卻代代相傳,並在傳遞過程中得到保持和發展。種群越大,基因庫也越大,反之,種群越小基因庫也越小。當種群變得很小時,就有可能失去遺傳的多樣性,從而失去了進化上的優勢而逐漸被淘汰。
基因頻率是指某種基因在某個種群中出現的比例。基因頻率可用抽樣調查的方法來獲得。如果在種群足夠大,沒有基因突變,生存空間和食物都無限的條件下,即沒有生存壓力,種群內個體之間的交配又是隨機的情況下,種群中的基因頻率是不變的。但這種條件在自然狀態下是不存在的,即使在實驗條件下也很難做到。實際情況是由於存在基因突變、基因重組和自然選擇等因素,種群的基因頻率總是在不斷變化的。這種基因頻率變化的方向是由自然選擇決定的。所以生物的進化實質上就是種群基因頻率發生變化的過程。
基因頻率的計算方法
設二倍體生物種群中的染色體的某一座位上有一對等位基因,記作A1和A2。假如種群中被調查的個體有N個,三種類型的基因組成,A1A1、A1A2和A2A2,在被調查對象中所佔的個數分別為n1、n2和n3 基因庫和基因頻率的知識可與遺傳的基本規律相結合,在深刻理解遺傳的基本規律的基礎上來理解基因庫和基因頻率的概念就容易得多,也很能夠將這部分知識融會貫通。
基因頻率的改變
引起基因頻率改變的因素主要有三個:選擇、遺傳漂變和遷移。
選擇即環境對變異的選擇,即保存有利變異和淘汰不利變異的過程。選擇的實質是定向地改變群體的基因頻率。 選擇是生物進化和物種形成的主導因素,已經發生的變異能否保留下來繼續進化或成為新物種的基礎必須經過自然選擇的考驗,則自然選擇決定變異類型的生存或淘汰。自然選擇只保留與環境相協調的變異類型(有利變異),可見自然選擇是定向的。經過無數次選擇,使一定區域某物種的有利變異的基因得到加強,不利變異的基因逐漸清除,從而改變了物種在同區域或不同區域內的基因頻率(達爾文只是在個體水平上注意到不同性狀的保留與否,而不能從分子水平對自然選擇的結果加以分析),形成同一區域內物種的新類型或不同區域內同一物種的亞種,或經長期的選擇,使基因頻率的改變達到生殖隔離的程度,便形成新的物種。選擇決定著不同類型變異的命運,也就決定了生物進化與物種形成的方向。
遺傳漂變是指:如果種群太小,含有某基因的個體在種群中的數量又很少的情況下,可能會由於這個個體的突然死亡或沒有交配而使這個基因在這個種群中消失的現象。一般而言,種群越小,遺傳漂變就越顯著。
遷移是指含有某種基因的個體在從一個地區遷移到另一個地區的機會不均等,而導致基因頻率發生改變。如一對等位基因A和a,如果含有A基因的個體比含有a基因的個體更多地遷移到一個新的地區,那麼在這個新地區建立的新種群的基因頻率就發生了變化。
可遺傳的變異
可遺傳的變異是生物進化的原始材料,可遺傳的變異主要來自基因突變、基因重組和染色體變異。
在生物進化理論中,常將基因突變和染色體變異統稱為突變。
基因突變是指DNA分子結構的改變,即基因內部脫氧核苷酸的排列順序發生改變。基因突變是普遍存在的。根據突變發生的條件可分為自然突變和誘發突變兩類。不管在什麼樣的條件下發生突變,都是隨機的,沒有方向性。
染色體變異包括染色體結構的變異和染色體數量的變異,染色體數量的變異又包括個體染色體的增加或減少(非整倍數變化)和成倍地增加或減少(整倍數變化)兩種類型。其中染色體結構的變異與非整倍數變異,由於破壞了生物體內遺傳物質的平衡,所以一般對生物的生命活動是不利的,有時甚至是致命的,在生物進化過程中的意義不大。但染色體整倍數的變化沒有破壞原有遺傳物質的平衡,能夠加強生物體的某些生命活動,對生物的進化,特別是某些新物種的形成有一定的意義如自然界中多倍物種的形成。
基因重組是指染色體間基因的交換和組合。是由於減數分裂過程中,同一個核內染色體複製后發生重組和互換,結果就產生了大量與親本不同的基因組合的配子類型。又由於在有性生殖過程中,雌雄配子的結合是隨機的,進一步增加了後代性狀的變異類型。基因重組實際包括了基因的自由組合定律和基因的連鎖與互換定律。
突變和基因重組都是不定向的,有有利的,也有不利的。但有利和不利不是絕對的,這要取決於環境條件。環境條件改變了,原先有利的變異可能變得不利,而原先不利的變異可能變得有利。等位基因是通過基因突變產生的,並在有性生殖過程中通過基因重組而形成多種多樣的基因型,從而使種群出現大量的可遺傳變異。 變異是不定向的,變異只是給生物進化提供原始材料,不能決定生物進化的方向。
隔離產生新物種
物種
物種是指分佈在一定的自然區域,具有一定的形態結構和生理功能,而且在自然狀態下能夠相互交配和繁殖,能夠產生出可育後代的一群生物個體。
隔離
隔離是指將一個種群分隔成許多個小種群,使彼此不能交配,這樣不同的種群就會向不同的方向發展,就有可能形成不同的物種。隔離常有地理隔離和生殖隔離兩種。
地理隔離是指分佈在不同自然區域的種群,由於地理空間上的隔離即使彼此間無法相遇而不能進行基因交流。一定的地理隔離及相應區域的自然選擇,可使分開的小種群朝著不同方向分化,形成各自的基因庫和基因頻率,產生同一物種的不同亞種。分類學上把只有地理隔離的同一物種的幾個種群叫亞種。
生殖隔離是指種群間的個體不能自由交配,或者交配后不能產生出可育的後代的現象。一定的地理隔離有助於亞種的形成,進一步的地理隔離使它們的基因庫和基因頻率繼續朝不同方向發展,形成更大的差異。把這樣的群體和最初的種群放一起,將不發生基因交流,說明它們已經和原來的種群形成了生殖屏障,即生殖隔離。如果只有地理隔離,一旦發生某種地質變化,兩個分開的小種群重新相遇,可以再融合在一起。
地理隔離是物種形成的量變階段,生殖隔離是物種形成的質變時期。只有地理隔離而不形成生殖隔離,只能產生生物新類型或亞種,絕不可能產生新的物種。生殖隔離是物種形成的關鍵,是物種形成的最後階段,是物種間真正的界線。生殖隔離保持了物種間的不可交配性,從而也保證了物種的相對穩定性。生殖隔離分受精前隔離和受精后隔離。教材中提到生物因求偶方式、繁殖期、開花季節、花形態等的不同而不能受精屬於受精前生殖隔離。胚胎髮育早期死亡或產生後代不屬於受精後生殖隔離。

3最新成果

新的研究表明,生物在進化過程中,少數幾代能夠從人類導致的不利環境中生存下來,比如氣候變化、過渡捕撈等等。
瑞典優密歐大學的生物學家托馬斯-卡梅倫表示:「該發現顛覆了人們以前的觀念,即進化的發生速度十分緩慢,往往需要數百甚至上千年的時間。實際上,進化速度很快,往往與生態變化聯繫在一起。」研究人員在實驗室設定了雜亂的生活環境,並捕捉了一些野生土壤蟎類,結果發現它們能迅速地適應生活環境。僅僅經過五代,這些野生蟎就從基因層面進化出了新的特質,扭轉了快要滅絕的勢頭。
卡梅倫表示:「那些具有基因選擇性的蟎類生長速度最為緩慢,但卻擁有極強的繁殖力。因此,我們推測,從長期角度來看,該物種從衰退轉變為興盛的原因是環境對強繁殖力個體的自然選擇作用,當然還包括對子代強適應力的選擇作用。」
科技工作者經常使用蟎類來研究廣泛的生物學疑題,實驗室的發現對人類捕獵動物的管理有著一定的指導作用,如對捕獵管理也許有必要將迅速的進化考慮進去。

4同名期刊

雜誌名稱:生物進化
主管單位:中國科學院
主辦單位:中國科學院南京地質古生物研究所
國內統一刊號:32-1770/Q
國際標準刊號:1673-7024
收錄情況
國家新聞出版總署收錄 中國知網收錄期刊
維普中文期刊全文收錄
中文科技期刊資料庫
ASPT來源刊
中國期刊網來源刊
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