进化生物学研究进展课件.ppt

1、从1988年开始，Michigan State University 的 Lenski教授开始进行一项长期的大肠杆菌的进化实验，试图证明长时间的进化是可以创造新的物种的。进展一：进化过程是可以被观察到的（大肠杆菌）进展一：进化过程是可以被观察到的（大肠杆菌）培养基92.5%柠檬酸盐7.5%葡萄糖每天以每天以1%量转接一次量转接一次相当于传了相当于传了6.64代代 实验从实验从12个独立的个独立的populations开始，目前共繁殖了开始，目前共繁殖了50000多代，从多代，从33127代起，一个可以利用柠檬代起，一个可以利用柠檬酸盐作为碳源的新的菌株出现了，新的物种产生了！特别值得一提的是，

2、研究者还证明，在酸盐作为碳源的新的菌株出现了，新的物种产生了！特别值得一提的是，研究者还证明，在31000-31500代大肠杆菌中产生了一个关键突变，它虽然没有导致分解柠檬酸盐的菌种产生，但从这时期的代大肠杆菌中产生了一个关键突变，它虽然没有导致分解柠檬酸盐的菌种产生，但从这时期的菌种出发，只要再培养菌种出发，只要再培养2000-3000代，均可以产生柠檬酸盐分解菌，而且这种进化实验是可以重复的，代，均可以产生柠檬酸盐分解菌，而且这种进化实验是可以重复的，但用但用20000代前的菌种作母本则无法重复进化实验，这说明进化在一定时期内是有方向的。代前的菌种作母本则无法重复进化实验，这说明进化在一定

3、时期内是有方向的。1979年 （10分钟1000条，超过100种）1989年 （由于富营养化与猎食动物引入，几乎绝迹）目前 （10分钟1000条，出现了许多新的物种）进展一：进化过程是可以被观察到的（丽鱼）进展一：进化过程是可以被观察到的（丽鱼）2004年年Tiktaalik化石的发现，填补了陆生脊椎动物起源的关键一化石的发现，填补了陆生脊椎动物起源的关键一环。环。近近20年来的化石证据无可辩驳的证明了鲸类其年来的化石证据无可辩驳的证明了鲸类其实是由实是由5千万前的一种偶蹄类动物进化而来的。千万前的一种偶蹄类动物进化而来的。进展二：进化过程中的过渡类型是真实存在的进展二：进化过程中的过渡类型是

4、真实存在的进化是真实存在的：鸟类的起源进化是真实存在的：鸟类的起源已记录10000多种，可分为平胸鸟和非平胸鸟两类鸟的起源：最早的鸟（始祖鸟）鸟起源于恐龙的化石证据，中华龙鸟美国科学家分子水平上分析了6800万年前的暴龙的蛋白质片断，并与21种现代物种的蛋白质序列进行了比较，结果确证，恐龙与鸟类具有共同祖先.恐龙并没有完全灭绝，恐龙并没有完全灭绝，一部分恐龙进化成了现代鸟类一部分恐龙进化成了现代鸟类进展三：进化的证据进展三：进化的证据-物种的界限并不是绝对的物种的界限并不是绝对的 一般认为：物种间的界限是明确的，不同的物种间不能杂交，就算可以杂交，一般认为：物种间的界限是明确的，不同的物种间不

5、能杂交，就算可以杂交，它们的后代也是不育的它们的后代也是不育的。环物种（环物种（ring species)：一物种因地理区隔（如湖泊、山岳、峡谷）等因素而：一物种因地理区隔（如湖泊、山岳、峡谷）等因素而沿着该区隔繁衍产生多个亚种，各相邻亚种之间有着连续性的基因变化，当此一连沿着该区隔繁衍产生多个亚种，各相邻亚种之间有着连续性的基因变化，当此一连续亚种之首尾物种亦相邻，此物种整体分布型态正如一圆环状，故名为环物种。有续亚种之首尾物种亦相邻，此物种整体分布型态正如一圆环状，故名为环物种。有趣的是，环物种的首尾两亚种无法进行繁殖，于种之定义中已属不同种，因此产生趣的是，环物种的首尾两亚种无法进行繁殖

6、，于种之定义中已属不同种，因此产生叠合多个亚种差距后竟跨越种差的奇妙现象。叠合多个亚种差距后竟跨越种差的奇妙现象。章鱼眼与人眼的比较（进化章鱼眼与人眼的比较（进化Vs神创）神创）人眼的排列顺序（外内）人眼的排列顺序（外内）血管神经感光细胞血管神经感光细胞章鱼眼的排列顺序（外内）章鱼眼的排列顺序（外内）感光细胞神经血管感光细胞神经血管让达尔文让达尔文“害怕害怕”的眼睛的眼睛进展四：复杂性状的起源并不是不可想象的进展四：复杂性状的起源并不是不可想象的复杂眼睛是如何起源的是一个相当难回答的问题。近年来的比较解剖学研究发现，无论是简单的水母还是复杂的人类，其眼睛结构中均含有视蛋白(Opsins)与晶体

7、蛋白(Crystallin)两种基本成份。2007年，University of California at Santa Barbara 的Todd Oakley等人在研究了现存生命中已知的所有视蛋白的蛋白序列后指出，所有的视蛋白家族成员均起源于6亿年前的一个简单信号受体蛋白，这时复杂生命形态沿未出现。这项研究成果说明，不同生物的复杂眼睛结构虽然有不同的起源，但还是只能利用早期祖先生物的遗传工具，只不过改造的方式各有不同罢了。Pax6异位表达异位表达PAX6 基因能让蝌蚪多长一个眼睛基因能让蝌蚪多长一个眼睛适者生存的难题：孔雀的尾巴适者生存的难题：孔雀的尾巴雄性孔雀的尾巴对于雄性个体来说是个负

8、担，在适者生存的法则下应该被淘雄性孔雀的尾巴对于雄性个体来说是个负担，在适者生存的法则下应该被淘汰，但为什么它还能存在下去呢？汰，但为什么它还能存在下去呢？因为雌孔雀喜欢 雌孔雀喜欢选择有较大尾巴的雄孔雀，在这种选择的压力下，雄雌孔雀喜欢选择有较大尾巴的雄孔雀，在这种选择的压力下，雄孔雀的尾巴起来越大，色彩更加艳丽。孔雀的尾巴起来越大，色彩更加艳丽。好处：雄孔雀能带着巨大而显好处：雄孔雀能带着巨大而显眼的尾巴生存下去，说明它的生存能力强，选择这种雄性产生的后代眼的尾巴生存下去，说明它的生存能力强，选择这种雄性产生的后代有更好的生存能力。有更好的生存能力。性选择性选择进展五：性选择的威力正在被日

9、益认识进展五：性选择的威力正在被日益认识 达尔文在他的进化理论中提到了性选择的作用，但近十多年来科学研究的发现表明，性选择的是一用很强的选择力量，作用堪比自然选择。（1）东非湖的丽鱼在其进化历史中可以在同片水域中产生相当多的物种，主要就是性选择在起作用；（2）人类的起源与发展，性选择的作用是非常巨大的，比如肤色、智力等；（3）近年来的许多基因水平上的研究发现，生殖相关的基因在许多物种（果蝇、人）中都有着较一般基因更快的进化速率，这种现象的出现是由于一种称为性冲突(sexual conflict)的机制导致的。因为雄性在将精液注入雌性体内时，会同时注入一些化学成分，这些成分会降低该雌性与其它雄性

10、交配的成功率，可是这些物质对雌性来说是有毒的，所以雌性会发展抵制这些雄性物质的机制，雄性也会不断发展这种物质以对搞雌性的防御，这样雄性与雌性间就生殖基因方面展开了一场军备竞赛，使得生殖相关的基因进化的更快了。寒武纪大爆发（神创论的稻草）寒武纪大爆发（神创论的稻草）寒武纪大爆发发生的时间约为5.45亿年前，在千万年时间内就出现了现生动物的主要类群，无脊椎动物（主要是节肢动物）极大繁盛。代表化石点，我国云南澄江化石群寒武纪大爆发的食物链学说寒武纪大爆发的食物链学说捕食者猎物关系的日益复杂导致了动物在摄食、运动、保护等方面有多种捕食者猎物关系的日益复杂导致了动物在摄食、运动、保护等方面有多种多样的适

11、应。多样的适应。自然选择压力驱动多样化，证据（这个时期的动物多数带壳或者有坚硬的外骨骼）。进展六：动物形态进化的分子基础进展六：动物形态进化的分子基础Homeodomain gene的出现，为动物身体结构变的更为复杂提供了遗传基础。的出现，为动物身体结构变的更为复杂提供了遗传基础。无论是果蝇还是人类，胚胎发育过程中轴向性质的控制基因都是一致的，称为Hox基因家族。Dll1-Hoxb6HoxA10 通表达：不长肋骨HoxB6 通表达：通身长肋骨(Tania Vinagre,2010,Developmental Cell)进化发育生物学的兴起（进化发育生物学的兴起（Evo Devo)进展七：人类的

12、进化之路逐渐清晰进展七：人类的进化之路逐渐清晰300400万前，南方古猿在非洲出现，代表为阿法南猿（露西，直立行走）250万前，能人出现，脑容量增大，能制造简单的石头工具180万前，直立人出现，脑容量进一步增大，能使用火，吃熟食30万前，智人出现，能熟练的制造使用工具，具有抽象思维能力现代智人的起源现代智人的起源多地区起源假说取代假说（走出非洲）化石证据多支持这种假说分子证据多支持这种假说欧洲的尼安德尔特人欧洲的尼安德尔特人人类起源于非洲，最早的夏娃是一位人类起源于非洲，最早的夏娃是一位10万年前的非洲妇女万年前的非洲妇女真核生物真核生物古细菌古细菌细菌细菌脊椎动物脊椎动物进展八：生命之树进展

13、八：生命之树(Tree of Life)计划的完善计划的完善从共同祖先开始分歧，不同的生物群体沿着各自独特的进化轨迹发展变化，随着生物进化的发展，各种物种间便产生了一种树杈状(Branch)的相互联系关系。我们可以通过研究不同物种间的遗传特征和其它一些历史证据，用一种称为系统发育树(Phylogeny)的树状结构表示不同物种间的进化关系。以下所见到的就是将地球上所有生物结合在一起的系统发育关系。我们称之为生命之树(Tree of Life)。进展九：生命并不是上帝创造的，人造生命是可能的进展九：生命并不是上帝创造的，人造生命是可能的2010年5月，美国生物学家克雷格文特尔(Craig Vent

14、er)宣布在实验室中制造出世界首个人造生命细胞。克雷格文特尔将一种称为丝状支原体丝状亚种的微生物的DNA进行重塑，并将新的DNA片段“粘”在一起，植入另一种细菌中。新的生命由此诞生，这种新生的微生物能够生长、繁殖，并产生一代又一代的人造生命。植入的DNA片段包含约850个基因，而人类的DNA图谱上共有约35000个基因。不过，从广义上来讲，文特尔的人造生命并不完全是不过，从广义上来讲，文特尔的人造生命并不完全是人造的，它利用了宿主细胞的细胞质，并且包含的人造的，它利用了宿主细胞的细胞质，并且包含的850基因也都来源来其它生物，文特尔的实验严格来基因也都来源来其它生物，文特尔的实验严格来说只是一

15、个更为复杂的细胞基因工程改造。说只是一个更为复杂的细胞基因工程改造。MasterBreakthrough 如同我们的左手和右手，一些化学物质(如氨基酸)以两种镜像形态存在。一般情况下，化学物质如果以两种形态存在，那么左旋或右旋的数量会大致相等。但在活细胞中，所有氨基酸均是左旋，所有糖和核苷酸则是右旋。长期以来，研究生命起源以前化学的科学家无法解释，在地球早期，第一个活生命系统如何只选择一种手性的化学物质。为什么左旋核苷酸阻止右旋核苷酸在一条链条上连接以形成RNA或 DNA。伦敦大学帝国学院的堂娜布莱克默德等研究人员发现，通过不断的冷冻和融解，一个由左旋和右旋分子构成的混合物能够被转换成单一形态

16、。生物的手性：神的安排？生物的手性：神的安排？蛋白质（催化剂）蛋白质（催化剂）DNA（信息载体）（信息载体）鸡与蛋的问题鸡与蛋的问题核酶（核酶（Ribozyme）在DNA与Protein世界形成之前，可能存在一个RNA世界，但这个世界真的存在吗？首次合成可无限复制的首次合成可无限复制的RNA核苷酸可以自发形成核苷酸可以自发形成 研究原始地球生命起源前化学的化学家在核苷酸如何自然出现的问题上濒于崩溃。核苷酸由一个身处一端的像核糖和去氧核醣这样的糖分子，和处于另一端的磷酸盐组(phosphate group)构成。化学家惊喜地发现，像腺嘌呤这样的盐基可以由简单的化学物(如氢化氰)轻易形成。然而，科学家多年努力却化为泡影，因为他们发现腺嘌呤无法与核糖建立天然联系。2009年，英国曼彻斯特大学化学家约翰萨瑟兰(John Sutherland)在自然杂志上发表的一篇论文称，他发现了一个经由生命起源前化学物人工合成核苷酸的惊人途径。萨瑟兰博士并不是通过可能存在于原始地球上的化合物分别培育盐基和糖，他的研究发现在合适的条件下，盐基和糖分可以构成单一单元，所以，根本不需要被连接起来。硅酸盐是地球早期生命催化剂硅酸盐是地球早期生命催化剂过渡金属催化剂或是生命起源的关键过渡金属催化剂或是生命起源的关键