old UEC syllabus

1. 第二十一章
演化
王昱欣
2019

2. 学习目标
• 了解达尔文自然选择学说的主要内容
• 了解突变和基因重组为生物演化提供原材料
• 了解自然选择在生物演化中的作用
• 了解隔离的概念和类型，以及隔离与物种形成的关系
• 了解演化的证据与过程
• 了解从原始生命到真核生物出现的大致演化过程
• 了解生物分界的五界分类系统及其主要内容
• 了解人类的起源

3. 学习重点
（1）遗传变异对生物演化的重要性。
（2）自然选择在生物演化过程中的作用。
（3）物种形成的原因和过程。
（4）五界分类系统及二叉式检索表。

4. 学习难点
（1）遗传变异对生物演化的重要性。
（2）自然选择在生物演化过程中的作用。
（3）物种形成的原因和过程。
（4）生物地理学和分子生物学的证据。
（5）二叉式检索表。

5. 学习时间建议
章节 内容 时间分配（节）
21.1
21.1.1
21.1.2
21.1.3
生物的演化
演化的学说
演化的原因
演化的证据
6
21.2 生物演化的大致过程 1
21.3 生物的分界 2

6. 演化Evolution
• 指生物的可遗传性状在世代
间的改变。
• 生命在漫长的时间中，不断
地产生形态与生理构造的改
变，这种不断改变的过程，
称为『演化』。

7. 演化的学说
用进废退说 自然选择说
由不同的观点来解释生命的演化

8. 用进废退说
theory of use and disuse
• 提出者：法国学者拉马克。
• 认为生物体虽然是神创造的，
但环境改变时，生物体体内会
有一股改进的动力，使生物适
应环境。
• 经常使用的器官愈发达，反之
则退化，使得生物逐渐演化。
• 这些生物后天获得的改变可遗
传给下一代。

9. • 拉马克的学说认为
生物体的构造可随
环境变化而改变，
经常使用的器官会
愈来愈发达，反之
则愈来愈退化。
• 这些后天所获得的改变可
遗传给下一代
生物的器官在当
代本身的确会因
为使用的程度不
同而有所不同的
发达程度。
后天所获得的改变未
必能够遗传给下一代。
依照现在的观点则是
缺乏遗传证据。
用进废退说所遇到的挑战

10. 德国动物学家魏斯曼的实验
• 切断老鼠的尾巴并繁殖下
一代，连续进行二十一代，
发现亲代老鼠虽然失去尾
巴，但第二十一代的老鼠
却还是有尾巴，证明了拉
马克的理论是不正确的。

11. 自然选择说
theory of natural selection
• 达尔文认为认为演化是物种在适应环境
的过程中，长期受到自然环境筛选的结
果。
• 能适应环境的个体较容易存活，并有机
会产生后代，因此，具备有利特徵的后
代其比例会随时间逐渐增加，使得该物
种的外部形态或内部构造发生明显的改
变。
• 原本的生物族群中可能具有各种特徵的
差异，这些差异经由环境的筛选而成为
独特的特徵。

12. 自然选择说
要点顺序 重点内容
１ 个体差异
同一物种，个体间的构造与功能仍
有差异性。
２ 过度繁殖
当环境资源充分时，个体数繁殖过
多。
３ 生存竞争
当个体数繁殖过多或生存的环境发
生变化时，可能使生存资源不足，
于是导致生存竞争。
４
适者生存
不适者淘汰
较能获取生存资源或适应环境变化
的个体生存机会较大，其后代在整
个环境中的比例会渐渐增加。

13. • 也叫各异差异。
• 同一物种的个体之间，会因为有性生殖的过程及突变而
造成形态、内部构造及生理的差异。
个体变异是演化的原动力!
个体变异 variation

14. 隨堂小測驗
( ) 3.近年來蚊子對殺蟲劑的抗藥性比例逐
漸提升，請問是經由何種過程發生的
呢？
(A)殺蟲劑會促使蚊子產生抗藥性突變
(B)具有抗藥性的蚊子繁殖能力較強
(C)殺蟲劑可以促進具有抗藥性的蚊子
生長與產卵數目
(D)自然界中本來就具有抗藥性的蚊子，
使用殺蟲劑只是加速這些蚊子的比例
而已
D

15. ( ) 2.某森林中原有甲、乙、丙三種體色的蛇，並有
吃蛇的老鷹。多年來，蛇的數量大致維持固定
比例，但近來（時間A後）
卻因酸雨導致綠色森林大
量枯死，三種蛇的個體數
目變化如右下圖，則丙蛇
的體色最可能是哪種顏色？
(A)黃色 (B)褐色
(C)綠色 (D)黑色
因為綠色森林大量減少，所以原本具有保護
色的綠色蛇類則會大量滅亡。
C

16. 用进废退说

17. 自然选择说

19. 演化的原因
• 演化如何发生并产生新物种？
• 遗传变异
• 自然选择
• 隔离

20. 遗传变异
• 在复制DNA的过程中，会产生错
误，如突变和基因重组等
• 减数分裂时，基因重组
• 生物演化的先决条件
• 不定向，无法决定生物演化的方
向

21. 自然选择
• 生物体所产生的变异，若更
能适应当时的生存环境，会
存活下来，生下后代
• 在种群中的比例逐渐增加
• 决定生物演化的方向
定向選擇、平衡選擇和破壞選擇。橫軸是性狀，縱軸是個
體數量。紅線代表原本的性狀分佈，藍色是選擇後的結果。

22. 蛾的工业黑化
industrial melanism
• 人类行为影响自然选择

23. 隔离
• 新物种的形成speciation
需要隔离的存在
• 使各种群不能相遇或在合
适时间相配
• 累积变异
• 性状差异越来越多
• 最后失去相互交配繁殖的
能力
• 形成生殖隔离 = 不同物种

24. 加拉巴哥群岛的鷽鸟具有多样化的鸟喙
鳥喙尖細，可
以啣著小樹汁，
將蟲子從樹幹
中取出
鳥喙厚實，可
以咬碎種子
鳥喙稍微厚實，可以將仙人掌
的刺拔掉，並吃掉仙人掌的莖
不同的嘴型，有不同的食性配對!!

25. 隔离的方式
• 先物理隔离 geographical isolation
• 环境因素
• 再生殖隔离 reproductive isolation
• 生理因素

26. 生殖隔离
• 生殖隔离指由于
各方面的原因，
使亲缘关系接近
的类群之间在自
然条件下不交配，
或者即使能交配
也不能产生后代
或不能产生可育
性后代的隔离机
制.

27. 合子前屏障
prezygotic
barrier

28. 以自然选择学说为核心
一、种群是生物进化的基本单位，进化的实质是
种群内基因频率的改变;
二、可遗传变异为生物进化提供原材料;
三、自然选择决定生物进化的方向;
四、隔离导致物种的形成。

30. 演化的证据
• 生物有共同的祖先，不同生物之间有不同的亲缘关系
• 古生物学
• 生物地理学
• 比较解剖学
• 胚胎学
• 生物化学
• 分子生物学

31. 古生物学paleontology
• 研究古地质时代中的生物及其发展的科学
• 通过化石在沉积岩中的排列来比较不同年代生物的变化
• 化石是存留在岩石中的古生物遗体、遗物或生活痕迹，
最常见的是骸骨和贝壳等
• 越古老的地层，生物结构越简单
This illustration shows an artist’s renderings of species derived
from fossils of the evolutionary history of the horse and its
ancestors. The species depicted are only four from a very diverse
lineage that contains many branches, dead ends, and adaptive
radiations. One of the trends, depicted here, is the evolutionary
tracking of a drying climate and increase in prairie versus forest
habitat reflected in forms that are more adapted to grazing and
predator escape through running.

33. 认识化石
• 化石是指保留在岩層中的古生物遺體或活動痕跡。
• 研究化石可以让我们了解古生物的形态。
• 透过对一系列相关化石（系列化石）的研究，可推测该
生物的演化过程，故化石是说明生物演化最直接的证据。

34. 认识化石
• 大多数化石是古代生物体被泥沙掩埋后，
经过很长一段时间于沉积岩中形成。
• 自然界中，绝大部分生物的遗体会被分
解或破坏，只有较坚硬的部分比较容易
被保存下来，替换成矿物质。
• 例如：动物的骨骼、牙齿、外壳或植物的细
胞壁、叶脉。
• 完整的生物化石并不多见，只有少数特
殊情况下的化石保存得较完整。
• 例如：琥珀中的昆虫化石。

35. 化石形成過程

36. 化石形成過程

37. 生物地理学 biogeography
• 研究生物分佈的差别类
型，及就时间与空间讨
论生物彼此间及与其环
境关係的变化的学科
• 地理的隔离使生物群落
各自演化及发展

41. Geographic distribution of Bromeliaceae.

42. 比较解剖学 comparative anatomy
• 在解剖学角度比较中生物
的相似与差异处的一门研
究，其通过比较的方法对
比不同机体的结构特征，
并观察分析其相互间的异
同，从而了解生物进化的
发展规律。
• 同源器官
• 痕迹器官

43. 同源器官
homologous organ
• 起源相同
• 位置及基本结构相似
• 形态和功能可能不同
• 例如：猫与鲸的前肢结构。
• 不要和同功器官analogous organ弄混
• 不同物种中的相似结构，因为它们在相似的环境里独立进化，进化
通常是为达到相同或相似的目的，而不是继承自共同的祖先。
• 例如：鼠海豚与鲨鱼的流线身形。它演变于水底的环境，但物种有
不同的祖先。

44. 痕迹器官 vestigial organ
• 在演化过程中退化为无用
处或作用不大的器官
• 例如：人类的阑尾、鲸鱼
的后肢、蟒蛇的髋骨
Palmaris longus muscle

45. 瞬膜
• 瞬膜可以遮住角膜，以湿润眼球，且不影响视线，因此
有保护整个眼球的作用。

46. 胚胎学 Embryology
• 研究动植物的胚胎形成
和发育过程的科学
• 许多动物在胚胎发育中
有共同点
• 哺乳类、鸟类、爬行类
在胚胎发育早期都有鳃
裂和尾巴
过时了

47. 演化发育生物学
Evolutionary developmental
biology （evo-devo）
• 通过比较不同生物体
的发育过程以推断它
们之间的祖先关系以
及发育过程如何演化
的综合性生物研究领
域

48. Homologous
hox genes in
such different
animals as
insects and
vertebrates
control
embryonic
development
and hence the
form of adult
bodies. These
genes have
been highly
conserved
through
hundreds of
millions of
years of
evolution.

49. 生物化学 Biochemistry
• 研究生物体中的化学进程的学科
• 比较血清学
• 如用人的血清作为抗原注射到家
兔体内，产生抗人抗体
• 再用这种家兔的抗人血清来检查
人和其他哺乳动物的血清反应
• 跟人的亲缘关系越密切，抗原抗
体反应越显著，它们的血清跟家
兔抗人血清混和后出现的沉淀越
多。
• 因为越和人类亲缘关系越密切，
其血清越和人类相似，抗体反应
越强烈

50. 分子分类学 Molecular biology
• 对生物在分子層次上的研究，涵
盖遗传学、生物化学和生物物理
学等学科。
• 演化史上越相近的物种，越容易
找到相近的同源 orthologous
蛋白质、基因、染色体

51. 人与老鼠的基因在染色体上的排列
只是经过了重组

53. • https://www.hhmi.org/biointeractive/lizard-
evolution-virtual-lab

54. 生物演化的大致过程
• 地球上最早出现的原始生命个体的结构，可能与现存的
病毒、细菌、酵母菌中的哪一类更相似呢？
• 原始生命的同化作用方式是自养型还是异养型呢？其异
化作用方式是需氧型还是厌氧型呢？
• 原始生命的繁殖方式可能类似于病毒的复制繁殖还是细
菌的分裂生殖呢？

55. 地层分析
• 地球年龄约46亿年
• 根据地层分析，生命
的出现约在40亿年前

56. 最早的生命
• 最早生命的出现，
可能是源于能够自
我複製的RNA分子。
• 由于天择青睐在複
製上更有效率的分
子，因此DNA逐渐成
为最主要的複製物。
• 之后它们开始在膜
内发展，这些膜拥
有更稳定的物理与
化学环境，形成了
原始的细胞。

57. 厌氧异养生物
• 此时大气中尚未有自
由的氧气存在。
• 原核生物 prokaryote
以有机物为养料，进
行无氧呼吸。

58. 自养生物
• 因突变和自然选择演变出
自养型
• 原核生物
• 蓝细菌 cyanobacteria
• 进行光合作用
• 释放氧气
• 增加大气层的含氧量
疊層石Stromatolites
Shark Bay, Australia

60. 有氧生物
• 含氧量增多
• 出现需氧型生物
• 有氧呼吸 – 释放更多能量
• 新陈代谢效率比较高

61. 真核生物 eukaryote
• 功能和结构比原核细胞复杂
• 有丝分裂的开始
• 有性生殖的基础

65. 生物的分界
• 生物分界是把地球上的所有生物按照形态、结构、生理
功能、分布、生态等等特点而划分成一个个比较接近的
各种生物类型集体的过程。
• 生物分界是一项不断进行中的工作，随着科学的发展而
不断深化。

67. 五界分类系统 The five kingdom
classification system
• 美国生物学家魏泰克
（R.H.Whittaker,1924—1980）
在1969年提出的。
• 魏泰克在已区分了植物与动物、
原核生物与真核生物的基础上，
又根据真菌与植物在营养方式
和结构上的差异，从纵向方面
把生物界分成了原核生物界、
原生生物界、真菌界、植物界
和动物界五界。

70. 等级式分类法
hierarchy classification
• 根据生物性状的异同，综合起
来进行分门别类
• 反应亲缘关系和生物界的演化
发展
• 等级类别越低，共同点越多

72. 双名法 binomial nomenclature
• 由林奈Carl von Linne / Carl
Linnaeus奠定
• 是智人的正模标本
• 发表《植物种志》（Species
Plantarum），採用双名法，以拉丁
文来为生物命名
• 其中第一个名字是属的名字，第二个
是种的名字
• 属名为名词，种名为形容词
• 生物的属名在第二次出现时可用缩写
• 印刷体 - 斜体；手写 – 底线

73. 使用双名法的好处
• 简便性和广泛性:
• 同样的名称在所有语言中
通用，避免了翻译的困难;
• 避免同种异名或异种同名
的混乱；
• 任何的一个物种都可以明
确无误的由两个单词确定。

74. 二叉式检索表
• 最常用的检索表
• 每个步骤都提供两个
选择
• 按照生物某一方面的
明显特诊，按其异同
或有无分相对的两群
• 一直细分

75. 1. (a) 短頸........................................... 2
(b) 長頸........................................... 3
2. (a) 藍色翅膀.................................... 普通翠鳥
(b) 啡色翅膀.................................... 池鷺
3. (a) 白色翅膀.................................... 4
(b) 黑色翅膀.................................... 5
4. (a) 匙羹狀的喙................................ 黑臉琵鷺
(b) 窄長的喙.................................... 大白鷺
5. (a) 粉紅色腳.................................... 黑翅長腳鷸
(b) 黑色腳....................................... 鸕鷀

77. 人类的演化
• 七八百万年前
• 气候变迁
• 森林被草原取代
• 古猿由四肢行走转变
成两足直立行走
• 使用与制造工具
• 形成语言和社会

78. 人类演化的四个阶段
• 南方古猿
• 能人
• 直立人
• 智人
南方古猿
能人
直立人
智人

79. 南方古猿 Australopithecus
• 420万 – 100万年前
• 直立行走
• 脑容量很少 450 –
530 mL
• 像猿

80. 能人 Homo habilis
• 240万 – 170万年前
• 颅骨壁变薄
• 脑容量变大 680mL 左右
• 制造工具 - 石器

81. 直立人 Homo erectus
• 180万 – 20万年前
• 印尼的爪哇直立人、北京周口店的
北京直立人
• 脑容量增大 1088mL
• 上下肢有明显的分工
• 类似人猿的性状：前额后倾、眉脊
粗壮
• 制造能力大为增加
• 利用火：取暖、驱赶野兽、煮食
– 提供营养

82. 智人 Homo sapiens
• 20万前
• 完全直立
• 脑容量大 1360mL
• 制造精细的石器和骨器
• 制造武器、设置陷阱
• 摩擦生火、建设房屋
• 缝制衣物、艺术美化

83. 智人的发展
• 早期智人
• 德国的尼安德特人
Neanderthal man
• 中国的马坝人
• 晚期智人
• 法国的克罗马农人
Cromagnon man
• 中国的山顶洞人

85. • http://m.mofangge.com/html/qDetail/09/g3/201201/k
95cg30991079.html