生命科学导论Word格式.docx
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生命是自然界中随机的自然发生的。
（八）生源论
所有生命只能来源于生命，从非生命物质中绝对不可能随时自发地产生出新的生命个体
三、生命起源的三个阶段
元素演化——化学演化——生命演化
从生物大分子演化期到细胞包括4个步骤：
（1）生物大分子和催化作用形成；
（2）有机物聚合成多聚体，整合为多分子体系颗粒（原球体，奥巴林假说）；
（3）多聚体代谢与遗传体系的形成；
（4）细胞膜出现——原核细胞，进入生物演化。
四、生命起源的证据
（一）化学人工合成实验
（二）遗传系统的起源
代谢系统和遗传系统的起源与进化
偶然合成的能促进RNA复制活性的短肽链与RNA的合作促进了原始细胞遗传系统的进化。
偶然以RNA为模板合成了DNA链，后者贮存和复制遗传信息比RNA更稳定也更有效，生命起源初期RNA发挥主要作用的时代便让位于DNA-RNA-蛋白质共同作用的时代。
繁殖、蛋白质合成和代谢三者在特殊环境条件下协同进化，加深了遗传系统与代谢系统的偶联。
生命由起源阶段进入漫长的进化阶段，演化出多样性的生物世界
（三）原始的地球和最早出现的生物
Ø
38-35亿年前，原始的地球缺乏氧气，大气中存在着许多还原性气体如NH3,CH4,水蒸气（H2O），也可能有CO2,H2S等和少量H2。
当时地球缺乏臭氧层的保护，太阳的紫外线辐射很强。
前寒武纪沉积岩薄片中存在类似细菌大小的微体古生物化石，经鉴定主要是一些细菌、蓝细菌（蓝藻）等。
最早的原核生物具有光合放氧的能力和抗紫外线辐射的能力。
（四）真核生物的起源
原核生物出现于38亿年前；
真核生物化石不超过20亿年前。
真核生物细胞要比原核生物细胞复杂得多。
“内共生假说”（1970，马古丽斯猜想）的实验支持
（四）病毒的起源之谜
●病毒的类型：
DNA病毒，RNA病毒，朊病毒。
多样性表现在形状、大小、生活史、基因组含量、进化方式、与宿主作用方式。
●病毒的共性：
是非细胞专性寄生，无ATP代谢系统；
与细胞共用遗传密码。
五、生物进化论
1、拉马克进化论
强调环境的直接影响；
器官用进废退；
获得性遗传。
高等动物的意志和欲望可促进进化。
2、达尔文学说
1.遗传变异普遍存在，物种渐变。
2.繁殖过剩，生存斗争个体之间,种群之间。
3.自然选择、适者生存Darwin认为生存斗争与适者生存就是自然选择的过程。
达尔文进化论的不足：
没有遗传学基础；
没有提出隔离在物种形成中的作用。
尽管如此，达尔文进化论具有里程碑的意义。
2009，杰里.科恩著《为什么相信达尔文》在欧美很畅销。
3、现代综合进化论
享有一个基因库的群体是生物进化的基本单位；
物种形成和生物进化的机制包括基因突变、自然选择和隔离3个方面。
4、进化的动力在哪里？
自然选择和遗传漂变是两种进化动力
5、生物进化的证据
化石记录
化石的重要性在于：
第一，作为证据，它为进化论做了慷慨激昂的辩护；
第二，第二，当发现过渡态物种的化石，它必定会出现所预测的地层位置；
第三，任何进化的改变，必然是基于旧特征塑造出的新特征。
生物地理学证据
生物地理学是研究物种地理分布的科学。
正是生物地理学最早为Darwin提出的物种形成和生物进化提供了证据。
生物种群的进化一方面受环境选择的作用，另一方面在一定的区系内进行。
比较解剖学证据
对不同种群生物的个体解剖结构进行比较。
同功器官；
同源器官。
在一些不同种群生物中，某些器官即使行使不同功能，它们在解剖结构上也具有相同或相似性，反映出这些生物之间具有的亲源关系和从某个共同祖先进化来的轨迹。
退化器官痕迹、反祖现象。
比较胚胎学证据
比较胚胎学即不同生物胚胎发育过程的变化研究也揭示了一些不同的生物是由同一个祖先进化而来的事实。
亲缘关系相近的生物在它们发育过程中有相同的发育阶段。
（重演）
分子生物学证据
第2讲人类的起源与进化
一、人类的原始祖先
在1735年，林奈建立了世界上第一个生物分类体系，根据解剖学的相似性，把人和猴子及猿归为一类，将人命名为“智人”（Homosapiens），属于脊椎动物亚门、哺乳动物纲、灵长目、人科、人属。
人类起源灵长类，猴子和猩猩是与人类共祖。
证据1人类头颅形态的进化
证据2黑猩猩、南方古猿和智人大腿骨和牙齿排列的进化
证据3--人类具有来自灵长类的十大退化特征
手掌抓握反射、阑尾、扁桃体、耳轮节（“达尔文结节”）、男性乳头、竖毛肌、尾椎骨、半月皱襞（相当于低等动物的第三眼睑）、鼻窦、智齿。
证据4：
人类血红蛋白的进化
证据5：
人类和黑猩猩的基因相似性
二、人类的进化
人类化石最早的是700-650万年前；
历史上至少有4个属17种人类物种先后出现，在180万年前的肯尼亚同时有四个物种生存于同一区域内。
三、人类进化中的缺陷
四、现代人如何发展而来？
1、种族差异
种族：
根据肤色、发型、鼻型等体质特征，人类通常被划分为4种（亚种）类型。
高加索人（白）；
格罗尼人（黑）
蒙古人（黄）；
澳大利亚人（棕）
•人类特征差异的适应意义：
虽然不同种族间在体型特征上差异明显，但基因差异是微不足道的。
人类的基因组差异：
种族之间没有明显的基因差异的界线
2、非洲起源学说和多地区起源学说
•但非洲起源学说认为现代人类起源于10万年前非洲的第2次迁移，走出非洲以后完全取代了其它地区的古人种。
6万年前来到东亚。
•多地区起源学说又称独立起源假说，认为世界各地的人类是独立起源，即由各地的非洲直立人、海德堡人、尼安德特人（2.8亿年前在葡萄牙最后消失）、东亚直立人各自独立进化到现代人类的几大人种（亚种）。
3、人类仍然在进化
4、人类未来面临的两个困境
•
（1）未来人的新定义？
•
（2）人类的未来在哪里？
第3讲植物的多样性
一、植物的概念
•二界系统：
动物界，植物界。
•五界系统：
原核生物界，原生生物界，真菌界，植物界，动物界。
•五界系统中植物的定义：
具有细胞壁和液泡，并以孢子繁殖的自养生物，及以种子繁殖的生物。
二、植物的多样性
（一）植物的物种多样性
•植物总数约50万种
•被子植物28-29万种
•裸子植物0.08万
•蕨类植物0.4万
•苔藓植物2.3万
•地衣2.6万
•真菌12万（两界系统）
•藻类植物3万
（二）植物的遗传多样性
•自然植物类群中的种下单位
1野生状态的种下单位：
亚种、变种、变型
②栽培与驯化：
品种
•人工栽培条件下的品种
•太空育种等手段获得的新品种
•转基因改造的“新物种”和新品种
（三）植物的生境多样性
生物为了适应不同的环境，各种生物群落与环境构成了生态学功能单位，即生态系统。
生态系统多样性是指生物圈内的生态环境、生物群落和生态过程的多样化过程。
植物具体生长的环境叫做生境。
1、生境对植物形态的影响
2、植物主动适应环境
•适应自然环境
•适应人工环境（作物与杂草）
•从赤道到南北极
•从赤道到高山
•从陆地到湖泊及海洋
（四）植物的营养方式多样性
（五）植物的其他方面多样性
植物的多样性不仅表现在物种、遗传、生境、营养方式等，还表现在分布、大小、习性、形态、结构、生活史、繁殖方式多个方面。
习性方面：
草本、藤本、乔木（具过渡状态）
次生代谢物质方面：
是资源植物和药用植物的基础
三、生物多样性的价值与保护
（一）植物、动物和菌类提供人类的生活资料
（二）保障人类的健康
1.有益方面：
疾病治疗；
疾病预防与保健；
娱乐、旅游与疗养
2.有害方面：
致病微生物，寄生虫，有毒动植物。
（三）改善我们的环境
•生物多样性可维持生物圈的生态平衡
•植被可调节气候、涵养水源、保持水土、净化空气
•生物群落可净化水体、加速物质循环
•生物群落利于农业、林业的害虫防治
（四）生物多样性的保护
生物多样性保护是以挽救生物多样性、研究生物多样性和持续、合理利用生物多样性为宗旨的理论研究与实践。
1992年，联合国环境与发展大会，签署了《生物多样性公约》。
保护途径：
迁地保护、就地保护、种质基因离体保护。
生物多样性是进化的结果
•生物多样性是进化的结果，是生物与环境相互作用的结果。
除了突变、重组、基因水平迁移、隔离、杂交和人工选育外，一方面，生物对环境的积极适应，并且影响着环境；
另一方面，环境对生物产生选择压力和定向塑造作用，最终形成了丰富的生物多样性。
•保护了生物多样性，就是保护人类自己。
第4讲动物的多样性
一、生物多样性的概念
生物多样性——是指地球上一定地域和时间范围内所有动物、植物、菌类等一切生命有机体及其生存环境的多样化程度。
生物多样性包括3个方面：
物种多样性；
遗传多样性；
生态系统多样性
（一）什么是物种？
物种是一群能够自然地成功交配的个体组成的群体，与其他类似的群体间出现了生殖隔离。
注意：
物种间的遗传差异，必须能够有效阻止自然条件下的交配；
生物学种不适用化石；
只适用有性繁殖的生物。
（二）物种是如何形成的？
突变、隔离、自然选择、杂交是物种形成主要途径。
异地物种形成——不同环境的种群形成新物种的过程。
同地物种形成——例如：
非洲的维多利亚湖、马拉维湖、坦哥尼喀湖的丽鱼进化
自然选择的进化作用:
趋同适应----不同的生物生活在相似环境中，形成了相似的形态结构。
趋异适应——相同或相近的生物生活在不同环境中，形成了不同的形态结构。
自然选择不是进化的唯一动力
•自然选择必须要求种群具备3个条件：
（1）具备遗传差异性（遗传多样性）；
（2）差异具备遗传基础（差异源于基因型变化）；
（3）差异影响后代繁殖的有效性。
•遗传漂变：
基因（型）频率随着时间的随机改变。
如血型或眼睛颜色或DNA突变（中性突变）等。
•区别：
自然选择淘汰有害的等位基因，提高有益基因的频度；
而遗传漂变完全是随机过程，不能创造适应性。
二、动物的物种和遗传多样性
物种多样性是指在一定地域和时间范围内，物种数量的丰富程度，可分为区域物种多样性和群落物种多样性。
（一）动物物种的多样性
动物的类群多样，种类繁多，共35门（41门）70余纲，约350目，150多万种。
分布广泛，结构精巧而复杂，生活史非常复杂，许多具有发育变态，运动能力和行为习性多样。
（二）动物遗传多样性
种下单位亚种和品种
驯化满足6个必要条件：
（1）足够的食物；
（2）生长速度快；
（3）繁殖周期短；
（4）性情温顺；
（5）不易受惊；
（6）在驯养条件下交配繁殖。
人类历史上曾对148种动物进行了驯化，只有14种驯化成功（猫属于自我驯化，不属于人类驯化）。
三、动物对环境的辐射适应
•辐射适应——动物为了扩大分布区，增加种群数量，提高后代存活率，最大限度利用各种资源，向多个方向进化。
•1、陆地动物的辐射适应
•2、水生动物的辐射适应
•3、动物行为适应
•4、繁殖行为与生活史的适应
生物的结构与功能的适应
“功能决定形态，形态适应功能”。
动物、植物的结构都反映出这一规律。
米瓦特先生对自然选择提出许多质疑，达尔文说：
“理解甲壳动物原先仅用于移动的肢的末端一节和倒数第二节，怎么通过微小的变异发展成为螯的，则理解较为困难。
”
昆虫纲为什么能够进化为动物界最大的类群？
•1、世代短，环境作用频率高，容易发生突变；
•2、具变态，营养生长与繁殖分离，生境利用最大化；
•3、个体小，减少食物竞争，提高环境容纳量；
•4、食性广，口器多样，占据更多生态位；
•5、繁殖率高，成活率高，种群数量大；
•6、性别分化多样，可群居社会分工，具孤雌生殖现象；
•7、可飞行，拓展生存空间，便于交配；
•8、具发达附肢与外骨骼，及保护色，适应环境能力极强；
•9、习性多样，水陆广布，生活史极其复杂；
•10、具超冷和滞育现象，可抵抗恶劣低温环。
四、人类与动物的关系
（一）动物与人类生产生活的关系（略）
（二）动物是传播花粉和果实的使者（略）
（三）科学研究的材料——模式生物
（四）人类健康与动物的关系动物药材动物休闲娱乐由动物引起的致死致伤由动物引起的疾病
（五）善待动物和保护动物
1、善待动物——动物伦理学（动物有情感，与人平等）
2、保护动物——科学利用，防止绝灭，维持生态平衡
人类引起物种灭绝的机制
小种群容易导致遗传多样性丢失和随机灭绝
•栖息地减少、片断化和环境污染
•对易灭绝物种缺乏了解
•外来物种的入侵
•过度利用
第5讲生命的能量环境
一、生命能量代谢的特点
•生命能量的本质为化学能，能量的传递、转化的形式ATP;
•生命获得能量途径为光合磷酸化，氧化磷酸化，无氧呼吸，氧化磷酸化解偶联；
环境温度直接影响生命能量的代谢速率
二、生命的能量环境
环境是直接或间接影响某一特定生命体生存的一切事物的总和。
生态因子：
环境中对生物的生长、发育、生殖、行为和分布有着直接或间接影响的环境要素，如温度、湿度、食物、氧气等。
生态因子的分类：
气候因子、土壤因子、地形因子、生物因子、人为因子。
生态因子的3要素：
大小（数量）、质量、性能
环境的类型
根据性质：
自然环境、半自然环境和社会环境
根据范围：
宇宙环境、地球环境、区域环境、微环境和内环境
根据因子作用：
物质环境、能量环境。
生物对环境的适应
•趋同适应——亲缘较远的不同物种适应相同或相似环境，形成了相似的形态外貌（生活型，常绿植物、落叶植物）。
•趋异适应——亲缘相近或相同的物种长期适应不同的环境，形成了不同的形态外貌或生理上出现差异（生态型，水稻的趋异适应）。
三、光的生态作用规律
•光的变化规律（自学：
年变化，日变化）
•一、光对植物的作用
•二、光对动物的作用
光是控制植物生长发育的最重要的环境因子
植物感受光周期刺激的部位是叶片的实验
植物体黄化和花的诱导
光照条件下，胞内的原叶绿素酸酯还原成为叶绿素酸酯，后者进一步形成叶绿素；
黑暗条件下，不能合成叶绿素，表现为植物体黄化。
光是重要的环境信号，可以调控组织的分化和器官的发育。
光对植物的成花诱导（成花素）是最为典型的现象。
光对动物的信号作用
•根据恒温动物的繁殖分为：
长日照动物——在春夏交配繁殖，鸟、兽
短日照动物——在秋交配繁殖，山羊、鹿
无光周期反应——家鼠、猪
•昆虫对光周期的反应
长日照昆虫——玉米螟、棉铃虫、瓢虫
短日照昆虫——家蚕、小麦吸浆虫
中间型昆虫——桃小食心虫
无光周期反应——苹果舞毒蛾、丁香天蛾
四、温度的生态作用规律
地球上温度变化规律（自学）
•温度对生命影响的本质（酶活性）
•动物和植物对温度环境的适应
•生物适应温度变化的规律
温度对动物的影响
•根据血液温度高低：
温血动物/冷血动物
•根据血液温度变化：
常（恒）温动物/变温动物
•据血液温度（能量）来源：
内温动物/外温动物
动物对极端温度的主动适应
•动物休眠——冬眠；
夏眠。
冬眠——处在休眠（代谢率最低，体温最低1℃）状态过冬（有冻死的）。
夏眠——处在昏睡（维持基础代谢，体温接近正常）状态渡过高温或缺水夏天。
•恒温动物的休眠——真冬眠和假冬眠。
真冬眠——代谢降低，体温高于环境1-2℃，当到0℃时，褐色脂肪团颤动产热会激醒动物，以免冻死。
（黄鼠，蝙蝠）
假冬眠——深睡，体温变化不大，体温略低（熊，臭鼬）
生物学零度与积温
•生物学零度——各种生物都有一个代谢活动的最低温度。
低于该温度生物受到伤害。
香蕉18℃
•积温——在生物某发育阶段或生活史，逐天的温度累计值。
（1）活动积温——大于0℃的积温。
（2）有效积温——大于生物学零度的积温。
K=N（T-C）
积温定律：
每种生物某发育阶段或生活史，需要的有效积温是个常数（固定值）。
如何求C值？
根据K1=K2得到N1（T1-C）=N2（T2-C）
春化作用
变温与植物生长:
植物生长,植物开花,植物种子萌发,块根和块茎的生长,提高产品的品质,变温与形态（紫罗兰叶恒温时全缘，变温时缺刻）,变温与生态分布（郁金香喜变温；
但红杉喜恒温
物候与物候定律
物候——生物长期适应原产地的气候条件，形成了与此相适应的发育节律。
生物对温度适应的3个定律
•Bergman定律：
同种恒温动物的身体，在寒冷地区个体大，在温暖地区个体小。
如：
野猪，老虎……
•Alen定律：
同种恒温动物的突出部分，在寒冷地区小，在温暖地区大。
北极狐、赤狐、非洲大耳狐
•Jordan定律：
水生同种脊椎动物，在寒冷水域个体大，在温暖地区个体小。
归纳生命的能量环境
•生物对体外能量环境的适应策略：
形态、颜色、行为、繁殖、生活史。
•生物对体内能量环境的适应策略：
组织结构、生理生化、体制与寿命、主动调节机制。
•生物从不浪费能量，达到最经济、最优化利用能量。
•能量在生命的各个层次中都发挥重要作用，并遵循热力学第一（守恒）和第二定律（熵律）。
第6讲生命的物质环境
一、水与生物对水环境的适应
•1）汽态水：
来自地面和水面的蒸发，以及植物的蒸腾作用。
其表示方法有4种：
•①水汽压（e）：
指大气中由水汽所产生的分压力，称水汽压，是大气压的一部分，用mmHg或mb表示。
因为大气中水汽的含量与温度有关系，所以，水气压会随大气的温度变化而改变。
•②绝对湿度（a）：
指1m3大气中所含水的克数，用g/m3表示。
当绝对湿度用g/m3，而水汽压用mmHg表示时，两者的数值相近似。
当环境温度t=16.40C，a=e。
•③相对湿度（R）：
指大气中的实际水汽压（e）与最大水汽压（E）之比，常用百分比表示。
R=e/E。
相对湿度与环境温度成反比。
相对湿度越小，空气越干燥。
•④饱和差（d）：
用最大水汽压和实际水汽压的差值表示，既d=E-e；
意思是距大气饱和程度还差多少水量，单位用mm表示。
环境温度与最大水汽压成正比；
所以，在相同大气体积和等量水分时，温度降低，饱和差减小；
温度升高，饱和差增大。
•露点——空气中水汽达到饱和时的温度，可以在零上，也可以在零下，取决于大气相对湿度。
动物的水分平衡
●水盐平衡的调节
陆生动物主要靠控制饮水和失水来调节体内的水盐平衡。
水生动物有调节体内水盐平衡并稳定内环境的特殊机制
植物体的水分平衡
•植物水分外逸：
吐水与蒸腾
•植物的气孔蒸腾与角质蒸腾
•根、茎、叶的水分平衡
二、大气环境对生物的影响
•地球上的大气圈
•对流层的生态作用
•盖雅假说（Gaia）
•氧分压对生物有机体的影响
•微风有利于植物的生长（略）
•防风林的结构与效果（略）
风的类型
•季风——由于大陆和海洋在一年之中增热和冷却程度不同，在大陆和海洋之间大范围的、风向随季节有规律改变的风，称为季风
•海陆风——由于海面和陆地之间的昼夜热力差异而引起，白天由海面吹向陆地的风，称海风，夜间由陆地吹向海面的风，称陆风。
•山谷风——白天，山下吹向山顶；
夜晚，山顶吹向山下。
冷湖现象（喜温作物栽植方法，作物品质）
•城市风——由郊区吹向市区。
•台风和飓风。
台风与飓风
•“台风”和“飓风”都属于北半球的热带气旋，在大西洋或东太平洋发生，中心风力达到十二级或以上的热带气旋，称为飓风。
至于在西太平洋上发生，达到同样强度的热带气旋，则称为台风（国际日期变更线以西）。
•在北半球，台风呈逆时针方向旋转，而在南半球则呈顺时针方向旋转。
•10-11级的是强热带风暴；
8-9级的是热带风暴；
小于8级的是热带低压。
（天气预报术语）
盖雅假说
•地球表面的温度、酸碱度、氧化还原电位势及大气的气体构成等是由生命活动所控制并保持动态平衡，从而使得地球环境维持在适合于生物生存的状态。
包含5个层次的含义：
•地球上的各种生物有效地调节着大气的温度和化学构成；
•地球生物影响了环境，而环境又反过来影响着生物进化过程，两者共同进化；
•各种生物与自然界之间主要由负反馈调节，从而保持地球生态的稳定状态；
•大气能保持在稳定状态不仅取决于生物圈，而且在一定意义上为了生物圈；
•各种生物调节其物质环境，以便创造各类生物优化的生存条件。
三、土壤环境中的科学问题
土壤——陆地表面由矿物质、有
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