地球上的生物界

第七章地球上的生物界第一节生命的起源与进化地球上的生物界，种类繁多、形态各异。据生物学家统计，生物圈中的生物已被记名在册的约有250万种，其中：动物约有200万种,植物约34万种,微生物约3.7万种一、生命的起源地球的年龄约为45亿年。根据对化石生物的研究，地球上最早的生物诞生于距今32亿年前（元古代—前震旦纪），为单细胞原核生物细菌。18世纪以前，人们相信新的生命随时都能从非生命的物质中自发产生出来.目前存在两种推测：1）地球上的生命来源于外星球2）在地球形成初期特殊的原始大气环境下，非生命的有机分子经过长期的化学演化，逐渐形成最简单的生命形式。原始的地球——在大约46亿年前形成，原始的大气：缺乏氧气，但含有大量还原性气体，H2、NH3、CH4、水蒸气、CO2、H2S，无臭氧层——地球上紫外线辐射强。发现的最早的生物化石存在于32亿年前南非的燧石层中——是一种能进行光合作用的蓝细菌。可见，最早的原核生物在地球形成的早期就开始出现了，这些早期出现的生物还具有光合放氧的能力和抗紫外线辐射的能力。它们所释放的氧气，最终形成了保护地球的臭氧层概括地说，生命起源需要有三个基本条件：原始大气；能源；原始海洋。其中能源主要是指紫外线、电离辐射、天空放电、原始地球凝聚过程中产生的热能和火山爆发释放的能量等等。原始大气的成分有一个突出的特点，就是没有氧气却有氢气。因此被称作还原性大气。这一特点对于最初有机物的形成和积累是非常有利的。生命诞生于原始海洋，得到了原始海洋的保护，免受宇宙射线的伤害，同时，原始海洋中积累的丰富的有机物也为原始生命提供了营养来源。二、化学演化原始地球环境可以产生组成生物体的糖、脂类、蛋白质和核酸等大分子结构单元，甚至到生物多分子体系，但还没有出现真正的生命，这一时期称为化学演化期或前生物期。从化学演化期到产生最简单的生命形式包括4个阶段：（1）氨基酸、核苷酸等有机单体分子的非生物合成和积累；（2）有机单体分子在非生物体系中聚合成多聚体；（3）多聚体整合为多分子体系颗粒（原球体）；（4）代谢与遗传体系的形成和进化最终产生出最简单的生命形式——原核细胞。三、生命进化－Darwin与进化论19世纪中叶以前，神创论或称特创论一直占据着生物学的主导地位。1859年，Darwin通过多年的研究、考查和标本采集，在积累了大量令人信服的证据的基础上，发表了划时代的著作《物种起源》。认识到：物种是可变的，这种变化明显受自然环境的影响和选择！1838年，他阅读了著名的经济学家Malthus（马尔萨斯,1766-1834）的《人口论》，进一步认识到生存竞争的结果使各物种在自然界中保持适当的数量，同时逐渐向着更加适应于环境的方向变化。生存竞争和适者生存为Darwin的自然选择学说的形成提供了依据，他的关于生物通过自然选择而连续进化的理论开始成型。•Darwin的进化论的基本内容：1）现代所有生物都是从过去的生物进化来的2）自然选择是生物适应环境而进化的原因按照该理论，自然界中各种生物适应环境生存和繁殖能力各不相同，那些最适应环境的生物具有最大的繁殖力和生存力，在竞争生存空间和赖以生存的资源时，那些对环境适应差的个体会逐渐被淘汰。如此一代一代地竞争，必将导致生物群体可遗传特征向着有利于生存竞争的方向变化和积累，并随着环境的变化而进化。生物进化（elution）——地球上的生命从最初最原始的形式经过漫长的岁月变异演化为几百万种形形色色生物的过程。自然选择（naturalseletion）——自然环境导致生物出现生存和繁殖能力的差别，一些生物生存下去，另一些生物被淘汰。从遗传学的角度研究，自然选择作用下群体水平的进化实质上反映了生物基因库的变化。基因库（genepool）是一种生物群体全部遗传基因的集合。四、物种形成的机理物种（species）——不但是生物分类的单元，更是遗传生殖和进化的单元。种群(population)——是同一物种的一群个体，享有共同的基因库。同一种群生物个体之间的交配便造成了彼此间的基因交流并保持着基因库的稳定。地理隔离（geographicalisolation）——某些地理障碍如大的山脉、峡谷、海洋等把生物相互隔开地理隔离造成小种群间基因交流的阻断使基因库的差异越来越大，最终出现了生殖隔离(reproductiveisolation)，即不同小种群间的个体不能彼此交配和产生有生殖能力的后代地理隔离造成生殖隔离，生殖隔离导致新种的形成，这种形成新物种的方式称为“异地物种形成”（allopatricspeciation）——是生物进化过程形成新物种的主要方式环境的突变、生物个体基因的突变也有可能产生新物种植物多倍体的形成、人工杂交、自然杂交也能导致新物种的产生五、人类的起源和进化（一）人在自然界的地位和特征人的细胞结构属于真核细胞、异养、组织器官发达、能运动。人归属于动物界、脊椎动物亚门、哺乳动物纲、灵长目、人科、人属。人种或种族：根据肤色、发型、鼻型等体质特征，人类通常被划分为4种类型。不同人群存在地理隔离和文化隔离，但是并没导致生殖隔离。人与哺乳动物的显著区别：人能直立行走，即只用后肢行走，前肢演变成手臂和手，手灵巧，能制作工具；人的大脑发达;人有复杂的语言，形成了社会组织（二）从猿到人1、灵长类的进化新生代早期哺乳动物从类似食虫树类哺乳动物中进化出最早的灵长类动物。为了适应树林中的生活环境，最早的灵长类身体较小，栖息在树上，善于在树林中跳跃、攀缘、以昆虫为食。“手”逐渐发达起来。一对眼睛并列于脸的前方，灵长类开始具有复杂的社会行为。一些生物学家相信，灵长类具有的学习能力是它们的大脑日趋复杂和进化的重要因素最早出现的灵长类是5000万年前的原猴类。在第三纪末期气候变得寒冷和干燥，原猴类逐渐绝灭，少数演化成现代的猴类。人猿类是在大约3600万年前渐新世时从一组原猴类进化而来的。人猿类分为两支，一支进化成猿猴，另一支进化成为人类的祖先—原始人。（三）原始人的进化血清蛋白的分子免疫学以及血红蛋白的氨基酸序列分析和DNA序列的研究也说明，人与大猩猩具有非常近的亲源关系。约500万年前，灵长类中的一个小系从树上下来，身体构造发生了与直立相适应的变化，进入人的进化阶段。完全直立行走、手、脑与语言的发展使人成为灵长类中最高级的成员。（四）人类的进化人类最早的进化发生在非洲，在那儿发现了最早的人科化石——阿法南猿，生活在迄今390～300万年以前约250万年前，出现了早期猿人，他们能够制造简单的石器约25万年前，出现了智人，其中距今约4万年的晚期智人，能制作复合工具，掌握原始的绘画和雕刻技术（五）人类在进化中创造了不断发展的文化第二节植物分类与植物系统进化一、植物分类原则、单位和命名1、分类原则与依据瑞典人林奈（Linnaeus，1707－1778）在他的著作中记载了近万种植物。他将有花植物分成24纲。分类的根据是雄蕊的数目和长短、雌蕊中心皮的连合情况等，因此出现单蕊、二蕊、三蕊等纲，无花的植物一概被归纳为隐花植物。1859年达尔文在《物种起源》指出，一切有生命的形态之间皆存在着亲缘关系，起源于共同祖先；每个物种不是永恒存在的，都经历了或经历着形成、发展和灭亡的过程，新种不断产生，老种走向灭亡，物种不断进化发展，只有最能适应环境者才得以生存下去。达尔文进化论引起生物学飞跃性的变革，研究者纷纷寻找物种间、各类群间的亲缘关系与进化途径，并努力按此特征建立自然的分类系统。近50年来科学界开始重视诸如细胞学特征（如染色体）、花粉形态、生物化学性质等新依据，特别是分子生物学证据，以验证和补充过去依靠形态学和解剖学所建立的分类资料和进化关系。目前，经典的分类方法即比较稳定可靠的形态特征仍当今鉴定植物的主要手段。2、分类单位和等级系统现在采用的植物分类单位在全世界范围内是一致的，按等级高低顺序，分类单位依次是界、门、纲、目、科、属、种。每个单位还可以分出亚级或一些辅助等级。种是生物分类的基本单位，包含若干形态和生物学特征一致的植物个体，它们之间“是可育的自然群体，与其他自然群体之间通过生殖隔离而分开”。植物种内的个体常分成若干群，每个群成片地分布在某个地段内，即各群在空间上互有间断，称为种群。种群内植株间基因交流比较容易进行。种内如有某些个体积累了一定的形态变异，而且比较稳定，又分布在一定空间地域，据此可划分出变种。属是种有亲缘关系的种组合。同在一个进化系统，亲缘相近的属归并为科。物种命名（学名）沿用林奈1753年倡议的双名法，属名相当于我们的姓，告诉人们自己属于哪个家族，种名是自己的名字，可以在属内进一步对这一物种给予确认。即属名加上种加词（种名），属名一律是名词，第一个字母必须大写，第二个字是种的名称。种加词多为形容词，第一个字母小写。学名最后是定名人。如某分类学家将属名定错，后经别人改正者，则保留原来种的命名，只更换属名，并将原命名人加括号附于种加词之后。属名和种名均为斜体字，姓名则正体书写。附：分类等级(总)界动物界门(亚)脊索动物门纲(亚)脊椎动物亚门目(亚)灵长目科(亚)人科属(亚)人属种(亚)人种3、生物的分界1）二界系统人类很早就注意到生物可区分不动的植物和能行动的动物。林奈的系统也将生物分为动物和植物二界，即：植物界(P1antae)和动物界(Animalia)2）三界系统海克尔于1886年他把生物分成三界：原生生物界(Protista)、植物界(P1antae)、动物界(Animalia)。3）“四界分类系统”（1974，G．Fleedale）首先根据生物细胞有无细胞核将生物界分为原核生物和真核生物，然后又将真核生物划分为植物界、动物界和真菌界。4）五界系统（1959年、R.Whittaker）根据细胞结构和营养类型将生物分为五界：原核生物界(KingdomMonera)、原生生物界(KingdomProtista)、植物界(KingdomP1antae)、真菌界(KingdomFungi)、动物界(KingdomAnimalia)二、植物界类群（一）原核生物界原核生物是一类起源古老、细胞结构简单、不具备核膜、细胞壁由非纤维素的另种多糖与氨基酸结合物构成、没有明显细胞核的原始生物。繁殖方式为直接分裂。包括细菌和蓝藻。1、细菌门（Schizomycophyta）自然界分布最广、繁殖最快、个体数量最多、最古老和最小的一类单细胞微生物。1）分类：细菌按形状特征区别出球菌、杆菌和螺旋菌。按其营养方式可分为三类：①异养型细菌——靠分解有机残体从中获得它本身生命活动所需要的物质和能量的细菌。自然界大多数细菌是异养型的。②光自养型细菌——能够进行光合作用从中获得它本身生命活动所需要的物质和能量的细菌。这类细菌在自然界中很少。③化能自养型细菌——在黑暗中氧化无机物，从中获得生活必需的能量，并将CO2还原为有机化合物。这类细菌在自然界也很少。2）作用细菌是有机残体分解转化的主力军，能将储存在有机体中的物质和能量重新释放出来，纳入新的生物循环。2、蓝藻门（Cyanophyta）一种细胞中含有叶绿素和藻蓝素，可进行光合作用的自养生物，藻体多呈蓝绿色。（二）真核藻类和真菌、地衣1、含义：是一类具有明显细膜核，并且细胞中均含有叶绿素或其他色素，能利用太阳光制造有机质的自养型生物。它包括除蓝藻以外的全部藻类植物和所有高等植物。2、藻类（真核藻类和真菌、地衣）形态特点：植物体没有明显根、茎、叶的分化，多为单细胞生物，分支少，也有呈叶状或丝状的。因此可以看出藻类是一类低等植物。生活习性：主要生活在水体中.作用，是水环境中有机质的制造者，是浮游动物和鱼类的重要铒料。1）藻类（Algae）。细胞具有核、线粒体、质体等细胞器。真核藻的叶绿体（或称载色体）都含有叶绿素a和其他不同的色素，营自养型生活。但没有真正的根茎叶等器官分化。真核藻繁殖方式多样，无性生殖和有性生殖。2）真菌门（Eumycetes）。真菌是特殊的生物类群，除少数单细胞类型如酵母菌，大多数真菌个体由菌丝缠绕构成，菌丝直径约1－15μm，长度很大（可达数m），细胞之间有带孔的横隔，或者没