对于生物的科、目、属、种等关系是怎么分的?常在动物世界听到一种生物属于什么科、什么目,好像在读书学习生物时对于物种的从属关系有点...
对于生物的科、目、属、种等关系是怎么分的?
常在动物世界听到一种生物属于什么科、什么目,好像在读书学习生物时对于物种的从属关系有点模糊,现在很想知道它们的关系,麻烦告知。在生物分类中从粗到细是: 门,纲,目,科,属,种 。
比如人类在生物分类中是:
脊椎动物门,哺乳动物纲,灵长目,人科,人属,人种。
再如驴子在生物分类中是:
脊椎动物门,哺乳动物纲,奇蹄目,马科,马属,驴种。
大概可以品味出里面的关系了吧?
比如人类在生物分类中是:
脊椎动物门,哺乳动物纲,灵长目,人科,人属,人种。
再如驴子在生物分类中是:
脊椎动物门,哺乳动物纲,奇蹄目,马科,马属,驴种。
大概可以品味出里面的关系了吧?
你好
分类的最高一级应该是【圈】
所有的生物都属于【生物圈】
接下来是【界】
五界学说:动物界 植物界 原生生物界 原核生物界和病毒界
然后是【门】【纲】【目】【科】【属】【种】
分类的最高一级应该是【圈】
所有的生物都属于【生物圈】
接下来是【界】
五界学说:动物界 植物界 原生生物界 原核生物界和病毒界
然后是【门】【纲】【目】【科】【属】【种】
界门纲目科属种,一般是按照这个顺序下来的。
比如人类就是动物界脊索动物门哺乳纲灵长目人科人属智人种。
不过每个范畴下还可以有其它分类,如亚门、亚种等
比如人类就是动物界脊索动物门哺乳纲灵长目人科人属智人种。
不过每个范畴下还可以有其它分类,如亚门、亚种等
目>科>属>种
按目前的分类阶元,生物划分为:界、门、纲、目、科、属、种。
先说界。生物学家将200多万种生物分在5个界中:原生生物界、原核生物界、真菌界、植物界和动物界。处于同一个界中的生物亲缘关系就近,共同点就多。如灵芝和蘑菇、青霉菌都属于真菌界;人和猩猩、狼、蜘蛛等都属于动物界。
可是,每一个界中,生物种数很多,仍然不方便我们认识生物。如植物界中有植物约50万。于是,生物学家再把每一个界分成不同的“门”。如,植物界有苔藓植物门、蕨类植物门、种子植物门等;动物界再分成腔肠动物门、节肢动物门、脊索动物门等等。其他的界依次类推。毫无疑问,属于同一个门中的生物亲缘关系要比处在同界但不同门的要近。
至于纲,则是在每个门里再分成几个纲。如,脊索动物门里,有哺乳纲、鸟纲、爬行纲、两栖纲和鱼纲等。现在你可以看到,处在同纲的生物,亲缘又进了,共同点又多了。如人跟猩猩同属哺乳纲,蛇属于爬行纲,这三者的亲缘关系你一看就知。
每个纲中再分目。哺乳纲可分成灵长目、食肉目等。每个“目”中分“科”,每个“科”再分成几个“属”,每个“属”最后分成几个“种”。每一个“种”中生物只有一种,如人种,只有人一种,不存在其他生物。当然,种下面还可以分亚种(植物的,叫品种),如人种中的棕、黑、白、黄四种肤色的人,就是相当于4个亚种。但,只要是同一个“种”的生物,相互间就可交配产生有繁殖力的后代。比如,斑点狗和西施狗虽属同种不同亚种,所以他们可以产生有繁殖力的后代。而马和驴,属不同种,虽然人类强迫他们交配了,但产生的骡子是没有生育能力的。
生物分类学是研究生物分类的方法和原理的生物学分支。分类就是遵循分类学原理和方法,对生物的各种类群进行命名和等级划分。
地球上现生的物种以百万计,千变万化,各不相同,如果不予分类,不立系统,便无从认识,难以研究利用。分类的对象是形形色色的种类,都是进化的产物。因而从理论意义上说,分类学是生物进化的历史总结。
分类学是综合性学科。生物学的各个分支,从古老的形态学到现代分子生物学的新成就,都可吸取为分类依据。分类学亦有其自己的分支学科,如以染色体为依据的细胞分类学,以血清反应为依据的血清分类学,以化学成分为依据的化学分类学,等等。动物、植物和细菌,作为三门分类学,各有其特点;病毒分类则尚未正式采用双名制和阶元系统。
生物分类学的历史
人类在很早以前就能识别物类,给以名称。汉初的《尔雅》把动物分为虫、鱼、鸟、兽4类:虫包括大部分无脊椎动物;鱼包括鱼类、两栖类、爬行类等低级脊椎动物及鲸和虾、蟹、贝类等,鸟是鸟类;兽是哺乳动物。这是中国古代最早的动物分类,四类名称的产生时期看来不晚于西周。这个分类,和林奈的六纲系统比较,只少了两栖和蠕虫两个纲。
古希腊哲学家亚里士多德采取性状对比的方法区分物类,如把热血动物归为一类,以与冷血动物相区别。他把动物按构造的完善程度依次排列,给人以自然阶梯的概念。
17世纪末,英国植物学者雷曾把当时所知的植物种类,作了属和种的描述,所著《植物研究的新方法》是林奈以前的一本最全面的植物分类总结,雷还提出“杂交不育”作为区分物种的标准。
近代分类学诞生于18世纪,它的奠基人是瑞典植物学者林奈。林奈为分类学解决了两个关键问题:第一是建立了双名制,每一物种都给以一个学名,由两个拉丁化名词所组成,第一个代表属名,第二个代表种名。第二是确立了阶元系统,林奈把自然界分为植物、动物和矿物三界,在动植物界下,又设有纲、目、属、种四个级别,从而确立了分类的阶元系统。
每一物种都隶属于一定的分类系统,占有一定的分类地位,可以按阶元查对检索。林奈在1753年印行的《植物种志》和1758年第10版《自然系统》中首次将阶元系统应用于植物和动物。这两部经典著作,标志着近代分类学的诞生。
林奈相信物种不变,他的《自然系统》没有亲缘概念,其中六个动物纲是按哺乳类、鸟类、两栖类、鱼类、昆虫、蠕虫的顺序排列的。拉马克把这个颠倒了的系统拨正过来,从低级到高级列成进化系统。他还把动物区分为脊椎动物和无脊椎动物两类,并沿用至今。
由于林奈的进化观点在当时没有得到公认,因而对分类学影响不大。直到1859年,达尔文的《物种起源》出版以后,进化思想才在分类学中得到贯彻,明确了分类研究在于探索生物之间的亲缘关系,使分类系统成为生物系谱——系统分类学由此诞生。
生物分类学的基本内容
分类系统是阶元系统,通常包括七个主要级别:种、属、科、目、纲、门、界。种(物种)是基本单元,近缘的种归合为属,近缘的属归合为科,科隶于目,目隶于纲,纲隶于门,门隶于界。
随着研究的进展,分类层次不断增加,单元上下可以附加次生单元,如总纲(超纲)、亚纲、次纲、总目(超目)、亚目、次日、总科(超科)、亚科等等。此外,还可增设新的单元,如股、群、族、组等等,其中最常设的是族,介于亚科和属之间。
列入阶元系统中的各级单元都有一个科学名称。分类工作的基本程序就是把研究对象归入一定的系统和级别,成为物类单元。所以分类和命名是分不开的。
种和属的学名后常附命名人姓氏,以标明来源,便于查找文献。变种学名亦采取三名制,分类名称要求稳定,一个属或种(包括种下单元)只能有一个学名。一个学名只能用于一个对象(或种),如果有两个或多个对象者,便是“异物同名”,必须于其中核定最早的命名对象,而其他的同名对象则另取新名。这叫做“优先律”,动物和植物分类学界各自制订了《命名法规》,所以在动物界和植物界间不存在异物同名问题。“优先律”是稳定学名的重要措施。优先律的起始日期,动物是1758年,植物是1820年,细菌则起始于1980年1月1日。
鉴定学名是取得物种有关资料的手段,即使是前所未知的新种类,只要鉴定出其分类隶属,亦可预见其一定特征。分类系统是检索系统,也是信息存取系统。许多分类著作,如基于区系调查的动植物志,记述某一国家或地区的动植物种类情况,作为基本资料,都是为鉴定、查考服务的。
物种指一个动物或植物群,其所有成员在形态上极为相似,以至可以认为他们是一些变异很小的相同的有机体,它们中的各个成员间可以正常交配并繁育出有生殖能力的后代,物种是生物分类的基本单元,也是生物繁殖的基本单元。
物种概念反映时代思潮。在林奈时代,人们相信物种是不变的,同种个体符合于同一“模式”。模式概念渊源于古希腊哲学的古老的概念,应用到整个分类系统,概念假定所有阶元系统中的各级物类单元,都各自符合于一个模式。
物种的变与不变曾经是进化论和特创论的斗争焦点,是势不两立的观点。但是,分类学的事实说明,每一物种各有自己的特征,没有两个物种完全相同;而每个物种又保持一系列祖传的特征,据之可以决定其界、门、纲目、科、属的分类地位,并反映其进化历史。
分类工作的基本内容是区分物种和归合物种,前者是种级和种下分类,后者是种上分类。种群概念提高了种级分类水平,改进了种下分类,其要点是以亚种代替变种。亚种一般是指地理亚种,是种群的地理分化,具有一定的区别特征和分布范围。亚种分类反映物种分化突出了物种的空间概念。
变种这一术语过去用得很杂,有的指个体变异,有的指群体类型,意义很不明确,在动物分类中已废除不用。在植物分类中,一般用以区分居群内部的不连续变体。生态型是生活在一定生境而具有一定生态特征的种内类型,常用于植物分类。人工选育的动植物种下单元称为品种。
由于种内、种间变异错综复杂,分类学者对种的划分有时分歧很大。根据外部形态的异同程度作为划分物种依据而划分的称为形态种,由于对各种形态特征的重要性认识不一,使划分的种因人而异,尤其是分类学者对某些特征的“加权”常使它们比其他特征更具重要性,而造成主观偏见。
一个物种或物类,以至整个植物界和动物界,都有自己的历史。研究系统发育就是探索种类之间历史渊源,以阐明亲缘关系,为分类提供理论依据。尽管在分类学派中有综合(进化)分类学、分支系统学和数值分类学三大流派,但在其基本原理上都有许多共同之处,不过各自强调不同的方面而已。
特征对比是分类的基本方法。所谓对比是异同的对比:“异”是区分种类的根据,“同”是合并种类的根据。分析分类特征,首先要考虑反映共同起源的共同特征。但有同源和非同源的不同。例如鸟类的翼和兽类的前肢是同源器管,可以追溯到共同的祖先,是“同源特征”。恒温在鸟兽是各别起源,并非来自共同祖先,是“非同源特征”。系统分类采用同源特征,不取非同源性状。
林奈把生物分为两大类群:固着的植物和行动的动物。两百多年来,随着科学的发展,人们逐渐发现,这个两界系统存在着不少问题,但直到20世纪50年代,仍为一般教本所遵从,基本没有变动。
最初的问题产生于中间类型,如眼虫综合了动植物两界的双重特征,既有叶绿体而营光合作用,又能行动而摄取食物。植物学者把它们列为藻类,称为裸藻;动物学者把它们列为原生动物,称为眼虫。中间类型是进化的证据,却成为分类的难题。
为了解决这个难题,在19世纪60年代,人们建议成立一个由低等生物所组成的第三界,取名为原生生物界,包括细菌、藻类、真菌和原生动物。这个三界系统解决了动植物界限难分的问题,但未被接受,整整100年后,直到20世纪50年代,才开始流行了一段时间,为不少教科书所采用。
生命的历史经历了几个重要阶段,最初的生命应是非细胞形态的生命,当然,在细胞出现之前,必须有个“非细胞”或“前细胞”的阶段。病毒就是一类非细胞生物,只是关于它们的来历,是原始类型,还是次生类型,仍未定论。
从非细胞到细胞是生物发展的第二个重要阶段。早期的细胞是原核细胞,早期的生物称为原核生物(细苗、蓝藻)。原核细胞构造简单;没有核膜,没有复杂的细胞器。
从原核到真核是生物发展的第三个重要阶段。真核细胞具有核膜,整个细胞分化为细胞核和细胞质两个部分:细胞核内具有复杂的染色体装置,成为遗传中心;细胞质内具有复杂的细胞器结构,成为代谢中心。由核质分化的真核细胞,其机体水平远远高出于原核细胞。
从单细胞真核生物到多细胞生物是生命史上的第四个重要阶段。随着多细胞体形的出现,发展了复杂的组织结构和器官系统,最后产生了高级的被子植物和哺乳动物。
植物、菌类和动物组成为生态系统的三个环节。绿色植物是自养生物,是自然界的生产者。它们通过叶绿素进行光合作用,把无机物质合成有机养料,供应自己,又供应异养生物。菌类是异养生物,是自然界的分解者。它们从植物得到食料,又把有机食料分解为无机物质,反过来为植物供应生产原料。动物亦是异养生物,它们是消费者,是地球上最后出现的一类生物。
即使没有动物,植物和菌类仍可以存在,因为它们已经具备了自然界物质循环的两个基本环节,能够完成循环过程中合成与分解的统—。但是,如果没有动物,生物界不可能这样丰富多彩,更不可能产生人类。植物、菌类和动物代表生物进化的三条路线或三大方向。
当前最流行的分类是一种五界系统。五界系统反映了生物进化的三个阶段和多细胞阶段的三个分支,是有纵有横的分类。它没有包括非细胞形态的病毒在内,也许是因为病毒系统地位不明之故。它的原生生物界内容庞杂,包括全部原生动物和红藻、褐藻、绿藻以外的其他真核藻类,包括了不同的动物和植物。
先说界。生物学家将200多万种生物分在5个界中:原生生物界、原核生物界、真菌界、植物界和动物界。处于同一个界中的生物亲缘关系就近,共同点就多。如灵芝和蘑菇、青霉菌都属于真菌界;人和猩猩、狼、蜘蛛等都属于动物界。
可是,每一个界中,生物种数很多,仍然不方便我们认识生物。如植物界中有植物约50万。于是,生物学家再把每一个界分成不同的“门”。如,植物界有苔藓植物门、蕨类植物门、种子植物门等;动物界再分成腔肠动物门、节肢动物门、脊索动物门等等。其他的界依次类推。毫无疑问,属于同一个门中的生物亲缘关系要比处在同界但不同门的要近。
至于纲,则是在每个门里再分成几个纲。如,脊索动物门里,有哺乳纲、鸟纲、爬行纲、两栖纲和鱼纲等。现在你可以看到,处在同纲的生物,亲缘又进了,共同点又多了。如人跟猩猩同属哺乳纲,蛇属于爬行纲,这三者的亲缘关系你一看就知。
每个纲中再分目。哺乳纲可分成灵长目、食肉目等。每个“目”中分“科”,每个“科”再分成几个“属”,每个“属”最后分成几个“种”。每一个“种”中生物只有一种,如人种,只有人一种,不存在其他生物。当然,种下面还可以分亚种(植物的,叫品种),如人种中的棕、黑、白、黄四种肤色的人,就是相当于4个亚种。但,只要是同一个“种”的生物,相互间就可交配产生有繁殖力的后代。比如,斑点狗和西施狗虽属同种不同亚种,所以他们可以产生有繁殖力的后代。而马和驴,属不同种,虽然人类强迫他们交配了,但产生的骡子是没有生育能力的。
生物分类学是研究生物分类的方法和原理的生物学分支。分类就是遵循分类学原理和方法,对生物的各种类群进行命名和等级划分。
地球上现生的物种以百万计,千变万化,各不相同,如果不予分类,不立系统,便无从认识,难以研究利用。分类的对象是形形色色的种类,都是进化的产物。因而从理论意义上说,分类学是生物进化的历史总结。
分类学是综合性学科。生物学的各个分支,从古老的形态学到现代分子生物学的新成就,都可吸取为分类依据。分类学亦有其自己的分支学科,如以染色体为依据的细胞分类学,以血清反应为依据的血清分类学,以化学成分为依据的化学分类学,等等。动物、植物和细菌,作为三门分类学,各有其特点;病毒分类则尚未正式采用双名制和阶元系统。
生物分类学的历史
人类在很早以前就能识别物类,给以名称。汉初的《尔雅》把动物分为虫、鱼、鸟、兽4类:虫包括大部分无脊椎动物;鱼包括鱼类、两栖类、爬行类等低级脊椎动物及鲸和虾、蟹、贝类等,鸟是鸟类;兽是哺乳动物。这是中国古代最早的动物分类,四类名称的产生时期看来不晚于西周。这个分类,和林奈的六纲系统比较,只少了两栖和蠕虫两个纲。
古希腊哲学家亚里士多德采取性状对比的方法区分物类,如把热血动物归为一类,以与冷血动物相区别。他把动物按构造的完善程度依次排列,给人以自然阶梯的概念。
17世纪末,英国植物学者雷曾把当时所知的植物种类,作了属和种的描述,所著《植物研究的新方法》是林奈以前的一本最全面的植物分类总结,雷还提出“杂交不育”作为区分物种的标准。
近代分类学诞生于18世纪,它的奠基人是瑞典植物学者林奈。林奈为分类学解决了两个关键问题:第一是建立了双名制,每一物种都给以一个学名,由两个拉丁化名词所组成,第一个代表属名,第二个代表种名。第二是确立了阶元系统,林奈把自然界分为植物、动物和矿物三界,在动植物界下,又设有纲、目、属、种四个级别,从而确立了分类的阶元系统。
每一物种都隶属于一定的分类系统,占有一定的分类地位,可以按阶元查对检索。林奈在1753年印行的《植物种志》和1758年第10版《自然系统》中首次将阶元系统应用于植物和动物。这两部经典著作,标志着近代分类学的诞生。
林奈相信物种不变,他的《自然系统》没有亲缘概念,其中六个动物纲是按哺乳类、鸟类、两栖类、鱼类、昆虫、蠕虫的顺序排列的。拉马克把这个颠倒了的系统拨正过来,从低级到高级列成进化系统。他还把动物区分为脊椎动物和无脊椎动物两类,并沿用至今。
由于林奈的进化观点在当时没有得到公认,因而对分类学影响不大。直到1859年,达尔文的《物种起源》出版以后,进化思想才在分类学中得到贯彻,明确了分类研究在于探索生物之间的亲缘关系,使分类系统成为生物系谱——系统分类学由此诞生。
生物分类学的基本内容
分类系统是阶元系统,通常包括七个主要级别:种、属、科、目、纲、门、界。种(物种)是基本单元,近缘的种归合为属,近缘的属归合为科,科隶于目,目隶于纲,纲隶于门,门隶于界。
随着研究的进展,分类层次不断增加,单元上下可以附加次生单元,如总纲(超纲)、亚纲、次纲、总目(超目)、亚目、次日、总科(超科)、亚科等等。此外,还可增设新的单元,如股、群、族、组等等,其中最常设的是族,介于亚科和属之间。
列入阶元系统中的各级单元都有一个科学名称。分类工作的基本程序就是把研究对象归入一定的系统和级别,成为物类单元。所以分类和命名是分不开的。
种和属的学名后常附命名人姓氏,以标明来源,便于查找文献。变种学名亦采取三名制,分类名称要求稳定,一个属或种(包括种下单元)只能有一个学名。一个学名只能用于一个对象(或种),如果有两个或多个对象者,便是“异物同名”,必须于其中核定最早的命名对象,而其他的同名对象则另取新名。这叫做“优先律”,动物和植物分类学界各自制订了《命名法规》,所以在动物界和植物界间不存在异物同名问题。“优先律”是稳定学名的重要措施。优先律的起始日期,动物是1758年,植物是1820年,细菌则起始于1980年1月1日。
鉴定学名是取得物种有关资料的手段,即使是前所未知的新种类,只要鉴定出其分类隶属,亦可预见其一定特征。分类系统是检索系统,也是信息存取系统。许多分类著作,如基于区系调查的动植物志,记述某一国家或地区的动植物种类情况,作为基本资料,都是为鉴定、查考服务的。
物种指一个动物或植物群,其所有成员在形态上极为相似,以至可以认为他们是一些变异很小的相同的有机体,它们中的各个成员间可以正常交配并繁育出有生殖能力的后代,物种是生物分类的基本单元,也是生物繁殖的基本单元。
物种概念反映时代思潮。在林奈时代,人们相信物种是不变的,同种个体符合于同一“模式”。模式概念渊源于古希腊哲学的古老的概念,应用到整个分类系统,概念假定所有阶元系统中的各级物类单元,都各自符合于一个模式。
物种的变与不变曾经是进化论和特创论的斗争焦点,是势不两立的观点。但是,分类学的事实说明,每一物种各有自己的特征,没有两个物种完全相同;而每个物种又保持一系列祖传的特征,据之可以决定其界、门、纲目、科、属的分类地位,并反映其进化历史。
分类工作的基本内容是区分物种和归合物种,前者是种级和种下分类,后者是种上分类。种群概念提高了种级分类水平,改进了种下分类,其要点是以亚种代替变种。亚种一般是指地理亚种,是种群的地理分化,具有一定的区别特征和分布范围。亚种分类反映物种分化突出了物种的空间概念。
变种这一术语过去用得很杂,有的指个体变异,有的指群体类型,意义很不明确,在动物分类中已废除不用。在植物分类中,一般用以区分居群内部的不连续变体。生态型是生活在一定生境而具有一定生态特征的种内类型,常用于植物分类。人工选育的动植物种下单元称为品种。
由于种内、种间变异错综复杂,分类学者对种的划分有时分歧很大。根据外部形态的异同程度作为划分物种依据而划分的称为形态种,由于对各种形态特征的重要性认识不一,使划分的种因人而异,尤其是分类学者对某些特征的“加权”常使它们比其他特征更具重要性,而造成主观偏见。
一个物种或物类,以至整个植物界和动物界,都有自己的历史。研究系统发育就是探索种类之间历史渊源,以阐明亲缘关系,为分类提供理论依据。尽管在分类学派中有综合(进化)分类学、分支系统学和数值分类学三大流派,但在其基本原理上都有许多共同之处,不过各自强调不同的方面而已。
特征对比是分类的基本方法。所谓对比是异同的对比:“异”是区分种类的根据,“同”是合并种类的根据。分析分类特征,首先要考虑反映共同起源的共同特征。但有同源和非同源的不同。例如鸟类的翼和兽类的前肢是同源器管,可以追溯到共同的祖先,是“同源特征”。恒温在鸟兽是各别起源,并非来自共同祖先,是“非同源特征”。系统分类采用同源特征,不取非同源性状。
林奈把生物分为两大类群:固着的植物和行动的动物。两百多年来,随着科学的发展,人们逐渐发现,这个两界系统存在着不少问题,但直到20世纪50年代,仍为一般教本所遵从,基本没有变动。
最初的问题产生于中间类型,如眼虫综合了动植物两界的双重特征,既有叶绿体而营光合作用,又能行动而摄取食物。植物学者把它们列为藻类,称为裸藻;动物学者把它们列为原生动物,称为眼虫。中间类型是进化的证据,却成为分类的难题。
为了解决这个难题,在19世纪60年代,人们建议成立一个由低等生物所组成的第三界,取名为原生生物界,包括细菌、藻类、真菌和原生动物。这个三界系统解决了动植物界限难分的问题,但未被接受,整整100年后,直到20世纪50年代,才开始流行了一段时间,为不少教科书所采用。
生命的历史经历了几个重要阶段,最初的生命应是非细胞形态的生命,当然,在细胞出现之前,必须有个“非细胞”或“前细胞”的阶段。病毒就是一类非细胞生物,只是关于它们的来历,是原始类型,还是次生类型,仍未定论。
从非细胞到细胞是生物发展的第二个重要阶段。早期的细胞是原核细胞,早期的生物称为原核生物(细苗、蓝藻)。原核细胞构造简单;没有核膜,没有复杂的细胞器。
从原核到真核是生物发展的第三个重要阶段。真核细胞具有核膜,整个细胞分化为细胞核和细胞质两个部分:细胞核内具有复杂的染色体装置,成为遗传中心;细胞质内具有复杂的细胞器结构,成为代谢中心。由核质分化的真核细胞,其机体水平远远高出于原核细胞。
从单细胞真核生物到多细胞生物是生命史上的第四个重要阶段。随着多细胞体形的出现,发展了复杂的组织结构和器官系统,最后产生了高级的被子植物和哺乳动物。
植物、菌类和动物组成为生态系统的三个环节。绿色植物是自养生物,是自然界的生产者。它们通过叶绿素进行光合作用,把无机物质合成有机养料,供应自己,又供应异养生物。菌类是异养生物,是自然界的分解者。它们从植物得到食料,又把有机食料分解为无机物质,反过来为植物供应生产原料。动物亦是异养生物,它们是消费者,是地球上最后出现的一类生物。
即使没有动物,植物和菌类仍可以存在,因为它们已经具备了自然界物质循环的两个基本环节,能够完成循环过程中合成与分解的统—。但是,如果没有动物,生物界不可能这样丰富多彩,更不可能产生人类。植物、菌类和动物代表生物进化的三条路线或三大方向。
当前最流行的分类是一种五界系统。五界系统反映了生物进化的三个阶段和多细胞阶段的三个分支,是有纵有横的分类。它没有包括非细胞形态的病毒在内,也许是因为病毒系统地位不明之故。它的原生生物界内容庞杂,包括全部原生动物和红藻、褐藻、绿藻以外的其他真核藻类,包括了不同的动物和植物。
生物分类学中,‘界、门、刚、类、科、属、种’各自的分类标准是什么?
希望尽可能祥细,谢谢!以生物性状差异的程度和亲缘关系的远近为依据,将不同的生物加以分门别类的。生物学家将地球上现存的生物依次分为:界、门、纲、目、科、属、种7个等级。其中,种是生物分类的基本单位。 例如: 界:所有的动物都属于动物界,动物界中包含许多门。 门:具有一些共同特征来自不同纲的动物,归入同一个门。 分类学 纲:具有一些共同特征的来自不同目的动物,归入同一个纲。 目:具有一些共同特征的来自不同科的动物,归入同一个目。 科:具有一些共同特征的来自不同属的动物,归入同一个科。 属:一些不同种类的动物,例如狗与狼的特征很相似,它们归入同一个属。 种:每只狗是一个动物体,所有的狗属于同一个物种。 分类系统是阶元系统,通常包括7个主要级别:种、属、科、目、纲、门、界。种(物种)是基本单元,近缘的种归合为属,近缘的属归合为科,科隶于目,目隶于纲,纲隶于门,门隶于界。随着研究的进展,分类层次不断增加,单元上下可以附加次生单元,如总纲(超纲)、亚纲、次纲、总目(超目)、亚目、次目、总科(超科)、亚科等等。此外,还可增设新的单元,如股、群、族、组等等,其中最常设的是族,介于亚科和属之间。林奈晚年承认种内有变种。通常种下分类,动物只设亚种单元;植物设亚种、变种、变型等单元;细菌设品系、菌株等单元。 列入阶元系统中的各级单元都有一个科学名称,表1是两个简化的例子。命名的单元──表上从家蚕到动物界,从马尾松到植物界,不再是抽象的单元,而是含有实际种类的物类单元taxa。分类工作的基本程序就是把研究对象归入一定的系统和级别,成为物类单元。所以分类和命名是分不开的。 分类学种和属的学名后常附命名人姓氏,以标明来源,便于查找文献。表上家蚕,蚕蛾属学名后的L.,是命名人林奈Linnaeus的缩写,马尾松学名后的Lamb.,是命名人兰伯特Lambert的缩写,通常除林奈等少数之外,一般命名者姓名引用时不应缩写。亚种命名采取3名制,即在属名、种名后再加亚种名。例如华南虎和东北虎都是虎的亚种,前者的学名是Panthera tigris amoyensis Hilzheimer,后者是Panthera tigris altaica Temminck。变种学名亦采取 3名制,只是在种名与变种之间加上拉丁文变种varietas的缩写var.,例如中华按蚊原先鉴定为赫坎按蚊的变种(现已分出为独立的种)学名曾是 Anopheleshyrcanes var.sinensis Wedemann。 分类名称要求稳定,一个属或种(包括种下单元)只能有一个学名,如果有两个或多个时,便是“同物异名”,必须于其中核定最早提出的学名,摒弃较后的异名。一个学名只能用于一个对象(属或种),如果有两个或多个对象者,便是“异物同名”,必须于其中核定最早的命名对象,而其他的同名对象则另取新名。这叫做“优先律”,动物和植物分类学界各自制订了《命名法规》,所以在动物界和植物界间不存在异物同名问题,如Cystiphyllum既是褐藻又是古生代珊瑚的属名。“优先律”是稳定学名的重要措施。优先律的起始日期,动物是1758年,植物是1820年,细菌则起始于1980年1月1日。 法规的另一重要规定是模本方法。凡发表新种(包括新属和新亚种),必须指定一个标本作为命名的模式标本,叫做“正模”,简称模本。“副模”是原描述所根据的其他标本,特别是和正模同时同地采得的标本;“配模”是副模中选取的与正模异性的标本。在模本遗失或未定的情况下,可以选取合适标本作为“新模”,以代替正模,一般要从原产地和原层位采集。与模本产地相同而在以后采得的标本可立为“地模”。模式标本是鉴定的对照标本。 鉴定学名是取得物种有关资料的手段,即使是前所未知的新种类,只要鉴定出其分类隶属,亦可预见其一定特征。分类系统是检索系统,也是信息存取系统。许多分类著作,如基于区系调查的动植物志,记述某一国家或地区的动植物种类情况,作为基本资料,都是为鉴定、查考服务的。 物种概念与物种标准 物种指一个动物或植物群,其所有成员在形态上极为相似,以至可以认为他们是一些变异很小的相同的有机体,它们中的各个成员间可以正常交配并繁育出有生殖能力的后代,物种是生物分类的基本单元,也是生物繁殖的基本单元。物种概念反映时代思潮。在林奈时代,人们相信物种是不变的,同种个体符合于同一“模式”。模式概念(不同于模式标本),渊源于古希腊哲学的古老的概念,应用到整个分类系统,概念假定所有阶元系统中的各级物类单元,都各自符合于一个模式。对神创论者来讲,由各级模式所组成的物类阶元,正好说明了“造物主”的智慧设计。模式概念亦是形态学概念,所谓模式是指形态模式──物种是由形态相似的个体所组成的,同种个体符合于同一形态模式。这是物种的形态学定义,也是形态学标准。另一物种标准是杂交不育。早在林奈以前,J.雷就明确指出,物种是繁殖单元,同种个体可以交配繁殖,异种之间则杂交不育,形成生殖隔离。生殖隔离和模式概念一样,符合于物种不变的观点,因为它突出了种间间断,无视历史连续。 林奈时代的物种概念,包含两个基本内容:①不变,②客观存在。由于不变,而且是“上帝”所创造,物种当然是客观存在。种内形态同一,种间生殖隔离则是物种不变的两个标准。达尔文的物种概念与此相反,它的基本内容是:①变,②人为单元。进化论说明了物种是变的,变化中的物种否定了自身的存在。达尔文在《物种起源》内说:“可见‘物种’这名词,我认为是为了方 分类学 便起见,任意地用来表示一群很相似的个体的,它在本质上和‘变种’没有区别”。达尔文不考虑物种定义,因为物种既是人为单元,便不可能有客观标准,更不需要定义。他的进化论证明了种间的历史连续,却忽视了种间的间断意义。 物种之变与不变曾经是进化论和特创论的斗争焦点,是势不两立的观点。但是,分类学的事实说明,每一物种各有自己的特征,没有两个物种完全相同;而每个物种又保持一系列祖传的特征,据之可以决定其界、门、纲、目、科、属的分类地位,并反映其进化历史。整个阶元系统内各级物类之间的特征关系,表现为祖征与新征的对立统一。界的特征,如细胞壁、叶绿体和光合作用之作为植物特征,对界下单元(门、纲、目、科、属、种)来讲,是祖征;而在界间对比,如植物界与动物界或真菌界对比,则又表现为各界的新征。界下的各级单元,从门到种,亦都如此。
生物分类的依据是生物在形态结构和生理功能等方面的特征。分类的基本单位是种。分类等级越高,所包含的生物共同点越少;分类等级越低,所包含的生物共同点越多。
分类系统是阶元系统,通常包括七个主要级别:界、门、纲、目、科、属、种 。种(物种)是基本单元,近缘的种归合为属,近缘的属归合为科,科隶于目,目隶于纲,纲隶于门,门隶于界。
随着研究的进展,分类层次不断增加,单元上下可以附加次生单元,如总纲(超纲)、亚纲、次纲、总目(超目)、亚目、次目、总科(超科)、亚科等等。此外,还可增设新的单元,如股、群、族、组等等,其中最常设的是族,介于亚科和属之间。
生物分类:研究生物的一种基本方法。生物分类主要是根据生物的相似程度(包括形态结构和生理功能等),把生物划分为种和属等不同的等级,并对每一类群的形态结构和生理功能等特征进行科学的描述,以弄清不同类群之间的亲缘关系和进化关系。分类的依据是生物在形态结构和生理功能等方面的特征。分类的基本单位是种。分类等级越高,所包含的生物共同点越少;分类等级越低,所包含的生物共同点越多。了解生物的多样性,保护生物的多样性,都需要对生物进行分类。
分类系统是阶元系统,通常包括七个主要级别:界、门、纲、目、科、属、种 。种(物种)是基本单元,近缘的种归合为属,近缘的属归合为科,科隶于目,目隶于纲,纲隶于门,门隶于界。
随着研究的进展,分类层次不断增加,单元上下可以附加次生单元,如总纲(超纲)、亚纲、次纲、总目(超目)、亚目、次目、总科(超科)、亚科等等。此外,还可增设新的单元,如股、群、族、组等等,其中最常设的是族,介于亚科和属之间。
生物分类:研究生物的一种基本方法。生物分类主要是根据生物的相似程度(包括形态结构和生理功能等),把生物划分为种和属等不同的等级,并对每一类群的形态结构和生理功能等特征进行科学的描述,以弄清不同类群之间的亲缘关系和进化关系。分类的依据是生物在形态结构和生理功能等方面的特征。分类的基本单位是种。分类等级越高,所包含的生物共同点越少;分类等级越低,所包含的生物共同点越多。了解生物的多样性,保护生物的多样性,都需要对生物进行分类。
关于物种起源的,请高人回答……
种豆得豆,种瓜得瓜。一切生命的不同源于“种子”的不同,那么“进化论”对于生命的起源和物种多样化的理论是不是靠不住了呢?那么,是谁的力量变化出如此完美的世界……摘要:染色体:1、染色体的结构 有丝分裂中期,每一染色体都具有两条染色单体,称为姐妹染色体。两单体之间由着丝粒连接,着丝粒处凹陷缩窄,称初级缢痕。着丝粒将染色体划分为短臂(p)和长臂(q)。在短臂和长臂的末端分别有一特化部位称为端粒。某些染色体的长、短臂上还可见凹陷缩窄的部分,称为次级缢痕。人类近端着丝粒染色体的短臂末端有一球形结构,称为随体。2、染色体的类型 人类染色体分为三种类型:中着丝粒染色体、亚中着丝粒染色体和近端着丝粒染色体。3、染色体的数目 人类体细胞(二倍体细胞,2n)染色体数目为46条(23对,2n=46),其中22对为常染色体,1对为性染色体(女性的两条性染色体为形态相同的XX染色体;男性只有一条X染色体,另一条是较小的Y染色体);正常生殖细胞(单倍体细胞,n)是23条染色体(n=23)。
关键词:遗传;变异;基因突变
遗传从现象来看是亲子代之间的相似的现象,即俗语所说的“种瓜得瓜,种豆得豆”。它的实质是生物按照亲代的发育途径和方式,从环境中获取物质,产生和亲代相似的复本。 遗传是相对稳定的,生物不轻易改变从亲代继承的发育途径和方式。因此,亲代的外貌、行为习性,以及优良性状可以在子代重现,甚至酷似亲代。而亲代的缺陷和遗传病,同样可以传递给子代。
遗传是一切生物的基本属性,它使生物界保持相对稳定,使人类可以识别包括自己在内的生物界。
变异是指亲子代之间,同胞兄弟姊妹之间,以及同种个体之间的差异现象。俗语说“一母生九子,九子各异”。世界上没有两个绝对相同的个体,包括挛生同胞在内,这充分说明了遗传的稳定性是相对的,而变异是绝对的。
生物的遗传与变异是同一事物的两个方面,遗传可以发生变异,发生的变异可以遗传,正常健康的父亲,可以生育出智力与体质方面有遗传缺陷的子女,并把遗传缺陷(变异)传递给下一代。
遗传和变异的物质基础 生物的遗传和变异是否有物质基础的问题,在遗传学领域内争论了数十年之久。 在现代生物学领域中,一致公认生物的遗传物质在细胞水平上是染色体,在分子水平上是基因,它们的化学构成是脱氧核糖核酸(DNA),在极少数没有DNA的原核生物中,如烟草花叶病毒等,核糖核酸(RNA)是遗传物质。
真核生物的细胞具有结构完整的细胞核,在细胞质中还有多种细胞器,真核生物的遗传物质就是细胞核内的染色体。但是, 细胞质在某些方面也表现有一定的遗传功能。人类亲子代之间的物质联系是精子与卵子,而精子与卵子中具有遗传功能的物质是染色体,受精卵根据染色体中DNA蕴藏的遗传信息,发育成和亲代相似的子代。
一、遗传与变异的奥秘
俗话说“种瓜得瓜,种豆得豆”,这是生物遗传的根本特征。人类与其他生物一样,在世代的交替中,子女(子代)总是保持着父母(亲代)的某些基本特征,这种现象就是遗传。但子代又会与亲代有所差异,有的差异还很明显。子代与亲代的这植钜炀褪潜湟臁R糯�捅湟焓巧��淖罨�咎卣髦�唬�ü��镆淮��姆敝程逑殖隼础?
遗传和可以遗传的变异都是由遗传物质决定的。这种遗传物质就是细胞染色体中的基因。人类染色体与绝大多数生物一样,是由DNA(脱氧核糖核酸)链构成的,基因就是在DNA链上的特定的一个片段。由于亲代染色体通过生殖过程传递到子代,这就产生了遗传。染色体在生物的生活或繁殖过程中也可能发生畸变,基因内部也可能发生突变,这都会导致变异。
如遗传学指出:患色盲的父亲,他的女儿一般不表现出色盲,但她已获得了其亲代的色盲基因,她的下一代中,儿子将因获得色盲基因而患色盲。
我们观察我们身边很多有生命的物种:动物、植物、微生物以及我们人类,虽然种类繁多,但在经历了很多年后,人还是人,鸡还是鸡,狗还是狗,蚂蚁、大象、桃树、柳树以及各种花草等等,千千万万种生物仍能保持各自的特征,这些特征包括形态结构的特征以及生理功能的特征。正因为生物界有这种遗传特性,自然界各种生物才能各自有序地生存、生活,并繁衍子孙后代。
大家可能会问,生物是一代一代遗传下来,每种生物的形态结构以及生理功能应该是一模一样的,但为什么父母所生子女,一人一个样,一人一种性格,各有各自的特征。又如把不同人的皮肤或肾脏等器官互相移植,还会发生排斥现象,彼此不能接受,这又如何解释呢?科学家研究的结果告诉我们,生物界除了遗传现象以外还有变异现象,也就是说个体间有差异。例如,一对夫妇所生的子女,各有各的模样,丑陋的父母生出漂亮的孩子,平庸的父母生出聪明的孩子,这类情况也并不罕见。全世界恐怕很难找出两个一模一样的人,既使是单卵双生子,外人看起来好像一模一样,但是与他们朝夕相处的父母却能分辨出他们之间的微细差异,这种现象就是变异。人类中多数变异现象是由于父母亲遗传基因的不同组合。每个孩子都从父亲那里得到遗传基因的一半,从母亲那里得到另一半,每个孩子所得到的遗传基因虽然数量相同,但内容有所不同,因此每个孩子都是一个新的组合体,与父母不一样,兄弟姐妹之间也不一样,而形成彼此间的差异。正因为有变异现象,人类才有众多的民族。人们可以很容易地从人群中认出张三、李四,如果没有变异,大家全都是一个样子,社会上的麻烦事就多了。除了外形有不同,变异还包括构成身体的基本物质--蛋白质也存在着变异,每个人都有他自己特异的蛋白质。所以,如果皮肤或器官从一个人移植到另一个人身上便会发生排斥现象,这就是因为他们之间的蛋白质不一样的缘故。
还有一类变异是遗传基因的突变,这类突变往往是由环境中的条件所诱发的,这种突变的基因还可以遗传给下一代。许多基因突变的结果会造成遗传病。
变异也可以完全由环境因素所造成,例如患小儿麻痹症后遗的跛足,感染大脑炎后形成的痴呆等这些性状都是由环境因素所造成的,是因为病毒感染使某些组织受损害,造成生理功能的异常,不是遗传物质的改变,所以不是遗传的问题,因此也不会遗传给下一代。
总之,遗传与变异是遗传现象中不可分离的两个方面,我们有从父母获得的遗传物质,保证我们人类的基本特征经久不变。在遗传过程中还不断地发生变异,每个人又在一定的环境下发育成长,才有了人类的多种多样。
二、遗传变异的科学理论
1.1遗传的分子基础
(一)遗传物质的存在形式
(1)染色体是遗传物质的载体,遗传信息以基因的形式蕴藏于DNA分子中;
(2)每个人体体细胞含两个染色体组,每个染色体组的DNA构成一个基因组;
(3)广义的基因组包括细胞核染色体基因组和线粒体基因组;
(4)人类细胞核染色体基因组中90%左右为DNA重复序列,10%为单一序列;
(5)多基因家族是真核基因组中重要的结构之一。
(二)基因的结构及其功能
1.2、真核生物基因的分子结构
(1)、基因的DNA序列由编码序列和非编码序列两部分构成,编码序列是不连续的,被非编码序列分隔开,形成镶嵌排列的断裂形式,因此称为断裂基因;编码序列称为外显子,非编码序列称为内含子;
(2)、在每个外显子和内含子的接头区存在高度保守的一致序列,称为外显子-内含子接头,即在每个内含子的5’端开始的两个核苷核为GT,3’端末尾是AG,特称之为GT-AG法则;
(3)、真核生物基因的大小相关悬殊,外显子和内含子的关系也不是固定不变的;
(4)、DNA分子两条链中,5’→3’链称为编码链,其碱基排列序列中储存着遗传信息;3’→5’链称为反编码链,是RNA合成的模板;
(5)、每个断裂基因中第一个外显子和最后一个外显子的外侧都有一段不被转录的非编码区,称为侧翼序列,其上有一系列调控序列,对基因的表达起调控作用。这些结构包括:
①启动子:位于基因转录起始处,是RNA聚合酶的结合部位,能启动基因转录。
②增强子:位于基因转录起始点的上游或下游,能增强启动子转录,提高转录效率;
③终止子:位于3’端非编码区下游的一段序列,在转录中提供转录终止信号。
1.3、基因的复制
(1)、基因的复制是以DNA复制为基础的,每个DNA分子上有多个复制单位(复制子);
(2)、每个复制子有一个复制起点,从起点开始双向复制,在起点两侧各形成一复制叉;
(3)、DNA聚合酶只能使DNA链的3’端加脱氧核苷核,故复制只能沿5’→3’方向进行;
(4)、与复制叉同向的新链复制是连续的,速度也较快,称为前导链;与复制叉反向的新链复制是不连续的(先要在RNA引物存在下合成一个个冈崎片段,然后在DNA连接酶作用下补上一段DNA),速度也较慢,称为后随链;故DNA的复制是半不连续复制;
(5)、复制后的DNA分子都含有一条旧链和一条新链,故DNA的复制又是半保留复制。
1.4、基因的表达
基因表达是DNA分子中所蕴藏的遗传信息通过转录和翻译形成具有生物活性的蛋白质或通过转录形成RNA发挥功能作用的过程。
(1)、转录:是在RNA聚合酶催化下,以DNA为模板合成RNA的过程。
①新合成好的RNA称为不均一核RNA(也叫核内异质RNA,hnRNA);
②hnRNA要经过“戴帽”和“加尾”以及剪接等加工过程才能形成成熟的mRNA。
(2)、翻译:是以mRNA为模板指导蛋白质合成的过程。
①mRNA分子中每3个相邻的碱基为三联体,能决定一种氨基酸,称为密码子;
②翻译后的初始产物大多无功能,需经进一步加工才可成为有一定活性的蛋白质。
1.5、基因表达的调控(了解操纵子学说)
1.6、基因的突变
(1)、基因突变的概念:基因突变是DNA分子中的核苷核序列发生改变,导致遗传密码编码信息改变,造成基因表达产物蛋白质的氨基酸变化,从而引起表型的改变。
(2)、基因突变的方式
①碱基替换 也叫点突变,包括转换和颠换两种方式。其后果可以造成同义突变、错义突变、无义突变或终止密码突变(延长突变)等生物学效应。
②移码突变 是DNA分子中某一位点增加或减少一个或几个碱基对,造成该位点以后的遗传编码信息全部发生改变。
③动态突变 微卫星DNA或短串联重复序列,尤其是三核苷酸的重复,在靠近基因或位于基因序列中时,其重复次数在一代一代的传递中会出现明显增加的现象,导致某些遗传病的发生。
(3)、基因突变的修复
①切除修复 是一种多步骤的酶反应过程,首先将受损的DNA部位切除,然后再合成一个片段连接到切除的部位以修补损伤。
②重组修复 又称复制后修复,是在DNA受损产生胸腺嘧啶二聚体(T-T)以后,当DNA复制到损伤部位时,再与T-T相对应的部位出现切口,完整的DNA链上产生一个断裂点。此时,在重组蛋白作用下,完整的亲链与有重组的子链发生重组,亲链的核苷酸片段补充了子链上的缺失。重组后亲链的切口在DNA聚合酶作用下,以对侧子链为模板,合成单链DNA片段来填补,随后在DNA连接酶作用下,以磷酸二酯键使新片段与旧链相连接,而完成修复过程。
2、遗传的细胞基础
染色质:在间期细胞核,染色质的功能状态不同,折叠程度也不同,分为常染色质和异染色质两种。1、常染色质 在细胞间期处于解螺旋状态,具有转录活性,呈松散状,染色较浅;2、异染色质 在细胞间期处于凝缩状态,很少进行转录或无转录活性,染色较深;3、性染色质 在间期细胞核中染色体的异染色质部分显示出来的一种特殊结构,有两种:(1)、X染色质 正常女性间期细胞核中有一个染色较深,大小约为10nm的椭圆形小体(了解Lyon假说)。(2)、Y染色质 正常男性间期细胞核用荧光染料染色后,核内可见一个圆形或椭圆形的强荧光小体,直径为3nm左右。
染色体:1、染色体的结构 有丝分裂中期,每一染色体都具有两条染色单体,称为姐妹染色体。两单体之间由着丝粒连接,着丝粒处凹陷缩窄,称初级缢痕。着丝粒将染色体划分为短臂(p)和长臂(q)。在短臂和长臂的末端分别有一特化部位称为端粒。某些染色体的长、短臂上还可见凹陷缩窄的部分,称为次级缢痕。人类近端着丝粒染色体的短臂末端有一球形结构,称为随体。2、染色体的类型 人类染色体分为三种类型:中着丝粒染色体、亚中着丝粒染色体和近端着丝粒染色体。3、染色体的数目 人类体细胞(二倍体细胞,2n)染色体数目为46条(23对,2n=46),其中22对为常染色体,1对为性染色体(女性的两条性染色体为形态相同的XX染色体;男性只有一条X染色体,另一条是较小的Y染色体);正常生殖细胞(单倍体细胞,n)是23条染色体(n=23)。
(三)人类的正常核型:色体数目、形态结构特征的分析叫核型分析。1、非显带核型 根据丹佛体制,将正常人类体细胞的46条染色体分为23对7个组(A、B、C、D、E、F和G组)。在描述一个核型时,首先写出染色体总数(包括性染色体),然后是一个“,”号,最后是性染色体。正常男性核型描述为46,XY;女性为46,XX。2、显带核型 用各种特殊的染色方法使染色体沿长轴显现出一条条明暗交替或深浅相间的带,故又叫带型。根据ISCN规定,描述一特定带时,需要写明4项内容:①染色体号;②臂号;③区号;④带号。
遗传的基本规律:孟德尔提出的分离定律和自由组合定律以及摩尔根提出的连锁与交换定律构成了遗传的基本规律,通称为遗传学三大定律。分离律说的是遗传性状有显隐性之分,这样具有明显显隐性差异的一对性状称为相对性状。相对性状中的显性性状受显性基因控制,隐性性状由一对纯合隐性基因决定。杂合体往往表现显性基因的性状。基因在体细胞中成对存在,在形成配子时,彼此分离,进入不同的子细胞。减数分裂时同源染色体彼此分离,分别进入不同的生殖细胞是分离律的细胞学基础。自由组合律是说生物在形成配子时,不同对基因独立行动,可分可合,以均等的机会组合到同一个配子中去。减数分裂过程中非同源染色体随机组合于生殖细胞是自由组合律的细胞学基础。连锁与交换律是说位于同一条染色体上的基因是互相连锁的,它们常一起传递(连锁律),但有时也会发生分离和重组,是因为同源染色体上的各对等位基因进行了交换。减数分裂中,同源染色体联会和交换是交换律的细胞学基础。
单基因性状的遗传:遗传性状受一对基因控制的,称单基因性状的遗传。单基因性状又叫质量性状。1、决定某种遗传性状的等位基因,在传递时服从分离律;2、当决定两种遗传性状的基因位于不同对染色体上时,这两种单基因性状的传递符合自由组合律。3、如果决定两种遗传性状的基因位于同一对染色体上时,它们的传递将从属于连锁与交换律。
多基因性状的遗传:由多基因控制的性状往往与单基因性状不同,其变异往往是连续的量的变异,称为数量性状。每对基因对多基因性状形成的效应是微小的,称为微效基因。微效基因的效应往往是累加的。多基因遗传性状除受多基因遗传基础影响外,也受环境因素影响。(熟悉多基因遗传假说,了解多基因遗传的特点)
遗传的变异:(一)染色体异常与疾病;染色体异常类;形成机;
数目畸变
整倍性改变
单倍体
多倍体
双雄受精,双雄受精,核内复制
非整倍性改变
亚二倍体
染色体不分离,染色体丢失
超二倍体
结构畸变
缺失(del)
受多种因素影响,如物理因素、化学因素和生物因素等
重复(dup)
倒位(inv)
易位(t)
环状染色体
双着丝粒染色体
等臂染色体
1、一个个体内同时存在两种或两种以上核型的细胞系,这种个体称嵌合体。
2、染色体结构畸变的描述方式有简式和详式两种。
(二)人类的单基因遗传病1、常染色体显性遗传(AD)病
(1)、AD系谱特点:①致病基因位于常染色体上,遗传与性别无关;②患者双亲中至少有一方是患者,但多为杂合体;③患者与正常个体结婚,后代有1/2的发病风险;④系谱中可看到连续传递现象。
(2)、其它AD类型:①不完全显性或半显性,是指杂合体的表现型介于显性纯合体与隐性纯合体的表现型之间;②不规则显性,是指杂合体由于某种原因不一定表现出相应的症状,即使发病,但病情程度也有差异;③共显性,是指一对等位基因无显隐性之分,杂合状态下,两种基因的作用都能表现出来;④延迟显性,有显性致病基因的杂合体在生命早期不表现出相应症状,当到一定年龄后,其作用才表达出来。
2、常染色体隐性遗传(AR)病
(1)、AR系谱特点:①致病基因的遗传与性别无关,男女发病机会均等;②患者双亲往往表型正常,但都是致病基因的携带者,患者的同胞中约有1/4的可能将会患病,3/4表型正常,但表型正常者中2/3是可能携带者;③系谱中看不到连续传递现象,常为散发;④近亲婚配后代发病率比非近亲婚配后代发病率高。
(2)、常见AR病:苯丙酮尿症、白化病、先天性聋哑、高度近视和镰状细胞贫血等。
3、X连锁显性遗传(XD)病
(1)、XD系谱特点:①系谱中女性患者多于男性患者,且女患者病情较轻;②患者双亲中至少有一方是患者;③男性患者后代中,女儿都为患者,儿子都正常;女性患者后代中,子女各有1/2的患病风险;④系谱中可看到连续传递现象。
(2)、常见XD病:抗维生素D性佝偻病。
4、X连锁隐性遗传(XR)病
(1)、XR系谱特点:①人群中男性患者远多于女性患者;②双亲无病时,儿子可能发病,女儿则不会发病;③由于交叉遗传,患者的兄弟、舅父、姨表兄弟和外甥各有1/2的发病风险;④如果女性是患者,父亲一定是患者,母亲一定是携带者或患者。
(2)、常见XR病:甲型血友病、红绿色盲。
5、Y连锁遗传(YL)病 全男性遗传
(三)多基因遗传病
1、有关多基因遗传病的几个重要概念
(1)、易感性 在多基因遗传病中,由多基因遗传基础决定某种多基因病发病风险高低。
(2)、易患性 由遗传基础和环境因素共同作用,决定了一个个体是否易于患病。
(3)、发病阈值 当一个个体的易患性高达一定水平即达到一个限度时,这个个体就将患病,这个易患性的限度称为阈值。
(4)、遗传度 在多基因遗传病中,易患性受遗传基础和环境因素的双重影响,其中遗传基础所起作用大小的程度称为遗传度或遗传率。一般用百分率(%)来表示。
2、多基因遗传病的特点
(1)、有家族聚集倾向,患者亲属的发病率高于群体发病;
(2)、随着亲属级别的降低,患者亲属的发病风险迅速降低;
(3)、近亲婚配时,子女患病风险增高;
(4)、发病率有种族(或民族)差异。
三、遗传与变异在当代
人类基因组计划的工作草图已于今年的6月26日绘制完成,但要将全部30多亿个碱基完全装配完成还需要一段时间,预计要到明年的6月份。即使完成了人类基因组计划的“精图”,也只是我们认识人类基因功能的开始,完全弄清基因的功能及其相互间的作用,至少还要40年的时间。毋庸赘言,这是一项浩繁巨大的工程。
迄今为止,人们对整个人类基因组中所含有的基因数目尚存争议,有人说是3万,有人说是14万,相差非常大。在整个人类基因组序列中,只存在1%的差异,就是这1%的差异导致了人种、肤色、身高、眼睛、胖瘦以及疾病的易感性等方面的不同。科学家除继续研究基因的数量和功能外,基因在多大程度上受外界环境和体内因素的影响以及这种改变是否可以一代代地延续下去,也是需要解决的问题。
上述问题涉及到后成说(epigenetics)这一范畴。后成说是研究通过其他的化学途径,而不是通常所说的碱基突变,使基因活性发生半永久性改变的一门科学。后成说的重要性一直存有很大争议。如果后成说真有科学依据的话,那么它将是解释不同个体之间,甚至不同物种之间存在差异的关键所在,同时还将是疾病发生的一个重要机制。
不同基因的表达:基因含有合成蛋白质的指令,蛋白质合成的过程称为基因表达。但是遗传学家们很早以前就知道通过对DNA链碱基上的化学基团进行修饰来调控基因表达、影响蛋白质的合成。最常见的修饰方式是基因的甲基化(甲基是由一个碳原子和三个氢原子组成的基团),即在基因上添加甲基基团,结果常常会终止基因表达。
科研人员通过对某些哺乳动物的研究发现,此类修饰只存在于个体中,而不遗传给后代,因为这种修饰在精子和卵子细胞中常常被清除。最近有人发现,后成特征在小鼠中可以遗传。在悉尼大学生化学家怀特劳博士所做的实验中,遗传学相同的小鼠,同其父母相比,更像它们的母亲。因为它们继承了其母亲的卵子DNA的甲基化类型。该型甲基化在决定小鼠毛色中起着非常重要的作用。
怀特劳博士小组的大量的研究数据表明,要探明动物是如何把物理特征或疾病易感性传给后代的,有必要先搞清可遗传的后成特征。如果后成特征可遗传,那么这些特征所引起的疾病应能够像普通的基因突变一样在家系之间传递。该研究小组对小鼠的后成标记在传代过程中如何关闭和表达进行了深入地研究。研究人员将一个可以产生特异类型红细胞的基因(称为转基因)导入具有相同遗传学特征小鼠的基因组中(接受该基因的小鼠称之为转基因鼠)。研究发现这些转基因小鼠体内的转基因正以不同的方式表达。有些转基因小鼠体内40%的红细胞表达该基因,而另一些则根本就不表达。同时该小组还对小鼠毛色进行了研究,发现与毛色有关的DNA甲基化增高与转基因的不表达(或称为“沉默”表达)有关。但是在这种情况下,后成性改变可来自父方,也可以来自母方。
令人费解的是,虽然这种基因表达的沉默现象至少可以维持三代,但不是不可逆转的。在该型的后代小鼠与非同类小鼠交配时,发现在后代小鼠中不存在甲基化和表达沉默现象,转基因又可在小鼠的幼崽中获得表达。如果这种基因沉默和再活化现象是自然发生的话,那么就可以解释个体之间和代与代之间差异的原因。
后成说还可以解释物种之间的差异。最近普林斯顿大学的迪尔格曼通过两种相近小鼠的交配,将多个小鼠基因上的后成特征破坏。这些小鼠相互之间不能进行正常的交配,并且它们杂交的后代表现为生长异常。研究人员认为这种生长异常与杂交后代基因上的甲基化模式破坏有关。他们推测后成性效应非常显著,仅靠改变这些特征就可以造就新物种。
大家都知道,物种的产生是遗传变异逐渐积累的结果。但是,迪尔格曼认为有些物种出现之快不是该假说所能解释的。所以物种后成说的假设有一定优势。例如,甲基化可以迅速地关闭整条基因的表达,并引起根本的改变。这种改变足以阻止新的品种与旧品种之间的杂交,尤其是阻止新物种的产生。
四、结论
变异基因的表达:许多生物学家对此种假说表示不屑。基因序列虽不能完全解释动物的特征,但是至少可以解释一些由基因突变所引起的疾病。
疾病基因突变假说的倡导者把癌症作为经典的实例,来说明在个体DNA水平上,到底有多少碱基差错才能导致肿瘤。但加州大学伯克利分校的杜斯博格博士不同意这一观点,认为癌症并不是由基因异常引起的,而是由另一形式的后成现象 染色体异常引起的。
根据癌症基因突变假说,指导细胞分裂和死亡的基因突变使正常的细胞分裂和死亡过程遭到破坏,导致细胞不受控制地生长。但是,最近杜斯博格博士领导的研究小组报道,至今还没有人证实突变的基因会使正常的细胞变为癌细胞。他还指出,如果突变基因对细胞分裂具有显著影响的话,为什么有些情况下,突变发生的数月甚至数年后才发展为癌症,这是非常奇怪的现象。他认为可以用后成性非整倍现象对上述问题加以解释,非整倍性是指细胞具有错误的染色体个数。
在细胞分裂时,染色体排列整齐,通过纺锤体(一种蛋白质的支架)分配到子代细胞中。杜斯博格推测,致癌的化学物质可以影响纺锤体,因此,造成子代细胞具有或多或少的染色体。由于这种错误分配的染色体不稳定,细胞分裂时染色体之间相互混合并发生非自然的重组。
大多数重组对细胞而言是至关重要的,但最终会产生一个分裂异常的细胞。产生这种异常细胞的概率非常小,这种低概率事件可以解释为什么从接触致癌物质到细胞发生癌变,要经过这么长时间。细胞的非整倍性是5000多种肿瘤的一种显著特征。
与个体碱基突变相比,染色体数的增加或减少使细胞表征发生显著改变。因为染色体数目的改变(即非整倍性),可以导致成千上万种蛋白质活性发生改变,而不仅仅是一种或两种蛋白质,导致细胞分裂的失控。假如这种假说成立的话,那么现在试图通过定点修复癌基因来治疗癌症的策略将毫无效果。
杜斯博格博士10年前曾因自己的假说而声名狼藉,他认为人类免疫缺陷病毒(HIV)并不能引起艾滋病。一系列的HIV和艾滋病的研究表明,杜斯博格的理论是极其荒谬的。这严重地损害了他的声誉,因此,他的其他理论也很容易被人忽视。但是,他的非整倍性假说似乎非常有价值。癌症中非整倍体的普遍性尚需进一步阐明。
关键词:遗传;变异;基因突变
遗传从现象来看是亲子代之间的相似的现象,即俗语所说的“种瓜得瓜,种豆得豆”。它的实质是生物按照亲代的发育途径和方式,从环境中获取物质,产生和亲代相似的复本。 遗传是相对稳定的,生物不轻易改变从亲代继承的发育途径和方式。因此,亲代的外貌、行为习性,以及优良性状可以在子代重现,甚至酷似亲代。而亲代的缺陷和遗传病,同样可以传递给子代。
遗传是一切生物的基本属性,它使生物界保持相对稳定,使人类可以识别包括自己在内的生物界。
变异是指亲子代之间,同胞兄弟姊妹之间,以及同种个体之间的差异现象。俗语说“一母生九子,九子各异”。世界上没有两个绝对相同的个体,包括挛生同胞在内,这充分说明了遗传的稳定性是相对的,而变异是绝对的。
生物的遗传与变异是同一事物的两个方面,遗传可以发生变异,发生的变异可以遗传,正常健康的父亲,可以生育出智力与体质方面有遗传缺陷的子女,并把遗传缺陷(变异)传递给下一代。
遗传和变异的物质基础 生物的遗传和变异是否有物质基础的问题,在遗传学领域内争论了数十年之久。 在现代生物学领域中,一致公认生物的遗传物质在细胞水平上是染色体,在分子水平上是基因,它们的化学构成是脱氧核糖核酸(DNA),在极少数没有DNA的原核生物中,如烟草花叶病毒等,核糖核酸(RNA)是遗传物质。
真核生物的细胞具有结构完整的细胞核,在细胞质中还有多种细胞器,真核生物的遗传物质就是细胞核内的染色体。但是, 细胞质在某些方面也表现有一定的遗传功能。人类亲子代之间的物质联系是精子与卵子,而精子与卵子中具有遗传功能的物质是染色体,受精卵根据染色体中DNA蕴藏的遗传信息,发育成和亲代相似的子代。
一、遗传与变异的奥秘
俗话说“种瓜得瓜,种豆得豆”,这是生物遗传的根本特征。人类与其他生物一样,在世代的交替中,子女(子代)总是保持着父母(亲代)的某些基本特征,这种现象就是遗传。但子代又会与亲代有所差异,有的差异还很明显。子代与亲代的这植钜炀褪潜湟臁R糯�捅湟焓巧��淖罨�咎卣髦�唬�ü��镆淮��姆敝程逑殖隼础?
遗传和可以遗传的变异都是由遗传物质决定的。这种遗传物质就是细胞染色体中的基因。人类染色体与绝大多数生物一样,是由DNA(脱氧核糖核酸)链构成的,基因就是在DNA链上的特定的一个片段。由于亲代染色体通过生殖过程传递到子代,这就产生了遗传。染色体在生物的生活或繁殖过程中也可能发生畸变,基因内部也可能发生突变,这都会导致变异。
如遗传学指出:患色盲的父亲,他的女儿一般不表现出色盲,但她已获得了其亲代的色盲基因,她的下一代中,儿子将因获得色盲基因而患色盲。
我们观察我们身边很多有生命的物种:动物、植物、微生物以及我们人类,虽然种类繁多,但在经历了很多年后,人还是人,鸡还是鸡,狗还是狗,蚂蚁、大象、桃树、柳树以及各种花草等等,千千万万种生物仍能保持各自的特征,这些特征包括形态结构的特征以及生理功能的特征。正因为生物界有这种遗传特性,自然界各种生物才能各自有序地生存、生活,并繁衍子孙后代。
大家可能会问,生物是一代一代遗传下来,每种生物的形态结构以及生理功能应该是一模一样的,但为什么父母所生子女,一人一个样,一人一种性格,各有各自的特征。又如把不同人的皮肤或肾脏等器官互相移植,还会发生排斥现象,彼此不能接受,这又如何解释呢?科学家研究的结果告诉我们,生物界除了遗传现象以外还有变异现象,也就是说个体间有差异。例如,一对夫妇所生的子女,各有各的模样,丑陋的父母生出漂亮的孩子,平庸的父母生出聪明的孩子,这类情况也并不罕见。全世界恐怕很难找出两个一模一样的人,既使是单卵双生子,外人看起来好像一模一样,但是与他们朝夕相处的父母却能分辨出他们之间的微细差异,这种现象就是变异。人类中多数变异现象是由于父母亲遗传基因的不同组合。每个孩子都从父亲那里得到遗传基因的一半,从母亲那里得到另一半,每个孩子所得到的遗传基因虽然数量相同,但内容有所不同,因此每个孩子都是一个新的组合体,与父母不一样,兄弟姐妹之间也不一样,而形成彼此间的差异。正因为有变异现象,人类才有众多的民族。人们可以很容易地从人群中认出张三、李四,如果没有变异,大家全都是一个样子,社会上的麻烦事就多了。除了外形有不同,变异还包括构成身体的基本物质--蛋白质也存在着变异,每个人都有他自己特异的蛋白质。所以,如果皮肤或器官从一个人移植到另一个人身上便会发生排斥现象,这就是因为他们之间的蛋白质不一样的缘故。
还有一类变异是遗传基因的突变,这类突变往往是由环境中的条件所诱发的,这种突变的基因还可以遗传给下一代。许多基因突变的结果会造成遗传病。
变异也可以完全由环境因素所造成,例如患小儿麻痹症后遗的跛足,感染大脑炎后形成的痴呆等这些性状都是由环境因素所造成的,是因为病毒感染使某些组织受损害,造成生理功能的异常,不是遗传物质的改变,所以不是遗传的问题,因此也不会遗传给下一代。
总之,遗传与变异是遗传现象中不可分离的两个方面,我们有从父母获得的遗传物质,保证我们人类的基本特征经久不变。在遗传过程中还不断地发生变异,每个人又在一定的环境下发育成长,才有了人类的多种多样。
二、遗传变异的科学理论
1.1遗传的分子基础
(一)遗传物质的存在形式
(1)染色体是遗传物质的载体,遗传信息以基因的形式蕴藏于DNA分子中;
(2)每个人体体细胞含两个染色体组,每个染色体组的DNA构成一个基因组;
(3)广义的基因组包括细胞核染色体基因组和线粒体基因组;
(4)人类细胞核染色体基因组中90%左右为DNA重复序列,10%为单一序列;
(5)多基因家族是真核基因组中重要的结构之一。
(二)基因的结构及其功能
1.2、真核生物基因的分子结构
(1)、基因的DNA序列由编码序列和非编码序列两部分构成,编码序列是不连续的,被非编码序列分隔开,形成镶嵌排列的断裂形式,因此称为断裂基因;编码序列称为外显子,非编码序列称为内含子;
(2)、在每个外显子和内含子的接头区存在高度保守的一致序列,称为外显子-内含子接头,即在每个内含子的5’端开始的两个核苷核为GT,3’端末尾是AG,特称之为GT-AG法则;
(3)、真核生物基因的大小相关悬殊,外显子和内含子的关系也不是固定不变的;
(4)、DNA分子两条链中,5’→3’链称为编码链,其碱基排列序列中储存着遗传信息;3’→5’链称为反编码链,是RNA合成的模板;
(5)、每个断裂基因中第一个外显子和最后一个外显子的外侧都有一段不被转录的非编码区,称为侧翼序列,其上有一系列调控序列,对基因的表达起调控作用。这些结构包括:
①启动子:位于基因转录起始处,是RNA聚合酶的结合部位,能启动基因转录。
②增强子:位于基因转录起始点的上游或下游,能增强启动子转录,提高转录效率;
③终止子:位于3’端非编码区下游的一段序列,在转录中提供转录终止信号。
1.3、基因的复制
(1)、基因的复制是以DNA复制为基础的,每个DNA分子上有多个复制单位(复制子);
(2)、每个复制子有一个复制起点,从起点开始双向复制,在起点两侧各形成一复制叉;
(3)、DNA聚合酶只能使DNA链的3’端加脱氧核苷核,故复制只能沿5’→3’方向进行;
(4)、与复制叉同向的新链复制是连续的,速度也较快,称为前导链;与复制叉反向的新链复制是不连续的(先要在RNA引物存在下合成一个个冈崎片段,然后在DNA连接酶作用下补上一段DNA),速度也较慢,称为后随链;故DNA的复制是半不连续复制;
(5)、复制后的DNA分子都含有一条旧链和一条新链,故DNA的复制又是半保留复制。
1.4、基因的表达
基因表达是DNA分子中所蕴藏的遗传信息通过转录和翻译形成具有生物活性的蛋白质或通过转录形成RNA发挥功能作用的过程。
(1)、转录:是在RNA聚合酶催化下,以DNA为模板合成RNA的过程。
①新合成好的RNA称为不均一核RNA(也叫核内异质RNA,hnRNA);
②hnRNA要经过“戴帽”和“加尾”以及剪接等加工过程才能形成成熟的mRNA。
(2)、翻译:是以mRNA为模板指导蛋白质合成的过程。
①mRNA分子中每3个相邻的碱基为三联体,能决定一种氨基酸,称为密码子;
②翻译后的初始产物大多无功能,需经进一步加工才可成为有一定活性的蛋白质。
1.5、基因表达的调控(了解操纵子学说)
1.6、基因的突变
(1)、基因突变的概念:基因突变是DNA分子中的核苷核序列发生改变,导致遗传密码编码信息改变,造成基因表达产物蛋白质的氨基酸变化,从而引起表型的改变。
(2)、基因突变的方式
①碱基替换 也叫点突变,包括转换和颠换两种方式。其后果可以造成同义突变、错义突变、无义突变或终止密码突变(延长突变)等生物学效应。
②移码突变 是DNA分子中某一位点增加或减少一个或几个碱基对,造成该位点以后的遗传编码信息全部发生改变。
③动态突变 微卫星DNA或短串联重复序列,尤其是三核苷酸的重复,在靠近基因或位于基因序列中时,其重复次数在一代一代的传递中会出现明显增加的现象,导致某些遗传病的发生。
(3)、基因突变的修复
①切除修复 是一种多步骤的酶反应过程,首先将受损的DNA部位切除,然后再合成一个片段连接到切除的部位以修补损伤。
②重组修复 又称复制后修复,是在DNA受损产生胸腺嘧啶二聚体(T-T)以后,当DNA复制到损伤部位时,再与T-T相对应的部位出现切口,完整的DNA链上产生一个断裂点。此时,在重组蛋白作用下,完整的亲链与有重组的子链发生重组,亲链的核苷酸片段补充了子链上的缺失。重组后亲链的切口在DNA聚合酶作用下,以对侧子链为模板,合成单链DNA片段来填补,随后在DNA连接酶作用下,以磷酸二酯键使新片段与旧链相连接,而完成修复过程。
2、遗传的细胞基础
染色质:在间期细胞核,染色质的功能状态不同,折叠程度也不同,分为常染色质和异染色质两种。1、常染色质 在细胞间期处于解螺旋状态,具有转录活性,呈松散状,染色较浅;2、异染色质 在细胞间期处于凝缩状态,很少进行转录或无转录活性,染色较深;3、性染色质 在间期细胞核中染色体的异染色质部分显示出来的一种特殊结构,有两种:(1)、X染色质 正常女性间期细胞核中有一个染色较深,大小约为10nm的椭圆形小体(了解Lyon假说)。(2)、Y染色质 正常男性间期细胞核用荧光染料染色后,核内可见一个圆形或椭圆形的强荧光小体,直径为3nm左右。
染色体:1、染色体的结构 有丝分裂中期,每一染色体都具有两条染色单体,称为姐妹染色体。两单体之间由着丝粒连接,着丝粒处凹陷缩窄,称初级缢痕。着丝粒将染色体划分为短臂(p)和长臂(q)。在短臂和长臂的末端分别有一特化部位称为端粒。某些染色体的长、短臂上还可见凹陷缩窄的部分,称为次级缢痕。人类近端着丝粒染色体的短臂末端有一球形结构,称为随体。2、染色体的类型 人类染色体分为三种类型:中着丝粒染色体、亚中着丝粒染色体和近端着丝粒染色体。3、染色体的数目 人类体细胞(二倍体细胞,2n)染色体数目为46条(23对,2n=46),其中22对为常染色体,1对为性染色体(女性的两条性染色体为形态相同的XX染色体;男性只有一条X染色体,另一条是较小的Y染色体);正常生殖细胞(单倍体细胞,n)是23条染色体(n=23)。
(三)人类的正常核型:色体数目、形态结构特征的分析叫核型分析。1、非显带核型 根据丹佛体制,将正常人类体细胞的46条染色体分为23对7个组(A、B、C、D、E、F和G组)。在描述一个核型时,首先写出染色体总数(包括性染色体),然后是一个“,”号,最后是性染色体。正常男性核型描述为46,XY;女性为46,XX。2、显带核型 用各种特殊的染色方法使染色体沿长轴显现出一条条明暗交替或深浅相间的带,故又叫带型。根据ISCN规定,描述一特定带时,需要写明4项内容:①染色体号;②臂号;③区号;④带号。
遗传的基本规律:孟德尔提出的分离定律和自由组合定律以及摩尔根提出的连锁与交换定律构成了遗传的基本规律,通称为遗传学三大定律。分离律说的是遗传性状有显隐性之分,这样具有明显显隐性差异的一对性状称为相对性状。相对性状中的显性性状受显性基因控制,隐性性状由一对纯合隐性基因决定。杂合体往往表现显性基因的性状。基因在体细胞中成对存在,在形成配子时,彼此分离,进入不同的子细胞。减数分裂时同源染色体彼此分离,分别进入不同的生殖细胞是分离律的细胞学基础。自由组合律是说生物在形成配子时,不同对基因独立行动,可分可合,以均等的机会组合到同一个配子中去。减数分裂过程中非同源染色体随机组合于生殖细胞是自由组合律的细胞学基础。连锁与交换律是说位于同一条染色体上的基因是互相连锁的,它们常一起传递(连锁律),但有时也会发生分离和重组,是因为同源染色体上的各对等位基因进行了交换。减数分裂中,同源染色体联会和交换是交换律的细胞学基础。
单基因性状的遗传:遗传性状受一对基因控制的,称单基因性状的遗传。单基因性状又叫质量性状。1、决定某种遗传性状的等位基因,在传递时服从分离律;2、当决定两种遗传性状的基因位于不同对染色体上时,这两种单基因性状的传递符合自由组合律。3、如果决定两种遗传性状的基因位于同一对染色体上时,它们的传递将从属于连锁与交换律。
多基因性状的遗传:由多基因控制的性状往往与单基因性状不同,其变异往往是连续的量的变异,称为数量性状。每对基因对多基因性状形成的效应是微小的,称为微效基因。微效基因的效应往往是累加的。多基因遗传性状除受多基因遗传基础影响外,也受环境因素影响。(熟悉多基因遗传假说,了解多基因遗传的特点)
遗传的变异:(一)染色体异常与疾病;染色体异常类;形成机;
数目畸变
整倍性改变
单倍体
多倍体
双雄受精,双雄受精,核内复制
非整倍性改变
亚二倍体
染色体不分离,染色体丢失
超二倍体
结构畸变
缺失(del)
受多种因素影响,如物理因素、化学因素和生物因素等
重复(dup)
倒位(inv)
易位(t)
环状染色体
双着丝粒染色体
等臂染色体
1、一个个体内同时存在两种或两种以上核型的细胞系,这种个体称嵌合体。
2、染色体结构畸变的描述方式有简式和详式两种。
(二)人类的单基因遗传病1、常染色体显性遗传(AD)病
(1)、AD系谱特点:①致病基因位于常染色体上,遗传与性别无关;②患者双亲中至少有一方是患者,但多为杂合体;③患者与正常个体结婚,后代有1/2的发病风险;④系谱中可看到连续传递现象。
(2)、其它AD类型:①不完全显性或半显性,是指杂合体的表现型介于显性纯合体与隐性纯合体的表现型之间;②不规则显性,是指杂合体由于某种原因不一定表现出相应的症状,即使发病,但病情程度也有差异;③共显性,是指一对等位基因无显隐性之分,杂合状态下,两种基因的作用都能表现出来;④延迟显性,有显性致病基因的杂合体在生命早期不表现出相应症状,当到一定年龄后,其作用才表达出来。
2、常染色体隐性遗传(AR)病
(1)、AR系谱特点:①致病基因的遗传与性别无关,男女发病机会均等;②患者双亲往往表型正常,但都是致病基因的携带者,患者的同胞中约有1/4的可能将会患病,3/4表型正常,但表型正常者中2/3是可能携带者;③系谱中看不到连续传递现象,常为散发;④近亲婚配后代发病率比非近亲婚配后代发病率高。
(2)、常见AR病:苯丙酮尿症、白化病、先天性聋哑、高度近视和镰状细胞贫血等。
3、X连锁显性遗传(XD)病
(1)、XD系谱特点:①系谱中女性患者多于男性患者,且女患者病情较轻;②患者双亲中至少有一方是患者;③男性患者后代中,女儿都为患者,儿子都正常;女性患者后代中,子女各有1/2的患病风险;④系谱中可看到连续传递现象。
(2)、常见XD病:抗维生素D性佝偻病。
4、X连锁隐性遗传(XR)病
(1)、XR系谱特点:①人群中男性患者远多于女性患者;②双亲无病时,儿子可能发病,女儿则不会发病;③由于交叉遗传,患者的兄弟、舅父、姨表兄弟和外甥各有1/2的发病风险;④如果女性是患者,父亲一定是患者,母亲一定是携带者或患者。
(2)、常见XR病:甲型血友病、红绿色盲。
5、Y连锁遗传(YL)病 全男性遗传
(三)多基因遗传病
1、有关多基因遗传病的几个重要概念
(1)、易感性 在多基因遗传病中,由多基因遗传基础决定某种多基因病发病风险高低。
(2)、易患性 由遗传基础和环境因素共同作用,决定了一个个体是否易于患病。
(3)、发病阈值 当一个个体的易患性高达一定水平即达到一个限度时,这个个体就将患病,这个易患性的限度称为阈值。
(4)、遗传度 在多基因遗传病中,易患性受遗传基础和环境因素的双重影响,其中遗传基础所起作用大小的程度称为遗传度或遗传率。一般用百分率(%)来表示。
2、多基因遗传病的特点
(1)、有家族聚集倾向,患者亲属的发病率高于群体发病;
(2)、随着亲属级别的降低,患者亲属的发病风险迅速降低;
(3)、近亲婚配时,子女患病风险增高;
(4)、发病率有种族(或民族)差异。
三、遗传与变异在当代
人类基因组计划的工作草图已于今年的6月26日绘制完成,但要将全部30多亿个碱基完全装配完成还需要一段时间,预计要到明年的6月份。即使完成了人类基因组计划的“精图”,也只是我们认识人类基因功能的开始,完全弄清基因的功能及其相互间的作用,至少还要40年的时间。毋庸赘言,这是一项浩繁巨大的工程。
迄今为止,人们对整个人类基因组中所含有的基因数目尚存争议,有人说是3万,有人说是14万,相差非常大。在整个人类基因组序列中,只存在1%的差异,就是这1%的差异导致了人种、肤色、身高、眼睛、胖瘦以及疾病的易感性等方面的不同。科学家除继续研究基因的数量和功能外,基因在多大程度上受外界环境和体内因素的影响以及这种改变是否可以一代代地延续下去,也是需要解决的问题。
上述问题涉及到后成说(epigenetics)这一范畴。后成说是研究通过其他的化学途径,而不是通常所说的碱基突变,使基因活性发生半永久性改变的一门科学。后成说的重要性一直存有很大争议。如果后成说真有科学依据的话,那么它将是解释不同个体之间,甚至不同物种之间存在差异的关键所在,同时还将是疾病发生的一个重要机制。
不同基因的表达:基因含有合成蛋白质的指令,蛋白质合成的过程称为基因表达。但是遗传学家们很早以前就知道通过对DNA链碱基上的化学基团进行修饰来调控基因表达、影响蛋白质的合成。最常见的修饰方式是基因的甲基化(甲基是由一个碳原子和三个氢原子组成的基团),即在基因上添加甲基基团,结果常常会终止基因表达。
科研人员通过对某些哺乳动物的研究发现,此类修饰只存在于个体中,而不遗传给后代,因为这种修饰在精子和卵子细胞中常常被清除。最近有人发现,后成特征在小鼠中可以遗传。在悉尼大学生化学家怀特劳博士所做的实验中,遗传学相同的小鼠,同其父母相比,更像它们的母亲。因为它们继承了其母亲的卵子DNA的甲基化类型。该型甲基化在决定小鼠毛色中起着非常重要的作用。
怀特劳博士小组的大量的研究数据表明,要探明动物是如何把物理特征或疾病易感性传给后代的,有必要先搞清可遗传的后成特征。如果后成特征可遗传,那么这些特征所引起的疾病应能够像普通的基因突变一样在家系之间传递。该研究小组对小鼠的后成标记在传代过程中如何关闭和表达进行了深入地研究。研究人员将一个可以产生特异类型红细胞的基因(称为转基因)导入具有相同遗传学特征小鼠的基因组中(接受该基因的小鼠称之为转基因鼠)。研究发现这些转基因小鼠体内的转基因正以不同的方式表达。有些转基因小鼠体内40%的红细胞表达该基因,而另一些则根本就不表达。同时该小组还对小鼠毛色进行了研究,发现与毛色有关的DNA甲基化增高与转基因的不表达(或称为“沉默”表达)有关。但是在这种情况下,后成性改变可来自父方,也可以来自母方。
令人费解的是,虽然这种基因表达的沉默现象至少可以维持三代,但不是不可逆转的。在该型的后代小鼠与非同类小鼠交配时,发现在后代小鼠中不存在甲基化和表达沉默现象,转基因又可在小鼠的幼崽中获得表达。如果这种基因沉默和再活化现象是自然发生的话,那么就可以解释个体之间和代与代之间差异的原因。
后成说还可以解释物种之间的差异。最近普林斯顿大学的迪尔格曼通过两种相近小鼠的交配,将多个小鼠基因上的后成特征破坏。这些小鼠相互之间不能进行正常的交配,并且它们杂交的后代表现为生长异常。研究人员认为这种生长异常与杂交后代基因上的甲基化模式破坏有关。他们推测后成性效应非常显著,仅靠改变这些特征就可以造就新物种。
大家都知道,物种的产生是遗传变异逐渐积累的结果。但是,迪尔格曼认为有些物种出现之快不是该假说所能解释的。所以物种后成说的假设有一定优势。例如,甲基化可以迅速地关闭整条基因的表达,并引起根本的改变。这种改变足以阻止新的品种与旧品种之间的杂交,尤其是阻止新物种的产生。
四、结论
变异基因的表达:许多生物学家对此种假说表示不屑。基因序列虽不能完全解释动物的特征,但是至少可以解释一些由基因突变所引起的疾病。
疾病基因突变假说的倡导者把癌症作为经典的实例,来说明在个体DNA水平上,到底有多少碱基差错才能导致肿瘤。但加州大学伯克利分校的杜斯博格博士不同意这一观点,认为癌症并不是由基因异常引起的,而是由另一形式的后成现象 染色体异常引起的。
根据癌症基因突变假说,指导细胞分裂和死亡的基因突变使正常的细胞分裂和死亡过程遭到破坏,导致细胞不受控制地生长。但是,最近杜斯博格博士领导的研究小组报道,至今还没有人证实突变的基因会使正常的细胞变为癌细胞。他还指出,如果突变基因对细胞分裂具有显著影响的话,为什么有些情况下,突变发生的数月甚至数年后才发展为癌症,这是非常奇怪的现象。他认为可以用后成性非整倍现象对上述问题加以解释,非整倍性是指细胞具有错误的染色体个数。
在细胞分裂时,染色体排列整齐,通过纺锤体(一种蛋白质的支架)分配到子代细胞中。杜斯博格推测,致癌的化学物质可以影响纺锤体,因此,造成子代细胞具有或多或少的染色体。由于这种错误分配的染色体不稳定,细胞分裂时染色体之间相互混合并发生非自然的重组。
大多数重组对细胞而言是至关重要的,但最终会产生一个分裂异常的细胞。产生这种异常细胞的概率非常小,这种低概率事件可以解释为什么从接触致癌物质到细胞发生癌变,要经过这么长时间。细胞的非整倍性是5000多种肿瘤的一种显著特征。
与个体碱基突变相比,染色体数的增加或减少使细胞表征发生显著改变。因为染色体数目的改变(即非整倍性),可以导致成千上万种蛋白质活性发生改变,而不仅仅是一种或两种蛋白质,导致细胞分裂的失控。假如这种假说成立的话,那么现在试图通过定点修复癌基因来治疗癌症的策略将毫无效果。
杜斯博格博士10年前曾因自己的假说而声名狼藉,他认为人类免疫缺陷病毒(HIV)并不能引起艾滋病。一系列的HIV和艾滋病的研究表明,杜斯博格的理论是极其荒谬的。这严重地损害了他的声誉,因此,他的其他理论也很容易被人忽视。但是,他的非整倍性假说似乎非常有价值。癌症中非整倍体的普遍性尚需进一步阐明。
“种豆得豆,种瓜得瓜”是指生物的遗传
“一龙生九子,九子各不同”则是指生物的变异
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首先要清楚两个概念:
1、进化论是科学界普遍承认的科学理论。
2、进化论不是事实,但进化是事实。进化论只是描述这种进化现象的理论。
进化现象做为一个客观事实的存在,已经在实验室以及自然界的观察中反复无数次的证明。因此,进化,在科学界没有任何的疑点。
比如病毒的抗药性,就是典型的进化现象。金鱼,就是经过从古代的鲤鱼一代一代驯养而来,如今已经形成了一个新的物种。美国科学家在《自然》发表了一篇研究论文,研究结果表明,蜥蜴在一年内,由于生存压力(实验中人为设定的),腿先后从短变长,又从长变短,显示出进化的速度有时是出人意料的。
进化论是在客观的进化现象上对各种现象进行解释和推演的理论。这种理论以现有的化石及被确认无误的进化机制为依据,对超越人类可观察范围的年代的事件进行推测,其中包括人的进化,恐龙的进化,鸟的进化等等,这些进化往往年代久远,证据缺乏,因此,部分还处于假说阶段,但是,这种假说并不是说进化论是假说,而是说进化论中涉及到的具体某些物种的具体路线的假说。
换句话说,通过进化论中被确认的进化机制,完全可以断定这些物种是进化而来,但是具体的进化过程,有些还不清析。
这就象,在人类有历史记录以来,我们都是由父母所生,每个人都会有自己的父母,都是被生出来的,由于年代的久远,大家可能不知道自己数十代以上的祖先的名字以及是谁。但是通过常识,我们完全可以断定,每个人都是生出来的,而不是从石头里蹦出来的。
至于宗教(尤其是神造人的宗教),他们肯定要是大力反进化论的,不管进化论的证据多充足,他们都会反对,因为进化论直接涉及到这些宗教的命根子,人不是神造的,那么神造人的说法就是假的,这种说法是假的,那么宗教的经典就假的,宗教的经典是假的,他们的信仰也就完全失去了依据。
一些新型的信徒已经不会在人被神造这个问题上纠缠了,许多生物学者都支持进化论,同时也是基督徒,因为他们已经把经典的神造人当成了比喻,只是把神归入造物主,认为宇宙是神造的,但人不是。
但是更多的一些基督徒比较死心眼,说什么也无法接受,因此我们看到的情况就是不断有的谣言。
这些谣言包括:
1、达尔文死前忏悔,后悔自己弄出了进化论。已被他的子女及夫人证否,而且是公开的。
2、进化论是哲学,不是科学。这是睁眼说瞎话,进化论是整体生物学的基础理论,关于进化论的论文是发表在一流国际科学杂志上的,比如《自然》、《科学》,而不是发表在哲学刊物,当然,为了攻击进化论,他们也就无视事实了。
3、进化论是假说。这个说法也是造谣。进化论的核心部分即进化机制早已被可观察的事实反复证明,早已上升为“理论”。当然,我前面也说了,进化论是一个巨大的体系,其中具体对应的一些个别物种的进化过程,还处于假说状态,但是从整体上,生物进化,已经不是假说。
4、找不到中间化石。这又是一个彻底的谣言,中间化石很多,比如始祖鸟。
不过在具体某些物种的进化过程,比如人的进化,还有缺环。这是由于化石毕竟形成的条件比较苛刻,很难得。但是依然有许多物种通过化石展示出了完美的无缺环的进化证据,比如马的进化,显示了一条非常完美的进化历程,包括其中反复进化的部分,都体现的清清楚楚,是进化论中的一个完美证据。
另外有一些非常著名的中间化石,比如始祖鸟,都是中间化石。
5、始祖鸟化石是伪造的。这也是一个彻头彻尾的谣言。五具始祖鸟化石,都是真品。的确有两个学者去进行了鉴定,然后发表声明说是伪造的,但是这两个学者既不是考古的,也不是生物学的,是搞数学的,对此专业一无所知。早就被揭穿了,但是宗教信徒会把这两个家伙夸得没边。
……
除此以外还有很多,我不一一列举了,有举趣的话,可以去百度的“进化论”贴吧,其中一个精品专题叫“与谎言交锋”,对流行的与进化论有关的谣言进行了批驳。有兴趣可以看一下。
最后,进化论不是用对与错来说明的。科学理论讲的是证据,证据多的就被支持的广泛,证据少的或没有的,就少人问津。但是科学是不断自我纠正错误的,因此,现在正确的,在未来可能会有更接近正确的表述或理论。因此,当用对错来描述一个科学理论,是不恰当的。
“一龙生九子,九子各不同”则是指生物的变异
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首先要清楚两个概念:
1、进化论是科学界普遍承认的科学理论。
2、进化论不是事实,但进化是事实。进化论只是描述这种进化现象的理论。
进化现象做为一个客观事实的存在,已经在实验室以及自然界的观察中反复无数次的证明。因此,进化,在科学界没有任何的疑点。
比如病毒的抗药性,就是典型的进化现象。金鱼,就是经过从古代的鲤鱼一代一代驯养而来,如今已经形成了一个新的物种。美国科学家在《自然》发表了一篇研究论文,研究结果表明,蜥蜴在一年内,由于生存压力(实验中人为设定的),腿先后从短变长,又从长变短,显示出进化的速度有时是出人意料的。
进化论是在客观的进化现象上对各种现象进行解释和推演的理论。这种理论以现有的化石及被确认无误的进化机制为依据,对超越人类可观察范围的年代的事件进行推测,其中包括人的进化,恐龙的进化,鸟的进化等等,这些进化往往年代久远,证据缺乏,因此,部分还处于假说阶段,但是,这种假说并不是说进化论是假说,而是说进化论中涉及到的具体某些物种的具体路线的假说。
换句话说,通过进化论中被确认的进化机制,完全可以断定这些物种是进化而来,但是具体的进化过程,有些还不清析。
这就象,在人类有历史记录以来,我们都是由父母所生,每个人都会有自己的父母,都是被生出来的,由于年代的久远,大家可能不知道自己数十代以上的祖先的名字以及是谁。但是通过常识,我们完全可以断定,每个人都是生出来的,而不是从石头里蹦出来的。
至于宗教(尤其是神造人的宗教),他们肯定要是大力反进化论的,不管进化论的证据多充足,他们都会反对,因为进化论直接涉及到这些宗教的命根子,人不是神造的,那么神造人的说法就是假的,这种说法是假的,那么宗教的经典就假的,宗教的经典是假的,他们的信仰也就完全失去了依据。
一些新型的信徒已经不会在人被神造这个问题上纠缠了,许多生物学者都支持进化论,同时也是基督徒,因为他们已经把经典的神造人当成了比喻,只是把神归入造物主,认为宇宙是神造的,但人不是。
但是更多的一些基督徒比较死心眼,说什么也无法接受,因此我们看到的情况就是不断有的谣言。
这些谣言包括:
1、达尔文死前忏悔,后悔自己弄出了进化论。已被他的子女及夫人证否,而且是公开的。
2、进化论是哲学,不是科学。这是睁眼说瞎话,进化论是整体生物学的基础理论,关于进化论的论文是发表在一流国际科学杂志上的,比如《自然》、《科学》,而不是发表在哲学刊物,当然,为了攻击进化论,他们也就无视事实了。
3、进化论是假说。这个说法也是造谣。进化论的核心部分即进化机制早已被可观察的事实反复证明,早已上升为“理论”。当然,我前面也说了,进化论是一个巨大的体系,其中具体对应的一些个别物种的进化过程,还处于假说状态,但是从整体上,生物进化,已经不是假说。
4、找不到中间化石。这又是一个彻底的谣言,中间化石很多,比如始祖鸟。
不过在具体某些物种的进化过程,比如人的进化,还有缺环。这是由于化石毕竟形成的条件比较苛刻,很难得。但是依然有许多物种通过化石展示出了完美的无缺环的进化证据,比如马的进化,显示了一条非常完美的进化历程,包括其中反复进化的部分,都体现的清清楚楚,是进化论中的一个完美证据。
另外有一些非常著名的中间化石,比如始祖鸟,都是中间化石。
5、始祖鸟化石是伪造的。这也是一个彻头彻尾的谣言。五具始祖鸟化石,都是真品。的确有两个学者去进行了鉴定,然后发表声明说是伪造的,但是这两个学者既不是考古的,也不是生物学的,是搞数学的,对此专业一无所知。早就被揭穿了,但是宗教信徒会把这两个家伙夸得没边。
……
除此以外还有很多,我不一一列举了,有举趣的话,可以去百度的“进化论”贴吧,其中一个精品专题叫“与谎言交锋”,对流行的与进化论有关的谣言进行了批驳。有兴趣可以看一下。
最后,进化论不是用对与错来说明的。科学理论讲的是证据,证据多的就被支持的广泛,证据少的或没有的,就少人问津。但是科学是不断自我纠正错误的,因此,现在正确的,在未来可能会有更接近正确的表述或理论。因此,当用对错来描述一个科学理论,是不恰当的。
理论有历史局限性也是正常的
达尔文的时代,还几乎没有微观的遗传学
物种的进化是很多个遗传链组成的,这些遗传链在复制给下一代的时候可能因为气候或其他各种客观原因而断裂或重新组合
这种力量,是上帝的杰作,只有上帝有这样的创造力
他创造出了宇宙中最原始的光明源和黑暗源
这二源互相运动、交织,自由组合
组成了形态各异的代码
这些代码的组成可以是任何模式
可以是色、香、味、声、形态、信息等模式
每一种其实都有复杂的组合代码,代码的每一部分出现断裂和重组就会衍生出新事物
这是上帝杰作的精妙所在
达尔文的时代,还几乎没有微观的遗传学
物种的进化是很多个遗传链组成的,这些遗传链在复制给下一代的时候可能因为气候或其他各种客观原因而断裂或重新组合
这种力量,是上帝的杰作,只有上帝有这样的创造力
他创造出了宇宙中最原始的光明源和黑暗源
这二源互相运动、交织,自由组合
组成了形态各异的代码
这些代码的组成可以是任何模式
可以是色、香、味、声、形态、信息等模式
每一种其实都有复杂的组合代码,代码的每一部分出现断裂和重组就会衍生出新事物
这是上帝杰作的精妙所在
认为生命及其若干能力最初是由造物主注入少数类型或一个类型,而且在这个行星按照既定的引力法则继续运转的时候,无数最美丽和最奇异的类型曾经并正在从如此简单的开端进化而来,这个观点是极其壮丽的。”(《物种起源》谢蕴贞原译,陈世骧等重译,科学出版社1972年8月第一版321页)
为了防止人们误以为他的《物种起源》是否认天主创造生物,他在该书1860年再版时,特地声明:“我看不出有任何充足理由能够证明本书所发表的概念与宗教有任何冲突之处。”他在逝世前三年,写信给他的好友福尔狄斯说:“我从未否认过造物主的存在。”
为了防止人们误以为他的《物种起源》是否认天主创造生物,他在该书1860年再版时,特地声明:“我看不出有任何充足理由能够证明本书所发表的概念与宗教有任何冲突之处。”他在逝世前三年,写信给他的好友福尔狄斯说:“我从未否认过造物主的存在。”
进化论本就不是真理,它只是一种学说。只不过因为政治的需要(欧洲王权需要反抗教会,中国共产主义也需要用进化论证明自己先进),而被奉为真理。
作为一名生物研究者,我深刻地知道进化论的谬误很多,具体的一些矛盾您可以参看《游子吟》这本书,这是北京大学生物系的一位博士写的,书中关于科学(特别是进化论)与宗教的联系讲得很好。网址如下:
http://www.livingwater4u.com/reader/b_youziyin/youziyindex.htm
另外,您可以试想一下,你家里的哪一样东西是凭空产生的呢?是没有一个创造者的呢?
作为一名生物研究者,我深刻地知道进化论的谬误很多,具体的一些矛盾您可以参看《游子吟》这本书,这是北京大学生物系的一位博士写的,书中关于科学(特别是进化论)与宗教的联系讲得很好。网址如下:
http://www.livingwater4u.com/reader/b_youziyin/youziyindex.htm
另外,您可以试想一下,你家里的哪一样东西是凭空产生的呢?是没有一个创造者的呢?
达尔文的进化论的主要目的是什么?如何评价?
请仔细阐述生物进化论,简称进化论,是生物学最基本的理论之一。进化(Evolution),是指生物在变异、遗传与自然选择作用下的演变发展,物种淘汰和物种产生过程。地球上原来无生命,大约在30多亿年前,在一定的条件下,形成了原始生命,其后,生物不断的进化,直至今天世界上存在着170多万个物种。生物进化论最早是由查尔斯·罗伯特·达尔文提出的,在其名著《物种起源》有详细的论述。
进化论有三大经典证据:比较解剖学、古生物学和胚胎发育重演律。
一、达尔文之前
生物进化论,甚至可以说整个生物科学,开始于1859年11月24日。在那一天,在经过二十年小心谨慎的准备之后,达尔文出版了《物种起源》。第一版印了一千二百五十本,在一天之内销售一空。一门崭新的学科从此诞生了!
但是,一门新的学科不会从天而降。在1859年,科学界已经有了大量的进化证据,做好了准备迎接进化论的诞生。这时候的进化证据归纳起来有动植物培养、化石记录、解剖比较、退化器官、胚胎发育和生物地理分布这几类。
动物家养和植物栽培已经有了几千年的历史,人们由此已经知道同一物种往往有着差别极大的形态。这些形态是可以被改变的,通过精心的选择,可以得到新的品种。这种经由达尔文所谓的“人工选择”而获得的品种,其彼此之间的差别,有时比野外物种之间的差别还要大。如果我们在野外见到狼狗和哈巴狗的话,完全可能把它们当成象狼和狐狸那样两个截然不同的物种。动植物培养提供了“生物是可变的”感性而直观的材料。
那时候,科学界早已知道化石乃是生物体的遗迹,而且,许多从前的物种现在已经不存在、灭绝了,也就是说,生物界的组成并不是从古到今一成不变的。许多种类在化石记录中显示了随着地理时间的推移而逐渐发生变化的趋势,有时在两个类群之间还可以发现处于过渡形态的化石。各个主要生物类群在化石记录中并不是同时出现的,而是有先有后,很有顺序,而且这个顺序与从现存生物的比较得到的顺序相符。比如,从形态结构(例如心脏结构)和生理特点(例如呼吸系统)的比较,我们可以推测脊椎动物从“低级”到“高级”的顺序是鱼类、两栖类、爬行类和哺乳类,而在化石记录中,我们也发现鱼类化石的确先在较早的地层开始出现,其次是两栖类、爬行类,而以哺乳类化石出现得最晚。化石记录所展示的从“低级”到“高级”的顺序,是生物进化的一个有力证据。
早在十六世纪,就有科学家发现人和鸟虽然外表很不相同,骨骼组成和排列却非常相似。到了十九世纪,研究不同生物种类的形态结构的比较解剖学已相当发达,各生物种类在内部结构的同源性也越来越明显。正如达尔文所指出的:用于抓握的人手,用于挖掘的鼹鼠前肢,用于奔跑的马腿,用于游泳的海豚鳍状肢和用于飞翔的蝙蝠的翼手,它们的外形是如此的迥异,功能是如此的不同,但是剔除皮毛、肌肉之后,呈现在我们眼前的骨架却又是如此相似!对此最合理的解释就是它们都是从同一祖先进化而来的,因为适应环境具有了不同的功能和不同的外形,但是骨子里却没能变多少。如果它们是被分别创造出来的,根本没必要让有不同功能和不同外形的器官有着相似的构造,因为这样的构造设计,就其功能和外形而言,有时显得不是那么合理。如果让一个工程师来设计这些前肢,他完全可以去除一些对其它物种必需,对这个物种却是个累赘、退化得只剩一点痕迹的骨头.
而且,比较解剖学使我们认识到许多生物体都有一些退化了的器官,它们是生物进化的令人信服的证据。比如鲸,它的后肢已经消失了,但它的后肢骨并没有消失,我们还可以在它的尾部找到已不起作用的盆骨和股骨。甚至在一些蛇类中,我们也可以找到盆骨和股骨的残余。这使我们相信,鲸是由陆地四足动物进化来的,蛇是由蜥蜴进化来的。我们人类,已完全退化了的器官也不少,尾骨、转耳肌、阑尾、瞬膜(第三眼睑)等等都是完全退化、不起作用的器官,它们除了让我们记住我们的祖先曾经象猴一样有尾巴,象兔子一样转动耳朵,象草食动物一样有发达的盲肠,象青蛙一样眨眼睛,还能有别的什么合理解释吗?
早在十八世纪,动物学家就已经发现,在动物胚胎发育的过程中,会经过一系列与较低等的动物很相似的时期。比如说人,在胚胎发育的早期出现了鳃裂,不仅外形象鱼,而且内脏也象鱼:有动脉弓,心脏只有两腔等等。对这个现象的唯一合理的解释,就是人是由鱼进化来的,祖先的特征在胚胎发育过程中重演了。事实上,爬行类、鸟类和哺乳类在胚胎发育的早期都跟鱼类相似,而且有些时期几乎不可能区别开来,这是所有的脊椎动物都有共同祖先的一个证据。
自从十六世纪以来,随着西方航海业的发达,特别是美洲和澳洲的发现,博物学家们见识到无数新奇的物种。许多的物种,甚至整个属、科、目,只在某个地理区域被发现。当博物学家在澳洲和南美见到袋鼠、袋狼、袋熊、袋鼬、袋貂、袋獾等等闻所未闻的动物,就不免奇怪为什么上帝只在这里创造出有袋类哺乳动物。这并非那里的环境是为有袋类而设的,因为当移民们给这些地方带去高等哺乳动物后,许多有袋类因为竞争不过高等哺乳类而数量锐减甚至灭绝了。显然更合理的解释是,由于这些地区与别的大陆隔绝,而有了独特的进化途径。即使是一个群岛,也往往有在别的地方找不到的特有物种。做为神学院的毕业生的达尔文最初对神创论产生了怀疑,就是因为在加拉帕格斯群岛见到了那些岛与岛之间都不同种的巨龟,见到了在别的地方都找不到的多达十三种的“达尔文雀”,而不由得发生疑问:为什么上帝要在这个小小的角落炫耀他的创造才能,专门为这里创造出如此多的“只此一家,别无分店”的特有物种?合理的解释是,这些物种的祖先都是从别的地方来的,几万年几十万年后发生了变化,从而产生了形形色色的特有物种。
总之,在达尔文之前,生物进化已是铁证如山了,一些敢于冲破宗教信仰的束缚的科学家也开始正视这个事实。早在十八世纪中叶,法国博物学家布封就已认为生物物种是可变的,并大胆地推测所有的动物都来自同一种祖先。他并且认为地球的年龄要比《圣经》所记载的几千年要古老得多,并把生物物种的变化和地球环境的变化联系起来。但是在社会的压力下,布封被迫宣布放弃这些离经叛道的观点,因此未能产生什么影响。
比布封稍后的另一位法国博物学家拉马克则要固执得多,影响也要大得多。他是第一个系统地研究生物进化的人。他对生物进化的理解,跟现在并不相同。在他看来,生物界是一个从最简单、最原始的微生物按次序上升到最复杂、最高等的人类的阶梯,而所谓生物进化,就是从非生物自然产生微生物,微生物进化成低等生物,低等生物进化成高等生物,直到进化成人的过程。他认为,这个进化过程是不断在重复,至今仍在进行着的。也就是说,在今天,聪明的猩猩仍在尽力进化成人。拉马克也是试图解释进化现象的第一人,他给出了第一个进化的理论。这个理论主要有两点:第一,生物体本身有着越变越复杂、向更高级形态进化的内在欲望;第二,生活环境能够改变生物体的形态结构,而后天获得的性状能够遗传,简言之,“用进废退”。在著名的长颈鹿例子中,拉马克是这么解释长颈鹿的长颈由来的:长颈鹿的祖先经常伸长了脖子去吃树高处的叶子,脖子受到了锻炼,变长了,而这一点可以遗传,因此其后代就要比父母的脖子长一些,一代又一代,脖子就越来越长。
拉马克的这套理论,并不能说服当时的科学家接受进化论。这固然有宗教的原因,但也有科学上的怀疑。比如,拉马克的进化论认为非生物能自然产生微生物,但是当时虽然巴斯德还未做否定自然发生论的著名实验,科学界却已普遍认为有足够的证据表明自然发生论是不正确的。因此拉马克虽然影响很大,却是往往被当做反面教材来嘲笑和批驳。生物学界迫切需要有一个象牛顿一样的科学巨人,能够无可置疑地证明生物进化的事实,并且给出合理的解释。这个巨人,就是达尔文。
二、达尔文
历史选择了达尔文做为生物科学的创始人,似乎纯属偶然。1809年2月12日出生于富裕的医生家庭的查尔斯·达尔文,在青少年时代是个游手好闲的纨绔子弟,而不象是肩负历史使命的天才。他的父亲有一次指责他说:“你除了打猎、玩狗、抓老鼠,别的什么都不管,你将会是你自己和整个家庭的耻辱。”固然,这时候他很热衷于收集矿石和昆虫标本,但这是在男孩子当中很普遍的一种爱好,并没有什么特殊之处,虽然我们现在可以认为他未来的科学研究乃是儿时兴趣的延续。1825年秋,老达尔文准备让儿子继承自己的衣钵,把他送进了爱丁堡医学院。可惜,小达尔文对医学毫无兴趣,更要命的是,他天性脆弱,不敢面对手术台上的淋漓鲜血。两年之后,只好从医学院退学了。医生是当不成了,当牧师也是个体面的职业,达尔文听从父命,进了剑桥学神学。虽然他对神学也没有什么兴趣,花在打猎和收集甲虫标本上的时间恐怕比花在学业上的要多得多,却也终于在1831年毕业,准备当个乡间牧师了此残生。
达尔文在晚年回顾他的一生时,认为他的所有这些所谓高等教育完全是一种浪费。他觉得正式的课程枯燥无味,也没能从课堂上学到什么。但是在这些年,他在课余结识了一批优秀的博物学家,从他们那里接受了科学训练。他在博物学上的天赋也得到了这些博物学家的赏识。1831年,当植物学家亨斯楼(J. S. Henslow)被要求推荐一名年轻的博物学家参加贝格尔号的环球航行时,他推荐了忘年交达尔文。达尔文的父亲竭力反对儿子参加航行,认为这会推迟儿子在神学职业上的发展。在达尔文的一再恳求下,老达尔文终于作出让步,表示他若能找到一个可敬的人支持他去,他就可以去。达尔文找到了舅舅、他未来的丈人来说服父亲,并侥幸通过了以苛刻著称的费兹洛伊(R. Fitzroy)船长的面试,于1831年底随贝格尔号扬帆起航,途经大西洋、南美洲和太平洋,沿途考察地质、植物和动物。一路上达尔文做了大量的观察笔记,采集了无数的标本运回英国,为他以后的研究提供了第一手的资料。五年之后,贝格尔号绕地球一圈回到了英国。
当达尔文蹋上贝格尔号的时候,他是个言必称《圣经》的神学毕业生、正统的基督教徒,他的虔诚常常被海员们取笑。但是当他返回英格兰时,在他看来《旧约》不过是一部“很显然是虚假的世界史”,其可靠性并不比印度教的圣书高。他完全抛弃了基督教信仰,并逐渐成为不相信上帝存在的怀疑论者或理性主义者,而其出发点,就是对“一切生物都是由上帝创造”的信条的怀疑。
在环球航行时,有三组事实使得达尔文无法接受神创论的说教:第一,生物种类的连续性。他在南美洲挖到了一些已灭绝的犰狳的化石,与当地仍存活的犰狳的骨架几乎一样,但是要大得多。在他看来,这可以认为现今的犰狳就是由这种已灭绝的大犰狳进化来的。第二,地方特有物种的存在。当他穿越南美大草原时,他注意到某种鸵鸟逐渐被另一种不同的、然而很相似的鸵鸟所取代。每个地区有着既不同又相似的特有物种,与其说这是上帝分别创造的结果,不如说是相同的祖先在处于地理隔绝状态分别进化的结果。第三,是来自海洋岛屿的证据。他比较了非洲佛得角群岛和南美加拉帕格斯群岛上的生物类群。这两个群岛的地理环境相似,如果生物是上帝创造出来的,在相似的地理环境下应该创造出相似的生物类群才是合理的,但是这两个群岛的生物类群却差别很大。事实上,佛得角群岛的生物类群更接近它附近的非洲大陆,显然,应该认为岛上的生物来自非洲大陆并逐渐发生了变化。这个进化过程在加拉帕格斯群岛上更加明显。达尔文发现,组成这个群岛的各个小岛虽然环境相似,却各有自己独特的海龟、蜥蜴和雀类。没有任何理由认为上帝故意在一个小岛上创造这些独特的物种,更合理地,应该认为这些特有物种都是同一祖先在地理隔绝条件下进化形成的。
1837年,在贝格尔号之行结束一年后,达尔文开始秘密地研究进化论。他的第一堆笔记,是家养和自然环境下动植物的变异。他研究了所有可能到手的资料:个人观察和实验、别人的论文、与国内外生物学家的通讯、与园丁和饲养员的对话等等,很快得出结论,家养动植物的变异是人工精心选择造成的。但是自然环境下的变异又是怎么来的呢?他仍然不清楚。一年之后,他在休闲时读了马尔萨斯的《人口论》。马尔萨斯认为人口的增长必然快于生活资料的增长,因此必然导致贫困和对生活资料的争夺。达尔文突然意识到,马尔萨斯的理论也可以应用于生物界。所有的生物的繁殖速度都是以指数增长的,后代数目相当惊人,但是一个生物群的数目却相对稳定,这说明生物的后代只有少数能够存活,必然存在着争夺资源的生存竞争。达尔文进一步推导:任何物种的个体都各不相同,都存在着变异,这些变异可能是中性的,也可能会影响生存能力,导致个体的生存能力有强有弱。在生存竞争中,生存能力强的个体能产生较多的后代,种族得以繁衍,其遗传性状在数量上逐渐取得了优势,而生存能力弱的个体则逐渐被淘汰,即所谓“适者生存”,其结果,是使生物物种因适应环境而逐渐发生了变化。达尔文把这个过程称为自然选择。
因此,在达尔文看来,长颈鹿的由来,并不是用进废退的结果,而是因为长颈鹿的祖先当中本来就有长脖子的变异,在环境发生变化、食物稀少时,脖子长的因为能够吃到树高处的叶子而有了生存优势,一代又一代选择的结果,使得长脖子的性状在群体中扩散开来,进而产生了长颈鹿这个新的物种。
虽然达尔文在读了《人口论》之后就有了灵感,马上就有了自然选择的想法,但是要过了四年,在收集了大量的资料之后,他才开始把这个理论记录下来,并把手稿送给一些朋友征求意见。他太清楚一旦自己的理论发表将会对社会产生怎样的震撼了,而做为一个天性平和的人,这是他想要尽力避免的,因此他留下了一份遗嘱,他有关进化论的手稿只能在他死后发表。
但是在1858年夏天,达尔文收到了华莱士的信,迫使他不得不在生前发表自然选择理论。华莱士是一个年轻的生物地理学家,当时正在马来群岛考察。跟达尔文一样,他所观察到的生物的地理分布特点也促使他思考生物进化的问题。那一年的二月,他生了一场间歇热,在病中突然想到了马尔萨斯的《人口论》,并且也因此独立地发现了自然选择理论。他出身贫寒,又极其反对基督教,没有达尔文做为上层社会人士的种种顾虑,因此以一股初生牛犊不怕虎的劲头,用三个晚上就写成了一篇论证自然选择的论文,寄给达尔文征求意见。他并不知道达尔文此时已研究了二十年的进化论,之所以会找上达尔文,完全是由于达尔文在生物地理学学界的崇高地位;而这个地位,在达尔文完成贝格尔号之航后就确立了。
当达尔文读了华莱士的论文,见到他自己的理论出现在别人的笔下时,其震惊和沮丧可想而知。他的第一个念头,是压下自己的成果,而让华莱士独享殊荣。但是他的朋友、地理学家赖尔和植物学家虎克都早就读过他有关自然选择的手稿,在他们的建议下,达尔文把自己的手稿压缩成一篇论文,和华莱士的论文同时发表在1859年林耐学会的学报上。这两篇论文并没有引起多大的反响。也是在赖尔和虎克的催促下,达尔文在同一年发表了《物种起源》(篇幅只是他准备多年的手稿的三分之一左右),这才掀起了轩然大波,并征服了科学界。
由于《物种起源》的成功,也可能是被达尔文的人格和智慧所折服,虽然华莱士与达尔文同享发现自然选择理论的殊荣,他却总是把荣耀归功于达尔文一人,并把自然选择理论称为“达尔文主义”--这个称呼沿用至今。
三、达尔文的三大难题
达尔文自己把《物种起源》称为“一部长篇争辩”,它论证了两个问题:第一,物种是可变的,生物是进化的。当时绝大部分读了《物种起源》的生物学家都很快地接受了这个事实,进化论从此取代神创论,成为生物学研究的基石。即使是在当时,有关生物是否进化的辩论,也主要是在生物学家和基督教传道士之间,而不是在生物学界内部进行的。第二,自然选择是生物进化的动力。当时的生物学家对接受这一点犹豫不决,因为自然选择学说在当时存在着三大困难。
第一,是缺少过渡型化石。按照自然选择学说,生物进化是一个在环境的选择下,逐渐地发生改变的过程,因此在旧种和新种之间,在旧类和新类之间,应该存在过渡形态,而这只能在化石中寻找。在当时已发现的化石标本中,找不到一具可视为过渡型的。达尔文认为这是由于化石记录不完全,并相信进一步的寻找将会发现一些过渡型化石。确实地,在《物种起源》发表两年后,从爬行类到鸟类的过渡型始祖鸟出土了,以后各种各样的过渡型化石纷纷被发现,最著名的莫过于从猿到人的猿人化石。在现在被称为过渡型的化石已有上千种,但是与已知的几百万种化石相比,仍然显得非常稀少。这有两方面的原因。一方面,生物化石都是偶然形成的,因此化石记录必然非常不完全;另一方面,按照现在流行的“间断平衡”假说,生物在进化时,往往是在很长时间的稳定之后,在短时间内完成向新种的进化,因此过渡形态更加难以形成化石。
第二,是地球的年龄问题。既然自然选择学说认为生物进化是一个逐渐改变的过程,它就需要无比漫长的时间。达尔文认为这个过程至少需要几亿、十几亿年。但是当时物理学界的泰斗威廉·汤姆逊(即开尔文勋爵,一个神创论者)用热力学的方法证明地球只有一亿年的历史,而只有最近的最多两千万年地球才冷却到能够让生命生存。对于物理学家的挑战,达尔文无法反击,只能说“我确信有一天世界将被发现比汤姆逊所计算而得的还要古老”。我们今天已知道达尔文是对的,而汤姆逊算错了,现在的地质学界公认地球有四十几亿年的历史,而至少在三十亿年前生命就已诞生。但是在当时,在地球的年龄问题上,人们显然更倾向于相信物理学权威。
第三个困难是最致命的:达尔文找不到一个合理的遗传机理来解释自然选择。当时的生物学界普遍相信所谓“融合遗传”:父方和母方的性状融合在一起遗传给子代。这似乎是很显然的,白人和黑人结婚生的子女的肤色总是介于黑白之间。汤姆逊的学生、苏格兰工程师简金(F. Jenkin) 据此指出:一个优良的变异会很快地被众多劣等的变异融合、稀释掉,而无法象自然选择学说所说的那样在后代保存、扩散开来,就象一个白人到一个非洲黑人部落结婚生子,几代以后他的后代就会完全变成了黑人。达尔文虽然从动植物培养中知道一个优良的性状是可以被保留下来的,但是他没有一套合理的遗传理论来反驳简金。达尔文被迫做出让步,承认用进废退的拉马克主义也是成立的,可以用来补充自然选择学说。事实上,在达尔文逝世(1882年)前后,生物学界普遍接受拉马克主义,而怀疑自然选择学说。
如果达尔文知道奥地利遗传学家孟德尔的实验,就不会在遗传问题上陷入绝境了。孟德尔在1865年就已经发现了基因的分离定律和独立分配定律。生物遗传并不融合,而是以基因为单位分离地传递,随机地组合。因此,只要群体足够大,在没有外来因素(比如自然选择)的影响时,一个遗传性状就不会消失(肤色的融合是几对基因作用下的表面现象)。在自然选择的作用下,一个优良的基因能够增加其在群体中的频率,并逐渐扩散到整个群体。
很显然,孟德尔主义正是达尔文所需要的遗传理论。可惜,孟德尔的发现被当时的科学界完全忽视了。具有讽刺意味的是,当孟德尔主义在1900年被重新发现时,遗传学家们却认为它宣告了达尔文主义的死亡,在他们看来,随机的基因突变,而不是自然选择,才是生物进化的真正动力。只有一些在野外观察动植物行为的生物统计学家仍然信奉达尔文主义,因为他们所观察到的生物对环境的奇妙适应性,是无法用随机的突变来解释的。
四、伟大的综合
达尔文主义和孟德尔主义的开始融合,是在孟德尔定律被重新发现之后二十年的事。这一次不是一个科学巨人的孤身奋战,而是群星灿烂了。在这些伟大的科学家中,最重要的是英国人费歇(R. A. Fisher)、荷尔登(J.B.S.Haldne)和美国人莱特(S. Wright)。他们从理论上证明了,达尔文主义和孟德尔主义不仅不互相冲突,而且相辅相成。那些在野外做观察研究的生物统计学家所获得的进化论数据,都可以从遗传学原理推导出来。在孟德尔遗传学的基础上,自然选择可以完满地解释生物的适应性进化,根本不需要拉马克主义(拉马克主义这时候也已被证明是不可能的)。孟德尔遗传学正是达尔文梦寐以求的遗传学!这些理论研究工作,是在1918年开始,而在三十年代初基本完成的。1930年,费歇发表了《自然选择的遗传理论》;1931年,莱特发表了《孟德尔群体中的进化》;1932年,荷尔登发表了《进化的动力》。这三本经典著作,构成了现代进化论的理论基础。
但是这些理论研究,涉及到复杂的数学计算,不是一般的生物学家们所能理解的。而且只有理论没有实验,也很难被生物学家们所接受。因此,他们的研究工作,对当时的生物学界并没有产生太大的影响。直到生物学界出现了另一位伟大的科学家,他不仅有耐心去弄懂这些繁琐的数学计算,而且用实验来验证这些计算,他就是俄国出身的美国遗传学家杜布赞斯基(T. Dobzhansky)。杜布赞斯基师从俄国遗传学家契特维里科夫(S. Chetverikov)研究果蝇遗传学,1927年移民到美国(两年后他的老师被苏维埃政府逮捕,实验室被关闭)。他与莱特合作,以果蝇为实验材料证实了莱特的理论工作。1937年,杜布赞斯基发表了《遗传学和物种起源》。在这部继《物种起源》之后最为重要的进化论论著中,杜布赞斯基在理论上和实验上统一了自然选择学说和孟德尔遗传学,对博物学家和实验生物学家产生了巨大的影响,刺激了各个领域的生物学家都投身到进化论的研究当中来。
接下去的十年,是现代进化论硕果累累的十年。动物学家迈耶(E. Mayr) 把现代进化论应用于分类学研究,并提出了在地理变异和隔绝条件下新种产生的模型。古生物学家辛普森(G. G. Simpson)的研究表明现代进化论能够很好地被用于解释化石记录,而植物学家斯特宾斯(G. L. Stebbins) 则指出植物的进化同样能被现代进化论所解释。到本世纪四十年代,现代进化论已经被成功地应用于生物学的所有领域。1942年,朱利安·赫胥黎(进化论奠基人之一汤姆逊·赫胥黎之孙)发表《进化:现代综合》一书,综合了现代进化论在各个领域的研究成果,现代进化论也因此被称为“现代综合学说”,也即新达尔文主义。标志着这个伟大的综合过程的最终完成的,是1947年在普林斯顿成立了“遗传学、分类学和古生物学的共同问题委员会”。组成这个委员会的三十个学术权威代表着生物学的不同领域,但有着一个共同的观点:达尔文主义和孟德尔主义的综合。
五、没有止境的进化
1944年艾菲力(O. T. Avery)证明DNA是遗传物质,1953年华森和克里克提出DNA的双螺旋结构模型,生物学从此进入了分子时代。分子生物学的研究为生物进化这一科学事实补充了重要的新证据。它揭示了生物界在分子水平上的一致性,证明了进化论关于“所有的生物由同一祖先进化而来”的命题。同时,分子生物学为研究生物进化的过程和机理提供了强有力的工具。在以前,生物学家们只能通过古生物化石的研究和现存生物的形态结构比较确定各物种亲缘关系的亲疏,从而绘出种系发生树;现在,我们已完全可以在分子水平上,通过比较蛋白质的氨基酸序列或基因的核苷酸序列,不仅在总体上肯定了传统生物学的结果,而且使种系发生树的描绘更精确,达到了定量化的程度。
生物进化可以分成三个层次:微进化(生物群体中基因频率的改变)、新种生成和大进化(从一个类型到另一个类型的跃变,比如从鱼类进化到两栖类)。现代综合学说完美地解释了微进化和新种生成,并认为由微进化和新种生成的研究所得的结果可以进一步推广到大进化。但是一些生物学家对这个推论表示怀疑,他们认为生物大进化可能有属于自己的机理。按照他们的观点,生物新类型的产生是在生物胚胎发育过程中基因突变的结果。胚胎发育时的微小突变可以导致成体的巨大变化。最近发育生物学的研究似乎证明了这一点:如果在胚胎发育过程中,某种基因的表达速度变慢,就会使鱼鳍变成肢足。可以预见,随着发育生物学的发展,越来越多的大进化难题将被解决。
对于如何评价这些新成果,进化生物学家们争论不休。持激进观点的人认为,这些成果已推翻了现代综合学说,它必须被新的学说所取代。现代综合学说也被称为新达尔文主义,因此这些新学说,比如中性学说,也就被称为非达尔文主义。而在持保守观点的人看来,这些新成果与现代综合学说并无本质上的冲突,也可以被综合到现代综合学说之中去。不管怎样,自从创立以来就备受攻击的现代综合学说仍然是进化生物学的主流学说。也许在不久的将来,就会出现综合了分子生物学、发育生物学等新学科的研究成果的“分子综合”学说。进化论创建一百多年来,本身就不断地在进化,将来也会不断地进化。进化论的进化没有止境。
进化论有三大经典证据:比较解剖学、古生物学和胚胎发育重演律。
一、达尔文之前
生物进化论,甚至可以说整个生物科学,开始于1859年11月24日。在那一天,在经过二十年小心谨慎的准备之后,达尔文出版了《物种起源》。第一版印了一千二百五十本,在一天之内销售一空。一门崭新的学科从此诞生了!
但是,一门新的学科不会从天而降。在1859年,科学界已经有了大量的进化证据,做好了准备迎接进化论的诞生。这时候的进化证据归纳起来有动植物培养、化石记录、解剖比较、退化器官、胚胎发育和生物地理分布这几类。
动物家养和植物栽培已经有了几千年的历史,人们由此已经知道同一物种往往有着差别极大的形态。这些形态是可以被改变的,通过精心的选择,可以得到新的品种。这种经由达尔文所谓的“人工选择”而获得的品种,其彼此之间的差别,有时比野外物种之间的差别还要大。如果我们在野外见到狼狗和哈巴狗的话,完全可能把它们当成象狼和狐狸那样两个截然不同的物种。动植物培养提供了“生物是可变的”感性而直观的材料。
那时候,科学界早已知道化石乃是生物体的遗迹,而且,许多从前的物种现在已经不存在、灭绝了,也就是说,生物界的组成并不是从古到今一成不变的。许多种类在化石记录中显示了随着地理时间的推移而逐渐发生变化的趋势,有时在两个类群之间还可以发现处于过渡形态的化石。各个主要生物类群在化石记录中并不是同时出现的,而是有先有后,很有顺序,而且这个顺序与从现存生物的比较得到的顺序相符。比如,从形态结构(例如心脏结构)和生理特点(例如呼吸系统)的比较,我们可以推测脊椎动物从“低级”到“高级”的顺序是鱼类、两栖类、爬行类和哺乳类,而在化石记录中,我们也发现鱼类化石的确先在较早的地层开始出现,其次是两栖类、爬行类,而以哺乳类化石出现得最晚。化石记录所展示的从“低级”到“高级”的顺序,是生物进化的一个有力证据。
早在十六世纪,就有科学家发现人和鸟虽然外表很不相同,骨骼组成和排列却非常相似。到了十九世纪,研究不同生物种类的形态结构的比较解剖学已相当发达,各生物种类在内部结构的同源性也越来越明显。正如达尔文所指出的:用于抓握的人手,用于挖掘的鼹鼠前肢,用于奔跑的马腿,用于游泳的海豚鳍状肢和用于飞翔的蝙蝠的翼手,它们的外形是如此的迥异,功能是如此的不同,但是剔除皮毛、肌肉之后,呈现在我们眼前的骨架却又是如此相似!对此最合理的解释就是它们都是从同一祖先进化而来的,因为适应环境具有了不同的功能和不同的外形,但是骨子里却没能变多少。如果它们是被分别创造出来的,根本没必要让有不同功能和不同外形的器官有着相似的构造,因为这样的构造设计,就其功能和外形而言,有时显得不是那么合理。如果让一个工程师来设计这些前肢,他完全可以去除一些对其它物种必需,对这个物种却是个累赘、退化得只剩一点痕迹的骨头.
而且,比较解剖学使我们认识到许多生物体都有一些退化了的器官,它们是生物进化的令人信服的证据。比如鲸,它的后肢已经消失了,但它的后肢骨并没有消失,我们还可以在它的尾部找到已不起作用的盆骨和股骨。甚至在一些蛇类中,我们也可以找到盆骨和股骨的残余。这使我们相信,鲸是由陆地四足动物进化来的,蛇是由蜥蜴进化来的。我们人类,已完全退化了的器官也不少,尾骨、转耳肌、阑尾、瞬膜(第三眼睑)等等都是完全退化、不起作用的器官,它们除了让我们记住我们的祖先曾经象猴一样有尾巴,象兔子一样转动耳朵,象草食动物一样有发达的盲肠,象青蛙一样眨眼睛,还能有别的什么合理解释吗?
早在十八世纪,动物学家就已经发现,在动物胚胎发育的过程中,会经过一系列与较低等的动物很相似的时期。比如说人,在胚胎发育的早期出现了鳃裂,不仅外形象鱼,而且内脏也象鱼:有动脉弓,心脏只有两腔等等。对这个现象的唯一合理的解释,就是人是由鱼进化来的,祖先的特征在胚胎发育过程中重演了。事实上,爬行类、鸟类和哺乳类在胚胎发育的早期都跟鱼类相似,而且有些时期几乎不可能区别开来,这是所有的脊椎动物都有共同祖先的一个证据。
自从十六世纪以来,随着西方航海业的发达,特别是美洲和澳洲的发现,博物学家们见识到无数新奇的物种。许多的物种,甚至整个属、科、目,只在某个地理区域被发现。当博物学家在澳洲和南美见到袋鼠、袋狼、袋熊、袋鼬、袋貂、袋獾等等闻所未闻的动物,就不免奇怪为什么上帝只在这里创造出有袋类哺乳动物。这并非那里的环境是为有袋类而设的,因为当移民们给这些地方带去高等哺乳动物后,许多有袋类因为竞争不过高等哺乳类而数量锐减甚至灭绝了。显然更合理的解释是,由于这些地区与别的大陆隔绝,而有了独特的进化途径。即使是一个群岛,也往往有在别的地方找不到的特有物种。做为神学院的毕业生的达尔文最初对神创论产生了怀疑,就是因为在加拉帕格斯群岛见到了那些岛与岛之间都不同种的巨龟,见到了在别的地方都找不到的多达十三种的“达尔文雀”,而不由得发生疑问:为什么上帝要在这个小小的角落炫耀他的创造才能,专门为这里创造出如此多的“只此一家,别无分店”的特有物种?合理的解释是,这些物种的祖先都是从别的地方来的,几万年几十万年后发生了变化,从而产生了形形色色的特有物种。
总之,在达尔文之前,生物进化已是铁证如山了,一些敢于冲破宗教信仰的束缚的科学家也开始正视这个事实。早在十八世纪中叶,法国博物学家布封就已认为生物物种是可变的,并大胆地推测所有的动物都来自同一种祖先。他并且认为地球的年龄要比《圣经》所记载的几千年要古老得多,并把生物物种的变化和地球环境的变化联系起来。但是在社会的压力下,布封被迫宣布放弃这些离经叛道的观点,因此未能产生什么影响。
比布封稍后的另一位法国博物学家拉马克则要固执得多,影响也要大得多。他是第一个系统地研究生物进化的人。他对生物进化的理解,跟现在并不相同。在他看来,生物界是一个从最简单、最原始的微生物按次序上升到最复杂、最高等的人类的阶梯,而所谓生物进化,就是从非生物自然产生微生物,微生物进化成低等生物,低等生物进化成高等生物,直到进化成人的过程。他认为,这个进化过程是不断在重复,至今仍在进行着的。也就是说,在今天,聪明的猩猩仍在尽力进化成人。拉马克也是试图解释进化现象的第一人,他给出了第一个进化的理论。这个理论主要有两点:第一,生物体本身有着越变越复杂、向更高级形态进化的内在欲望;第二,生活环境能够改变生物体的形态结构,而后天获得的性状能够遗传,简言之,“用进废退”。在著名的长颈鹿例子中,拉马克是这么解释长颈鹿的长颈由来的:长颈鹿的祖先经常伸长了脖子去吃树高处的叶子,脖子受到了锻炼,变长了,而这一点可以遗传,因此其后代就要比父母的脖子长一些,一代又一代,脖子就越来越长。
拉马克的这套理论,并不能说服当时的科学家接受进化论。这固然有宗教的原因,但也有科学上的怀疑。比如,拉马克的进化论认为非生物能自然产生微生物,但是当时虽然巴斯德还未做否定自然发生论的著名实验,科学界却已普遍认为有足够的证据表明自然发生论是不正确的。因此拉马克虽然影响很大,却是往往被当做反面教材来嘲笑和批驳。生物学界迫切需要有一个象牛顿一样的科学巨人,能够无可置疑地证明生物进化的事实,并且给出合理的解释。这个巨人,就是达尔文。
二、达尔文
历史选择了达尔文做为生物科学的创始人,似乎纯属偶然。1809年2月12日出生于富裕的医生家庭的查尔斯·达尔文,在青少年时代是个游手好闲的纨绔子弟,而不象是肩负历史使命的天才。他的父亲有一次指责他说:“你除了打猎、玩狗、抓老鼠,别的什么都不管,你将会是你自己和整个家庭的耻辱。”固然,这时候他很热衷于收集矿石和昆虫标本,但这是在男孩子当中很普遍的一种爱好,并没有什么特殊之处,虽然我们现在可以认为他未来的科学研究乃是儿时兴趣的延续。1825年秋,老达尔文准备让儿子继承自己的衣钵,把他送进了爱丁堡医学院。可惜,小达尔文对医学毫无兴趣,更要命的是,他天性脆弱,不敢面对手术台上的淋漓鲜血。两年之后,只好从医学院退学了。医生是当不成了,当牧师也是个体面的职业,达尔文听从父命,进了剑桥学神学。虽然他对神学也没有什么兴趣,花在打猎和收集甲虫标本上的时间恐怕比花在学业上的要多得多,却也终于在1831年毕业,准备当个乡间牧师了此残生。
达尔文在晚年回顾他的一生时,认为他的所有这些所谓高等教育完全是一种浪费。他觉得正式的课程枯燥无味,也没能从课堂上学到什么。但是在这些年,他在课余结识了一批优秀的博物学家,从他们那里接受了科学训练。他在博物学上的天赋也得到了这些博物学家的赏识。1831年,当植物学家亨斯楼(J. S. Henslow)被要求推荐一名年轻的博物学家参加贝格尔号的环球航行时,他推荐了忘年交达尔文。达尔文的父亲竭力反对儿子参加航行,认为这会推迟儿子在神学职业上的发展。在达尔文的一再恳求下,老达尔文终于作出让步,表示他若能找到一个可敬的人支持他去,他就可以去。达尔文找到了舅舅、他未来的丈人来说服父亲,并侥幸通过了以苛刻著称的费兹洛伊(R. Fitzroy)船长的面试,于1831年底随贝格尔号扬帆起航,途经大西洋、南美洲和太平洋,沿途考察地质、植物和动物。一路上达尔文做了大量的观察笔记,采集了无数的标本运回英国,为他以后的研究提供了第一手的资料。五年之后,贝格尔号绕地球一圈回到了英国。
当达尔文蹋上贝格尔号的时候,他是个言必称《圣经》的神学毕业生、正统的基督教徒,他的虔诚常常被海员们取笑。但是当他返回英格兰时,在他看来《旧约》不过是一部“很显然是虚假的世界史”,其可靠性并不比印度教的圣书高。他完全抛弃了基督教信仰,并逐渐成为不相信上帝存在的怀疑论者或理性主义者,而其出发点,就是对“一切生物都是由上帝创造”的信条的怀疑。
在环球航行时,有三组事实使得达尔文无法接受神创论的说教:第一,生物种类的连续性。他在南美洲挖到了一些已灭绝的犰狳的化石,与当地仍存活的犰狳的骨架几乎一样,但是要大得多。在他看来,这可以认为现今的犰狳就是由这种已灭绝的大犰狳进化来的。第二,地方特有物种的存在。当他穿越南美大草原时,他注意到某种鸵鸟逐渐被另一种不同的、然而很相似的鸵鸟所取代。每个地区有着既不同又相似的特有物种,与其说这是上帝分别创造的结果,不如说是相同的祖先在处于地理隔绝状态分别进化的结果。第三,是来自海洋岛屿的证据。他比较了非洲佛得角群岛和南美加拉帕格斯群岛上的生物类群。这两个群岛的地理环境相似,如果生物是上帝创造出来的,在相似的地理环境下应该创造出相似的生物类群才是合理的,但是这两个群岛的生物类群却差别很大。事实上,佛得角群岛的生物类群更接近它附近的非洲大陆,显然,应该认为岛上的生物来自非洲大陆并逐渐发生了变化。这个进化过程在加拉帕格斯群岛上更加明显。达尔文发现,组成这个群岛的各个小岛虽然环境相似,却各有自己独特的海龟、蜥蜴和雀类。没有任何理由认为上帝故意在一个小岛上创造这些独特的物种,更合理地,应该认为这些特有物种都是同一祖先在地理隔绝条件下进化形成的。
1837年,在贝格尔号之行结束一年后,达尔文开始秘密地研究进化论。他的第一堆笔记,是家养和自然环境下动植物的变异。他研究了所有可能到手的资料:个人观察和实验、别人的论文、与国内外生物学家的通讯、与园丁和饲养员的对话等等,很快得出结论,家养动植物的变异是人工精心选择造成的。但是自然环境下的变异又是怎么来的呢?他仍然不清楚。一年之后,他在休闲时读了马尔萨斯的《人口论》。马尔萨斯认为人口的增长必然快于生活资料的增长,因此必然导致贫困和对生活资料的争夺。达尔文突然意识到,马尔萨斯的理论也可以应用于生物界。所有的生物的繁殖速度都是以指数增长的,后代数目相当惊人,但是一个生物群的数目却相对稳定,这说明生物的后代只有少数能够存活,必然存在着争夺资源的生存竞争。达尔文进一步推导:任何物种的个体都各不相同,都存在着变异,这些变异可能是中性的,也可能会影响生存能力,导致个体的生存能力有强有弱。在生存竞争中,生存能力强的个体能产生较多的后代,种族得以繁衍,其遗传性状在数量上逐渐取得了优势,而生存能力弱的个体则逐渐被淘汰,即所谓“适者生存”,其结果,是使生物物种因适应环境而逐渐发生了变化。达尔文把这个过程称为自然选择。
因此,在达尔文看来,长颈鹿的由来,并不是用进废退的结果,而是因为长颈鹿的祖先当中本来就有长脖子的变异,在环境发生变化、食物稀少时,脖子长的因为能够吃到树高处的叶子而有了生存优势,一代又一代选择的结果,使得长脖子的性状在群体中扩散开来,进而产生了长颈鹿这个新的物种。
虽然达尔文在读了《人口论》之后就有了灵感,马上就有了自然选择的想法,但是要过了四年,在收集了大量的资料之后,他才开始把这个理论记录下来,并把手稿送给一些朋友征求意见。他太清楚一旦自己的理论发表将会对社会产生怎样的震撼了,而做为一个天性平和的人,这是他想要尽力避免的,因此他留下了一份遗嘱,他有关进化论的手稿只能在他死后发表。
但是在1858年夏天,达尔文收到了华莱士的信,迫使他不得不在生前发表自然选择理论。华莱士是一个年轻的生物地理学家,当时正在马来群岛考察。跟达尔文一样,他所观察到的生物的地理分布特点也促使他思考生物进化的问题。那一年的二月,他生了一场间歇热,在病中突然想到了马尔萨斯的《人口论》,并且也因此独立地发现了自然选择理论。他出身贫寒,又极其反对基督教,没有达尔文做为上层社会人士的种种顾虑,因此以一股初生牛犊不怕虎的劲头,用三个晚上就写成了一篇论证自然选择的论文,寄给达尔文征求意见。他并不知道达尔文此时已研究了二十年的进化论,之所以会找上达尔文,完全是由于达尔文在生物地理学学界的崇高地位;而这个地位,在达尔文完成贝格尔号之航后就确立了。
当达尔文读了华莱士的论文,见到他自己的理论出现在别人的笔下时,其震惊和沮丧可想而知。他的第一个念头,是压下自己的成果,而让华莱士独享殊荣。但是他的朋友、地理学家赖尔和植物学家虎克都早就读过他有关自然选择的手稿,在他们的建议下,达尔文把自己的手稿压缩成一篇论文,和华莱士的论文同时发表在1859年林耐学会的学报上。这两篇论文并没有引起多大的反响。也是在赖尔和虎克的催促下,达尔文在同一年发表了《物种起源》(篇幅只是他准备多年的手稿的三分之一左右),这才掀起了轩然大波,并征服了科学界。
由于《物种起源》的成功,也可能是被达尔文的人格和智慧所折服,虽然华莱士与达尔文同享发现自然选择理论的殊荣,他却总是把荣耀归功于达尔文一人,并把自然选择理论称为“达尔文主义”--这个称呼沿用至今。
三、达尔文的三大难题
达尔文自己把《物种起源》称为“一部长篇争辩”,它论证了两个问题:第一,物种是可变的,生物是进化的。当时绝大部分读了《物种起源》的生物学家都很快地接受了这个事实,进化论从此取代神创论,成为生物学研究的基石。即使是在当时,有关生物是否进化的辩论,也主要是在生物学家和基督教传道士之间,而不是在生物学界内部进行的。第二,自然选择是生物进化的动力。当时的生物学家对接受这一点犹豫不决,因为自然选择学说在当时存在着三大困难。
第一,是缺少过渡型化石。按照自然选择学说,生物进化是一个在环境的选择下,逐渐地发生改变的过程,因此在旧种和新种之间,在旧类和新类之间,应该存在过渡形态,而这只能在化石中寻找。在当时已发现的化石标本中,找不到一具可视为过渡型的。达尔文认为这是由于化石记录不完全,并相信进一步的寻找将会发现一些过渡型化石。确实地,在《物种起源》发表两年后,从爬行类到鸟类的过渡型始祖鸟出土了,以后各种各样的过渡型化石纷纷被发现,最著名的莫过于从猿到人的猿人化石。在现在被称为过渡型的化石已有上千种,但是与已知的几百万种化石相比,仍然显得非常稀少。这有两方面的原因。一方面,生物化石都是偶然形成的,因此化石记录必然非常不完全;另一方面,按照现在流行的“间断平衡”假说,生物在进化时,往往是在很长时间的稳定之后,在短时间内完成向新种的进化,因此过渡形态更加难以形成化石。
第二,是地球的年龄问题。既然自然选择学说认为生物进化是一个逐渐改变的过程,它就需要无比漫长的时间。达尔文认为这个过程至少需要几亿、十几亿年。但是当时物理学界的泰斗威廉·汤姆逊(即开尔文勋爵,一个神创论者)用热力学的方法证明地球只有一亿年的历史,而只有最近的最多两千万年地球才冷却到能够让生命生存。对于物理学家的挑战,达尔文无法反击,只能说“我确信有一天世界将被发现比汤姆逊所计算而得的还要古老”。我们今天已知道达尔文是对的,而汤姆逊算错了,现在的地质学界公认地球有四十几亿年的历史,而至少在三十亿年前生命就已诞生。但是在当时,在地球的年龄问题上,人们显然更倾向于相信物理学权威。
第三个困难是最致命的:达尔文找不到一个合理的遗传机理来解释自然选择。当时的生物学界普遍相信所谓“融合遗传”:父方和母方的性状融合在一起遗传给子代。这似乎是很显然的,白人和黑人结婚生的子女的肤色总是介于黑白之间。汤姆逊的学生、苏格兰工程师简金(F. Jenkin) 据此指出:一个优良的变异会很快地被众多劣等的变异融合、稀释掉,而无法象自然选择学说所说的那样在后代保存、扩散开来,就象一个白人到一个非洲黑人部落结婚生子,几代以后他的后代就会完全变成了黑人。达尔文虽然从动植物培养中知道一个优良的性状是可以被保留下来的,但是他没有一套合理的遗传理论来反驳简金。达尔文被迫做出让步,承认用进废退的拉马克主义也是成立的,可以用来补充自然选择学说。事实上,在达尔文逝世(1882年)前后,生物学界普遍接受拉马克主义,而怀疑自然选择学说。
如果达尔文知道奥地利遗传学家孟德尔的实验,就不会在遗传问题上陷入绝境了。孟德尔在1865年就已经发现了基因的分离定律和独立分配定律。生物遗传并不融合,而是以基因为单位分离地传递,随机地组合。因此,只要群体足够大,在没有外来因素(比如自然选择)的影响时,一个遗传性状就不会消失(肤色的融合是几对基因作用下的表面现象)。在自然选择的作用下,一个优良的基因能够增加其在群体中的频率,并逐渐扩散到整个群体。
很显然,孟德尔主义正是达尔文所需要的遗传理论。可惜,孟德尔的发现被当时的科学界完全忽视了。具有讽刺意味的是,当孟德尔主义在1900年被重新发现时,遗传学家们却认为它宣告了达尔文主义的死亡,在他们看来,随机的基因突变,而不是自然选择,才是生物进化的真正动力。只有一些在野外观察动植物行为的生物统计学家仍然信奉达尔文主义,因为他们所观察到的生物对环境的奇妙适应性,是无法用随机的突变来解释的。
四、伟大的综合
达尔文主义和孟德尔主义的开始融合,是在孟德尔定律被重新发现之后二十年的事。这一次不是一个科学巨人的孤身奋战,而是群星灿烂了。在这些伟大的科学家中,最重要的是英国人费歇(R. A. Fisher)、荷尔登(J.B.S.Haldne)和美国人莱特(S. Wright)。他们从理论上证明了,达尔文主义和孟德尔主义不仅不互相冲突,而且相辅相成。那些在野外做观察研究的生物统计学家所获得的进化论数据,都可以从遗传学原理推导出来。在孟德尔遗传学的基础上,自然选择可以完满地解释生物的适应性进化,根本不需要拉马克主义(拉马克主义这时候也已被证明是不可能的)。孟德尔遗传学正是达尔文梦寐以求的遗传学!这些理论研究工作,是在1918年开始,而在三十年代初基本完成的。1930年,费歇发表了《自然选择的遗传理论》;1931年,莱特发表了《孟德尔群体中的进化》;1932年,荷尔登发表了《进化的动力》。这三本经典著作,构成了现代进化论的理论基础。
但是这些理论研究,涉及到复杂的数学计算,不是一般的生物学家们所能理解的。而且只有理论没有实验,也很难被生物学家们所接受。因此,他们的研究工作,对当时的生物学界并没有产生太大的影响。直到生物学界出现了另一位伟大的科学家,他不仅有耐心去弄懂这些繁琐的数学计算,而且用实验来验证这些计算,他就是俄国出身的美国遗传学家杜布赞斯基(T. Dobzhansky)。杜布赞斯基师从俄国遗传学家契特维里科夫(S. Chetverikov)研究果蝇遗传学,1927年移民到美国(两年后他的老师被苏维埃政府逮捕,实验室被关闭)。他与莱特合作,以果蝇为实验材料证实了莱特的理论工作。1937年,杜布赞斯基发表了《遗传学和物种起源》。在这部继《物种起源》之后最为重要的进化论论著中,杜布赞斯基在理论上和实验上统一了自然选择学说和孟德尔遗传学,对博物学家和实验生物学家产生了巨大的影响,刺激了各个领域的生物学家都投身到进化论的研究当中来。
接下去的十年,是现代进化论硕果累累的十年。动物学家迈耶(E. Mayr) 把现代进化论应用于分类学研究,并提出了在地理变异和隔绝条件下新种产生的模型。古生物学家辛普森(G. G. Simpson)的研究表明现代进化论能够很好地被用于解释化石记录,而植物学家斯特宾斯(G. L. Stebbins) 则指出植物的进化同样能被现代进化论所解释。到本世纪四十年代,现代进化论已经被成功地应用于生物学的所有领域。1942年,朱利安·赫胥黎(进化论奠基人之一汤姆逊·赫胥黎之孙)发表《进化:现代综合》一书,综合了现代进化论在各个领域的研究成果,现代进化论也因此被称为“现代综合学说”,也即新达尔文主义。标志着这个伟大的综合过程的最终完成的,是1947年在普林斯顿成立了“遗传学、分类学和古生物学的共同问题委员会”。组成这个委员会的三十个学术权威代表着生物学的不同领域,但有着一个共同的观点:达尔文主义和孟德尔主义的综合。
五、没有止境的进化
1944年艾菲力(O. T. Avery)证明DNA是遗传物质,1953年华森和克里克提出DNA的双螺旋结构模型,生物学从此进入了分子时代。分子生物学的研究为生物进化这一科学事实补充了重要的新证据。它揭示了生物界在分子水平上的一致性,证明了进化论关于“所有的生物由同一祖先进化而来”的命题。同时,分子生物学为研究生物进化的过程和机理提供了强有力的工具。在以前,生物学家们只能通过古生物化石的研究和现存生物的形态结构比较确定各物种亲缘关系的亲疏,从而绘出种系发生树;现在,我们已完全可以在分子水平上,通过比较蛋白质的氨基酸序列或基因的核苷酸序列,不仅在总体上肯定了传统生物学的结果,而且使种系发生树的描绘更精确,达到了定量化的程度。
生物进化可以分成三个层次:微进化(生物群体中基因频率的改变)、新种生成和大进化(从一个类型到另一个类型的跃变,比如从鱼类进化到两栖类)。现代综合学说完美地解释了微进化和新种生成,并认为由微进化和新种生成的研究所得的结果可以进一步推广到大进化。但是一些生物学家对这个推论表示怀疑,他们认为生物大进化可能有属于自己的机理。按照他们的观点,生物新类型的产生是在生物胚胎发育过程中基因突变的结果。胚胎发育时的微小突变可以导致成体的巨大变化。最近发育生物学的研究似乎证明了这一点:如果在胚胎发育过程中,某种基因的表达速度变慢,就会使鱼鳍变成肢足。可以预见,随着发育生物学的发展,越来越多的大进化难题将被解决。
对于如何评价这些新成果,进化生物学家们争论不休。持激进观点的人认为,这些成果已推翻了现代综合学说,它必须被新的学说所取代。现代综合学说也被称为新达尔文主义,因此这些新学说,比如中性学说,也就被称为非达尔文主义。而在持保守观点的人看来,这些新成果与现代综合学说并无本质上的冲突,也可以被综合到现代综合学说之中去。不管怎样,自从创立以来就备受攻击的现代综合学说仍然是进化生物学的主流学说。也许在不久的将来,就会出现综合了分子生物学、发育生物学等新学科的研究成果的“分子综合”学说。进化论创建一百多年来,本身就不断地在进化,将来也会不断地进化。进化论的进化没有止境。
(一)进化论产生的背景 19世纪中叶,达尔文(Charles Darwin,1809—1882)创立了科学的进化论。达尔文在他的进化论中唯物地阐明了生物进化的原因(机制),从而摧毁了神创论在生物学中的统治地位。达尔文之所以能在这个时期完成进化论是有其历史背景的。
首先,这是因为自然科学到了这个时期已经积累了充分的事实,证明有机界存在着一个历史发展的过程。在19世纪中叶,古生物学、地质学、胚胎学、比较解剖学、细胞学等学科所提供的丰富资料,为科学进化论的产生准备了条件。
1831年达尔文以自然科学家的身份参加了“贝格尔”号军舰的环球旅行。在历时五年之久的航行考察实践中,使他获得了地质、古生物、植物、动物等多方面极为丰富的实际知识,为他以后从事生物进化理论的总结,提供了直接的感性知识源泉。他在自然界观察到的无数事例,不能不使他对主张物种不变的神创论产生了极大的怀疑。达尔文在考察结束时已经形成了物种变化的观点,但是物种为什么能发生变化,变化的规律是什么?达尔文当时还不能找到问题的答案。
为了解决这个问题,达尔文继科学考察之后,又转而深入社会生产实践。当时英国有发达的畜牧业和园艺业,蓬勃开展的育种工作给达尔文提供了解决上述问题的条件。人类的育种实践,有以下两个特点:(1)生物在人的有意识的控制下所发生的变异,比起在自然状态下所发生的变异要迅速,而且也更明显;(2)在人的控制下所引起的变异,比较容易看到新性状的形成与人对它的要求有关。这就是说:我们比较容易看到一个新品种是如何形成的。达尔文认识到研究育种工作的实践经验有助于解决进化的机制问题。他当时这样写下:“我开始观察的时候,便觉得细心研究家养动物和栽培植物,会给了解这个难解的问题提供最良好的机会。果然使我没有失望……。”
在总结育种实践的经验和他自己的科学实验中,达尔文逐步形成了人工选择的学说。
(二)达尔文进化论的基本内容达尔文进化论的核心是关于人工选择和自然选择的学说。他是首先形成了人工选择的学说,然后进而建立自然选择的学说。因此先把人工选择学说作一简单说明。
1.人工选择学说:达尔文在研究家畜和作物品种起源时,首先发现每一种家畜和作物都有许多品种,他认为不论品种有多少,它们之间的差异可以很大,但这些品种都来自一个或少数几个野生种。如家鸽的品种很多(达尔文当时搜集的鸽子有150个品种),但它们都起源于一种,即野生的岩鸽;家鸡的品种很多,但都来源于共同的祖先,即野生的原鸡。
不同的品种又是如何形成的呢?达尔文认为:家养生物的各种品种,是人类通过有意识的选择而创造出来的。所谓选择,就是人类根据他们的要求和爱好把符合要求的个体变异保存下来,并让它们传种接代,把不符合要求的个体淘汰。通过遗传与变异的累积,逐渐形成各种品种。这样看来,新品种的形成包括3个因素:即变异、遗传与选择。变异在这里起着提供材料的作用,没有变异就没有选择的原材料;选择保留了对人有利的变异,淘汰对人不利的变异,没有选择,就没有变异的定向发展;遗传起着保持巩固变异的作用,没有遗传,就没有变异的积累。
人工选择学说的建立对达尔文进一步探讨物种起源问题有很大的帮助,使他联想到,在自然界是否也有类似的选择过程呢?进一步的研究使达尔文确信:各物种的起源也是由于在自然界存在着同人工选择相似的选择过程。从而建立了自然选择的学说。
2.自然选择学说:自然选择学说是达尔文根据以下3个观察到的事实和由此而得出的两个推论而建立的。
首先,达尔文发现各种生物都有很高的繁殖率,如果自然界没有限制生物繁殖的因素,那末每个物种都有按几何级数(2、4、8、16、32、64……)迅速繁殖后代的趋势。例如象(是动物界中生殖缓慢的),从一对雌雄象开始,到750年之后,将产生出1900万头象。一对麻雀,在10年之后,将繁殖出2750亿个子孙。
达尔文观察到的第二个事实是:自然界各种生物的数量,一般说来,在一定时期内都保持相对稳定。尽管生物的繁殖潜力是巨大的,而实际上,动物的卵子(或植物的种子)不一定都能发育,幼体不一定都能成活,其中很大一部分是被淘汰掉了。
达尔文注意到的第三个事实是:生物普遍地存在着变异。亲代与子代并不完全相同,同一亲代所生的子代也总有差异。事实上,没有两个个体是完全相同的。
达尔文从观察到的3个事实中得出了两个推论:
第一个推论:在自然界物种的巨大繁殖潜力之所以未能实现,乃是由于生存斗争(strugglefor existence)。正因为,一方面生物具有高度繁殖力,另一方面,生存条件不允许生物所产生的后代都能生存下来,因此,生物必然总是在生存斗争中,或者与无机环境作斗争,或者与不同种生物斗争(种间斗争),或者与同种的其它个体作斗争(种内斗争)。达尔文认为“最剧烈的斗争,差不多总是发生在同种的个体,因为它们居住在同一地域,取食于同样食料,遭受到同样威胁。”
第二个推论:在生存斗争中,具有有利变异的个体得到最好的机会保存自己和生育后代;相反地,那些具有不利变异的个体在生存斗争中就会遭到淘汰。达尔文把生存斗争所引起的这个过程称为“自然选择”(natural selection),或“适者生存”。
通过长期的、一代一代的自然选择,物种的变异被定向地积累下来,逐渐形成了新的物种,推动着生物的进化。
以上就是达尔文自然选择学说的基本要点。
以自然选择为核心的达尔文进化论,第一次对整个生物界的发生、发展,作出了唯物的、规律性的解释,推翻了特创论等唯心主义形而上学在生物学中的统治地位,使生物学发生了一个革命变革。恩格斯高度评价了达尔文的进化论,认为它是19世纪自然科学的3大发现之一(这3大发现是:能量守恒和转换定律、细胞学说、达尔文进化论)。
尽管受当时科学水平上的限制,达尔文学说中有个别的错误观点,也留下一些问题没有解决,但是,正如恩格斯所指出的:“不管这个理论在细节上还会有什么改变,但是总的说来,它现在已经把问题解答得令人再满意没有了。”达尔文进化论奠定了人类对生物进化认识的基础,随着近代科学的发展,我们必然会更加深入地认识生物进化的规律,更有成效地改造自然。
首先,这是因为自然科学到了这个时期已经积累了充分的事实,证明有机界存在着一个历史发展的过程。在19世纪中叶,古生物学、地质学、胚胎学、比较解剖学、细胞学等学科所提供的丰富资料,为科学进化论的产生准备了条件。
1831年达尔文以自然科学家的身份参加了“贝格尔”号军舰的环球旅行。在历时五年之久的航行考察实践中,使他获得了地质、古生物、植物、动物等多方面极为丰富的实际知识,为他以后从事生物进化理论的总结,提供了直接的感性知识源泉。他在自然界观察到的无数事例,不能不使他对主张物种不变的神创论产生了极大的怀疑。达尔文在考察结束时已经形成了物种变化的观点,但是物种为什么能发生变化,变化的规律是什么?达尔文当时还不能找到问题的答案。
为了解决这个问题,达尔文继科学考察之后,又转而深入社会生产实践。当时英国有发达的畜牧业和园艺业,蓬勃开展的育种工作给达尔文提供了解决上述问题的条件。人类的育种实践,有以下两个特点:(1)生物在人的有意识的控制下所发生的变异,比起在自然状态下所发生的变异要迅速,而且也更明显;(2)在人的控制下所引起的变异,比较容易看到新性状的形成与人对它的要求有关。这就是说:我们比较容易看到一个新品种是如何形成的。达尔文认识到研究育种工作的实践经验有助于解决进化的机制问题。他当时这样写下:“我开始观察的时候,便觉得细心研究家养动物和栽培植物,会给了解这个难解的问题提供最良好的机会。果然使我没有失望……。”
在总结育种实践的经验和他自己的科学实验中,达尔文逐步形成了人工选择的学说。
(二)达尔文进化论的基本内容达尔文进化论的核心是关于人工选择和自然选择的学说。他是首先形成了人工选择的学说,然后进而建立自然选择的学说。因此先把人工选择学说作一简单说明。
1.人工选择学说:达尔文在研究家畜和作物品种起源时,首先发现每一种家畜和作物都有许多品种,他认为不论品种有多少,它们之间的差异可以很大,但这些品种都来自一个或少数几个野生种。如家鸽的品种很多(达尔文当时搜集的鸽子有150个品种),但它们都起源于一种,即野生的岩鸽;家鸡的品种很多,但都来源于共同的祖先,即野生的原鸡。
不同的品种又是如何形成的呢?达尔文认为:家养生物的各种品种,是人类通过有意识的选择而创造出来的。所谓选择,就是人类根据他们的要求和爱好把符合要求的个体变异保存下来,并让它们传种接代,把不符合要求的个体淘汰。通过遗传与变异的累积,逐渐形成各种品种。这样看来,新品种的形成包括3个因素:即变异、遗传与选择。变异在这里起着提供材料的作用,没有变异就没有选择的原材料;选择保留了对人有利的变异,淘汰对人不利的变异,没有选择,就没有变异的定向发展;遗传起着保持巩固变异的作用,没有遗传,就没有变异的积累。
人工选择学说的建立对达尔文进一步探讨物种起源问题有很大的帮助,使他联想到,在自然界是否也有类似的选择过程呢?进一步的研究使达尔文确信:各物种的起源也是由于在自然界存在着同人工选择相似的选择过程。从而建立了自然选择的学说。
2.自然选择学说:自然选择学说是达尔文根据以下3个观察到的事实和由此而得出的两个推论而建立的。
首先,达尔文发现各种生物都有很高的繁殖率,如果自然界没有限制生物繁殖的因素,那末每个物种都有按几何级数(2、4、8、16、32、64……)迅速繁殖后代的趋势。例如象(是动物界中生殖缓慢的),从一对雌雄象开始,到750年之后,将产生出1900万头象。一对麻雀,在10年之后,将繁殖出2750亿个子孙。
达尔文观察到的第二个事实是:自然界各种生物的数量,一般说来,在一定时期内都保持相对稳定。尽管生物的繁殖潜力是巨大的,而实际上,动物的卵子(或植物的种子)不一定都能发育,幼体不一定都能成活,其中很大一部分是被淘汰掉了。
达尔文注意到的第三个事实是:生物普遍地存在着变异。亲代与子代并不完全相同,同一亲代所生的子代也总有差异。事实上,没有两个个体是完全相同的。
达尔文从观察到的3个事实中得出了两个推论:
第一个推论:在自然界物种的巨大繁殖潜力之所以未能实现,乃是由于生存斗争(strugglefor existence)。正因为,一方面生物具有高度繁殖力,另一方面,生存条件不允许生物所产生的后代都能生存下来,因此,生物必然总是在生存斗争中,或者与无机环境作斗争,或者与不同种生物斗争(种间斗争),或者与同种的其它个体作斗争(种内斗争)。达尔文认为“最剧烈的斗争,差不多总是发生在同种的个体,因为它们居住在同一地域,取食于同样食料,遭受到同样威胁。”
第二个推论:在生存斗争中,具有有利变异的个体得到最好的机会保存自己和生育后代;相反地,那些具有不利变异的个体在生存斗争中就会遭到淘汰。达尔文把生存斗争所引起的这个过程称为“自然选择”(natural selection),或“适者生存”。
通过长期的、一代一代的自然选择,物种的变异被定向地积累下来,逐渐形成了新的物种,推动着生物的进化。
以上就是达尔文自然选择学说的基本要点。
以自然选择为核心的达尔文进化论,第一次对整个生物界的发生、发展,作出了唯物的、规律性的解释,推翻了特创论等唯心主义形而上学在生物学中的统治地位,使生物学发生了一个革命变革。恩格斯高度评价了达尔文的进化论,认为它是19世纪自然科学的3大发现之一(这3大发现是:能量守恒和转换定律、细胞学说、达尔文进化论)。
尽管受当时科学水平上的限制,达尔文学说中有个别的错误观点,也留下一些问题没有解决,但是,正如恩格斯所指出的:“不管这个理论在细节上还会有什么改变,但是总的说来,它现在已经把问题解答得令人再满意没有了。”达尔文进化论奠定了人类对生物进化认识的基础,随着近代科学的发展,我们必然会更加深入地认识生物进化的规律,更有成效地改造自然。
其实,进化论充其量不过是一种极不成熟、极不负责的理论假说,现代基因理论的发展,便充分揭示了“人是由低等的单细胞生命进化来的”这一学说的极端荒谬性。
《进化论》是生物学最主要的理论之一。
2达尔文
本文标题: 一个物种要连续存在多少年,其后代才会出现属/科/目的分化 属/科等生物分类单元产生所需时间需要多久
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