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“生命进化” 课程大纲
  时间:2013-06-20 16:55:46  作者:

 课程名称生命进化

          The Evolution Of Life

所属课程组3-6 科学与科学方法-生命世界

课程编码

    2

课内学时32

授课对象:不限,建议一、二年级本科生

课程目标理解生物基本理论,培养理性科学精神,树立辩证求实思想。本课程的目标是:

1)通过本课程的学习,学生理解生命等生物学基本概念,掌握生物进化的基本理论和基础知识;

2)初步掌握生命科学的观察和思维的能力,培养学生提出和分析生物相关问题的能力,培养学生用批判的观点欣赏和发掘生物科学的内在规律,逐步增强学生认识科学规律的自主能力。

3)培养学生的欣赏生命,尊重生命,维护生命的理念。

教学方法:讲授、学生课外阅读和调查、课堂讨论、小课题研究。

提前为学生布置阅读任务和讨论题目;小课题研究根据某一专题,安排学生查阅文献并做适当论证,撰写课程论文,并进行课堂讨论。

考核方式

平时作业(20%课堂讨论(10%课程论文(20%期末测试(50%

主要参考书

《生物进化》,张昀著,北京大学出版社 1998年版,ISBN7301036450

教学参考书:

1. 沈银柱等:《进化生物学》,高等教育出版社 2013年版

2. Stephen Stearns等:《Evolution》,Oxford University Press 2005年版

3. Hubert P. Yockey:《Information theory, evolution and orign of life》,Cambridge University Press 2011年版

4. Samir Okasha:《Evolution and the Levels of Selection》,Oxford University Press 2009年版 

5. Charles Darwin:《The Origin of Species》,Createspace Press 2011年版

6. 乔治·威廉斯:《适应与自然选择》,上海科学技术出版社 2001年版

7. 理查德·道金斯:《生命起源的朝圣之旅》,江苏科学技术出版社 2010年版

8. 詹姆斯·沃森等:DNA:生命的秘密》,上海人民出版社 2011年版

9. 克里斯蒂安·德迪夫《生机勃勃的尘埃:地球生命的起源和进化》,上海科技教育出版社 1999年版

10. 贾雷德·戴蒙德《第三种黑猩猩:人类的身世与未来》,上海译文出版社 2012年版

11. 史蒂芬··古尔德:生命的壮阔》,江苏科学技术出版社 2013年版

其他学习资源:

1.        网络资源:

1MIT OpenCourse(Human Origins and Evolution):http://ocw.mit.edu/courses/   materials-science-and-engineering/3-987-human-origins-and-evolution-spring-2006/index.htm

2Berkeley, UC(Evolution)http://evolution.berkeley.edu/evolibrary/article/

evo_01

3TalkOrigins创世说和进化论的争论: http://www.talkorigins.org/

4)化石网:http://www.uua.cn/

5)人类起源研究:http://leakeyfoundation.org/

6)考古学研究:http://archaeologyinfo.com/

7)人类进化:http://www.becominghuman.org/

2.        期刊:

1Nature(自然):  http://www.nature.com/

2Science(科学):  http://www.sciencemag.org/

3Trends in Ecology & Evolution(生态学与进化趋势): http://www.cell.com/ trends/ecology-evolution

4Annual Review of Ecology, Evolution,and Systematics(生态学、进化与系统学年评):http://www.annualreviews.org/loi/ecolsys

 

课程内容纲要

第一讲 生命的本质及生物进化4学时,1-A,1-B 2学时)

学习目标:

v       知识。掌握和理解:(1)生命的基本特征;(2)生命的定义;(3)生物多样性及生物分类;(4)生物科学的基本法则;(5)进化的概念;(6)生物进化的概念。

v       能力。能使用“生命”、“进化”、“中心法则”概念分析具体实践问题。

v       态度。培养学生欣赏生命,尊重生命的态度。

学习内容:

1-A:主要讲述生命特征,本质及其生物多样性(2学时)

1. 生命的基本特征:(1)化学成分的同一性;(2)严整有序的结构;(3)新陈代谢;(4)生长特性;(5)遗传和繁殖能力;(6)应激能力(7)进化。

2. 生命概念。生物学角度:生命是核酸和蛋白质等物质组成的多分子体系,它具有不断自我更新、繁殖后代以及对外界产生反应的能力;医学角度:消化、呼吸、运动、排泄、新陈代谢、生长、发育和对外界刺激做出反应的功能系统;进化论角度:能够通过自然选择进化的系统;物理学角度:一个不断与外界进行物质和能量交换的开放系统。

3. 生命的本质:

1)结构定义:强调生命的特殊结构,与这种结构相关联的功能特征则被认为是附属于特殊结构的。

     a. 分子层次-最简单的生命是某种生物大分子。

       蛋白质(19世纪,20世纪初)        核酸(20世纪50年代后)     (原体,病毒,类病毒等)

     b. 细胞层次-最简单的生命是最简单的细胞。

2)运作定义:从生命的动态功能着眼,而把与功能相关的特殊结构看作是实现这种特殊功能所要求的条件。

     生命是高度组织化的物质结构,核酸、蛋白质等相互作用的生物大分子构成其分子基础,通过生物膜结构实现其内、外之间和内部的分隔化,其内部的无数相关的生物化学反应循环通过耦联,并借助分隔化的结构而组成高度有序的、紧凑的生物化学反应网系统,这个系统靠外界能量输入和内、外物质交换而保持其低熵水平的远离热力学平衡态的有序状态,同时实现其自身复制(再生产)。

3. 生物多样性及生物分类:(1)生物多样性及自然环境。(2)生物分类:原核生物(古细菌和真细菌)、真核生物(原生生物,真菌,植物和动物)

 

1-B:主要讲述生命科学基本法则,进化的概念及其生物进化(2学时)

4. 生物科学的基本法则。生命体的结构和功能;生物大分子;生命的中心法则(DNARNA蛋白质)。基因工程及其应用。

5. 进化的概念:

  a. “进步”的含义,即指事物由低级的、简单的形式向高级的、复杂形式转变的过程。

        b. “有变化的传衍”,表示生物随时间既变化又连续(传衍)的过程。

        c广义的进化概念(斯宾塞):是指物质从无序到有序、从同质到异质、从简单到复杂的有向的变化过程。

     6. 生物进化的概念:

生物进化是生物与其生存环境相互作用过程中,其遗传系统随时间而发生一系列不可逆的改变,并导致相应的表型的改变。在大多数情况下,这种改变导致生物总体对其生存环境的相对适应。

课外阅读:詹姆斯·沃森《DNA:生命的秘密》第一,二,三,七,八章

课堂讨论:生命是什么?和非生命有什么区别(生命的基本特征和生命定义)。

课外作业:(1)对化石的研究表明,植物受环境巨变影响而灭绝的现象较动物要少得多。那么植物有哪些特征使之更有可能在灾难中存活下来?

          2)基因改造的生物对环境可能产生的影响?

阅读材料:1. 詹姆斯·沃森《DNA:生命的秘密》第六章

2. Nielsen, K. M. (2003). "Transgenic organisms—time for conceptual diversification?". Nature Biotechnology 21 (3): 227–228.

3. Melo, Eduardo O.; Canavessi, Aurea M. O.; Franco, Mauricio M.; Rumpf, Rodolpho (2007). "Animal transgenesis: state of the art and applications". J. Appl. Genet. 48 (1): 47–61.

4. Schatten, G.; Mitalipov, S. (2009). "Developmental biology: Transgenic primate offspring"Nature 459 (7246): 515–516.

5. Classical Medicine Journal (14 April 2010). "Genetically modified cows producing human milk."

6. EFSA (2012). Genetically modified animals. Europe: EFSA.http://www.efsa.europa.eu/en/topics/topic/gmanimals.htm

7. Eric Hallerman., Glofish, The First GM Animal Commercialized: Profits amid Controversy. June, 2004. Accessed September 3, 2012.

 

 

第二讲 生命的起源及生物进化历程8学时,2-A,2-B3学时,研究和讨论2学时)

学习目标:

v       知识。掌握和理解:(1)生物进化思想,学说;(2)进化学说的争论和进化学说的分类;(3)生物进化的研究方法和分析;(4)宇宙演变与地球进化;(5)生命进化史;(6)生命起源及其假说;(7)生物进化。

v       能力。通过分析生命起源相关学说,基于其理论基础,科学证据等,辩证分析各学说的合理性及其局限性,培养学生批判思维能力,树立求真务实的科学精神;并能运用生物研究方法分析具体实际问题。

v       态度。培养学生的科学精神和勇于质疑的态度

学习内容:

2-A:主要讲述生物进化思想及其进化学说发展历史(3学时)

1. 生物进化思想,学说:

1)进化学说产生与发展可以分为两大阶段:进化思想形成、发展阶段(从古希腊时期,中国西周至春秋战国时期,一直到18世纪)和进化学说产生、发展阶段(18世纪以来)

2)古代的自然哲学——进化思想的萌芽:选择假说 “本体论 演变论万物生于有,有生于无 “道生一,一生二”……

3)中世纪西方的宗教哲学——反进化思想:创世说 种不变论目的论……

4)近代对立的自然观与进化学说的产生:

     a. 自然神学威廉·柏利,莱伊尔,乔治·居维叶等

     b. 近代的进化哲学培根最早提出物种可变性康德提出传衍的概念等

     c. 进化论的先驱者与最早的进化学说: 物种是可变的;每个物种都是从先前存在的别的物种传衍而来;物种的特征不是上帝赋予的,而是遗传决定的。

       18世纪后期到19世纪初期是进化学说酝酿时期-乔治·布丰艾拉斯姆·达尔文-巴布提斯·拉马克。

        拉马克学说主要包括传衍理论,进化等级说,进化原因强调生物内部因素。

 5)灾变说与均变说的对立

 6)历史循环观点与历史进步观点的对立

 7达尔文和达尔文的进化理论:

达尔文进化学说形成过程分为四个阶段:

a. 183610月(达尔文结束环球考察)以前——自然神学自然观时期;

b. 183610月至18389——由自然神学自然观向演变论自然观转变;

c. 183810月(读马尔萨斯的论人口的著作)到1844——自然选择理论形成时期;

d.  1844年至1858——自然选择理论发展为完整的进化理论。

 

达尔文进化理论的主要内容:

a. 变异和遗传——一切生物都能发生变异,至少有一部分变异能够遗传给后代。

b. 自然选择——任何生物产生的生殖细胞或后代的数目要远远多于可能存活的个体数目(繁殖过剩),而在所产生的后代中,平均说来,那些具有最适应环境条件的有利变异的个体有较大的生存机会,并繁殖后代,从而使有利变异可以世代积累,不利变异被淘汰。

c. 性状分歧、种形成、绝灭和系统树

8)达尔文以后的进化理论的发展:

 达尔文学说经历了两次大修正,并且正经历第三次大修正:

  a. 第一次大修正:本世纪初,魏斯曼(AWeismann)及其他学者对达尔文学说作了一次过滤,消除了达尔文进化论中除了自然选择以外的庞杂内容,把自然选择原理强调为达尔文学说的核心,称为新达尔文主义

  b. 第二次大修正由于遗传学的发展引起的对自然选择学说本身以及与其相关的概念(如适应概念、物种概念)所作的修正,称为现代综合论

  c. 第三次大修正主要是由古生物学和分子生物学的发展引起的

    包括:

古生物学证明大进化过程并非匀速渐变的,而是快速进化进化停滞相间的;

大进化与分子进化都显示出相当大的随机性,自然选择并非总是进化的主因素;

遗传学的深入研究揭示出遗传系统本身具有某种进化功能,进化过程中可能有内因的驱动导向

2. 进化学说的争论和进化学说的分类:

1)进化论的争论,围绕着下面三个主题:

     a. 进化的动力是什么?

一些进化学说强调环境对生物体的直接作用,认为外环境的改变是推动生物进化的动力。另一些进化学说则主张进化的动力在生物内部。达尔文学说和现代综合论则主张进化的动力来自生物的内在因素(即突变)与环境的选择作用相结合。

b. 进化是否有一定方向?

主张直道进化的终极目的论或直生论者也认为进化是定向的。与此相反,达尔文以及现代综合论者都认为进化方向是由环境控制的。随机论者认为进化是随机的、偶然的、无向的。

c. 进化的速度是否恒定?是渐进的还是跳跃的?

达尔文学说和近代综合论基于自然选择原理来解释进化,因而认为进化是渐变的过程。近代的中性论认为进化速度近乎恒定。70年代发生了断续平衡论与线系渐变论之间的争论。继续平衡论和新灾变论都强调进化的不连续性。

     2)进化学说的分类:

3. 生物进化的研究方法和分析:

1)进化的因果分析:

        a. 其一是按生物系统结构的层次逐级还原的途径,即认为某一层次的现象可以在其低一级的层次上找到原因

        b. 另一条途径是通过研究分析在时间向度上顺序发生的进化事件之间的关联来探索进化的因果关系。

   2)进化生物学的比较方法:

        a. 若将现时生存的不同类型的生物在其结构的各层次上作比较,再按结构的复杂性程度和相似性(或差异性)程度排列成序列,并将这个序列作为推断进化历史的依据。

        b. 对研究对象的全部可识别、可测度的性状进行全面综合的定量的比较,将各类性状同等看待,并将各类群之间的差异量或相似性系数作为衡量亲缘远近的尺度

         c. 从连续的地层中陆续出现的属于同一分类群的化石类型在相关的器官或性状上若呈现渐变序列,则可据此推断其进化历史。

   3)自然历史资料的搜集与分析:

        a. 生物化石,包括生物遗体和遗迹化石

        b. 与生命活动相关的沉积物

        c. 沉积岩中保存的有机物、生物化学分子……

        d. 沉积岩中同位素地球化学标记

        e. 各地质时期构造地质、古地理的资料

        f. 人类的文字记载

        g. 其他,如陨石及宇宙尘等地外物体中的有机分子

   4)自然进化过程的考察:

        a. 极端特殊环境条件下的快速进化(昆虫,细菌,微生物抗药性的进化)

       b. 适应辐射情况下的快速进化

       c. 环境的急剧变化引起的种群快速进化

  5)进化的实验研究:

       a. 自然界进化过程的实验室模拟

       b. 为验证某一理论或假说而设计的模拟实验

       c. 验证进化因素对进化方向、型式、速度的影响的计算机模拟

  6)“现实主义方法”-参照现代地质作用的原因去解释过去的地球表面的变化

 

2-B:主要讲述地球上生物进化的历史过程(3学时)

4. 宇宙演变与地球进化:(1)宇宙起源论;(2)宇宙的历史;(3)地球的诞生和演变。

5. 生命进化史:在有向的时间尺度上顺序发生的生物进化事件构成了生命史的核心内容。进化事件是连续的、漫长的生命史中的里程碑,是生命进化的脚步。

6. 生命史的三个阶段:

1)前生命的化学进化阶段

2生物学进化阶段

3)文化进化与生物学进化并行和相互制约阶段

7. 生命起源:

1)生命起源假说:

a. 创世说

b. 自然发生论

c. 宇生论

d. 原生汤理论

e. 生命起源进化说(化学进化说)

f. 生命起源研究的新进展和新假说地球外的化学进化与新泛种论”; 现代的非生物有机合成与新自生论

     2)从化学进化到生物学进化:

          a. 团聚体学说

b. 分子自组织理论

 c. 超循环组织模式

 e. 分子系统的随机变异和随机固定过程

      3)研究生命起源的途径:

          a. 研究生命起源的历史环境背景

            b. 化学进化的实验模拟

            c. 化学进化和最早的原始生命的遗迹

8. 生物进化:

 1光合作用和光合自养生物的起源

 2)蓝菌的繁荣与衰落

 3)细胞进化——从原核细胞到真核细胞

 4)元古宙晚期的生物进化事件和全球环境变化

 5)多细胞化和后生动、植物的起源

 6)性和有性生殖的起源

 7)显生宙生物进化事件

 8)动物骨骼的起源与进化

 9)维管植物的起源与早期进化

 10)形态进化趋势:复杂性和多样性的增长

 

课外阅读Charles DarwinThe Origin of Species》;Stephen StearnsEvolution第二,三,十五章;理查德·道金斯《生命起源的朝圣之旅》;乔治·威廉斯《适应与自然选择》

课堂讨论:(1)生命的开始只是一个偶然事件吗?。

阅读材料:1. Primordial soup-Dr. Awramik's article "Astrobiology and the Origins of Life."

                     Endosymbiotic Theory-Dr. Lynn Margulis developed the endosymbiotic theory that posits the origin of cell organelles by hereditary symbiosis.

                  2. How Did It All Begin?- David W. Deamer discusses the origin of cellular life in this on-line article.

3. Aiello L. C., and M. Collard."Our newest oldest ancestor?" Nature 410 (2001): 526-27.

4. Ambrose S. H."Paleolithic technology and human evolution." Science 291 (2001): 1748-53.

            2)对于地球上只发生一次的事件(如生命的起源),我们如何着手研究并分析?

                 阅读材料:1. MIT OpenCourse(Human Origins and Evolution):

http://ocw.mit.edu/courses/materials-science-and-engineeri ng/3-987-human-origins-and-evolution-spring-2006/index.htm

                                   2. 考古学研究:http://archaeologyinfo.com/

                                   3. 化石网:http://www.uua.cn/

            3)先有鸡还是先有蛋?

                 阅读材料:1. Freeman CL, Harding JH, Quigley D, Rodger PM, Structural control of crystal nuclei by an eggshell protein, Angew Chem Int Ed Engl., 2010, 49(30):5135-5137.

                                     2. Zelenitsky DK, and Therrien F, Unique maniraptoran egg clutch from the Upper Cretaceous Two Medicine Formation of Montana reveals theropod nesting behaviour. Palaeontology., 2008, 51: 1253-1259.

3. Brookfield JFY, and Johnson LJ, The evolution of mobile DNAs: when will transposons create phylogenies that look as if there is a master gene? Genetics., 2006, 173(2):1115-1123.

4. “What came first, the chicken or the egg? The definitive answer”.http://www.guardian.co.uk/science/2006/may/26/uknews

 

研究与讨论:针对现今流传的任意一个“进化论”的悖论,阅读相关文献,分析其合理性和局限性,对其进行全面的综合评价。

学生分组收集有关资料,利用生物进化的研究和分析方法,使用有关生物进化理论,准备研究报告,并在课堂报告和讨论。

 

 

第三讲 生命进化规律及其机制8学时,3-A3-B3-C3-D2学时)

从个体、种群、物种和种上分类群等各个组织层次上考察和了解进化的规律、进化的原因和进化机制

学习目标:

v       知识。掌握和理解:(1)小进化;(2)种和种的形成;(3)分类系统与进化谱系;(4)大进化。

v       能力。使用“生态系统”、“生物圈”相关概念和方法分析具体环境和社会问题。

v       态度。培养学生爱护地球,保护环境,自我参与的意识和态度。

学习内容:

3-A:在个体和种群层次上讲述进化的规律、进化的原因和进化机制(2学时)

1. 小进化:(1)定义:小进化是指种内的个体和种群层次上的进化改变,也就是说,生物学家以现生的生物种群和个体为对象,研究其短时间内的进化改变,是为小进化。

2. 小进化的基本单位:

1)无性生殖的生物的进化单位是无性繁殖系;

   2)有性生殖的生物的进化单位是种群。

小进化的具体表现应当是无性繁殖系或种群的遗传组成的变化。

3. 种群的遗传结构:

1)种群:因地理因素、环境因素限制,同种个体被不同程度地分隔,形成不同程度隔离的个体集合,称之为种群或居群(population)。遗传学上定义的种群是随机互交繁殖的个体的集合,又称为孟德尔种群(Mendelian population)。

2)自然种群的遗传结构:自然种群中保持大的变异贮存。其对种群是有利的:种群内多种基因型所对应的表型范围很宽,从而使种群在整体上适应可能遇到的大多数环境条件。

4. 小进化因素(引起种群基因库组成变化的原因):

1)突变、选择、迁移以及偶然因素能引起种群基因频率变化,它们是小进化的主要因素;

2)哈代-温伯格平衡(Hardy-Wenberg equilibrium)原理。

5. 适应:

1)含义:

a. 生物的各层次的结构(从大分子、细胞、组织、器官,乃至由个体组成的群体组织等)都适合于一定功能的实现。

b. 生物结构与相关的功能(包括行为、习性等)适合于该生物在一定环境条件下的生存和延续。

物种或是某个分类上的种群消失,并减少生物多样性。

2适应起源的解释(目的论和进化论的对立):

      a. 目的论的解释:特创论 活力论

b. 进化论的解释“随机论”,“环境决定论”等

6. 适应定义的争论涉及的两个原则问题:

1)衡量适应的标准是什么:

     a. 生存”?

      b. 繁殖或基因延续?

      c. 生物对环境资源的利用效率

2是否有区分不同来源的适应的必要:

         a. 迈尔(1977)定义适应为:生物对某种环境表现出的适合状态,可以指生物的结构、功能或整个生物体,同时也指获得这种适合性的过程。

b. 杜布占斯基(Dobzhansky1977)的定义是:生物体的结构与功能如果对生物生存与繁殖有所贡献,则可以说这种结构与功能表现出适应。

c. 诺尔与尼可拉斯(Knoll and Niklas1987)定义适应为:一系列可遗传特征或某一组特征的状态,其存在于生物个体中可导致个体在一定环境条件下出生率的提高和(或)死亡率的下降。

d. 戈尔德与弗巴(Gould and Vrba1982)将适应定义为:可增进生物当前的适应度,并且由针对当前功能的自然选择作用所产生的任何特征。

e. 先适应(Gould and Vrba1982):是指一种结构和功能特征对当前的适应度有所贡献,但它不是通过针对当前功能的自然选择作用而产生的;联适应(Gould and Vrba1982):是指一种结构特征,通过或不通过自然选择作用而发展出同时适合于原有的和新的功能。

     7. 自然选择:

1)自然选择的前提和条件:①种群内存在突变和不同基因型的个体;②突变影响表型,影响个体的适应度;③不同基因型个体之间适应度有差异。

 

3-B:主要讲述种和种的形成(2学时)

1. 物种的概念与定义:

1)模式概念、唯名论概念和群体概念

2)非时向的物种概念

3)时向种概念

2. 种形成:

1)种形成的含义:

     a. 一个物种内部分异而形成(产生)新种的过程,就是种形成。

      b. 一个种在时间向度上的延续构成一条线系(lineage),种形成意味着线系发生分支。

      c. 同种的一群个体获得与同种其他个体的生殖隔离的过程,就是种形成过程。

     d. 一个物种通过进化和种内分异而占据两个或多个新的适应峰,这就是种形成。

      e. 一个新种从老种中分化产生,它在生态系统中占据了一个新的生态位。这就是种形成。

      f. 种形成是衍征产生(获得)与祖征丧失的过程。

2)种形成方式:

     a. 渐进的种形成

      b. 量子种形成

3)种形成问题的争论:

 

3-C:主要讲述分类系统与进化谱系(2学时)

1. 分类学与系统学:分类学可以看作是系统学的组成部分。系统学是在进化理论的指导下通过分类学的基本工作来研究系统发生,推断生物的进化谱系的专门学科。以建立反映生物进化历史的分类系统为最高目的的分类学也被称为进化系统学,它是从传统分类学发展演变而来。

2. 分类学的两种指导思想和两种原则:

1)表型分类原则:表型分类和数值分类…

2)谱系分类原则:谱系分类和分支系统学

3. 分支系统分析与进化谱系的推断:

1)分支系统学要求建立单源群系统

2)推断进化谱系的简约性原则

3)特征分析

4)综合进化分类

4. 分子特征与分子进化谱系:

1)分子进化谱系或分子系统树:应用分子特征数据和简约性原则来推断进化谱系。

2)简约性原则要求对所有可能的谱系进行分析,找出进化改变次数最少的谱系,即最简约的谱系。简约原则认为最简约的谱系才是正确的、可信的谱系。

 

3-D:在物种和种上分类群层次上讲述进化的规律、进化的原因和进化机制(2学时)

1. 相关概念与定义:

1)线系:种随时间世代延续,则在以时间为纵坐标,以进化的表型改变的量为横坐标的坐标系中构成一个由该点向上延伸的线。

2)绝灭:一个线系的延续在某一地质时间终止了(在坐标上这个线系停止于某一点上)。

3)种形成(分支进化):在一个物种之内分化出一个或多个新种,相当于一个线系发生分支,称之为种形成,或称之为分支形成或分支进化。

2. 大进化型式:

1)辐射、趋同和平行:

2)渐变型式与断续平衡型式:

3. 进化速率:

1)进化速率的衡量:

     a. 形态学尺度

      b. 分类学尺度

      c. 分子尺度

2)进化速率计算中的误差

4. 进化趋势:

 1)概念:在相对较长的时间尺度上,一个线系或一个单源群的成员表型进化改变的趋向。

 2)表型分异与谱系分异:

      a. 表型分异(phyletic divergence):指后裔们的平均表型相对其祖先表型的偏离。

       b. 谱系分异(phylogenetic divergence):一个单源群内代表不同进化方向的枝丛(线系丛)之间因种形成速率和绝灭速率的差异而造成谱系的不对称,即各枝丛之间在物种(线系)数目上的显著差异。

  3)从系统树看进化趋势:

       a. 整个生物系统树有三条主干,它们分别连接着今天的真核生物(Eukaryota)、真细菌(EubacteriaBacteria)和古细菌(ArchaeobacteriaArchaea)三大主群。三条主干的根部可追溯到30多亿年前的太古宙早期。

        b. 动物系统树最繁茂的一支是昆虫,而不是动物学家认为的最高等哺乳动物。

        c. 在哺乳动物中,灵长目是种数不多的小类群,而人科动物中现存的只有一个种,就是智人种(Homo sapiens),在哺乳动物系统树上是最萧条的一支。

  4)造成进化趋势的原因:

       a. 以小进化趋势解释大进化趋势

        b. 物种选择假说

        c. 定向种形成

        d. 效应假说

        e. 谱系飘移——随机的进化趋势

 5. 绝灭:

  1)常规绝灭:作为进化的正常过程,以一定的规模经常发生,表现为各分类群中部分物种的替代,即新种产生和某些老种消失。原因解释:

       a. 物种内在的原因

        b. 生态系统内的竞争与排挤

        c. 生态链效应

        d. 小种群的随机绝灭

  2)集群绝灭:集群绝灭是生命史上多次(重复)发生的大范围、高速率的物种绝灭事件,即在相对较短的地质时间内,一些高级分类单元所属的大部分或全部物种消失,从而导致地球生物圈多样性的显著降低。

        a. 集群绝灭的识别

         b. 生命史中的集群绝灭事件与主要的危机时期

         c. 关于集群绝灭的周期性与新灾变说

         d. 集群绝灭的原因

 

课外阅读克里斯蒂安·德迪夫《生机勃勃的尘埃:地球生命的起源和进化》第三,八,九,十一,十三章。

课堂讨论:1)岁月是否给生物界烙下生命年轮?

        2)生物的多样性怎么产生的?

        3)始祖鸟的化石足以证明鸟类由爬行类进化而来的吗?

课外作业:(1系统分析三峡大坝对相关生物进化的影响。

          2)全球气温变化趋势,原因及其影响。

 

第四讲 遗传与进化8学时,4-A4-B4-C2学时,研究和讨论2学时)

从分子层次上考察和了解进化的规律、进化的原因和进化机制

学习目标:

v       知识。掌握和理解:(1)遗传机制;(2)生物大分子进化。(3)分子进化中性论。(4)中性论的问题讨论。(5)分子系统学和分子系统树。(6)古分子系统学。

v       能力。能使用遗传学,基因组学,分子进化的方法分析现代农业,食品,环境,医学等实际问题。

v       态度。培养学生求实开放的科学态度。

学习内容:

4-A:遗传机制(2学时)

1. 遗传及遗传机制:

1)定义:亲子间(世代间)的相似现象;

2)遗传标记的发展:形态学标记,细胞遗传标记,生化与免疫遗传标记,分子遗传标记;

3)基因:有遗传效应的DNA片段;

4)遗传机制:分离定律,自由组合定律,连锁遗传定律;

5)基因功能和遗传疾病;

6)基因与进化的关系及其分析。

2. 人类基因组:

1)基因组:生物遗传物质的全部序列;转录组:一个细胞、组织或生物体的全部RNA的集合;蛋白质组:特定时间下特定生物单位产生的所有蛋白质;  

2)基因组中基因的分类;

3)人类基因组的简介和主要任务;

4)人类基因组的内容和分析;

5)人类基因组的意义和相关问题;

6)人类基因组多态性及其应用;

7)中国人群的遗传学关系。

 

4-B:生物大分子进化和分子进化中性论(2学时)

1. 分子进化定义:分子进化是生物分子层次上的进化,是生物组织的基础层次的进化。

2. 生物大分子进化的特点:

 1)生物大分子进化速率相对恒定

 2)生物大分子进化的保守性

    3. 分子进化中性论:在生物分子层次上的进化改变不是由自然选择作用于有利突变而引起的,而是在连续的突变压之下由选择中性或非常接近中性的突变的随机固定造成的。

      生物大分子(蛋白质、核酸)的进化中主要因素是机会和突变压。

       1)中性论的主要论据:

            a. 分子层次上的大多数变异是选择中性的;

              b. 蛋白质与核酸分子的进化速率高而且相对恒定;

              c. 突变压在分子进化中的作用在最近的研究中得到越来越多的证实;

              d. 按群体遗传学的数学模式计算出来的自然选择代价过高,不符合实际情况。

  2)中性论的解释:

       a. 中性论是解释生物大分子进化现象的理论

         b. 分子进化的保守性表明选择仍然起作用

         c.  “选择中性的突变的选择

         d. 选择在生物大分子的适应进化中起作用

e. 中性论的贡献

 

4-C:分子系统学和分子系统树(2学时)

1. 分子系统学:追溯生物大分子的进化历史,即追溯某一基因组线系(genome lineage)在其进化历史中所有的突变固定事件的积累过程。

   分子系统树:将不同种类生物的同源大分子的一级结构作比较的差异量来确定所比较的生物种类在进化中的地位,并由此建立的系统树。

2. 构建分子系统树的方法:

  1)大分子特征数据的获得;

  2)比对(alignment of sequences);

  3)比较特征:相似性和距离数据;

  4)树系的构建;

  5)树系可信度的检验。

3. 分子系统学研究的进展:

  1)生物进化系统的三条主干:

   2)分子系统学的研究支持了真核细胞的共生起源说。

3. 古分子系统学:

   1)古蛋白质分子的研究;

   2)古DNA和古分子系统学研究;

   3)古DNA和古分子系统学研究的意义和前景。

 

课外阅读Hubert P. YockeyInformation theory, evolution and orign of life》;Samir Okasha:《Evolution and the Levels of Selection

课堂讨论:(1)何为DNA指纹及为何能将其用于个人识别?

             2)如何获取DNA序列包含的巨大的信息?

             3)如何分析血型的遗传情况?

研究与讨论:就以下两个问题选择一个进行研究:

1基因几乎“无所不能”,是否是让我们承认命运?

              2)人类是目前地球上生物进化的最高级产物,种种行为表明人类有可能“干预”其他物种的进化,这种行为是进化赋予人类的权利,还是人类破坏了进化法则?

学生分组收集有关资料,使用有关遗传学,基因组学,分子进化等理论和方法,准备研究报告,并在课堂报告和讨论。

 

第五讲 人类起源4学时,5-A5-B2学时)

学习目标:

v       知识。掌握和理解:(1)自然界中人类的分类;(2)人类的特征;(3)原始人的种类和特征;(4)人类起源的假说;(5)人类进化史;(6)人类进化证据及其分析方法;(7)人类进化方向。

v       能力。通过对人类起源及其进化的分析,培养学生分析信息,总结分析并解决问题的能力。

v       态度。培养学生包容不同,尊重他人的态度。

学习内容:

5-A:主要讲述人类及其发展历史(2学时)

1. 人类在自然界的位置:(1)人属于哺乳动物纲真兽亚纲的灵长目;(2)灵长目特征;(3)灵长目分类:原猴亚目和类人猿目。

2. 人类的生理特征:直立行走,大的脑容量,独特的牙齿。

3. 原始人:(1)路多尔夫人;(2)能人;(3)巨人;(4)直立人;(5)先驱人;(6)海德堡人;(7)尼安德特人;(8)智人;(9)弗洛勒斯人。

 

5-A:主要讲述人类起源及其进化(2学时)

4. 人类起源假说:(1)神创说;(2)进化论:代替说-走出非洲;多地区共同起源说;(3)外星来客。

5. 人类进化:(1)现代人的产生和分化;(2)人类进化的证据:化石和DNA信息;(3)人类进化方向。

课外阅读贾雷德·戴蒙德《第三种黑猩猩:人类的身世与未来》;史蒂芬··古尔德:《生命的壮阔》第四,十二,十五章。

课堂讨论:(1)现代中国人的进化过程?

             2)你是支持代替说还是多地区共同起源说,还是其它?

   课外作业:(1)分析人类未来的发展趋势及其影响因素。

 

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