发育与进化关系精选PPT.ppt
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1、关于发育与进化关系第1页,讲稿共53张,创作于星期日达尔文的发育和进化观达尔文的发育和进化观 1828 1828年,年,Von BaerVon Baer提出提出“生物发生律生物发生律(biogenetic law)”(biogenetic law)”。要点:。要点:n较高一级动物的胚胎并不重现相关的较低一较高一级动物的胚胎并不重现相关的较低一级动物的成体形式,但是较高一级动物的胚级动物的成体形式,但是较高一级动物的胚胎发育存在着相关的较低一级动物胚胎相似胎发育存在着相关的较低一级动物胚胎相似的阶段。的阶段。第2页,讲稿共53张,创作于星期日 1859 1859年,达尔文完成年,达尔文完成“物种
2、起源物种起源”。发现:。发现:1.1.胚胎发育对于了解生物进化非常重要,并把胚胎视为胚胎发育对于了解生物进化非常重要,并把胚胎视为推测动物彼此之间进化关系的可靠线索。推测动物彼此之间进化关系的可靠线索。2.2.动物胚胎有时会产生某些与成体不相称的结构,动物胚胎有时会产生某些与成体不相称的结构,但这些结构都与其他动物显示出某种相关性。但这些结构都与其他动物显示出某种相关性。3.3.适应能使有机体在特定环境下存活,适应发生适应能使有机体在特定环境下存活,适应发生在胚胎发育后期。种和属间的差异只有在胚胎在胚胎发育后期。种和属间的差异只有在胚胎发育晚期才发生。发育晚期才发生。第3页,讲稿共53张,创作
3、于星期日达尔文认为,应从达尔文认为,应从两个方面两个方面观察观察“变异的世代变异的世代”:1.1.寻找两种或两种以上动物胚胎之间的同源性寻找两种或两种以上动物胚胎之间的同源性(homology)(homology),强调世代共同性。,强调世代共同性。2.2.发现动物发育如何改变,产生适应特定环境的结发现动物发育如何改变,产生适应特定环境的结构,强调变异构,强调变异(modification)(modification)。n达尔文自己并未试图用胚胎学资料对系统发育进行达尔文自己并未试图用胚胎学资料对系统发育进行完整的构思。但其影响了当时许多学者去这样做。完整的构思。但其影响了当时许多学者去这样做
4、。第4页,讲稿共53张,创作于星期日n18911891年,年,MetchnikoffMetchnikoff指出:进化来自于胚胎的变异,指出:进化来自于胚胎的变异,而不是成体的变异。当时普遍认为有机体是通过胚而不是成体的变异。当时普遍认为有机体是通过胚胎发育变化而进化。胎发育变化而进化。nHaeckelHaeckel明确指出:任何有机体的进化都是较低一级明确指出:任何有机体的进化都是较低一级动物胚胎发育至最后时期之后再增加一个新时期的动物胚胎发育至最后时期之后再增加一个新时期的结果。整个动物界由低级到高级就代表人类发育的结果。整个动物界由低级到高级就代表人类发育的缩影。缩影。第5页,讲稿共53张
5、,创作于星期日胚胎发育变化是如何发生的?胚胎发育变化是如何发生的?n1919世纪末,试图通过细胞谱系分析把个体发育和系统发世纪末,试图通过细胞谱系分析把个体发育和系统发生联系起来。生联系起来。nWilsonWilson特别强调运用胚胎同源性建立系统发育关特别强调运用胚胎同源性建立系统发育关系。系。Wilson(1898)Wilson(1898)发现:不论在哪一种动物中,发现:不论在哪一种动物中,同样的器官总是来源于同一组细胞。因此,他认为同样的器官总是来源于同一组细胞。因此,他认为这些动物享有共同祖先。这些动物享有共同祖先。第6页,讲稿共53张,创作于星期日nLillieLillie则强调卵裂
6、变异性而不是相似性。则强调卵裂变异性而不是相似性。Lillie Lillie(1898)(1898)发现:贻贝发现:贻贝(Unio)(Unio)卵裂会发生改变,产生钩介卵裂会发生改变,产生钩介幼虫,在水中流动生活。他认为:研究进化最好集幼虫,在水中流动生活。他认为:研究进化最好集中于研究使动物能在特定环境下生存的胚胎发育变中于研究使动物能在特定环境下生存的胚胎发育变化,而不是集中于研究同源性。化,而不是集中于研究同源性。第7页,讲稿共53张,创作于星期日n至此,对发育和进化的研究出现两种主要方法:至此,对发育和进化的研究出现两种主要方法:各类不同动物之间的基本统一性、各种动物适应各类不同动物之
7、间的基本统一性、各种动物适应特定环境的发育变化。特定环境的发育变化。n这两种方法至今仍是研究发育和进化的主要手段。这两种方法至今仍是研究发育和进化的主要手段。n达尔文认为:动物统一性和发育变化在时间上可以达尔文认为:动物统一性和发育变化在时间上可以分开,即在发生早期可以发现统一性,而在发育后分开,即在发生早期可以发现统一性,而在发育后期则发生歧异适应环境。期则发生歧异适应环境。第8页,讲稿共53张,创作于星期日新门类的形成n有机体是如何从一种形体模式进化出另一种形体有机体是如何从一种形体模式进化出另一种形体模式的呢?模式的呢?n首选的途径可能是改变最早期的胚胎发育阶段。首选的途径可能是改变最早
8、期的胚胎发育阶段。1.可能受细胞质决定子分布改变的影响,可能受细胞质决定子分布改变的影响,2.也可能受一个细胞或一组细胞分裂速度改变的影响,也可能受一个细胞或一组细胞分裂速度改变的影响,3.还可能受细胞分裂时位置改变的影响。还可能受细胞分裂时位置改变的影响。第9页,讲稿共53张,创作于星期日第10页,讲稿共53张,创作于星期日n另一种途径可能与幼虫变异有关。达尔文认为:幼虫另一种途径可能与幼虫变异有关。达尔文认为:幼虫形态相似性表明它们具有共同血统。形态相似性表明它们具有共同血统。第11页,讲稿共53张,创作于星期日模块化:通过发育产生进化的先决条件n发育非常复杂,其调节非常精细,胚胎发育是如
9、何发生变发育非常复杂,其调节非常精细,胚胎发育是如何发生变化的?化的?n一度曾有人认为:促进进化的惟一途径是在胚胎发育末一度曾有人认为:促进进化的惟一途径是在胚胎发育末期再增加一个发育步骤。但是,现在知道,即使在发育期再增加一个发育步骤。但是,现在知道,即使在发育早期也能改变产生进化新结构。早期也能改变产生进化新结构。n发育过程中能够变化的原因是胚胎像有机体成体一样,由发育过程中能够变化的原因是胚胎像有机体成体一样,由彼此相互作用的一系列组件或模块彼此相互作用的一系列组件或模块(modules)(modules)构成。构成。第12页,讲稿共53张,创作于星期日模块的概念模块的概念n细胞细胞 组
10、织组织 器官器官 系统系统 Dyke(1988)Dyke(1988)称这种等级系统为等级相互作用模块排列称这种等级系统为等级相互作用模块排列(level-interactive modular array)(level-interactive modular array)。n发育过程中,等级相互作用模块包括形态发生场、发育过程中,等级相互作用模块包括形态发生场、细胞谱系、成虫盘、昆虫副体节和脊椎动物器官原细胞谱系、成虫盘、昆虫副体节和脊椎动物器官原基。基。第13页,讲稿共53张,创作于星期日n发育通过相互作用的不同模块而发生。发育通过相互作用的不同模块而发生。n有机体由彼此协调一致的单元构成。
11、有机体由彼此协调一致的单元构成。n模块单元能使身体不同部分在不影响其他功能的模块单元能使身体不同部分在不影响其他功能的情况下发生变化。情况下发生变化。第14页,讲稿共53张,创作于星期日模块化模块化(modularity)的基本原理的基本原理n分离分离(dissociation)(dissociation)n复制和变异复制和变异n协同选择协同选择第15页,讲稿共53张,创作于星期日分离:异时性和异速生长分离:异时性和异速生长n胚胎发育的模块化使胚胎发育可以发生时空变化。胚胎发育的模块化使胚胎发育可以发生时空变化。通过突变和环境干扰,胚胎某一部分可以独立于其通过突变和环境干扰,胚胎某一部分可以独
12、立于其他部分而发生变化。他部分而发生变化。n异时性异时性(heterochrony)(heterochrony)是指胚胎发生过程中,两是指胚胎发生过程中,两个发育过程的相对时间选择的改变。即一个模个发育过程的相对时间选择的改变。即一个模块可以改变其相对于胚胎另外一个模块的表达块可以改变其相对于胚胎另外一个模块的表达时间。时间。第16页,讲稿共53张,创作于星期日n热带荣螈属成员之间爪的差异最能说明发育时间的改变对热带荣螈属成员之间爪的差异最能说明发育时间的改变对不同动物形态和生态习性所起的作用。不同动物形态和生态习性所起的作用。第17页,讲稿共53张,创作于星期日n基本保守,比例变化大,有的出
13、现了融合和丢失基本保守,比例变化大,有的出现了融合和丢失第18页,讲稿共53张,创作于星期日n荣螈幼体阶段性细胞初期发育荣螈幼体阶段性细胞初期发育(progenesis)(progenesis)也称为幼态也称为幼态成熟成熟(neoteny)(neoteny)过程中就存在异时性。过程中就存在异时性。第19页,讲稿共53张,创作于星期日n蛙类也可以直接发育为成蛙,不存在水中生活的蝌蚪蛙类也可以直接发育为成蛙,不存在水中生活的蝌蚪时期,其卵子产于陆地上。时期,其卵子产于陆地上。n这种直接发育需要卵子储存大量卵黄提高营养。这种直接发育需要卵子储存大量卵黄提高营养。n卵黄含量增大本身就是异时性的一个例子
14、,它涉及卵黄含量增大本身就是异时性的一个例子,它涉及卵子发生时卵黄合成时间的延长或卵黄出现迅速合卵子发生时卵黄合成时间的延长或卵黄出现迅速合成期。成期。第20页,讲稿共53张,创作于星期日n当有机体不同部分以不同速度生长时即出现异速生长当有机体不同部分以不同速度生长时即出现异速生长(allometry)(allometry)。异速生长在形成不同形体结构方面十分重要。异速生长在形成不同形体结构方面十分重要。第21页,讲稿共53张,创作于星期日第22页,讲稿共53张,创作于星期日复制和变异复制和变异n模块化可以允许复制和变异。模块化可以允许复制和变异。n复制形成多余的结构,而变异则能使多余结构获得
15、新功能。复制形成多余的结构,而变异则能使多余结构获得新功能。n复制形成多余结构后,其中一个可以保持原有功能不复制形成多余结构后,其中一个可以保持原有功能不变,而另一个则可自由突变,功能发生歧化。变,而另一个则可自由突变,功能发生歧化。n分子水平:分子水平:TGF-betaTGF-beta家族等家族等n组织水平:体节、脊椎等,汗腺和乳腺等组织水平:体节、脊椎等,汗腺和乳腺等第23页,讲稿共53张,创作于星期日协同选择协同选择nEngrailedEngrailed基因:果蝇胚胎分节、决定神经元、基因:果蝇胚胎分节、决定神经元、使幼虫阶段的成虫盘形成前后极轴。使幼虫阶段的成虫盘形成前后极轴。n没有一
16、种结构是预定专为某种特定目的而存在的。没有一种结构是预定专为某种特定目的而存在的。换言之,既存单元可以根据需要产生新功能。换言之,既存单元可以根据需要产生新功能。n组织学水平:脊椎动物的翅组织学水平:脊椎动物的翅第24页,讲稿共53张,创作于星期日n每一次演化,前肢结构都演变执行全新的功能。每一次演化,前肢结构都演变执行全新的功能。第25页,讲稿共53张,创作于星期日n协同作用最有名的例子是利用胚胎鳃弓形成颌部,协同作用最有名的例子是利用胚胎鳃弓形成颌部,颌部形成哺乳类中耳。颌部形成哺乳类中耳。第26页,讲稿共53张,创作于星期日n离开海洋后,陆生脊椎动物再也不需要鳃弓了,但是离开海洋后,陆生
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