生物多样性生物多样性的形成与演化

• 生物进化史上的另一个重要事件是简单真 核生物开始结合成具有数百万细胞的 • 大型有机体（Macroscopic entities），即 • 后生植物（Metaphytes）和 • 后生动物（Metazoans）。
• 最早的后生植物是生活于水体中的藻类， • 最早的后生动物是生活于水体中的软体动 物， • 这些生物的化石都是印痕化石或遗迹化石 • 发现于前寒武纪（元古代）的岩层中。
• 而达尔文认为，较高级分类单元是由较低 级分类单元慢慢积累依次形成的。 • 这并不意味着达尔文是错误的，只是由于 当时科学条件制约，其理论是不全面的。
• 现在生活于地球上的各个动物门类，当时 几乎都已存在，只是处于非常原始的状态。 • 在后来的演化过程中，各个门类才演化出 各自固定的形态模式。
• 生殖隔离： • 由生殖原因构成的隔离。包括以下7小类。
• • • •
ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ
季节隔离：如植物的花期不遇。 交配隔离：因交配行为不兼容而防止交配。 精子隔离：发生交配但没有精子的迁移。 配子隔离：发生精子的迁移但卵未受精。
• 合子隔离：卵受精但合子不能存活。 • 后代隔离：合子发育成生存能力低下的F1 代，但不能存活。 • 二代隔离：F1代能够存活，但不能繁育后 代，或者仅产生稀少的F2代，又称杂种不 育。例如：马 × 驴 → 骡子 → ？
• 在许多情况下，一个物种内并非所有种群 都彼此毗邻分布。 • 水域、山脉、荒漠等可将某些种群与其他 种群阻隔而分开， • 这些地理障碍降低甚至阻止了有性生殖物 种内不同种群之间的基因流动，基因交流 仅局限于小种群内。
• 例如，今天所有昆虫的头部体节数量是一 样的， • 而澄江动物群中原始节肢动物头部体节的 数量变幅则相当大，从1节到7节。 • 从形态学的观点看，早寒武纪动物的演化 要比今天快得多。
• 在寒武纪，新的动物门类在成长过程中 • 通过不同器官的简单转换就可以产生。 • 在这个过程中，几百年或几千年内就可以 产生形成新目、新纲、新门。 • 所以，澄江动物群提供了生物高级分类单 元快速演化的证据 • （侯先光和冯向红，1999）。
中生代
古生代
元古代 太古代
二叠纪 石炭纪 泥盆纪 志留纪 奥陶纪 寒武纪 震旦纪
280 345 400 445 500 600 2500 4600
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简单真核生物的出现与 多细胞生物的初步发展
• 天文学和地球物理学证据表明，地球形成 于大约46亿年前（太古代）。 • 原始地球环境因为温度变幅大、紫外线强、 缺氧等原因，不适宜生命的生存和繁衍。
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原始地球大气中可能含有： 氮气、 二氧化碳、 水蒸气等， 但是没有自由氧。 自由氧是由进行光合作用的微生物（如光 合细菌等）通过其生命活动产生并进入大 气的。
• 据估计，地球生命起源于38亿年前（太古 代）。 • 早期的原始生命是原核生物（如蓝细菌） • 其化石发现于35亿年前的古老地层中。 • 此后10亿年中，地球生命一直由原核生物 组成。
• 除了寒武纪生命大爆发之外，地球历史上 还发生过数次大爆发事件，其中，有重大 影响的还有 • 三叠纪大爆发和 • 早第三纪大爆发。 • 这些大爆发事件，极大地丰富了不同地质 时期地球生物的多样性。
3 物种形成机制
• 物种是我们认识和描述生物多样性的主要 依据。 • 长期以来，物种的起源与演化一直是不同 领域科学家们关注的热点问题，目前该研 究已经取得许多进展。
• 在亿万年的漫长历史中，地球上的生命经 历了从无到有，从简单到复杂，从低级到 高级的演化历程。 • 即使在今天，地球生命仍然处在特定时空 的演化发展过程中。
• 地质年代表是古生物学和生物进化历史研 究的重要时间参考。
代 新生代
纪 第四纪 第三纪 白垩纪 侏罗纪 三叠纪
开始时间（百万年前） 2 65 135 180 225
• 1966年发现于澳大利亚南部的 • 前寒武纪（元古代）埃迪卡拉动物群 （Ediacara fauna） • 大部分为腔肠动物门的水母类、海鳃类和 • 锥石类， • 小部分为环节动物门的多毛类和 • 节肢动物门的原始类型。
2 寒武纪的生命大爆发
• 寒武纪开始于5.34亿年前，是多细胞真核生 物的第一次大繁荣时期。 • 寒武纪之前地层中的化石很少，只有3－5 个门类。 • 而寒武纪地层中骤然出现了数量大、门类 繁多、带骨骼、带壳的生物化石，达到30 多个门类， • 这一现象被称为寒武纪生命大爆发 （Cambrian explosion）。
• 1984年发现于云南省澄江县帽天山的 • 澄江动物群（Chengjiang fauna） • 是寒武纪最著名化石群之一，发生于距今 5.3亿年前的寒武纪早期， • 是迄今世界上发现的最古老、保存最完好 的多门类动物化石群。 • 历经5亿多年沧桑依然栩栩如生，生动再现 了当时海洋生命的壮丽景观。
3.1 隔离机制在物种形成中的作用
• • • • 对物种构成隔离的机制主要有3类： 地理隔离 生态隔离 生殖隔离
• 地理隔离： • 物种扩散能力、花粉流等不能逾越的，由 海洋、高山、沙漠等大尺度空间障碍构成 的隔离。
• 生态隔离： • 同一生境中的小生境，如海拔高度、坡向 等生态条件差异对生活于相同生境中的物 种构成的隔离。
• 大多数现存各动物门类的代表在澄江动物 化石群中都有发现， • 而在寒武纪之前，还没有出现过这些动物。
• 澄江动物群向人们展示了各种各样的动物 在寒武纪即刻出现的情形， • 新的构造模式或许能在“一夜间”产生， • 门和纲一级的分类单元特征产生的速度或 许就如物种产生的速度一样快。
• 大约27亿年前（太古代），地球上演化出 真核生物，这是生物进化过程中的重大事 件。 • 与原核生物相比，真核生物具有核膜包裹 的细胞核、染色体与组蛋白结合成为复合 体。
• 17亿年前至9亿年前（元古代），真核生物 的多样性处于相对低级水平。 • 化石记录表明，这个漫长时期的生命是单 细胞生物或少数细胞组成的松散群体。