当前课程知识点：现代生物学导论 > 第九讲 生物演化的介绍 > 9.1 演化理论的介绍 > 9.1 演化理论的介绍
地球上为什么有这么多种生物？演化是最好的答案
Charles Darwin的理论解释了物种是如何适应和改变的
被称为“Best idea ever had”
那么生物学上的演化到底是如何工作的？
如何解释鸟类是从恐龙演化而来的
如何解释为什么人类和鱼类拥有共同的祖先
为什么每一个物种都如此的特别
那么通过这一章的学习，我们希望可以从中找出一些线索
在这一章的的学习当中
我们首先介绍达尔文是如何从小猎犬号的航行和研究当中得出的演化理论
以及这种演化理论非常重要的一个观点，后代渐变
然后呢，我们会讨论生物演化的证据，包括化石证据
不同生物之间的相同点，生物地理学证据以及直接观察到的证据
在学习当中呢，我们需要注意的是演化指的是一个种群的变化
而不是个体的变化
所以我们会从微观演化逐渐过渡到宏观演化进行讨论
我们首先来讨论微观演化，包括介绍如何判断一个种群是否发生演化
以及微观演化的机制，包括自然选择，基因漂移和基因流动
然后呢，我们将讨论联系微观演化和宏观演化的一个非常重要的概念
就是物种的形成
我们会介绍生物学上物种的定义以及物种形成的两个主要的方式
同域物种形成和异域物种形成
最后呢，我们将讨论宏观演化，也就是地球上生命的历史
我们会着重介绍几个重要的事件，比如单细胞生物的出现
多细胞生物的出现以及生物从水中转而定居到陆地上
而且我们会讨论这些现象背后的分子机制
人类很早就开始了对自然的观察
发现自然界普遍有3个显著的特征
第一，生物的多样性，地球上有 9000多种鸟类
35万种甲壳虫，2万8千种鱼类，将近2百万种活着的物种
第二个特征是，不同的生物体可以适应不同的环境
比如图中这种生活在北美的毛毛虫有着特殊的伪装技巧
他们可以把花瓣的小部分裁剪下来，然后黏贴到自己身上
这样就不容易被鸟类等天敌所发现
第三个特征是生物都有相似的特征。比如昆虫、鸟类、蝙蝠等都会飞翔
大概150年前
Charles Darwin总结出了一个针对这些特征的科学解释：演化
我们使用Darwin的措辞来定义演化：descent with modification
即地球上所有的物种都是从一个和现今不同的祖先物种的变化继承而来
我们也可以把演化看做是两个相关但不同的方式
一个是模式，一个是过程
演化模式是通过科学的方法得到的数据
这些数据是自然观察的结果
演化过程是由产生可观察的模式变化的机制组成
这些机制代表了导致我们观察到的自然过程的原因
演化叫做Evolution，源自拉丁文
原本的意思是将一个卷在一起的东西打开
最早提出演化理论的是法国生物学家拉马克
他提出了两个著名的观点，用进废退和获得性遗传
我们现在的遗传学知识并不支持拉马克的观点
不过，拉马克确实认识到生物适应其周围环境是通过演化来实现的
在19世纪初，普遍的观点还是认为物种是从来不变的
那么，Darwin是如何提出这一颠覆性的观点的呢？
Charles Darwin出生在一个医生世家
他的父亲想让他子承父业，就把他送到了医学院
但是医学院中的解剖实验让Darwin感觉非常不舒服，放弃了学医
后来他的父亲又把Darwin送到了神学院学习
并警告他必须要完成学业
Darwin在学习的过程中，接触了不少博物学家
其中一位植物学家把他推荐去参与皇家小猎犬号的航行
小猎犬号的航行历时5年
Darwin对巴西，阿根廷等南美多地的考察
使其认识到生物的一些特征是为了适应环境
另外，在加拉帕斯群岛上的经历，使Darwin对物种产生了浓厚的兴趣
加拉帕斯群岛被称为“活的演化实验室”，有着很多不一样的生物
比如生活在赤道的企鹅，通常只有在南极才能看到
另外呢，还会有这种600多斤的海龟
巨大的宽嘴蜥蜴生活在海中，而其他地方的大多数呢则生活在陆地上
Darwin还发现了不同的雀类，这些雀类彼此相似
他心中开始有疑问
上帝为什么要花费时间和精力来创造这么多相似的东西
航行结束后，Darwin又进行了深入的研究
在维多利亚时期，科学家们已经开始研究胚胎的发育
观察胚胎发育中的变化
Darwin发现，在蛇的胚胎中，你可以发现小块的凸起
这和哺乳动物的腿部相似，但在成体的蛇中消失
他还发现成体鲸鱼是没有牙齿的，但在早期胚胎发育过程中却有牙齿
人类胚胎的研究结果更加惊人
在人类早期的胚胎发育有尾巴的结构，但是在成体中是消失的
这些证据显示：所有的生物实际上都是紧密联系的
这似乎可以解释生物的多样性
从一个共同祖先，经过漫长的岁月和无数代的繁殖
物种可以有大幅度的改变
有的可以增加新的身体特征，有的身体特征逐渐消失
这个过程呢，Darwin称作“后代渐变”
但现在又出现了一个新的问题
是什么导致这些生物的改变呢？
Darwin在寻找答案的过程中发现了有趣的事情
当时的英国非常流行养狗，人们往往根据需要培育出不同品种的狗
这当然通过杂交不同的品种的狗来实现的
比如一种专门用来捉兔子的小灵狗
就是把速度快的灰狗和小巧的小猎狗杂交后得到的
通过人工的手法得到了多样性的狗的种类
Darwin想到：自然界是否也存在同样的机制呢
自然界的选择是否会造成多样性
通过自己的观察，Darwin发现自然界实际上是一个野蛮的战场
所有的生物为了生存而处于残酷的竞争当中
在这种生物间斗争的混乱中，他发现了一个规律
生存下来的生物往往是适应环境好的
比如有的可以在寒冷的气候中生存，有的天生适于捕猎
而有的则善于躲避天敌
他开始把自然选择和种群的过渡繁殖建立联系
Darwin曾经读过经济学家马尔萨斯的《人口论》
《人口论》中提出，食物供应呈线性增长，人口将呈指数型上升
最终会超过食物供应的速度，只有自然原因等才能夠限制人口的过度增长
那么Darwin从中获得了启发
既然生存的资源是有限的，那么物种势必会为了生存而进行各种各样的斗争
这些斗争可以是生物和环境之间
比如生物如何在环境改变下能够最大限度地获取食物
也可以是生物种内的斗争
比如竞争食物、配偶和栖息地
也可以是生物种间的斗争，比如竞争和捕食
Darwin把这些观察和规律进行总结，于1859年发表了《物种的起源》
这部著作认为：所有的生物都是从一个共同的祖先演化而来的
在演化过程中，这些生物都是自然选择的结果
需要注意的是
另外一位生物学家Wallace同时提出了自然选择导致了物种的适应性演化
虽然在相当长一段时间内，不少人认为演化只是一个“理论”
但随着科学技术的发展和人们对自然界认识的增加
越来越多的数据证明演化不仅是真实发生过的，而且更是正在发生的事实
-1.1 生物学的基本主题
-1.2 科学方法
--1.2 科学方法
-1.3 如何正确地评价科学结果
-1.4 施一公老师和不同院系本科生座谈（上）
-1.5 施一公老师和不同院系本科生座谈（下）
-课前小短片
--课前短片
-2.1 元素和化学键
-2.2 水和生命
--2.2 水和生命
-2.3 碳和生命的分子多样性
-2.4 大生物分子
-2.5 营养以及身体健康
-第二讲小测验--作业
-课前小短片
--课前小短片
-3.1 细胞的结构和功能
-3.2 细胞膜和跨膜运输
-3.3 细胞间交流
-3.4 细胞分裂和细胞周期
-3.5 癌症与细胞分裂
-第三讲小测验--作业
-课前小短片
--课前小短片
-4.1 热动力学和代谢
-4.2 自由能和代谢
-4.3 ATP的工作原理
-4.4 活化能和酶
-4.5 酶的反应特性和酶的调控
-4.6 细胞呼吸
--4.6 细胞呼吸
-4.7 光合作用
--4.7 光合作用
-第四讲小测验--作业
-课前小短片
--课前小短片
-5.1 减数分裂和生命周期
-5.2 孟德尔遗传学
-5.3 孟德尔遗传学的延伸
-5.4 基因连锁和染色体互换
-5.5 伴性遗传
--5.5 伴性遗传
-5.6 非孟德尔遗传
-5.7 人类遗传学疾病及诊断
-第五讲小测验--作业
-课前小短片
--课前小短片
-6.1 DNA是遗传物质
-6.2 DNA结构和染色体结构
-6.3 DNA的复制
-6.4 DNA的突变、损伤和修复
-6.5 DNA重组
-第六讲 遗传的分子基础--第六讲小测验
-课前小短片
--课前小短片
-7.1 基因表达综述
-7.2 基因表达的具体步骤
-7.3 突变和表型
-7.4 基因表达调控的特点
-7.5 原核生物的基因表达调控
-7.6 真核生物的基因表达调控
-7.7 表观遗传
--7.7 表观遗传
-第七节小测验--作业
-课前小短片
--课前小短片
-8.1 重组DNA
-8.2 电泳技术、PCR和DNA测序
-8.3 转基因动物、克隆动物和干细胞研究
-8.4 转基因植物
-8.5 DNA技术的应用
-8.6 生物的信息时代
-8.7 新药研发的基本过程
-第八章小测验--作业
-课前小短片
--课前小短片
-9.1 演化理论的介绍
-9.2 演化的证据
-9.3 Hardy-Weinberg定律
-9.4 改变种群中等位基因频率的机制
-9.5 自然选择
--9.5 自然选择
-9.6 物种的形成
-9.7 地球上生命的历史
-第九章小测验--作业
-课前小短片
--课前小短片
-10.1 动物的结构与功能
-10.2 反馈调节
-10.3 植物的结构和生长
-10.4 植物的营养和运输
-第十讲小测验--作业
-课前小短片
--课前小短片
-11.1 病原体
--11.1 病原体
-11.2 免疫系统介绍
-11.3 先天性免疫
-11.4 适应性免疫中的受体识别
-11.5 体液免疫和细胞免疫
-11.6 免疫系统疾病
-11.7 免疫知识的应用
-第十一讲 免疫系统--第十一讲小测验
-12.1 神经元的结构和功能
-12.2 静息电位和动作电位
-12.3 突触传导和神经递质
-12.4 神经系统的组成
-12.5 脑的结构和功能
-12.6 神经系统疾病
-第十二章小测验--作业
-13.1 激素的介绍
-13.2 内分泌系统
-13.3 动物的生殖---配子的形成
-13.4 动物的生殖---激素调节动物生殖
-13.5 动物的生殖---胚胎在子宫中的发育
-13.6 动物发育(1)
-13.7 动物发育(2)
-13.8 动物发育(3)
-第十三讲小测验--作业
-14.1 生态学的基本内容
-14.2 种群生态学
-14.3 种群间的相互作用
-14.4 生态系统
-14.5 生态系统中的物质循环
-14.6 生物多样性和物种
