当前课程知识点：现代生物学导论 > 第九讲 生物演化的介绍 > 9.2 演化的证据 > 9.2 演化的证据
随着科学技术的发展，越来越多的证据涌现出来证明演化过程
这些证据主要有4类，化石证据，不同生物的相同点
生物地理学证据，还有直接观察演化过程
下面我们来具体讨论
第一：化石证据
化石是证明演化的一个强有力的证据，因为化石很难被创造出来
化石的形成地理条件是非常苛刻的
化石展示了过去的生物和现在的生物的不同
同时也展示了不同生物的变化
最著名的例子就是马的演化
我们可以从化石的对比看出，在漫长的演化过程中，马的形体逐渐变大
最早的马，始祖马的形体和狗差不多大小
而且，从最开始的多趾动物逐渐演变到一趾动物
这是对环境改变的适应
多趾是适应最早松软、潮湿的远古森林
当干草原逐渐出现后，为了躲避天敌的捕杀
马的后代们逐渐演化出较长的四肢便于奔跑
而且原来的多趾逐渐减少
使得身体的重量主要被中间的最长的脚趾所承担
也就逐渐演化成一趾
而且，从森林到草原的过渡，也导致了马的牙齿的演化
从咀嚼树叶演化成咀嚼草，马的牙齿逐渐变平变大
第二个证据是观察不同生物间的相似点
我们主要分为两部分进行讨论：现存生物的共同特征和同源结构
首先来看共同特征。那么，现存生物都有什么共同特征呢
请同学们思考
共同特征比如像遗传信息，绝大多数生物的遗传物质是DNA
遗传信息的流动都遵循中心法则
而且，所有生物的遗传密码都是一样的
我们前面讨论过，演化是一个后代渐变的过程
在祖先中具有的特征，由于自然选择的作用，在后代中发生了变化
所以，相互关联的物种的结构有内在的相似性
虽然这些结构的功能不同
在演化的学习上，如果两个或多个结构具有相同的祖先，则称它们同源
同源性我们分成以下几个部分讨论
首先是解剖学上的同源结构，比如哺乳动物的前肢
包括人类，猫，鲸鱼和蝙蝠
虽然附肢有不同的功能：分别负责举起重物，走路，游泳和飞翔
但是从肩膀到手指的骨骼组成都是相同的
基本上构造都是由一根大的骨骼，上臂骨
连接两个稍小一些的骨骼，桡骨和尺骨
接下来连接腕骨，腕骨再连接掌骨，最末端连接指骨
这种解剖学结构上的高度相似性证明了这些结构从一个共同祖先演化而来
由于适应不同环境，产生了一些差异
另外，胚胎的解剖研究也提供了有力的证据
在胚胎发育过程中
所有的脊椎动物的胚胎都有一个尾巴和一个咽弓的结构
这些咽弓的结构逐步发育成有不同功能的结构
比如鱼鳃和人类以及其他哺乳动物的耳朵和喉咙
另外，痕迹器官也为同源结构提供了很有趣的线索
痕迹器官是曾经在祖先中有功能，但不再作用的器官
比如从一些蛇的骨骼中发现一些骨盆的痕迹
证明了蛇是从一个有骨盆和腿的可以行走的祖先演化而来的
还有，我们身上的鸡皮疙瘩
所有的哺乳动物的毛发下都有一小块肌肉叫做立毛肌
当有情感上的压力或遇冷时，毛发会竖起来
对于有毛的哺乳动物来讲，立毛肌主要起到隔绝的作用
空气被保留在立毛肌上的毛发中，帮助动物保暖
而且，对于很多动物来说，竖起的毛发也起到恐吓敌人的目的
但是立毛肌在人类中只产生鸡皮疙瘩，没有其他的功能
科学家们从分子的角度也发现了生物间的相似性
比如我们提到的所有的生物都拥有相同的遗传密码
还有HOX基因，即同源异形基因
HOX基因是生物体中一类专门调控生物形体的基因
一旦这些基因发生突变，就会使身体一部分变形
HOX基因的一个显著特色就是其排列顺序与其作用顺序、作用位置相关
而且，动物界中的成员
都拥有类似的Hox基因排列方式、产物与作用方式
此外，还有染色体证据
黑猩猩、大猩猩和红毛猩猩是和我们人类在演化关系上最近的活着的物种
这3种物种体内有24对染色体，而我们人体只有23对染色体
研究指出人类的第2号染色体是演化祖先的两条染色体融合成一条的结果
证据是什么呢？
证据是黑猩猩、大猩猩和红毛猩猩有着和人类2号染色体上几乎一致的DNA序列
但是呢，分布在两条不同的染色体上
而且，在人类2号染色体上发现了两个着丝粒
一般一条染色体上只有一个着丝粒
尽管很多生物间有着相似的结构是因为从同一祖先而来的
但是演化关系较远的生物也可以彼此相似
这是由于趋同演化导致的
趋同演化指的是两种不具亲缘关系的动物长期生活在相同或相似的环境
它们为了适应环境需要而发展出相同功能的器官的现象
比如像海豚和鲨鱼
海豚和鲨鱼都有着相似的体型，这是因为它们的生活环境相似
从演化关系上讲，海豚和哺乳动物关系更近
而鲨鱼和鱼类关系更近
它们这种结构叫做相似结构，而不是同源结构
尽管这两个物种是分别演化的
但它们以相似的方式适应相似的环境
第三个证据是生物地理学的证据
生物地理学是研究生物在时间和空间上分布的一门学科
早在Darwin在加拉帕斯群岛上考察时候
发现了群岛上的象龟的形态和大小都不一样
这是由于加拉帕戈斯群岛中不同岛屿上的生态环境有明显的差异
所以不同亚种的象龟形态都不同
在湿润的高地岛，象龟更大，有半球形的壳和短脖子
在干燥的低地岛，象龟更小，有马鞍形的壳和长脖子
我们运用演化的知识可以解释一些生物地理学数据
比如，在一些地方会有一些特有物种，是其他地方都没有的
这些物种产生的原因是因为原本属于某一个物种的一部分群体
由于地理或其他因素造成了某种程度的隔离
由于地理或其他因素造成了隔离
而使得他们和别的群体失去了相互交配的机会
原本属于同一个物种的这两个群体各自继续演化
而终于演变成两个不同的物种
隔离可能是由于地理上的原因造成
比如海平面高度的变化，或者是山脉的突然形成
而使同一物种之间不可以接触
有的特有物种可能发生在一个很小的区域，比如高山顶
因为高山顶附近的生态环境，并不适合该物种和其他种群的交流
因此在高山顶和其附近的区域间产生了隔离
第四个证据是直接观察演化带来的变化
演化有时候是经过很长的时间尺度，比如人类的演化
而有的时候发生在较短的时间尺度
最著名的例子就是对抗生素产生抗药性的细菌的演化
抗生素的抗药性是指一些微生物的种群，通常是细菌
能夠在暴露于一种或多种抗生素之下得以生存
这种抗药性是演化的结果。我们使用下面这个简单的例子来说明
有一个细菌的种群，里面的细菌虽然属于同一物种
但是对于抗生素的抗药性不同
这里使用不同的颜色代表抗药性的强弱
黄色代表抗药性最低，即最容易被抗生素杀死
红色代表抗药性最强
这一群细菌经过抗生素处理后，大部分被杀死
只有小部分抗性比较强的存活下来
而这些存活的细菌通过分裂产生更多的后代构成新的种群
这个新的种群中都是抗性高的细菌
不会被这种抗生素再杀死了
抗生素的抗药性是当代医学一个日益严重的现象
特别是因为它涉及到病原菌
如果人体内有对某一种抗生素产生抗性的细菌
需要服用第二种，甚至更多种的抗生素
抗生素的抗性有很大一个原因是由于人们对抗生素的滥用
比如有人使用抗生素来对付普通的感冒
还有很多人在服用抗生素时不注意剂量和疗程
经常出现剂量不够或疗程没有完成
那么这些情况都会导致抗生素抗性
所以，在座的同学们，第一不要滥用抗生素
第二使用抗生素要千万注意
仔细阅读药品说明，严格按照疗程服药
除此之外，HIV病毒的演化也是一个我们可以观察到的例子
我们会在后面的课程中具体说明
-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
