《生態(tài)與環(huán)境》配套PPT電子課件

《生態(tài)與環(huán)境》配套PPT電子課件,生態(tài)與環(huán)境,生態(tài),環(huán)境,配套,PPT,電子,課件 第第2講講 人類的起源與進化人類的起源與進化沈顯生沈顯生中國科學技術(shù)大學生命學院中國科學技術(shù)大學生命學院0551-6360 0392 主要內(nèi)容主要內(nèi)容一、人類的原始祖先一、人類的原始祖先二、人類的進化二、人類的進化三、人類進化中的缺陷三、人類進化中的缺陷四、現(xiàn)代人如何發(fā)展而來四、現(xiàn)代人如何發(fā)展而來一、人類的原始祖先？一、人類的原始祖先？卡爾卡爾林奈（林奈（Carl LinnaeusCarl Linnaeus）的貢獻：）的貢獻：在在17351735年，林奈建立了世界上第一個生物分類體年，林奈建立了世界上第一個生物分類體系，根據(jù)解剖學的相似性，把人和猴子及猿歸為一類，系，根據(jù)解剖學的相似性，把人和猴子及猿歸為一類，將人命名為將人命名為“智人智人”（Homo sapiensHomo sapiens），招致當?shù)卮螅?，招致當?shù)卮笾鹘痰膽嵟?。主教的憤怒。屬于脊椎動物亞門、哺乳動物綱、靈長目、人科、屬于脊椎動物亞門、哺乳動物綱、靈長目、人科、人屬。人屬。達爾文的貢獻（續(xù)）達爾文的貢獻（續(xù)）1859年，達爾文在物種起源結(jié)束時說：“展望未來，我發(fā)現(xiàn)了一個更重要也更為廣闊的研究領域。由此，人類的起源和歷史將得到莫大的啟示。人類的起源和歷史將得到莫大的啟示。”1871年，達爾文人類的由人類的由 來及性選擇來及性選擇發(fā)表。人類起人類起 源靈長類，猴子和猩猩是與源靈長類，猴子和猩猩是與 人類共祖人類共祖。人人類類頭頭顱顱形形態(tài)態(tài)的的進進化化黑猩猩的大腦在黑猩猩的大腦在1 1歲后停止發(fā)育；人的大腦發(fā)育持續(xù)歲后停止發(fā)育；人的大腦發(fā)育持續(xù)20-2520-25年。黑猩猩的腦容量是成人的年。黑猩猩的腦容量是成人的1/31/3。證據(jù)證據(jù)1黑猩猩、南方古猿和智人黑猩猩、南方古猿和智人大腿骨和牙齒排列的進化大腿骨和牙齒排列的進化證據(jù)證據(jù)2證據(jù)證據(jù)3-人類具有來自靈長類的十大退化特征人類具有來自靈長類的十大退化特征手掌抓握反射、手掌抓握反射、闌尾闌尾、扁桃體、耳輪節(jié)、扁桃體、耳輪節(jié)（“達爾文結(jié)節(jié)達爾文結(jié)節(jié)”）、男性乳頭、豎毛肌、）、男性乳頭、豎毛肌、尾椎骨尾椎骨、半月皺襞（相當于低等動物的第、半月皺襞（相當于低等動物的第三眼瞼）、鼻竇、智齒三眼瞼）、鼻竇、智齒。三通三通闌尾闌尾的煩惱的煩惱約約 1/15 1/15 患闌尾炎；有了外科手術(shù)后死亡率僅患闌尾炎；有了外科手術(shù)后死亡率僅1%1%；但在但在1919世紀以前，闌尾炎的死亡率世紀以前，闌尾炎的死亡率20%。小腸小腸大腸大腸盲腸盲腸食草動物食草動物的盲腸比較大，的盲腸比較大，盲腸主要功能消化纖維素；盲腸主要功能消化纖維素；闌尾可能是免疫系統(tǒng)部分；闌尾可能是免疫系統(tǒng)部分；并為有益菌提供庇護所并為有益菌提供庇護所。證據(jù)證據(jù)4：人類血紅蛋白的進化人類血紅蛋白的進化血紅蛋白是由血紅蛋白是由4條多肽鏈條多肽鏈22，這，這4條多肽鏈中，條多肽鏈中，鏈含有鏈含有141個氨基酸，個氨基酸，有有146個氨基酸。個氨基酸。人類的個體發(fā)育：人類的個體發(fā)育：HbE(胚胎血紅蛋白胚胎血紅蛋白)22；HbF(胎兒血紅蛋白胎兒血紅蛋白)22；HbA(成體血紅蛋白成體血紅蛋白)22；Hb-A2 (成人中少量的成人中少量的血紅蛋白血紅蛋白)22。系統(tǒng)發(fā)育：兩棲類，血紅蛋白出現(xiàn)系統(tǒng)發(fā)育：兩棲類，血紅蛋白出現(xiàn)22；爬行類：爬行類：Hb-A、Hb-B和和Hb-C 哺乳類，才出現(xiàn)了胎兒血紅蛋白哺乳類，才出現(xiàn)了胎兒血紅蛋白22。猿類和人類，出現(xiàn)了猿類和人類，出現(xiàn)了Hb-A2 即即22。證據(jù)證據(jù)5：人類和黑猩猩的基因相似性人類和黑猩猩的基因相似性1975，加利福尼亞大學威爾遜發(fā)現(xiàn)，人類和黑猩猩人類和黑猩猩的蛋白質(zhì)序列蛋白質(zhì)序列平均只有1%1%差異；最新研究，人類和黑猩猩人類和黑猩猩的共有的蛋白質(zhì)中，超過80%80%存在至少1個氨基酸的差異；但是，超過6%6%的人類基因沒有出現(xiàn)在任何黑猩猩基因中，即有14001400新基因出現(xiàn)在人體內(nèi)（特殊基因包括：免疫系統(tǒng)、配子形成、細胞凋亡、感官知覺、神經(jīng)發(fā)育、語言能力FOXP2）。人類和黑猩猩的人類和黑猩猩的基因拷貝數(shù)基因拷貝數(shù)存在差異存在差異在黑猩猩和人類中都有唾液淀粉酶基因。但在黑在黑猩猩和人類中都有唾液淀粉酶基因。但在黑猩猩中，該基因只有猩猩中，該基因只有1 1個。而在人類不同種群中有個。而在人類不同種群中有2-152-15個拷貝，平均個拷貝，平均6 6個。其基因拷貝數(shù)目在中國南個。其基因拷貝數(shù)目在中國南方和印度以稻米為食物的人群中最多，以畜牧業(yè)方和印度以稻米為食物的人群中最多，以畜牧業(yè)為主的人群最少。為主的人群最少。Hox基因家族的進化基因家族的進化分子生物學研究具有身體分節(jié)的動物，都由分子生物學研究具有身體分節(jié)的動物，都由HoxHox基基因家族控制體節(jié)發(fā)育。因家族控制體節(jié)發(fā)育。與黑猩猩不同，人類的與黑猩猩不同，人類的HoxHox基因可分成基因可分成4 4個基因群個基因群集，分別位于集，分別位于2 2號、號、7 7號、號、1212號、號、1717號染色體上。號染色體上。這些基因可分成這些基因可分成1313個平行同源家族個平行同源家族。二、二、人類的進化人類的進化（一）什么是人？（一）什么是人？人是會制造工具的猿。人是會制造工具的猿。人只人只有有200200萬年的進化歷史。萬年的進化歷史。人是會直立行走的猿。人是會直立行走的猿。人只人只有有600600萬年的進化歷史。萬年的進化歷史。人類的進化歷史到底有多長人類的進化歷史到底有多長？1871年，歐洲發(fā)現(xiàn)了尼安德特尼安德特人頭骨化石，人類起源10萬年前；發(fā)現(xiàn)爪哇猿人（1891）和北京猿人（1929）頭骨，起源50萬年前；1959年，美國人在坦桑尼亞發(fā)現(xiàn)南方古猿南方古猿，起源175萬年前；20世紀70年代，美國人在埃塞俄比亞發(fā)現(xiàn)南方古猿南方古猿阿法種，人類起源300萬年前；1994年，美國人在埃塞俄比亞發(fā)現(xiàn)南方古猿南方古猿始祖種，人類起源440萬年前；2000，法國人在非洲發(fā)現(xiàn)原初人原初人土根種，起源600-700萬年前；2002年，米歇爾在中非發(fā)現(xiàn)乍得沙赫人，起源650-700萬年前。人類家族的進化史 人類化石最早的是700-650萬年前；歷史上至少有 4 4個屬個屬 1717種種 人類物種先后出現(xiàn)，在180萬年前的肯尼亞同時有四個物種生存于同一區(qū)域內(nèi)。非常遺憾和不幸，現(xiàn)存的人類僅屬于非常遺憾和不幸，現(xiàn)存的人類僅屬于1 1個物種個物種。森林古猿森林古猿 南方古猿南方古猿 能人能人 直立人直立人早期智人早期智人 現(xiàn)代人現(xiàn)代人吳新智院士分吳新智院士分4 4個階段個階段:1 1、早期猿人、早期猿人600600萬年前萬年前-200-200萬年前；萬年前；2 2、晚期猿人（、晚期猿人（200200萬年前萬年前-20-20萬年前）；萬年前）；3 3、早期智人（、早期智人（2020萬年前）；萬年前）；4 4、晚期智人、晚期智人(10(10萬年前萬年前)。三、人類進化中的缺陷三、人類進化中的缺陷眼睛結(jié)構(gòu)不合理；眼睛結(jié)構(gòu)不合理；吃東西容易被噎住，打嗝的習慣；吃東西容易被噎住，打嗝的習慣；頸部太長，并藏著太多神經(jīng)系統(tǒng)；頸部太長，并藏著太多神經(jīng)系統(tǒng)；睪丸進化到體外，易患疝氣；睪丸進化到體外，易患疝氣；腦細胞缺氧就死，不再生；腦細胞缺氧就死，不再生；受盆骨限制，女人分娩太痛苦；受盆骨限制，女人分娩太痛苦；椎間盤易突出，腳部減震功能差；椎間盤易突出，腳部減震功能差；等等2020多項。多項。說明人類是進化出來的，不是設計創(chuàng)造出來的。說明人類是進化出來的，不是設計創(chuàng)造出來的。鯊魚（姥鯊）的胚胎鯊魚（姥鯊）的胚胎人類的胚胎人類的胚胎 為什么會有進化缺陷為什么會有進化缺陷？根據(jù)生物重演律，例如鰓弓的演化。根據(jù)生物重演律，例如鰓弓的演化。在人類胚胎中，第在人類胚胎中，第1 1、2 2、5 5鰓弓在第鰓弓在第4 4周后就消失了，周后就消失了，第第3 3、4 4、6 6鰓弓分別重新鰓弓分別重新排列，形成了中耳排列，形成了中耳3 3塊小塊小骨、耳咽管、頸動脈、扁骨、耳咽管、頸動脈、扁桃腺、喉、舌骨、顱神經(jīng)。桃腺、喉、舌骨、顱神經(jīng)。1、2、5消失消失3、4、6進化進化6-頸動脈頸動脈3-肺動脈肺動脈4-主動脈主動脈動脈的進化動脈的進化相比之下，最糟糕的是長頸鹿，它的喉返神經(jīng)多走了相比之下，最糟糕的是長頸鹿，它的喉返神經(jīng)多走了4.54.5米米！喉返神經(jīng)直線距喉返神經(jīng)直線距離離25-30cm25-30cm，結(jié)，結(jié)果實際是果實際是90cm90cm“跑冤枉路跑冤枉路”的喉神經(jīng)的喉神經(jīng)打嗝是受魚類和兩棲類祖先的打嗝是受魚類和兩棲類祖先的遺傳：人類的呼吸神經(jīng)起源于遺傳：人類的呼吸神經(jīng)起源于魚類；而打嗝的原理其實就是魚類；而打嗝的原理其實就是兩棲類動物幼體在水里用腮呼兩棲類動物幼體在水里用腮呼吸時的工作機制。吸時的工作機制。打嗝是喉嚨或胸腔的肌肉痙攣打嗝是喉嚨或胸腔的肌肉痙攣所致，比如所致，比如吃得太快或者太多吃得太快或者太多。有的人打嗝幾分鐘就好；有的有的人打嗝幾分鐘就好；有的人則會打幾個月，嚴重影響生人則會打幾個月，嚴重影響生活質(zhì)量；更有甚者連打幾年活質(zhì)量；更有甚者連打幾年不過這種情況很罕見。不過這種情況很罕見。為什么為什么打嗝打嗝氣管和食管前后氣管和食管前后并列是個缺陷并列是個缺陷1 1、不孕癥病因之一、不孕癥病因之一輸卵管傘端拾卵功能缺陷輸卵管傘端拾卵功能缺陷2 2、女人分娩是最痛苦的，與哺乳動物相比，是因大腦發(fā)、女人分娩是最痛苦的，與哺乳動物相比，是因大腦發(fā)達，盆骨開口小所致達，盆骨開口小所致。女性生殖系統(tǒng)的缺陷女性生殖系統(tǒng)的缺陷哺乳動物睪丸哺乳動物睪丸3 3種類型：種類型：腹腔型睪丸，位于腎臟后方。腹腔型睪丸，位于腎臟后方。腹股溝型睪丸。腹股溝型睪丸。陰囊型睪丸陰囊型睪丸。男性疝氣病因男性疝氣病因人類男性的疝氣也是缺陷人類男性的疝氣也是缺陷美國著名導演美國著名導演 羅賓羅賓威廉姆斯（威廉姆斯（Robin WilliamsRobin Williams）在一次關）在一次關于批評于批評“智能設計智能設計”演講時說：演講時說：“看看人類的身體吧：它智能看看人類的身體吧：它智能嗎？在我們的娛樂區(qū)旁邊就是一座垃圾處理場！嗎？在我們的娛樂區(qū)旁邊就是一座垃圾處理場！”的缺陷前列腺“設計”不合理四、現(xiàn)代人如何發(fā)展而來？四、現(xiàn)代人如何發(fā)展而來？最初的人類可能出現(xiàn)于500到700萬年前的非洲，直立人起源于非洲的東非直立人，然后大致在100萬年前第1次走出非洲，遷移到歐亞大陸。這一觀點在學術(shù)界沒有太多爭議。然而，現(xiàn)代人類現(xiàn)代人類如何發(fā)展而來？這疑問一直引起學術(shù)界的廣泛興趣，并且出現(xiàn)了微妙的種族問題。1 1、種族差異、種族差異種族問題由來已久種族問題由來已久17351735年，林奈命名年，林奈命名“智人智人”（Homo sapiensHomo sapiens）時加）時加了這樣的標注：了這樣的標注：“歐洲人是受法律支配的；亞洲人歐洲人是受法律支配的；亞洲人是受觀念支配的；而非洲人是受任性支配的是受觀念支配的；而非洲人是受任性支配的”。“種族種族”這個詞有個奇怪特點，用于人類是個非常這個詞有個奇怪特點，用于人類是個非常敏感的詞，有種族歧視之嫌；而在生物學中是個相敏感的詞，有種族歧視之嫌；而在生物學中是個相當體面的詞，即當體面的詞，即“亞種亞種”。人的種族分類人的種族分類 種族：根據(jù)膚色、發(fā)型、鼻型等體質(zhì)特征，人類通常被劃分為4種(亞種)類型。高加索人（白）；格羅尼人（黑）高加索人（白）；格羅尼人（黑）蒙古人（黃）；澳大利亞人（棕）蒙古人（黃）；澳大利亞人（棕）還有3，5，9種（15）分法。人類特征差異的適應意義人類特征差異的適應意義熱帶群體深膚色，可防御引發(fā)致死性黑色素瘤的強烈紫外線；高緯度群體的蒼白色皮膚，更容易被光線穿透以合成人體必須的維生素D，預防肺結(jié)核和佝僂病。但有些特征不好解釋，有的可能與性選擇有關。雖然不同種族間在體型特征上差異明顯，但基因差異是微不足道的。人類的基因組差異人類的基因組差異最新研究表明：不同種族之間基因差異最新研究表明：不同種族之間基因差異10-15%10-15%；其余；其余85-90%85-90%的基因差異發(fā)生在同一種族的不同個體之間。的基因差異發(fā)生在同一種族的不同個體之間。也就是說，種族之間沒有明顯的基因差異的界線。也就是說，種族之間沒有明顯的基因差異的界線。不同種族間的等位基因不會出現(xiàn)全有或全無的明顯反不同種族間的等位基因不會出現(xiàn)全有或全無的明顯反差，而只是基因頻率的差異。例如，差，而只是基因頻率的差異。例如，ABOABO血型系統(tǒng)幾血型系統(tǒng)幾乎所有人群都有。等位基因乎所有人群都有。等位基因O O，在日本人中的頻度，在日本人中的頻度54%54%；芬蘭人；芬蘭人64%64%；南非布須曼人；南非布須曼人74%74%；北美納瓦霍人；北美納瓦霍人（NavahoNavaho屬美國印第安人）屬美國印第安人）85%85%。2、非洲起源學說和多地區(qū)起源學說但非洲起源學說認為現(xiàn)代人類起源于10萬年前非洲的第2次遷移，走出非洲以后完全取代了其它地區(qū)的古人種。6萬年前來到東亞。多地區(qū)起源學說又稱獨立起源假說，認為世界各地的人類是獨立起源，即由各地的非洲直立人、海德堡人、尼安德特人（2.8億年前在葡萄牙最后消失）、東亞直立人各自獨立進化到現(xiàn)代人類的幾大人種（亞種）。2011 2011年年9 9月月2323日，由深圳華大基因和丹麥哥本哈根大學聯(lián)合日，由深圳華大基因和丹麥哥本哈根大學聯(lián)合參與完成的澳大利亞土著人基因組研究，成果在國際頂尖雜志參與完成的澳大利亞土著人基因組研究，成果在國際頂尖雜志科學科學(Science)(Science)上在線發(fā)表，該研究證明了人類遷徙史上的上在線發(fā)表，該研究證明了人類遷徙史上的多次擴散理論。多次擴散理論。澳大利亞土著人的祖先種群澳大利亞土著人的祖先種群是在是在6.2-7.56.2-7.5萬年前走出非洲萬年前走出非洲遷徙到東亞地區(qū)，然后越過遷徙到東亞地區(qū)，然后越過重重大洋到達澳大利亞大陸；重重大洋到達澳大利亞大陸；而現(xiàn)代亞洲人的祖先則是在而現(xiàn)代亞洲人的祖先則是在2.5-3.82.5-3.8萬年前與歐洲人的祖萬年前與歐洲人的祖先分離之后遷徙到亞洲的。先分離之后遷徙到亞洲的?！跋耐藜僬f夏娃假說”1987年，卡恩（Rebecca Cann）等人運用母系遺傳的線粒體DNA多態(tài)性研究，提出了著名的“夏娃假說”，15-20萬年前，人類祖先起源于非洲的一位女性。2001年斯坦福大學的昂德希爾（Peter A.Underhill）等人利用變性高效液相層析技術(shù)（DHPLC），分析得到了218個Y染色體非重組區(qū)（NRY）位點構(gòu)成的131個單倍型，在對全球1,0621,062個代表性個體考察結(jié)果顯示明顯的群體親緣關系。東亞的現(xiàn)代人Y Y染色體研究證明，東亞的現(xiàn)代人具有共同的非洲起源，大致在染色體研究證明，東亞的現(xiàn)代人具有共同的非洲起源，大致在距今距今1.8-61.8-6萬年前最早的一批走出非洲的現(xiàn)代人進入東亞的南部，萬年前最早的一批走出非洲的現(xiàn)代人進入東亞的南部，然后隨著東亞的冰川期結(jié)束，逐漸北進，進入東亞大陸。另一然后隨著東亞的冰川期結(jié)束，逐漸北進，進入東亞大陸。另一支遷移的路線從東南亞大陸開始，向東逐漸進入太平洋群島。支遷移的路線從東南亞大陸開始，向東逐漸進入太平洋群島。多地區(qū)起源假說多地區(qū)起源假說 對東亞地區(qū)現(xiàn)代人非洲起源提出質(zhì)疑。依據(jù)對東亞地區(qū)現(xiàn)代人非洲起源提出質(zhì)疑。依據(jù)是東亞尤其中國大陸發(fā)現(xiàn)的大量化石和考古學遺物。得到吳新是東亞尤其中國大陸發(fā)現(xiàn)的大量化石和考古學遺物。得到吳新智院士支持，根據(jù)鏟形門齒，東亞智院士支持，根據(jù)鏟形門齒，東亞85%85%，非洲，非洲5%5%，歐洲，歐洲10%10%，澳，澳洲洲20%20%?，F(xiàn)代人是連續(xù)進化，適當雜交?，F(xiàn)代人是連續(xù)進化，適當雜交。3 3、人類仍然在進化、人類仍然在進化乳糖酶將乳糖分解為葡萄糖和半乳糖。乳糖酶基因有乳糖酶將乳糖分解為葡萄糖和半乳糖。乳糖酶基因有“開開”和和“關關”2 2個等位基因。當嬰兒斷奶后，體內(nèi)逐漸個等位基因。當嬰兒斷奶后，體內(nèi)逐漸不再產(chǎn)生乳糖酶。有些人完全喪失了乳糖消化功能。不再產(chǎn)生乳糖酶。有些人完全喪失了乳糖消化功能。因食物差別，許多人在成體中仍然產(chǎn)生乳糖酶。重新打因食物差別，許多人在成體中仍然產(chǎn)生乳糖酶。重新打開乳糖酶的基因，在歐洲、中東和美洲的畜牧族群中，開乳糖酶的基因，在歐洲、中東和美洲的畜牧族群中，其頻度高達其頻度高達55-90%55-90%；而以農(nóng)耕為主的亞洲和非洲族群中，；而以農(nóng)耕為主的亞洲和非洲族群中，頻度很低，頻度很低，1-20%1-20%。考古證明人類養(yǎng)奶牛有考古證明人類養(yǎng)奶牛有70007000多年歷史，恰好從多年歷史，恰好從70007000年前年前歐洲人骨骼提取歐洲人骨骼提取DNADNA表明，是乳糖不耐受型。表明，是乳糖不耐受型。生活習慣在改變著我們生活習慣在改變著我們食物結(jié)構(gòu)的改變會一些消化系統(tǒng)食物結(jié)構(gòu)的改變會一些消化系統(tǒng)學習知識與科技發(fā)展使得大腦更加發(fā)達學習知識與科技發(fā)展使得大腦更加發(fā)達手機和計算機使用對手指功能的影響手機和計算機使用對手指功能的影響使用空調(diào)使得汗腺退化使用空調(diào)使得汗腺退化以車代步以車代步 、“三高癥三高癥”也是進化問題也是進化問題4 4、人類未來面臨的兩個困境、人類未來面臨的兩個困境（1 1）未來人的新定義？）未來人的新定義？隨著生命科學、電子與計算機科學，以及材料科學隨著生命科學、電子與計算機科學，以及材料科學的發(fā)展，將會出現(xiàn)克隆人、轉(zhuǎn)基因器官移植人、安裝的發(fā)展，將會出現(xiàn)克隆人、轉(zhuǎn)基因器官移植人、安裝有電子器官的半真人、高級仿真機器人有電子器官的半真人、高級仿真機器人（2 2）人類的未來在哪里？）人類的未來在哪里？人類的未來在哪里？人類的未來在哪里？火星地表照片火星地表照片人類最終可能要遷徙到火星。人類最終可能要遷徙到火星。火星南極是干冰（固態(tài)火星南極是干冰（固態(tài)COCO2 2），北），北極有冰。目前氣溫極有冰。目前氣溫-60-60 0 0C,C,先登先登陸的人們身穿太空服，通過陸的人們身穿太空服，通過F,F,ClCl烴作燃料，增加溫室效應，提烴作燃料，增加溫室效應，提高溫度高溫度-30-30 0 0C C。美國科學家設想到美國科學家設想到21002100年，年，有有1010萬人在火星上定居，脫去太萬人在火星上定居，脫去太空服?？辗！盎鹦腔鹦?500-500”計劃于計劃于20102010年年6 6月月3 3日日在俄羅斯正式啟動，中國的王躍等在俄羅斯正式啟動，中國的王躍等6 6人成為志愿者，共人成為志愿者，共2525人，為期人，為期520520天天火星飛行模擬試驗。計劃火星飛行模擬試驗。計劃20152015年，俄年，俄羅斯首次飛越火星并登陸。羅斯首次飛越火星并登陸。黑猩猩黑猩猩 尼姆尼姆齊姆斯基齊姆斯基 再見再見 預告：下一講預告：下一講 植物多樣性植物多樣性