《生态与环境》配套PPT电子课件

《生态与环境》配套PPT电子课件,生态与环境,生态,环境,配套,PPT,电子,课件 第第2讲讲 人类的起源与进化人类的起源与进化沈显生沈显生中国科学技术大学生命学院中国科学技术大学生命学院0551-6360 0392 主要内容主要内容一、人类的原始祖先一、人类的原始祖先二、人类的进化二、人类的进化三、人类进化中的缺陷三、人类进化中的缺陷四、现代人如何发展而来四、现代人如何发展而来一、人类的原始祖先？一、人类的原始祖先？卡尔卡尔林奈（林奈（Carl LinnaeusCarl Linnaeus）的贡献：）的贡献：在在17351735年，林奈建立了世界上第一个生物分类体年，林奈建立了世界上第一个生物分类体系，根据解剖学的相似性，把人和猴子及猿归为一类，系，根据解剖学的相似性，把人和猴子及猿归为一类，将人命名为将人命名为“智人智人”（Homo sapiensHomo sapiens），招致当地大），招致当地大主教的愤怒。主教的愤怒。属于脊椎动物亚门、哺乳动物纲、灵长目、人科、属于脊椎动物亚门、哺乳动物纲、灵长目、人科、人属。人属。达尔文的贡献（续）达尔文的贡献（续）1859年，达尔文在物种起源结束时说：“展望未来，我发现了一个更重要也更为广阔的研究领域。由此，人类的起源和历史将得到莫大的启示。人类的起源和历史将得到莫大的启示。”1871年，达尔文人类的由人类的由 来及性选择来及性选择发表。人类起人类起 源灵长类，猴子和猩猩是与源灵长类，猴子和猩猩是与 人类共祖人类共祖。人人类类头头颅颅形形态态的的进进化化黑猩猩的大脑在黑猩猩的大脑在1 1岁后停止发育；人的大脑发育持续岁后停止发育；人的大脑发育持续20-2520-25年。黑猩猩的脑容量是成人的年。黑猩猩的脑容量是成人的1/31/3。证据证据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齿排列的进化大腿骨和牙齿排列的进化证据证据2证据证据3-人类具有来自灵长类的十大退化特征人类具有来自灵长类的十大退化特征手掌抓握反射、手掌抓握反射、阑尾阑尾、扁桃体、耳轮节、扁桃体、耳轮节（“达尔文结节达尔文结节”）、男性乳头、竖毛肌、）、男性乳头、竖毛肌、尾椎骨尾椎骨、半月皱襞（相当于低等动物的第、半月皱襞（相当于低等动物的第三眼睑）、鼻窦、智齿三眼睑）、鼻窦、智齿。三通三通阑尾阑尾的烦恼的烦恼约约 1/15 1/15 患阑尾炎；有了外科手术后死亡率仅患阑尾炎；有了外科手术后死亡率仅1%1%；但在但在1919世纪以前，阑尾炎的死亡率世纪以前，阑尾炎的死亡率20%。小肠小肠大肠大肠盲肠盲肠食草动物食草动物的盲肠比较大，的盲肠比较大，盲肠主要功能消化纤维素；盲肠主要功能消化纤维素；阑尾可能是免疫系统部分；阑尾可能是免疫系统部分；并为有益菌提供庇护所并为有益菌提供庇护所。证据证据4：人类血红蛋白的进化人类血红蛋白的进化血红蛋白是由血红蛋白是由4条多肽链条多肽链22，这，这4条多肽链中，条多肽链中，链含有链含有141个氨基酸，个氨基酸，有有146个氨基酸。个氨基酸。人类的个体发育：人类的个体发育：HbE(胚胎血红蛋白胚胎血红蛋白)22；HbF(胎儿血红蛋白胎儿血红蛋白)22；HbA(成体血红蛋白成体血红蛋白)22；Hb-A2 (成人中少量的成人中少量的血红蛋白血红蛋白)22。系统发育：两栖类，血红蛋白出现系统发育：两栖类，血红蛋白出现22；爬行类：爬行类：Hb-A、Hb-B和和Hb-C 哺乳类，才出现了胎儿血红蛋白哺乳类，才出现了胎儿血红蛋白22。猿类和人类，出现了猿类和人类，出现了Hb-A2 即即22。证据证据5：人类和黑猩猩的基因相似性人类和黑猩猩的基因相似性1975，加利福尼亚大学威尔逊发现，人类和黑猩猩人类和黑猩猩的蛋白质序列蛋白质序列平均只有1%1%差异；最新研究，人类和黑猩猩人类和黑猩猩的共有的蛋白质中，超过80%80%存在至少1个氨基酸的差异；但是，超过6%6%的人类基因没有出现在任何黑猩猩基因中，即有14001400新基因出现在人体内（特殊基因包括：免疫系统、配子形成、细胞凋亡、感官知觉、神经发育、语言能力FOXP2）。人类和黑猩猩的人类和黑猩猩的基因拷贝数基因拷贝数存在差异存在差异在黑猩猩和人类中都有唾液淀粉酶基因。但在黑在黑猩猩和人类中都有唾液淀粉酶基因。但在黑猩猩中，该基因只有猩猩中，该基因只有1 1个。而在人类不同种群中有个。而在人类不同种群中有2-152-15个拷贝，平均个拷贝，平均6 6个。其基因拷贝数目在中国南个。其基因拷贝数目在中国南方和印度以稻米为食物的人群中最多，以畜牧业方和印度以稻米为食物的人群中最多，以畜牧业为主的人群最少。为主的人群最少。Hox基因家族的进化基因家族的进化分子生物学研究具有身体分节的动物，都由分子生物学研究具有身体分节的动物，都由HoxHox基基因家族控制体节发育。因家族控制体节发育。与黑猩猩不同，人类的与黑猩猩不同，人类的HoxHox基因可分成基因可分成4 4个基因群个基因群集，分别位于集，分别位于2 2号、号、7 7号、号、1212号、号、1717号染色体上。号染色体上。这些基因可分成这些基因可分成1313个平行同源家族个平行同源家族。二、二、人类的进化人类的进化（一）什么是人？（一）什么是人？人是会制造工具的猿。人是会制造工具的猿。人只人只有有200200万年的进化历史。万年的进化历史。人是会直立行走的猿。人是会直立行走的猿。人只人只有有600600万年的进化历史。万年的进化历史。人类的进化历史到底有多长人类的进化历史到底有多长？1871年，欧洲发现了尼安德特尼安德特人头骨化石，人类起源10万年前；发现爪哇猿人（1891）和北京猿人（1929）头骨，起源50万年前；1959年，美国人在坦桑尼亚发现南方古猿南方古猿，起源175万年前；20世纪70年代，美国人在埃塞俄比亚发现南方古猿南方古猿阿法种，人类起源300万年前；1994年，美国人在埃塞俄比亚发现南方古猿南方古猿始祖种，人类起源440万年前；2000，法国人在非洲发现原初人原初人土根种，起源600-700万年前；2002年，米歇尔在中非发现乍得沙赫人，起源650-700万年前。人类家族的进化史 人类化石最早的是700-650万年前；历史上至少有 4 4个属个属 1717种种 人类物种先后出现，在180万年前的肯尼亚同时有四个物种生存于同一区域内。非常遗憾和不幸，现存的人类仅属于非常遗憾和不幸，现存的人类仅属于1 1个物种个物种。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 现代人现代人吴新智院士分吴新智院士分4 4个阶段个阶段:1 1、早期猿人、早期猿人600600万年前万年前-200-200万年前；万年前；2 2、晚期猿人（、晚期猿人（200200万年前万年前-20-20万年前）；万年前）；3 3、早期智人（、早期智人（2020万年前）；万年前）；4 4、晚期智人、晚期智人(10(10万年前万年前)。三、人类进化中的缺陷三、人类进化中的缺陷眼睛结构不合理；眼睛结构不合理；吃东西容易被噎住，打嗝的习惯；吃东西容易被噎住，打嗝的习惯；颈部太长，并藏着太多神经系统；颈部太长，并藏着太多神经系统；睾丸进化到体外，易患疝气；睾丸进化到体外，易患疝气；脑细胞缺氧就死，不再生；脑细胞缺氧就死，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；椎间盘易突出，脚部减震功能差；椎间盘易突出，脚部减震功能差；等等2020多项。多项。说明人类是进化出来的，不是设计创造出来的。说明人类是进化出来的，不是设计创造出来的。鲨鱼（姥鲨）的胚胎鲨鱼（姥鲨）的胚胎人类的胚胎人类的胚胎 为什么会有进化缺陷为什么会有进化缺陷？根据生物重演律，例如鳃弓的演化。根据生物重演律，例如鳃弓的演化。在人类胚胎中，第在人类胚胎中，第1 1、2 2、5 5鳃弓在第鳃弓在第4 4周后就消失了，周后就消失了，第第3 3、4 4、6 6鳃弓分别重新鳃弓分别重新排列，形成了中耳排列，形成了中耳3 3块小块小骨、耳咽管、颈动脉、扁骨、耳咽管、颈动脉、扁桃腺、喉、舌骨、颅神经。桃腺、喉、舌骨、颅神经。1、2、5消失消失3、4、6进化进化6-颈动脉颈动脉3-肺动脉肺动脉4-主动脉主动脉动脉的进化动脉的进化相比之下，最糟糕的是长颈鹿，它的喉返神经多走了相比之下，最糟糕的是长颈鹿，它的喉返神经多走了4.54.5米米！喉返神经直线距喉返神经直线距离离25-30cm25-30cm，结，结果实际是果实际是90cm90cm“跑冤枉路跑冤枉路”的喉神经的喉神经打嗝是受鱼类和两栖类祖先的打嗝是受鱼类和两栖类祖先的遗传：人类的呼吸神经起源于遗传：人类的呼吸神经起源于鱼类；而打嗝的原理其实就是鱼类；而打嗝的原理其实就是两栖类动物幼体在水里用腮呼两栖类动物幼体在水里用腮呼吸时的工作机制。吸时的工作机制。打嗝是喉咙或胸腔的肌肉痉挛打嗝是喉咙或胸腔的肌肉痉挛所致，比如所致，比如吃得太快或者太多吃得太快或者太多。有的人打嗝几分钟就好；有的有的人打嗝几分钟就好；有的人则会打几个月，严重影响生人则会打几个月，严重影响生活质量；更有甚者连打几年活质量；更有甚者连打几年不过这种情况很罕见。不过这种情况很罕见。为什么为什么打嗝打嗝气管和食管前后气管和食管前后并列是个缺陷并列是个缺陷1 1、不孕症病因之一、不孕症病因之一输卵管伞端拾卵功能缺陷输卵管伞端拾卵功能缺陷2 2、女人分娩是最痛苦的，与哺乳动物相比，是因大脑发、女人分娩是最痛苦的，与哺乳动物相比，是因大脑发达，盆骨开口小所致达，盆骨开口小所致。女性生殖系统的缺陷女性生殖系统的缺陷哺乳动物睾丸哺乳动物睾丸3 3种类型：种类型：腹腔型睾丸，位于肾脏后方。腹腔型睾丸，位于肾脏后方。腹股沟型睾丸。腹股沟型睾丸。阴囊型睾丸阴囊型睾丸。男性疝气病因男性疝气病因人类男性的疝气也是缺陷人类男性的疝气也是缺陷美国著名导演美国著名导演 罗宾罗宾威廉姆斯（威廉姆斯（Robin WilliamsRobin Williams）在一次关）在一次关于批评于批评“智能设计智能设计”演讲时说：演讲时说：“看看人类的身体吧：它智能看看人类的身体吧：它智能吗？在我们的娱乐区旁边就是一座垃圾处理场！吗？在我们的娱乐区旁边就是一座垃圾处理场！”的缺陷前列腺“设计”不合理四、现代人如何发展而来？四、现代人如何发展而来？最初的人类可能出现于500到700万年前的非洲，直立人起源于非洲的东非直立人，然后大致在100万年前第1次走出非洲，迁移到欧亚大陆。这一观点在学术界没有太多争议。然而，现代人类现代人类如何发展而来？这疑问一直引起学术界的广泛兴趣，并且出现了微妙的种族问题。1 1、种族差异、种族差异种族问题由来已久种族问题由来已久17351735年，林奈命名年，林奈命名“智人智人”（Homo sapiensHomo sapiens）时加）时加了这样的标注：了这样的标注：“欧洲人是受法律支配的；亚洲人欧洲人是受法律支配的；亚洲人是受观念支配的；而非洲人是受任性支配的是受观念支配的；而非洲人是受任性支配的”。“种族种族”这个词有个奇怪特点，用于人类是个非常这个词有个奇怪特点，用于人类是个非常敏感的词，有种族歧视之嫌；而在生物学中是个相敏感的词，有种族歧视之嫌；而在生物学中是个相当体面的词，即当体面的词，即“亚种亚种”。人的种族分类人的种族分类 种族：根据肤色、发型、鼻型等体质特征，人类通常被划分为4种(亚种)类型。高加索人（白）；格罗尼人（黑）高加索人（白）；格罗尼人（黑）蒙古人（黄）；澳大利亚人（棕）蒙古人（黄）；澳大利亚人（棕）还有3，5，9种（15）分法。人类特征差异的适应意义人类特征差异的适应意义热带群体深肤色，可防御引发致死性黑色素瘤的强烈紫外线；高纬度群体的苍白色皮肤，更容易被光线穿透以合成人体必须的维生素D，预防肺结核和佝偻病。但有些特征不好解释，有的可能与性选择有关。虽然不同种族间在体型特征上差异明显，但基因差异是微不足道的。人类的基因组差异人类的基因组差异最新研究表明：不同种族之间基因差异最新研究表明：不同种族之间基因差异10-15%10-15%；其余；其余85-90%85-90%的基因差异发生在同一种族的不同个体之间。的基因差异发生在同一种族的不同个体之间。也就是说，种族之间没有明显的基因差异的界线。也就是说，种族之间没有明显的基因差异的界线。不同种族间的等位基因不会出现全有或全无的明显反不同种族间的等位基因不会出现全有或全无的明显反差，而只是基因频率的差异。例如，差，而只是基因频率的差异。例如，ABOABO血型系统几血型系统几乎所有人群都有。等位基因乎所有人群都有。等位基因O O，在日本人中的频度，在日本人中的频度54%54%；芬兰人；芬兰人64%64%；南非布须曼人；南非布须曼人74%74%；北美纳瓦霍人；北美纳瓦霍人（NavahoNavaho属美国印第安人）属美国印第安人）85%85%。2、非洲起源学说和多地区起源学说但非洲起源学说认为现代人类起源于10万年前非洲的第2次迁移，走出非洲以后完全取代了其它地区的古人种。6万年前来到东亚。多地区起源学说又称独立起源假说，认为世界各地的人类是独立起源，即由各地的非洲直立人、海德堡人、尼安德特人（2.8亿年前在葡萄牙最后消失）、东亚直立人各自独立进化到现代人类的几大人种（亚种）。2011 2011年年9 9月月2323日，由深圳华大基因和丹麦哥本哈根大学联合日，由深圳华大基因和丹麦哥本哈根大学联合参与完成的澳大利亚土著人基因组研究，成果在国际顶尖杂志参与完成的澳大利亚土著人基因组研究，成果在国际顶尖杂志科学科学(Science)(Science)上在线发表，该研究证明了人类迁徙史上的上在线发表，该研究证明了人类迁徙史上的多次扩散理论。多次扩散理论。澳大利亚土著人的祖先种群澳大利亚土著人的祖先种群是在是在6.2-7.56.2-7.5万年前走出非洲万年前走出非洲迁徙到东亚地区，然后越过迁徙到东亚地区，然后越过重重大洋到达澳大利亚大陆；重重大洋到达澳大利亚大陆；而现代亚洲人的祖先则是在而现代亚洲人的祖先则是在2.5-3.82.5-3.8万年前与欧洲人的祖万年前与欧洲人的祖先分离之后迁徙到亚洲的。先分离之后迁徙到亚洲的。“夏娃假说夏娃假说”1987年，卡恩（Rebecca Cann）等人运用母系遗传的线粒体DNA多态性研究，提出了著名的“夏娃假说”，15-20万年前，人类祖先起源于非洲的一位女性。2001年斯坦福大学的昂德希尔（Peter A.Underhill）等人利用变性高效液相层析技术（DHPLC），分析得到了218个Y染色体非重组区（NRY）位点构成的131个单倍型，在对全球1,0621,062个代表性个体考察结果显示明显的群体亲缘关系。东亚的现代人Y Y染色体研究证明，东亚的现代人具有共同的非洲起源，大致在染色体研究证明，东亚的现代人具有共同的非洲起源，大致在距今距今1.8-61.8-6万年前最早的一批走出非洲的现代人进入东亚的南部，万年前最早的一批走出非洲的现代人进入东亚的南部，然后随着东亚的冰川期结束，逐渐北进，进入东亚大陆。另一然后随着东亚的冰川期结束，逐渐北进，进入东亚大陆。另一支迁移的路线从东南亚大陆开始，向东逐渐进入太平洋群岛。支迁移的路线从东南亚大陆开始，向东逐渐进入太平洋群岛。多地区起源假说多地区起源假说 对东亚地区现代人非洲起源提出质疑。依据对东亚地区现代人非洲起源提出质疑。依据是东亚尤其中国大陆发现的大量化石和考古学遗物。得到吴新是东亚尤其中国大陆发现的大量化石和考古学遗物。得到吴新智院士支持，根据铲形门齿，东亚智院士支持，根据铲形门齿，东亚85%85%，非洲，非洲5%5%，欧洲，欧洲10%10%，澳，澳洲洲20%20%。现代人是连续进化，适当杂交。现代人是连续进化，适当杂交。3 3、人类仍然在进化、人类仍然在进化乳糖酶将乳糖分解为葡萄糖和半乳糖。乳糖酶基因有乳糖酶将乳糖分解为葡萄糖和半乳糖。乳糖酶基因有“开开”和和“关关”2 2个等位基因。当婴儿断奶后，体内逐渐个等位基因。当婴儿断奶后，体内逐渐不再产生乳糖酶。有些人完全丧失了乳糖消化功能。不再产生乳糖酶。有些人完全丧失了乳糖消化功能。因食物差别，许多人在成体中仍然产生乳糖酶。重新打因食物差别，许多人在成体中仍然产生乳糖酶。重新打开乳糖酶的基因，在欧洲、中东和美洲的畜牧族群中，开乳糖酶的基因，在欧洲、中东和美洲的畜牧族群中，其频度高达其频度高达55-90%55-90%；而以农耕为主的亚洲和非洲族群中，；而以农耕为主的亚洲和非洲族群中，频度很低，频度很低，1-20%1-20%。考古证明人类养奶牛有考古证明人类养奶牛有70007000多年历史，恰好从多年历史，恰好从70007000年前年前欧洲人骨骼提取欧洲人骨骼提取DNADNA表明，是乳糖不耐受型。表明，是乳糖不耐受型。生活习惯在改变着我们生活习惯在改变着我们食物结构的改变会一些消化系统食物结构的改变会一些消化系统学习知识与科技发展使得大脑更加发达学习知识与科技发展使得大脑更加发达手机和计算机使用对手指功能的影响手机和计算机使用对手指功能的影响使用空调使得汗腺退化使用空调使得汗腺退化以车代步以车代步 、“三高症三高症”也是进化问题也是进化问题4 4、人类未来面临的两个困境、人类未来面临的两个困境（1 1）未来人的新定义？）未来人的新定义？随着生命科学、电子与计算机科学，以及材料科学随着生命科学、电子与计算机科学，以及材料科学的发展，将会出现克隆人、转基因器官移植人、安装的发展，将会出现克隆人、转基因器官移植人、安装有电子器官的半真人、高级仿真机器人有电子器官的半真人、高级仿真机器人（2 2）人类的未来在哪里？）人类的未来在哪里？人类的未来在哪里？人类的未来在哪里？火星地表照片火星地表照片人类最终可能要迁徙到火星。人类最终可能要迁徙到火星。火星南极是干冰（固态火星南极是干冰（固态COCO2 2），北），北极有冰。目前气温极有冰。目前气温-60-60 0 0C,C,先登先登陆的人们身穿太空服，通过陆的人们身穿太空服，通过F,F,ClCl烃作燃料，增加温室效应，提烃作燃料，增加温室效应，提高温度高温度-30-30 0 0C C。美国科学家设想到美国科学家设想到21002100年，年，有有1010万人在火星上定居，脱去太万人在火星上定居，脱去太空服。空服。“火星火星-500-500”计划于计划于20102010年年6 6月月3 3日日在俄罗斯正式启动，中国的王跃等在俄罗斯正式启动，中国的王跃等6 6人成为志愿者，共人成为志愿者，共2525人，为期人，为期520520天天火星飞行模拟试验。计划火星飞行模拟试验。计划20152015年，俄年，俄罗斯首次飞越火星并登陆。罗斯首次飞越火星并登陆。黑猩猩黑猩猩 尼姆尼姆齐姆斯基齐姆斯基 再见再见 预告：下一讲预告：下一讲 植物多样性植物多样性