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生命的起源,生物的進化,生物的滅絕與環境的關系

遺傳物質的變異是進化的內因,環境對遺傳物質的變異起到誘發與篩選的作用,進化後的生物對環境又有反作用。

具體:

1 遺傳物質的變異是進化的內因

自然界存在數億種生物,它們形態各異,種類紛繁,生物的多樣性,主要就是遺傳物質不同造成的。同壹物種遺傳物質的相對穩定性保證了該物種的穩定性和連續性。而遺傳物質的變異為生物進化提供了可能性。

1.1 基因突變和染色體畸變

中性學說在對生物大分子的量化分析後認為,基因隨時會產生大量的中性突變。對於編碼蛋白質的結構基因而言,當三聯體密碼中的 1 個核苷酸(尤其是第 3 位)發生置換往往不會使氨基酸類型發生改變。蛋白質的保守性替換又指出,即使改變了個別氨基酸殘基,但該殘基是在可變區域內這種變化也並不影響生命體的生存價值。此外,結構基因只是整體 DNA 序列中的小部分,還有大量不編碼蛋白質的序列,如調節基因、重復序列、內含子、假基因和退化基因等。由此,木村資生( Motto.Kimura )等人結論生物進化在分子水平上起主導因素的是那些對生物生存即不有利,又無害的“中性”基因。但如何界定“絕對”的中性突變,仍然是壹個復雜的問題。調節基因、內含子、重復基因、假基因等非編碼蛋白質基因雖然不直接指導蛋白質的合成,但它們與各種環境因素相結合通過調節轉錄,翻譯的過程來發揮作用。有研究表明:由猿到人的變化,主要是調節基因的變化,不是結構基因的變化 [1] 。許多實驗證據也支持了 Gilbert 提出的關於內含子功能的假說,認為結構基因是通過內含子序列之間的重組,將外顯子聚集在壹起而產生的,即內含子是原初基因重新組合過程的殘留物。此外,就目前人們的認識來看,內含子還具有影響基因的表達調控;調控 RNA 的剪接;編碼特定的蛋白質;保護基因家族等功能 [2] 。同屬於重復基因的 rRNA 和 tRNA 在蛋白質翻譯中也具有各自的功能。假基因可通過接受鄰近功能基因的片段或者由於功能基因移動而獲得功能。假基因與功能基因之間發生外顯子交換的例證已在小鼠 ψ a3 中有所發現 [3] 。壹些單個核苷酸被置換後,也許不能改變氨基酸的類型,但它通過化學鍵對鄰近核苷酸的作用是不容忽視的。它能改變鄰近核苷酸的置換率。因此,我認為將壹些基因突變定義為絕對中性是欠妥當的。

染色體畸變包括染色體結構和數目的變化,它與基因突變壹樣在進化中占有重要的位置。染色體畸變牽涉到 DNA 分子上較大範圍內的變化,影響基因間的連鎖和交換,改變基因表達的方式,產生生殖隔離機制,加速物種分化的過程等。

1.2 基因重組

病毒的進化很難用漸進突變累積來解釋,病毒與宿主或其它病毒之間的基因重組引起的飛躍式突變起了很大的作用 [4] 。事實上,在微生物間由於轉化、接合和轉導引起的基因重組發生的頻率比基因突變高達壹萬倍 [5] 。由此可見,基因重組是病毒及微生物進化的壹種主要方式。對於高等生物來說通過食物攝入,有性生殖,微生物介導也能獲得外源核酸,為基因重組提供必須的物質要素。張光明等人 [6] 提出微生物能有效介導基因重組,從原核生物到真核生物中廣泛存在的轉座作用可能是微生物介導的基因重組的壹種重要方式。微生物先感染壹種生物,攜帶上該種生物的遺傳物質,再感染另壹種生物,將所攜帶的遺傳物質轉移到另壹種生物的基因組中。因為另壹種生物本身已具有完善穩定的遺傳機制,這種基因重組獲得表達並固定下來的機率並不是很大,但不可否認基因重組在生物進化中起著重要作用。

2 環境對遺傳物質變異的誘發與篩選作用

從生態學的角度來說,任何生物都生存在總體穩定又時時處於變化之中的生態環境中,與環境存在物質、能量、信息的交流。環境是生物進化的外因,它誘導遺傳物質發生變異,又對其進行篩選,經過時間的積累達到生物的進化。這裏指的環境包括生物環境和非生物環境,宏觀環境和微觀環境是指所有對研究主體有影響的外界因素。

2.1 環境誘發遺傳物質變異

就化學環境而言,生物體從環境中攝入各種物質,經分解、吸收作用後,送入細胞中,這些物質中的某些化學成分與元素可能會與遺傳物質的組成物發生反應,或使遺傳物質的結構發生變化。某些化學物質直接作用於生物體的表面,也可能引起表面細胞的破壞,並使遺傳物質發生變異。

物理環境能引起遺傳物質變異的最主要因素是射線。生物生活在地球上,無時無刻不受宇宙射線和地球上的放射性物質發出的射線的照射。科學家作了統計,壹個人壹年平均受的射線照射在人體中可把大約十億個分子的化學鍵打開。 DNA分子在人體中所占比例很小,計算結果,每年每人平均損傷約200個DNA分子 [7] 。若生物偶然接觸到能量更大的射線則引起突變的機率更大。

現在,許多科學家利用遺傳工程技術,將 DNA上的某些片段人為的進行改變,培育出有利於生產經濟的新品種。進行了轉基因改造的動植物及微生物若被推廣,則為該種生物的進化提供了壹定的物質可能性。新品種與近源野生種的雜交,有可能使人為改造過的基因片段得到傳播,並且固定下來。這在植物中更為常見。也可以說這是人為環境對生物進化的影響。微生物介導的基因重組而使生物進化,則是自然的生物環境使遺傳物質發生變化。

獲得性狀是否能遺傳壹直是生物進化研究中爭論的焦點。如果獲得性狀可遺傳,就可以進壹步說明環境可引起遺傳物質變異。生物學家已發現了不少獲得性遺傳的實例。例如,當用壹種酶把枯草桿菌的細胞壁去除後,在特定的生長條件下,它們可以繼續繁殖,後代也是無壁的,並且這種狀態可以穩定地遺傳下去,只有把它們放在另外的壹種生長條件下,細胞壁才會重新生長出來 [8] 。逆轉錄酶的發現,也證實了獲得性是有遺傳可能性的。“生命環境均衡論”的學者們認為 :如果生活的環境條件改變了,生活也就發生改變,那麽,動植物將采取適應其生活的性狀,並且在這種性狀永存的情況下,遺傳因子也與之相應發生變化。但是必須經過地質時代這樣漫長的時間單位。越來越多的證據證明獲得性是可遺傳的,但並不能認為獲得性遺傳是生物進化的主要方式。因為在環境條件未發生劇烈變化的很長時期,生物進化的腳步並沒有完全停止。生物進化是許多因素***同作用的結果,歸根到底都必須是遺傳物質發生了改變,只有這樣變異才能壹代壹代延續下去,。環境只能是進化的外因。

此外,有些科學家認為多數突變是自發的,完全隨機的,這種看法不全面。 DNA鏈處於細胞中,它必然生活在細胞內環境中。氨基酸殘基的脫落、置換、加入無不伴隨著肽鍵的斷裂,這就需要能量和物質的交流,這壹系列變化都與細胞內環境密切相關。

2.2 環境對遺傳物質的篩選

在分子水平上環境對遺傳物質的自然選擇是有建設性作用的 .DNA鏈上的某壹位點是處在其它基因位點的包圍之中的,如果這壹位點發生了變異要受到此位點周圍其它基因的約束和幹預。此外還要受到細胞核內環境中各種化學物質和染色體上組蛋白(只有真核生物具有)與非組蛋白的調控。總之,在壹個新基因型進化初期,將選取提高個體適合度的有利突變。日本的太田(Ohta,1979)說,在分子水平上自然選擇的主要作用是保持壹個分子的現有機能,使它免受有害突變的影響 [8] 。

當遺傳物質的變異通過了分子水平的自然選擇後,還要接受更高級別的檢驗。不管 DNA上的突變位點是直接指導蛋白質合成,還是間接調控、影響轉錄和翻譯的過程,絕大多數遺傳物質的變異終究體現在蛋白質的變化上。多肽鏈上壹個或多個氨基酸殘基的變化可能影響蛋白質的空間構象及功能。多肽鏈在折疊時追求能量最低原則,完全折疊後的肽鏈要使它的空間構象有利於其功能的更好發揮。如果氨基酸殘基的改變引起了蛋白質功能的變化,那改變後的蛋白質所發揮的功能將使生物體能更好地適應環境,提高其生存能力。以上就包括了細胞水平的自然選擇,及蛋白質在發揮功能時與其功能相關的組織、器官水平的自然選擇。這些選擇將對由遺傳物質變異引起的蛋白質變化進行篩選。

當遺傳物質的變異最終體現在表型的差異上時,環境的作用就類似於達爾文所提出的自然選擇理論了。只是根據現代生物進化理論,自然選擇對象不是個體,而是種群。自然選擇的價值在於種群基因庫中基因頻率的變化狀況。

前面提到過有些突變似乎是中性的,沒有任何意義。但當環境條件改變時,很有可能這些突變就不再是“中性”的了 [9] 。這些儲備突變在環境條件發生改變時才有機會表達。近年來壹些實驗表明,存在著以熱休克蛋白 HSP90為代表的壹些分子機制,能夠在壹定程度上隱藏基因突變造成的表型變化 [10] 。也就是說,環境可以選擇壹些突變,讓其表達,而讓另壹些暫時隱藏起來。通過這些隱藏的後備突變,個體有更大的機會適應變化的環境。

3 生物進化後對環境的反作用

約在 27億年前,出現了含有葉綠素,能進行光合作用,屬於自養生活的原始藻類,如燧石藻、藍綠藻等。這些藻類進行光合作用所釋放的氧,進入大氣後開始改變大氣的成分 [11] 。大氣中遊離氧的出現和濃度不斷增加,對於生物來講有極重要的意義。生物的代謝方式開始發生根本改變,從厭氧生活發展到有氧生活。代謝方式的改變打打出進了生物的進化發展。約在10~15億年前出現了單細胞真核植物,以後逐漸形成多細胞生物,並開始出現了有性生殖方式。由此可見,生物的進化對環境有著極強的反作用,引起環境發生改變。而改變了的環境條件對生物進化的方向又有指導意義。人類有極強的改造自然和利用自然的能力。人類對自然環境的影響比任何壹種生物都大。

起源和滅絕也都是生物不適應環境,被環境所淘汰的結果.

其實它們和進化是壹回事,只不過是結果不同.

希望對妳有幫助.

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