第十章生物的多样性.pdf

第十章 生物的多样性（biodiversity)一.物种与生物的多样性二.生物分类的基本原则三.多彩多姿的生物界四.非细胞结构的生命体-病毒生 物多 样 性 公约1992年，联合国环境与发展大会在巴西里约热内卢召开，会议通过了生物多样性公约。-人类生存与发展地球孕育生命，生命创造地球。一 物种与生 物 的 多 样 性现已命名的物种约 200万种，其中：动物150万种植物50 万种真菌7.2 万种细菌0.476万种每年还都有新的物种被发现,自然界实际存在的物种数估计有2,0003,000万种自然界中物种的数量统计生物类群已知种数估计种数已知病毒细菌真菌藻类苔藓植物裸子植物被子植物原生生物线虫甲壳动物昆虫软体动物两栖动物爬行动物鱼类鸟类哺乳动物5,0004,76072,00040,00017,000750250,00030,80015,00038,000800,00050,0004,1846,38019,0009,1984,170200万13万4万150万60万2。5万27万10万50万6001000万2。1万1000万412567689331381390100100数据来自Bull（1992）我国生物多样性居全球第8位，北半球首位。表现在：物种极其丰富，生态系统类型多样，特有物种超过一万种，如银杏，银杉，水杉，金钱松，鹅掌楸；大熊猫，金丝猴，褐马鸡，扬子鳄，白唇鹿。1，物种的概念 物种：根据现代遗传学的定义，物种是一个具有共同基因库、与其他类群有生殖隔离的群体。生殖隔离：物种依靠生殖隔离，保持其遗传的特性。生殖隔离分为两种：合子前生殖隔离和合子后生殖隔离。生态隔离：两个物种生活于同一区域，但栖息地不同，无法相遇。行为隔离：相近的物种间，如鸟类，往往采用不同的求偶仪式，时间隔离：植物花期不同；动物繁殖期不同。器质性隔离：相近动物物种，交配器官无法适合使交配不可能。阻碍受精：水中受精的物种，它们的精子和卵子往往不会互相吸引；植物花粉难以在异种柱头上萌发。合子前生殖隔离：合子无法形成合子后隔离：形成的合子不正常 两个物种的发育进程不匹配，使杂种合子往往在发育过程中夭折。有时合子虽然能够完成发育，但得到的个体弱，在选择中夭折。合子有的很强壮，但无法生育，减数分裂时染色体不匹配。克隆人与异种动物的克隆？2，分类的基本原则及其发展人为分类:根据生物表面上的相似与不同、生物生存的地点以及对人类的用途进行分类。自然分类:按照物种的亲缘关系和进化进行分类。生化分类:以生物化学、免疫学、遗传学和分子生物学的标准进行分类。人为分类系统的集大成者：瑞典植物学家林奈（Carolus Linnaeus 1707-1778）他创立的二名法，一直沿用至今。二名法：前面为属名，后面为种名。属名是名词，第一个字母要大写；种名是形容词，小写。有时在后面还要加定名者的名字。采用拉丁文书写。如:人的学名是Homo sapiens L.自然分类法现代生物学的发展，为减少生物分类中的主观因素创造了条件。免疫学方法蛋白质序列比较核酸序列比较免疫学分类方法蝾螈金枪鱼水稻Cyt C是一个具有104-112个氨基酸残基的多肽分子,在细胞呼吸中起重要作用,其氨基酸序列每200万年才发生1%的变化。生物名称氨基酸差别生物名称氨基酸差别黑猩猩猕猴狗鸡火鸡响尾蛇01111314金枪鱼蚕链孢酶酵母21314345cytC 氨基酸的差别（与人比较）同源蛋白质或核酸序列越接近的物种，亲缘关系越近分类的标准DNA同源性比较基因组序列的比较4，分类的等级 林奈的分类系统包括纲、目、属、种四个等级。现在分类学增加为7级：界（kingdom）、门（phylum）、纲(class)、目(order)、科(family)、属(genus)、种(species)。生物的分类等级动物界脊索动物门哺乳动物纲真兽亚纲灵长目类人猿亚目人科人属人种人的分类等级分 类 等 级(hierarchy)5 5，生物的分界，生物的分界Aristotle、林奈两界系统植物界和动物界1886年，海克尔（E.Haeckel）三界系统植物、动物、原生生物1969年，魏特克（Whittaker R.H.）五界系统原核生物、原生生物、植物、动物、真菌1970，沃尔斯（C.R.Woese）和福克斯（G.E.Fox）三主干、六界系统古核生物/原核生物/真核生物（原生生物、植物、动物、真菌）提 出 者分界方法内容生命的五角大厦原核生物真核生物生命的六角大厦生命的六角大厦原核生物，古核生物，真核生物的演化关系原核生物，古核生物，真核生物的演化关系原核生物古核生物真核生物细胞壁肽聚糖蛋白质或假肽聚糖多糖、几丁质基因组结构环状DNA，有质粒环状DNA，有质粒类似染色质的结构线形DNA具有染色质结构细胞核无核膜围绕的典型细胞核-有核区或拟核与原核生物类似有典型的细胞核RNA转录RNA聚合酶可在体外转录转录因子帮助以识别启动子。序列与真核生物更相似，有TATAbox结构转录因子帮助以识别启动子。转录起点前有TATA box 结构基因结构具有操纵子结构。基因中没有内含子具有操纵子结构。rRNA和tRNA基因中有内含子基因中存在内含子蛋白质翻译。起始氨基酸为甲酰甲硫氨酸起始氨基酸为甲硫氨酸起始氨基酸为甲硫氨酸原核生物，古核生物，真核生物的比较三多彩多姿的生物界嗜盐的古核生物生活在高盐（15%-20%)的产盐池中。1,古核生物：嗜盐嗜热产甲烷2，原核生物界化能异养：以有机物为碳源和能源（绝大多数细菌）光能自养：以二氧化碳为碳源，光为能源；放氧型（蓝细菌）；非放氧型（紫硫细菌）化能自养：以二氧化碳为碳源，无机物氧化为能源（硝化细菌，硫化细菌，氢细菌，产甲烷菌）光能异养：以有机物为碳源，光为能源（红螺菌）细菌的形态，可以分为球状、杆状和螺旋（或弧）状球菌直径一般为0.5微米左右，杆菌长度一般几个微米细菌细胞结构，一般包括细胞壁、细胞膜、细胞质和核区，细胞膜可内折形成呼吸膜等。有些细菌有鞭毛、荚膜，有的形成芽孢细菌可以在培养基上生长，形成菌落金黄色葡萄球菌细菌性疾病细菌性疾病1空气传播的细菌病：白喉；军团菌热；脑膜炎；百日咳；丹毒；链球菌肺炎；结核病;猩红热；流行性腮腺炎；病毒性肺炎；风疹；2节肢动物媒介的病毒病：斑疹伤寒；鼠疫3直接接触传播的病毒病：炭疽；淋病；麻风病；梅毒；破伤风；砂眼4食物和水传播的病毒病：肉毒中毒；霍乱；伤寒；脓毒性休克5其它细菌病：牙菌斑；龋齿消化性溃疡和胃癌：幽门螺旋杆菌引起。获2005年诺贝尔奖巴斯德：近代细菌学和免疫学的奠基人，首先制成了炭疽疫苗和狂犬病疫苗。佛莱明，盘尼西林（青霉素）的发明者。人类战胜瘟疫的杰出科学家：蓝藻（蓝细菌）：产氧光合自养的原核生物有异形胞的念珠蓝藻，异形胞能够固氮。含有叶绿素a，藻胆素，光系统II赵进东教授赵进东教授Proc.Nat.Acad.Sci.2005，2006，2007。鱼腥藻细胞的分化鱼腥藻细胞的分化1988年发现海洋原绿球藻的W.Chisholm.原绿球藻负担了海洋中约一半的光合作原绿球藻负担了海洋中约一半的光合作用，一滴海水中包含高达用，一滴海水中包含高达2 2万个细胞。万个细胞。原绿球藻含有叶绿素a,b;直径小于1微米，生活在海平面下100米3，原生生物界（Protozoa）原生动物：吞咽食物的原生生物。黏菌：暨像原生动物又像真菌藻类：进行光合作用的原生生物海藻：多细胞的水生藻类原生动物原生动物门，纤毛纲：四膜虫原生动物：疟原虫引发人类和其它动物感染疟疾，由按蚊（Anopheles）传播。每年死亡1-3百万人。营养期为变形虫状单细胞的原生质团，后分化为多细胞并进行无性生殖的子实体，条件适宜时子实体内的孢子再萌发为变性虫状细胞。黏菌：盘基网柄菌藻 类硅藻团藻衣藻红藻褐藻：海带海藻4 4 真菌界（真菌界（Kingdom FungiKingdom Fungi）真菌大多由分支或不分支的菌丝、菌丝体构成，异养腐生。细胞有细胞壁，由壳多糖组成。真菌界分为四个门：接合菌门：如根霉、毛霉子囊菌门：如酵母、红色面包霉、虫草担子菌门：如各种蘑菇、木耳、锈病菌半知菌门：如青霉、曲霉、癣和灰指甲的病原体5，植物界植物界的演化关系：从水生到陆生苔藓植物生活史中，配子体（1n)占优势，行光合作用，配子体寄生。维管植物孢子体(2n)占优势，分化产生发达的根、茎、叶系统。蕨类植物配子体、孢子体均行光合作用。种子植物配子体(1n)高度简化为花粉和胚囊，有性过程摆脱了对水的依赖。裸子植物胚珠裸露，种子裸露；被子植物胚珠被心皮包裹，双受精后分别发育为种子和果皮。动物界（animalia）原生动物亚界（Protozoa）后生动物亚界（Metozoa）腔肠动物门（Coelenterata）扁形动物门（Platyhelminthes）进化特征：1）两侧对称，有背腹、前后之分；2）三胚层出现；3）有器官和系统的分化涡 虫 纲线形动物门（Nemathelminthes）进化特征：出现了原始的体腔假体腔（primary coelom）秀 丽 杆 线 虫蛔虫丝虫橡皮肿象皮病软体动物门（Mollusca）节肢动物门（Arthropoda）节肢动物是无脊椎动物发展的最高峰，是生物界最兴旺的家族。具有成员126万种，占动物总数150万种的84%；其中昆虫有118万种，占节肢动物的94%。节肢动物分为：有鳃亚门：三叶虫纲、甲壳纲有螯亚门：肢口纲（现仅存一种鲎）有气管亚门：蛛形纲、多足纲、昆虫纲甲壳纲肢口纲蛛形纲三叶虫纲多足纲昆虫纲昆虫纲昆虫的进化特征：）发达的几丁质外骨骼，防止水分蒸发；）保护良好的卵和较小的体型，易于借助风、水流和其他动、植物传播；）发达的链状神经和敏锐的感觉器官，能对外界环境作出快速反应；）强大的繁殖能力和复杂的生活史，有广泛的适应能力，能够在各种环境下生活；）附肢特化成的复杂口器，适应不同的取食方式；）气管式呼吸。昆虫的变态无变态：幼虫与成虫除大小外，基本无区别，如衣鱼变 态 完全变态：卵幼虫蛹成虫，如蚕、蝶、蚊渐变态：卵若虫成虫，如蝗虫、不完全变态蟋蟀，蝼蛄半变态：卵稚虫成虫，如蜻蜓脊椎动物的分类软骨鱼纲（Chondrichthyes）硬骨鱼纲（Osteichthyes）两栖纲（Amphibia）爬行纲（Reptilia）鸟纲（Aves）鸟纲是在爬行纲基础上特化的适应飞翔生活的高级脊椎动物。它们具有恒定的体温、完全的双循环和特殊的双重呼吸。鸟纲分为古鸟亚纲（仅始祖鸟目）和今鸟亚纲。今鸟亚纲包括4个总目：齿颌总目：如黄昏鸟（白垩纪化石）平胸总目：如鸵鸟企鹅总目：如王企鹅突胸总目：现存大部分鸟类 哺乳动物是脊椎动物中最高等的类群，它们具有发达的神经系统（尤其是大脑）和感觉器官、完善的运动装臵和内脏器官。哺乳动物现存约4180种，分为3个亚纲：原兽亚纲：卵生，如鸭嘴兽后兽亚纲：有袋，胎生，无胎盘，如大袋鼠真兽亚纲：有胎盘，现存大部分哺乳类哺乳纲（Mammalia）四 非细胞结构的生命体病毒病毒是非细胞结构的生命体，是迄今发现的最小，最简单的生命体1 病毒的发现与分类烟草花叶病毒(tobacco mosaic virus,TMV)正常烟草叶烟草“花叶”1892年，俄国生物学家Dimitri Iwanovsky 发现患病烟草叶片汁经细菌滤器过滤后仍有致病性。1935年，美国科学家Wendell Stanley 结晶了这种感染性的粒子，命名为tobaco mosaic virus,TMV，烟草花叶病毒。不久Fredcrick C.Banden和Norman W.Pirie 成功地将TMV毒粒分解为蛋白质和核酸，确立了病毒的概念确立了病毒的概念病毒的物种及其分类 4，000种，30，000亚种，血清型？物种的定义与命名是否还适用于病毒？假病毒（HIV,VSV,SARS CoV等）分类：宿主(动物，植物，微生物）核酸型（DNA or RNA)繁殖方式（如mRNA的转录方式）命名(宿主，病症，发现地等）病毒的基本类型 真病毒(euvirus)核酸蛋白衣壳 亚病毒（subvirus):类病毒（viroid）核酸（RNA)朊病毒（prion)蛋白？真病毒、病毒与疾病动物病毒根据寄主细胞分类植物病毒细菌病毒（噬菌体）单链：细小病毒科（腺病毒相关病毒）DNA病毒双链：疱疹病毒、痘病毒（有囊膜）多瘤病毒、腺病毒、T噬菌体（无囊膜）双链：呼肠孤病毒RNA病毒 单链逆转录病毒：肿瘤病毒，AIDS病毒单链：黄热病毒、狂犬病毒、麻疹病毒、腮腺炎病毒、Ebola病毒（有囊膜）感冒病毒、脊髓灰质炎病毒、TMV（无囊膜）按核酸分类2,病毒的特征及结构1.病毒概念及特征：病毒是一类非细胞结构的生物实体，基因组由DNA或RNA构成，结构简单。只能在活细胞内增殖（细胞内寄生）。直径20400nm,必需经过扫描电子显微镜和透射电子显微镜可见。电镜下的病毒电镜下的病毒病毒的真实面目病毒的真实面目烟草花叶病毒T4噬菌体侵染细菌的噬菌体流感病毒侵染淋巴细胞的HIV病毒埃博拉病毒SARS冠状病毒侵染人体细胞的禽流感病毒病毒的结构DNADNARNARNA基因组：DNA或RNA，单链或双链，环状或线状。储存遗传信息，是病毒的感染单位。噬菌体腺病毒流感病毒烟草花叶病毒病毒的结构DNADNARNARNA衣壳衣壳衣壳衣壳衣壳：包裹在遗传物质外面的蛋白质外壳，保护核酸，决定抗原性。根据其形状可将病毒分为三大类，杆状、线状和多面体。某些种类的病毒衣壳内含有少数几种酶分子，主要与病毒核酸的复制有关。聚合酶噬菌体腺病毒流感病毒烟草花叶病毒病毒的结构DNARNARNA衣壳衣壳衣壳包膜：核衣壳之外，主要成分为脂类与蛋白。帮助病毒侵染细胞。脂类通常来自于宿主细胞的核膜或质膜。包膜蛋白通常由病毒基因编码，帮助病毒识别宿主细胞，可用于鉴定病毒。包膜包膜蛋白腺病毒流感病毒烟草花叶病毒3 3，病毒繁殖的过程吸附：病毒通过表面的蛋白与细胞表面的特异的受体分子结合；侵染：病毒基因组进入宿主细胞，方式各有不同（胞吞，膜融合，核酸注入）；病毒繁殖的过程吸附：病毒通过表面的蛋白与细胞表面的特异的受体分子结合；侵染：病毒基因组进入宿主细胞，方式各有不同（胞吞，膜融合，核酸注入）；复制：利用宿主细胞提供的整套装置复制其基因组，合成蛋白；装配：基因组和核衣壳蛋白自发地组装成病毒粒子；释放：细胞会被裂解，释放出子代病毒，继续新的感染周期。3，类病毒（viroid）与朊病毒（prion）类病毒：1971年报道。裸露的环状RNA分子，侵染植物，只有几百个核苷酸，不编码蛋白质，但能利用细胞的酶在宿主植物细胞中复制；能够破坏植物细胞的代谢机制，影响植物生长。目前发现不到30种。朊病毒（Proteinoceous Infectious Particle,Prion）Prusiner等1982年发现，是具有感染性的蛋白，称为朊病毒。1997年度诺贝尔奖生理及医学奖。朊病毒引起的疾病18世纪冰岛羊搔痒病1920s H.Creutzfieldt 人 C J 病A.Jacob 1950s 巴布亚新几内亚 人Kuru病Gajdusek1980s 英国疯牛病一名C J 病患者的大脑皮层切片，可以看到脑组织里的海绵状空斑。染病小鼠脑提取物PrP-/-鼠Prion 致病机理实验：把染病小鼠的脑提取物接种给 PrP敲除的小鼠，后者不染病。同样的脑提取物，接种给普通小鼠后染病。Wild-typePrP c PrPc(上)PrPsc(下)1997年，美国科学家Stanley Prusiner因提出prion致病机理假说获得诺贝尔奖(a)搔痒病 PrPsc的一个分子和正常的 PrPc 分子相接触,使后者以某种方式展开而形成搔痒病构型(PrPsc)；(b)接着，初始和新形成的搔痒病粒子就攻击另外的两个正常的 PrPc 分子；(c)后者反过来又去攻击其他正常分子，以此方式连续进行下去直至搔痒病 PrPsc积累到危害量。4 4，病毒的起源（1）生物大分子病毒细胞（2）生物大分子细胞病毒（3生物大分子 细胞 病毒新的致病病毒产生的可能途径（1）已经存在的病毒发生突变，尤其是RNA病毒；（2）病毒从一种宿主迁徙到另一种宿主：（3）原来在某些小的孤立群体中未绝灭的病毒由于社会等原因会造成全球流行；（4）环境的改变，自然或人为，将正加病毒致病的几率。5，病毒与人类疾病-共有400多种病毒可以感染人类。SARS禽流感麻疹艾滋病天花疣流行性腮腺炎唇疱疹1空气传播的病毒病：禽痘（水痘）和带状疱疹；流感；严重急性呼吸道综合征；麻疹；流行性腮腺炎；病毒性肺炎：风疹；天花2节肢动物媒介的病毒病：黄热病，脑炎3直接接触传播的病毒病：获得性免疫缺陷综合症；唇疱疹；普通感冒；狂犬病4食物和水传播的病毒病：胃肠炎；甲型肝脊髓灰质炎5其它病毒病：疣病毒在人类历史上曾造成数次病毒在人类历史上曾造成数次“瘟疫瘟疫”公元公元165165180180年和公元年和公元251251266266年分别由年分别由麻疹病毒和天花病毒引起的疾病大流行严重削弱了罗马帝国的国力，加快引起的疾病大流行严重削弱了罗马帝国的国力，加快了它的衰落。了它的衰落。1616世纪欧洲殖民者进攻美洲时，墨西哥的印第安人被西世纪欧洲殖民者进攻美洲时，墨西哥的印第安人被西班牙人带去的班牙人带去的天花病毒感染，感染，人口减少了约90，为美洲为美洲大陆的殖民铺平了道路。大陆的殖民铺平了道路。19181918年流感病毒造成的危害最大的一次流行造成了年流感病毒造成的危害最大的一次流行造成了2000万至5000万人死亡。自自19811981年报告第一例艾滋病病例以来，全球年报告第一例艾滋病病例以来，全球HIV病毒携带者已达4030万人。20052005年全球将近年全球将近500500万人感染艾滋病病万人感染艾滋病病毒（毒（HIVHIV）。）。310多万人死于艾滋病，其中包括于艾滋病，其中包括57万儿童，大大超过自然灾害造成的死亡。大大超过自然灾害造成的死亡。逆转录病毒（人免疫缺陷病毒，HIV）结构模式图1983年，发现HIV的电镜照片艾滋病的发展历程艾滋病的传播途径病毒与癌症病毒与癌症目前已证明至少6种人类癌症发生与病毒有关：Epstein-Barr（EBV）病毒，疱疹病毒，引起两种癌症，Burkitts淋巴瘤，鼻咽癌。乙型肝炎病毒与肝细胞性肝癌 人疱疹病毒8型与卡波西氏肉瘤的发展 人乳头瘤病毒与宫颈癌 逆转录病毒人T细胞白血病病毒HTLV导致人T细胞白血病和毛状细胞白血病病毒的致癌途径：病毒本身携带癌基因（RNA病毒），在短时间内诱发肿瘤。病毒自身基因编码的蛋白干扰宿主细胞正常基因的作用，诱发肿瘤。病毒的强启动子或增强子诱导宿主的原癌基因过度表达，使细胞癌变。1885年，近代细菌学和免疫学的奠基人巴斯德发明了狂犬病疫苗。将之接种给被疯狗咬伤的男孩，后来成为巴斯德研究所的看门人。1967年，世界卫生组织发起消灭天花运动。1980年，世界卫生大会正式宣布：天花被完全消灭，天花病毒在自然界已不复存在。只有美国和俄罗斯实验室还保存样本。脊髓灰质炎脊髓灰质炎正链RNA病毒。感染后一般症状轻。少数1病毒进入中枢神经系统导致运动和肌肉神经麻痹。自从福尔马林灭活疫苗（1954）和减毒的撒宾疫苗（1962，口服脊髓灰质炎疫苗）发明后，全球将有可能根除脊髓灰质炎。两千年前埃及的象形文字即有描述我们生活在与微生物进化竞赛的年代，无法担保我们会是幸存者。-著名遗传学家，诺贝尔奖获得者Joshua Lederberg思考题 什么是物种？生物多样性保护的意义是什么？什么是物种命名的二名法，它是由谁提出的？它的书写方式和所代表的意义是什么？举例说明生物分类系统包括那几个等级。生物分为哪六个界？各举一例。病毒属于生物体吗？为什么？Thank you!