西南大学网络与继续教育学院课程考试试题卷类别：网教 专业：生物科学 ( 生物学教育 ) 课程名称【编号】：进化生物学【1163】 A 卷大作业 满分：100 分请从下面的题目中任选 4 题作答，每题 25 分。1、阐述现代综合进化论的主要观点。与其他进化理论相比，其理论优势是什么？答：现代综合进化论又称现代达尔文主义，是现代进化论中最有影响的一种学说。主要内容有两点：一是认为种群是生物进化的基本单位，进化机制的研究属于群体遗传学的范围。所谓种群是指一个地区一群可以进行交配的个体，这些个体是享有一个共同基因库的繁殖集团。二是认为突变、选择和各种形式的隔离是物种形成和生物进化的机制。突变是生物进化的材料，通过自然选择保留适应性变异，通过隔离巩固和扩大这些变异，从而形成新种。自然选择的本质就是一个种群中不同基因型携带者对后代的基因作出的不同贡献。基因频率的改变并不意味新种的形成，只有经过时空性的地理隔离和遗传性的生殖隔离才能导致新种的形成。现代综合进化论继承和发展了达尔文学说，将达尔文的自然选择学说与现代遗传学、古生物学以及其它学科的有关成就综合起来，用以说明生物进化、发展的理论。其依据的群体进化论本身就取材于进化结果统计，能较好地解释各种进化现象，故进化论一直处于全世界科学主导地位，它再也不只是最初的科学假说了。进化的趋同、趋异，间断平衡的提出，都源于生命对环境变化的强大的适应能力而非数量取胜的基因突变。进化度高的动物产子数相对更少但影响获得性状遗传的未成年期更长，共同的环境变化导致相同的获得性状产生一致性持续遗传，这是更符合事实的解释。2、阐述植物界系统发展的历程，并结合该历程谈谈对生物界系统发展规律的认识。3、试从生命进化和熵的相关性，谈谈对生物进化的理解。答：各生命体的生命活动过程是具有耗散结构特征的、开放的非平衡系统, 生命现象也与熵有着密切关系, 生命体和一切无机物的一个根本区别是它具有高度有序性。根据这一特点用“熵”来描述生命是较为恰当的。引入广义熵的概念来度量生命活动过程的质量, 称为生物熵。用生物熵随年龄正常变化的宏观数学模型可以描述生命过程的熵变。（1） 生命的自组织过程中的公式模拟① 蛋白质大分子链由几十种类型的成千上万个氨基酸分子按一定的规律排列起来组成。这种有组织的排列决不是随机形成的，而是生命的自组织过程。这表明生命体的有序自组织的形成与随物质、能量和信息带进生物体而引起的负熵有关。大的负熵状态,必然有利于有序自组织的形成。而自组织有序度的提高, 也必然会导致生物熵的进一步减少。② 生命的成长过程是生命系统的熵变由负逐渐变化趋于 0 的过程，可以说随着生命的成长，生物熵是由快速减少到逐渐减少的过程，这个过程中生物组织的总量增加，有序度增加，生物熵总量减少，所以熵增为负。③ 衰老是生命系统的熵的一种长期的缓慢的增加，也就是说随着生命的衰老，生命系统的混乱度增大，原因应该是生命自组织能力的下降造成负熵流的下降，生命系统的生物熵增加，直至极值而死亡，这是一个不可抗拒的自然规律。生命过程是一个开放的热力学系统，熵变可以用一个耗散型结果进行描述。根据生命过程可以建立一个简单数学模型描述生命过程的熵变。（2） 对正常生命过程中的熵变分析0 岁左右~10 岁左右，这是生命成长发育的过程，负熵大于熵增，这时，且从大到小变化。10 岁左右~20 岁左右，这是生命基本长成的过程，负熵大于熵增，负熵与熵增从有一定差值到20 岁左右接近相等，熵变为负，且逐渐接近零。20 岁左右~35 岁左右，这是生命的巩固时期。负熵从约等于熵增到与熵增相等，熵变为微负，熵变从约等于零到等于零，生命处在一个熵比较低的平衡状态中。35 岁左右~50 岁左右，这是生命的衰老的预备时期。负熵从与熵增相等到约等于和小于熵增，熵变为微正，从等于零到约等于零，生命仍处在一个熵比较低的平衡状态中。50 岁左右以后，生命开始进入衰老时期。负熵略小于熵增，熵变为正，生命过程中的负熵和熵增都在减少中，但熵已经开始缓慢增加了。（3） 环境、疾病、死亡与生物熵环境污染与负熵：环境污染必定造成生命组织的损害，结果使人体正常生理功能失常，负熵流下降，生物熵上升，人容易生病或感到不适。一般疾病与生物熵：当生物体患病的时候,输入生物体内的各种无序的物质在细胞和机体中堆积起来,细胞和肌体的新陈代谢能力减弱,不能将它们分解消除掉. 随着时间的推移，负熵流下降, 生物熵上升，若得不到很好的改善,无序物的堆积就会越积越多, 生物熵增大，生命就越来越弱。生命死亡与生物熵：理论上生物熵大到极值，生命过程就结束了。事实上绝大多数死亡人群都不是衰老至死的，而是在生物熵值较大时，由于疾病等意外原因使生物熵迅速增加到极值而死亡的。可以说生物熵值较大时，生命即进入一个危险时期，这也就是新生生命容易死亡的原因。4、试用阶梯式过渡模式理论解释由化学演化到生物进化的过程。答：生命早期进化阶梯，进化从小分子开始到有原始细胞结构的微生物为止要通过六个步骤: 第一步：从小分子到形成杂聚合物，进化系统面临着“组织化危机”（即分散的、无组织的小分子如果不能初步组织起来，就不能进人下一步的演化），克服这个“危机”是通过聚合作用，由不同- 1 - 的小分子聚合为杂聚合物。 第二步：从无序的杂聚合物到多核昔酸，分子之间的选择作用，有助于渡过“复杂性危机”。最早出现的核苷酸是以自身为模板来控制其复制的。这时类蛋白或肽在多核苷酸复制中起催化作用。 第三步：多核苷酸进一步自组合成为一种较为复杂的分子系统（分子准种），这时的多核苷酸还没有成为遗传载体。环境因素对这种分子系统有选择作用，多核苷酸靠突变、选择过渡适应危机，形成分子准种。 第四步，在这一步，蛋白质合成才被纳入多核苷酸自我复制系统中。这时多肽的结构依赖于多核苷酸上的碱基顺序，最早的基因和遗传密码产生了，而这一关键性的步骤是通过上述所谓的超循环模式达到的。通过功能组织化，克服信息危机，分子准种形成更复杂的超循环组织。 第五步：分隔结构的形成，新形成的多核苷酸基因系统必须个别地分隔开来才通过选择实现优化，基因的翻译产物接受选择作用，从而实现基因型与表现型的区分。但分隔结构要保持其特征的延续，需要使其内部的多核苷酸复制、蛋白质合成和新的分隔结构形成等三者同步，原始细胞结构满足了这些要求。原始细胞是一种稳定地保持其特征的分隔结构，原始细胞分裂过程，包括其多核苷酸（基因）系统复制、蛋白质合成和新的分隔结构的形成等三者同步的过程。 第六步：这最后一步是原核细胞生命（微生物）的形成。由一系列在多核苷酸基因系统控制下的代谢反应系列，提供给多核苷酸复制及蛋白质合成等所需的能量。比较简单、原始的微生物是行化能自养的或异养的，比较复杂的微生物是行光合作用的原核细胞生命。 因此可以设想，最原始的细胞起码应该是有生物膜包被的简单的遗传密码体系。根据现有的知识分析，生物膜与原始的核糖体（极有可能是原始的 rRNA）是细胞起源的主要条件。 上述由分子演化到生物进化过渡模式都属于达尔文式进化模式。提出的非达尔文式的进化模式则是另一种可能的过渡方式。戴森根据分子进化中性论的观点，认为从化学演化到生物进化的过渡是一个随机过程。即分子系统的随机变异和随机固定过程。奥巴林的原细胞也可能通过类似小种群的遗传漂移计划形成有活性的蛋白质，然后在原细胞内“寄生”的 RNA 通过随机过程进化形成 RNA 基因。戴森的模式说明完成生命的最基本的生物化学反应所需的一系列酶，通过随机过程进化产生出来的概率有多大。不论是通过何种途径，生物分子的这种自动聚合与装配作用是由于热力学的原因，也就是使整个系统处于自由能最低状态的作用。在细胞结构的起源过程中，这种大分子的自动组合作用也许是一个重要的动力。5、隔离是物种形成的必要条件，试举例说明隔离的机制。答：隔离是指自然界中生物间彼此不能自由交配或交配后不能产生正常可育后代的现象。生殖隔离机制是生物防治杂交的生物学特性和激励。隔离的机制很复杂，以繁殖阶段性来分，可以分为受精前隔离和受精后隔离。同一物种不同种群的个体，如果消除隔离，可以互相交配，既可以有基因交流。不同物种的各种群，即使生活在同一地区之内，也不能进行杂交，即没有基因交流。也就是说。同一物种的种群之间存在着地理隔离，不同物种的种群之间存在着生殖隔离。物种的形成就是通过隔离形成的。隔离导致物种形成的原因： （1）两个被分开的群体的基因组成或基因频率一般不会完全相同。如小群体的奠基者效应可能发生作用，最终导致分化。（2）两个被分开的群体中完全可能发生不同的突变，隔离阻断了基因交流，导致遗传差异逐渐加大而发生分化。 （3）一般情况下，两个被分隔的群体所处的生态环境是不同的，适应各自不同的环境而发生分化 。以美洲棉尾兔分布为例，在美国东部棉尾兔有 8 个种，而在西部多山地区则有 23 个种，说明在多山地理隔离在物种形成中起了重要作用。又如蚊子中至少有 6 个物种之间的隔离属于生态隔离，一些种生活在盐水中，另一些生活在活水中，还有一些生活在静水中。6、论述太阳系内外的星球上是否有生命的存在。答： 随着科学技术的发展，人类对地外生命的研究也变得更加科学。为了寻找地外生命，科学家们首先研究了地球人的进化过程。起源和地球上的动植物一样，是进化出来的。换言之，地球上的碳、氢、氧、氮等元素，先是发生了长期的化学变和物理变化，后来又经历了复杂而漫长的生物演化过程，最后才演化出了人类。科学实验也已经证明，人类生命的化学基础是蛋白质和核酸，而蛋白质又是由各种氨基酸构成的，氨基酸则是由复杂的有机分子组成的。在宇宙中，不仅碳、氢、氧、氮等元素广泛存在，而且在温度极低的星际空间也发现了几十种复杂的有机分子，在许多陨石中甚至还找到了十几种重要的氨基酸的存在。这就可以认定，只要地球外的星球环境适于生命体的存在，那么就很可能会发生大量的有机体演化。当然，如果以我们地球生命的形成、演化历史作为标准，还需要很多条件才能从氨基酸逐渐演化成生命。如合适的温度、足够厚的大气层的保护、水的存在、液态的氨或甲烷的存在、足够长时间而且较为稳定的光和热。在宇宙中，地球只是一个再平凡不过的行星，但对于人类来说，它是我们生命的摇篮，是最重要也是最熟悉的天体。地球是如此适合我们人类生活，有充足的水，空气中富含氧气，温度不冷不热，这与它距离太阳的位置等条件有关系。譬如水星和金星是离太阳最近的两颗行星，水星的白天热得如火，夜晚却冷得比冰还凉;厚厚的金星大气成分以二氧化碳为主，温室效应很明显，导致环境极为恶劣 ，任何生物根本就生存不下去。火星在地球轨道以外，虽说距离太阳并不是很远，但比起地球来，不但气候极其寒冷，而且根本没有水，生物在这种情况下也不可能生存下去。土星和木星上没有任何生命存在，这一点十几年前宇宙飞船的空间探测就已证实了。位于太阳系边远空域的 3 颗大星是天王星、海王星和冥王星，科学家们通过空间探测以及各种地面观测知道，它们同样不具备适宜智慧生命生存的环境。到目前为止，所有的太阳系探测结果都表明，太阳系中的行星中只有地球是适于像人类这种智慧生命生存繁衍的星球。不过一些科学家，尤其是化学家认为，生命可能不需要以碳和水为基础。在高温情况下，生命的化学基础有可能是硅。另一种有理性的生命不一定有物质外壳，其存在形式可能是以能的形式。- 2 -