生物多样性起源与进化研究进展

生物多样性的起源与进化是生命科学领域最重要的科学问题之一。多组学数据的积累和相关分析技术的发展, 极大地推动了人们对生物多样性起源与进化的理解和研究, 使得阐明生物进化事件发生的过程与机制成为可能。值此《生物多样性》创刊30周年之际, 本文简要回顾生物多样性起源与进化相关研究在近年来取得的重要研究进展, 以期帮助读者了解该研究方向的发展现状。过去10年中, 生物多样性起源与进化相关研究在生命之树重建、生物多样性时空分布格局、物种概念、物种形成与适应性进化以及新性状起源与多样化等方面取得了许多重要进展, 并在此基础上厘清了许多分类单元间的系统发育关系、揭示了生物多样性分布格局的部分历史成因、提出了新的物种概念和物种形成模型、阐明了新性状和新功能发生的部分分子机制。我们认为, 更精准地重建生命之树、深入挖掘基因组数据以及多学科交叉融合将是今后生物多样性研究的主要趋势。     

分子进化研究中系统发生树的重建

在现代分子进化研究中,根据现有生物基因或物种多样性来重建生物的进化史是一个非常重要的问题。一个可靠的系统发生的推断,将揭示出有关生物进化过程的顺序,有助于我们了解生物进化的历史和进化机制。本文简要介绍了系统发生树推断的几个重要问题：建树方法、数据转换、树的可靠性及目前使用较多的几种分析软件。     

基于生物适应进化原理论证生物进化的动力

文章从现有主流生物进化理论存在的问题入手, 以生物适应进化原理为认识基础, 讨论生物进化的动力, 以求对生物进化机制有一个新的认识。在薛定谔“生命赖负熵生存”观点的指导下, 提出了“负熵流”包括能量流、物质流和信息流, 以及负熵流是生命生存和发育的动力的观点。作者在原有生物适应进化原理基础上, 修改完善并提出了“DNA、RNA和蛋白质在环境作用下的生物适应进化调控系统”理论, 并根据系统发育是个体发育的“积分”的观点, 推论得出生物与环境的负熵差引起的负熵流也是生命进化的动力, 对生物进化机制作出了新的理解。基于这样的生物进化机制的认识, 提出了“进化是一个子系统在其上一等级系统中, 将自身全部或部分信息遗传给下一代子系统, 并在其适应上一等级系统过程中, 产生一些新质, 终止一些旧质, 从而在其上一等级系统中得以延续的变化过程”的概念, 并探讨了一些与进化有关的其他争议问题。     

昆虫嗅觉策略的进化

洛克菲勒大学和东京大学的研究人员发现,昆虫利用快速反应离子通道感知气味,这是一种完全不同于其他生物的嗅觉机制,也是生物进化领域的一大突破。达尔文生物进化树描绘了生物的进化路线,并可推测当代生物多样性的演化历程,而这项关于离子通道进化的结果有可能导致现有进化树的重构。     

基因组复杂度进化的仿真研究

生物进化的主要趋势是由简单到复杂,由低级到高级。在整体进化的同时,生物界也广泛存在着局部的退化和简单化现象。为了研究生物的进化和退化并行、简单和复杂并存的现象,以及各种内、外部因素的影响,建立了一个考虑基因扩增／删除机制的进化模型,并对这个模型在各种影响因素下的进化过程进行了仿真研究。实验结果和理论分析表明,生物进化过程中的复杂化倾向主要是为了适应复杂多变的外部环境,但复杂的基因组或结构功能往往需要比较大的生存和繁殖成本,这又限制了复杂化的无限发展。当外部环境变化比较频繁,幅度比较大,而繁殖成本不高时,进化倾向于复杂化;当繁殖成本过高时,复杂化倾向被限制;而当外部环境变化很缓慢或基本稳定时,退化和简单化则成为主要趋势。     

脊椎动物血浆蛋白质的进化

分子生物学的迅猛发展,使我们有可能从分子水平来探讨生物进化这一经典命题。分子进化遂成为进化生物学中的一个新的研究领域。脊椎动物血浆中有数百种蛋白质,依据其一级结构的类似性可划分为仅仅几个家族。蛋白质的进化主要涉及到基因复制(包括加倍)和外显子改组。对不同种属同一种蛋白质的氨基酸排列顺序的比较,可以给出一些有关蛋白质进化的知识。这方面业已取得的成就极大地推进了进化生物学的发展。     

重复基因的进化一回顾与进展

基因重复是普遍存在的生物学现象, 是基因组和遗传系统多样化的重要推动力量, 在生物进化过程中发挥着极其重要的作用。基因重复有何利弊, 基因发生重复后, 2个重复子拷贝的保留在基因功能方面是否存在偏好性, 子拷贝在表达和进化速率上如何分化, 以及重复基因为什么会被保留下来一直是进化生物学领域研究的热点问题之一。该文对以上重复基因研究的热点问题进行了介绍, 并对重复基因的进化机制和理论模型及其近年来的一些主要研究进展进行了综述。     

重复基因的进化－－回顾与进展

基因重复是普遍存在的生物学现象, 是基因组和遗传系统多样化的重要推动力量, 在生物进化过程中发挥着极其重要的作用。基因重复有何利弊, 基因发生重复后, 2个重复子拷贝的保留在基因功能方面是否存在偏好性, 子拷贝在表达和进化速率上如何分化, 以及重复基因为什么会被保留下来一直是进化生物学领域研究的热点问题之一。该文对以上重复基因研究的热点问题进行了介绍, 并对重复基因的进化机制和理论模型及其近年来的一些主要研究进展进行了综述。     

调控进化与形态多样性

揭示导致生物体形态和结构多样性产生的原因和机制, 是进化生物学研究的重要内容。进化发育生物学的研究表明, 许多复杂的形态结构及其多样性, 都是通过对古老调控网络的修饰或改造来完成的。也就是说, 生物体形态和结构的多样化并不是像以前认为的是由基因编码区的变化造成的, 而更多的是取决于基因的调控进化。作为控制基因表达的关键组分, 基因调控区的顺式调控元件通过与特定反式作用因子结合, 精细调控基因表达的时、空和量。因此, 调控元件的获得、丢失、修饰或者改变都能引起基因表达模式的变化, 是形态和结构多样性产生的主要原因。本文结合近年来国际上在基因的调控进化方面所取得的进展, 总结了真核生物中基因调控的方式和特点, 阐述了调控进化的基本式样, 揭示了调控进化在生物进化(特别是形态和结构多样化)中的作用。     

进化动力新探

许多学者,包括达尔文和杜布赞斯基等人对生物进化的原因颇有研究,伹对进化的动力问题论述甚少。然而,动力是生物进化的一种根本性的原因,是事物发展的内在根据。不搞清楚这个问题,就很难对生物的进化有更深刻的认识。关于生物进化的动力,流行的提法是遗传与变异(或称遗传与适应)之间的相互作用构成了生物进化的动力,它推动生物的进化,决定生物发展的方向和速度。其中,遗传是一种稳定性的因素,被认为是进化过程中保存物种的方面。由于生物有遗传性,谷子才成其为谷子,鸡才成其为鸡,人才成其为人。但是只遗传还不行,只遗传,原来有多少种生物,就永远是这么多生     

进化基因组学

进化基因组学是一门刚刚起步的新兴学科,在诞生以来的10余年里取得了巨大的进展。通过基因组数据的比较诠释基因功能、研究生物进化,和通过分析新基因起源研究基因组本身的进化是进化基因组学研究的两大主要内容。它的诞生在生物学各分支学科都产生了巨大的影响,今后必将在人类理解生命起源和发展的过程中发挥越来越重要的作用。     

植物与草食动物之间的协同适应及进化

通常协同进化是指一个物种 (或种群 )的遗传结构由于回应于另一个物种 (或种群 )遗传结构的变化而发生的相应改变。广义的理解 ,协同进化是相互作用的物种之间的互惠进化。生物之间、特别是植物与草食动物之间的协同适应与进化 ,已经成为生物进化、生态、遗传等学科十分关注的问题 ,可能成为生物学中各学科研究的交汇点或结点。作者具体阐述了 :(1)生物之间协同进化的研究意义 ,包括对生物学与生态学的价值 ;(2 )生物之间协同进化研究的限制或困难 ,诸如时间、研究对象、进化等级尺度和研究方法的限制 ;(3)植物与草食动物之间协同进化的主要研究对象 (系统 ) ,即昆虫传粉系统、昆虫诱导植物反应系统、种子散布系统、以及大型草食动物采食与植物反应系统 ;(4 )植物与草食动物之间协同进化的主要研究内容 ,包括适应特征 (性状 )——物种的可塑性 ,以及适应机制——物种适应过程与策略两个方面 ;(5 )植物与草食动物之间协同进化研究的存在问题及研究方向     

分子系统学研究进展

分子系统学 ( molecular systematics)是近 30年发展起来的一门综合性前沿学科 ,它在分子水平上对生物进行遗传多样性、分类、系统发育和进化等方面的研究 ,其研究结果对于保护生物多样性 (尤其是遗传多样性 ) ,揭示生物进化历程及机理具有十分重要的意义。1　分子系统学的定义及发展简史分子系统学是通过检测生物大分子包含的遗传信息 ,定量描述、分析这些信息在分类、系统发育和进化上的意义 ,从而在分子水平上解释生物的多样性、系统发育及进化规律的一门学科。它以分子生物学、系统学、遗传学、分类学和进化论为理论基础 ,以分子生物学…     

植物细胞核型的进化

生命从诞生开始,在经历了复杂的进化历程之后,才形成了现在丰富多彩的生物世界。在这一进化过程中,作为遗传物质的载体──染色体也发生了相应的进化。并且,核型的进化反映了生物的进化过程及各物种的亲缘关系。因此,对植物的核型进行分析将有助于对植物系统进化的认识。 在生物的进化过程中,物种形成是非常关键的一步。现代达尔文主义认为：生物进化的方式有两种,一是渐进式物种形成,即原来的种经过突变与选择,逐渐积累变异,首先形成地理族和生态族,然后分化成独立的新种。而还有少数学者认为种间进化不同于种内进化,新种形成…     

细胞的起源和进化（一）

现代地球上绝大部分的生命都是以单个细胞或多个细胞的形式存在的。生命起源后细胞基本结构的形成和细胞结构在进化过程中的发展都是一些重大的生物进化事件。因此对细胞本身的起源和进化的研究是探索生物进化的重要组成部分。１最原始的细胞细胞是如何产生的呢？要解决这...     

生物进化与特化

作者试图把生物的适应性变化区分成生物的进化和特化两种不同的概念,进化即生物逐渐演变,向前发展的过程;特化是指生物的水平发展的物种形成过程,即生物多样性的形成过程,这种区分可以避免许多不必要的争论,把这个新的概念体系和以往人们对生物进化研究的理论相结合。并用该方法重新解释以往人们的研究发现,可以看出生物发展的历史就是生物进化和特化交替进行的历史,以此可解释许多不同理论之间的矛盾。     

《动物遗传多样性、发育与进化专刊》导读

遗传资源与进化国家重点实验室(中国科学院昆明动物研究所)立足于我国西南和东南亚丰富的生物多样性遗传资源,在我国生物多样性和战略生物资源研究等方面发挥了主导作用,在国际进化生物学领域具有重要影响力。本期《动物学研究》组织了遗传资源与进化国家重点实验室的12篇综述与研究论文,     

翼手目(蝙蝠)适应性进化分子机制的研究进展

作为哺乳动物第二大目的翼手目(Chiroptera;俗称蝙蝠)在飞行能力、回声定位与听觉系统、食性、冬眠、免疫防御等诸多方面表现出显著而独特的适应性进化,是研究生物对环境适应性进化分子机制的热点模型之一。文章综述了翼手目适应性进化分子机制的研究进展,特别是近年来在基因组水平上开展的相关研究,显示出更为复杂的分子进化模式和功能分化。随着越来越多的翼手目物种基因组数据的产生,将有望揭示新的进化机制,并为后续的功能实验奠定基础,促进人们对翼手目这一类群的认识和了解,同时也为系统认识动物适应性进化分子机制做出贡献。     

胁迫环境中的进化拯救

生物种群面临致死环境胁迫时能够通过适应性进化摆脱灭绝的命运,这一过程称为进化拯救.进化拯救发生过程中,种群的基因型和表型性状的分布以及生态适合度会发生迅速且显著的改变.进化拯救的发生概率既取决于种群的特征,也受胁迫环境属性的影响;进化拯救发生的机会将随着遗传变异供应的增加和环境选择强度的降低而增加.本文梳理了影响进化拯救概率的主要生物和非生物因素.本文也介绍了有关群落水平进化拯救和自然界中进化拯救的研究进展;讨论了群落水平进化拯救不一定与单物种种群进化拯救具有相同规律的可能原因,强调了实验室研究中所发现的进化拯救也可能与自然界中的进化拯救不同.本文最后展望了进化拯救领域未来的发展方向.     

昆明动物研究所“发育与进化”暑期学习研讨班通知

发育与进化一直是生物学领域的核心研究领域,发育与进化的最终统一是生物学研究的重要目标。近年来,发育生物学研究已取得了突破性进展,通过物种间发育机制的比较研究分析生物进化的机制已发展为一门新兴的学科———进化发育生物学。2006年8月1日—8月15日,昆明动物研究所将举