第十二章 微生物的进化、系统发育和分类鉴定(14级期末总结用)

第十二章微生物的进化、系统发育和分类鉴定地球大约是在45亿年前形成的。

地质学、古生物学和地球化学直接或间接证据都表明：大约在地球形成10亿年之后，我们这个星球开始出现生命，主要是些类似简单杆状细菌的原始生物。

但在同期的、另外一些被认为是由光合微生物与沉积物形成的片层状化石--叠层石(stromatolites)资料中，也发现存在形态较多样的微生物，综合分析认为，它们类似于绿硫细菌和多细胞丝状绿菌，这似乎表明：不产氧光合细菌的起源也很早。

这些原始生命大概都是厌氧型的。

含有产氧型光合细菌--蓝细菌的叠层石则发现于25-30亿年前的地质年代中，蓝细菌的出现，给地球带来了氧气。

而后，各种真核生物才随之出现。

根据现代生物进化论观点，地球上的生命是在地球历史早期的特殊环境条件下，通过"前生命的化学进化"过程，由非生命物质产生的。

这些最原始的生命经过漫长的进化历程，产生了千姿百态的生物种类。

所谓进化(evolution)是生物与其生存环境相互作用过程中，其遗传系统随时间发生一系列不可逆的改变，在大多数情况下，导致生物表型改变和对生存环境的相对适应。

所以，今天仍生存在地球上的生物种类，彼此之间都有或远或近的历史渊源。

研究微生物的系统发育(phylogeny)就指的是研究各类微生物进化的历史。

地球上到底有多少物种至今仍无准确答案，估计有分类记录的各类物种大约有150万，其中微生物超过10万种，而且其数目还在不断增加。

微生物学工作者要认识、研究和利用微生物或控制有害微生物，必须对它们进行分类(classification)。

对生物进行分类存在两种基本的、截然不同的分类原则：一是根据表型(phenetic)特征的相似程度分群归类，这种表型分类重在应用，不涉及生物进化或不以反映生物亲缘关系为目标；第二种分类原则是要按照生物系统发育相关性水平来分群归类，其目标是探寻各种生物之间的进化关系，建立反映生物系统发育的分类系统。

第十二章微生物的进化，系统发育和分类鉴定1.基本概念进化：是生物与其生存环境相互作用过程中，其遗传系统随时间发生一系列不可逆的改变，在大多数情况下，导致生物表型改变和对生存环境的相对适应。

系统发育：指研究各种(类)生物间的亲缘关系及它们进化的历史。

生物分类原则：1.依据表型特征的相似程度进行类群归类，不涉及进化和亲缘关系。

2.依据生物系统发育相关性水平进行分类，目标是探寻各生物间的进化谱系，建立反映生物系统发育的分类系统。

生物系统学：在进化论指导下，通过分类学的基本工作来研究系统发生，推断进化谱系的科学。

2.进化的测量指征、1.选择进化测量指征表型特征：主要指形态学(包括结构)、生理生化学、生态学及行为习性等特征。

依据形态和表型特征推断微生物之间亲缘关系的突出问题：1.可利用的形态特征少，很难把所有生物放在同一水平上进行比较2.表型特征在不同类群中进化速度差异很大，甚至基因相同的个体在不同环境下发育也可能出现显著的表型差异。

研究表明：蛋白质，DNA和RNA序列进化变化的显著特点是进化速率相对稳定，这些分子序列进化的改变量与分子进化时间成正相关。

依据这一原理，我们就可通过比较不同类生物的大分子序列的改变量来确定它们彼此间系统发育相关性或进化距离。

注意点：1.必须普遍存在于所研究的各生物类群中。

2.选择在各生物中功能同源的大分子。

3.为了鉴定大分子序列的同源位置或同源区，要求选择的大分子序列能严格的线性排列，以便分析比较。

4.依据所比较的各类生物之间的进化距离选择适当的分子序列。

分子上序列改变频率应与进化测量尺度相适应。

2.rRNA作为进化指征16SrRNA是很好的进化标尺的原因：1.rRNA参与生物蛋白质的合成过程，其功能是任何生物必不可少的，在进化过程中，功能保持不变。

2.在16SrRNA，既含有高度保守的序列区域，又有中度保守和高度变化的区域，适用于对各种进化距离不同的各类生物亲缘关系的研究。

生物的分类与系统发育的重要知识点总结生物的分类和系统发育是生物学领域中的重要概念和研究内容，有助于人们理解生物的多样性和演化过程。

本文将对生物的分类和系统发育的几个重要知识点进行总结和解析。

一、生物的分类方法生物的分类方法是指通过对生物进行分类和命名，以便更好地理解和研究各个生物种类之间的关系。

生物的分类方法主要有形态学分类、生理学分类、生态学分类和遗传学分类等。

1. 形态学分类：根据生物的形态特征，如外部形状、器官结构等来进行分类。

这种分类方法广泛应用于植物学和动物学等领域，但它的局限性在于同一类群的生物可能具有不同的形态特征，而不同类群的生物可能又具有相似的形态特征。

2. 生理学分类：以生物的功能和生理特征为基础进行分类，通常用于微生物和某些病原体的分类。

通过研究生物在生理学上的差异，可以更好地理解它们的分类关系。

3. 生态学分类：根据生物的生态角色和生境适应能力来进行分类。

生态学分类强调生物之间的相互作用和生态位的分工，有助于了解生物在生态系统中的功能和地位。

4. 遗传学分类：基于生物的遗传信息和亲缘关系进行分类。

遗传学分类可利用DNA序列、蛋白质表达等遗传标记进行，它能更准确地反映生物间的亲缘程度和进化关系。

二、生物的系统发育生物的系统发育是指生物种类之间的演化关系及其演化过程。

通过构建生物的进化树，可以揭示生物的起源、发展和亲缘关系。

1. 进化树的构建：构建进化树是系统发育学的核心内容。

建立进化树的方法包括形态学对比、分子系统学等。

形态学对比是通过比较生物的形态特征，如鳞片、骨骼等来推断生物的亲缘关系。

而分子系统学主要利用分子生物学技术分析生物的遗传信息，如DNA、RNA等序列的差异，以推断生物的亲缘关系。

2. 共同祖先：生物在进化过程中会产生一系列的亲缘关系，而这些关系通常可以追溯到一个共同的祖先。

通过分析不同生物之间的形态特征和遗传信息，可以确定这些共同祖先的存在。

3. 进化的驱动力：生物的进化受到多种因素的影响，主要包括自然选择、基因漂变、遗传漂变等。

第十二章微生物的进化、系统发育和分离鉴定地球形成10亿年后开始出现生命,主要是类似简单杆状细菌的原始生物，同期另一些由光合微生物与沉积物形成的片层状化石——叠层石stromatolites也发现较多微生物，其类似绿硫细菌和多细胞丝状绿菌，属于不产氧光合细菌。

产氧光合细菌——蓝细菌最早的叠石层在25-30亿年前形成。

蓝细菌给地球带来氧气，而后各种真核微生物才开始出现，多样性大大增加。

现代生物进化论认为地球上的生命在地球早期特殊环境下形成，通过“前生命的化学进化”过程，由非生命物质产生的。

进化evolution：是生物与其生存环境相互作用过程中，其遗传系统随时间发生一系列不可逆的改变，大多数情况下导致生物表型改变和对生存环境的相对适应。

研究微生物系统发育phylogeny 指的就是研究各种微生物进化的历史。

地球上有多少种微生物迄今无准确答案，估计有分类记录的各类物种大约150万，其中微生物大约15万，数目还在不断增加。

对微生物分类存在两种基本的、截然不同的分类原则：根据表型特征phenetic characteristics 相似程度分群归类，这不涉及进化、不以反映生物亲缘关系为目的；按照生物系统发育相关性水平分群归类，目的是探寻各种微生物间进化谱系，建立反映微生物系统发育的分类系统。

生物系统学systematics：以进化论为指导思想的分类学，目标在于通过分类追溯系统发育，推断进化谱系，这样的分类学也成为生物系统学。

第一节进化的测量指标一进化指标的选择主要是分析比较生物大分子（蛋白、RNA、DNA序列）一级结构特征。

研究表明蛋白、RNA、DNA序列进化变化的显著特点是进化速率相对恒定，这些分子序列进化的该变量（AA or 核苷酸替换数或替换百分率）与分子进化的时间呈正相关。

因此这些生物大分子被看做是分子计时器molecular chronomenters。

根据这一原理，可通过比较不同种类生物大分子序列的改变量来确定其彼此间系统发育相关性或进化距离。