第九章人类在自然界的位置.pdf

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1、第九章 人类在自然界的位置.txt永远像孩子一样好奇，像年轻人一样改变，像中年人一样耐心，像老年人一样睿智。我的腰闪了，惹祸的不是青春，而是压力。当女人不再痴缠，不再耍赖，不再喜怒无常，也就不再爱了。第九章 人类在自然界的位置第九章 人类在自然界的位置 一、人类在自然界的位置 自然界的物体可分为生物和非生物。生物由细胞构成，具有新陈代谢、生长发育、繁殖、遗传变异和适应环境的特征。生物种类繁多，要进行研究，首先要进行分类。基本的分类阶元有界、门、纲、目、科、属、种。种或物种是分类的基本单位。同种的成员可以成功地繁殖可育的后代，不同种的则不然。而古物种则主要根据形态差异来进行分类。生物可分为动物、

2、植物和微生物三大类。根据林奈 (C.Linnaeus)首创的分类法，生物分为动物界和植物界两大界。近来也有人将其分为六界：病毒界、原核生物界、真核生物界、真菌界、动物界和植物界。根据身体中轴是否存在脊索，动物界分为无脊椎动物和脊索动物两大类。脊索动物归属于脊索动物门。后者可分为多个亚门。其中，在身体中轴有脊椎骨的动物归属于脊椎动物亚门。脊椎动物亚门可分为多个纲，有元口纲、鱼纲、两栖纲、爬行纲、鸟纲和哺乳纲。每个纲又可分为多个目。例如，哺乳纲有食虫目（刺猬），长鼻目（象），灵长目等。每个目又可分为多个科。例如，灵长目中有长臂猿科、猩猩科和人科等。每个科又有多个属。例如，人科可分为南方古猿属和人属

3、。每个属有若干个种。例如，人属中有直立人 (Homo erectus)和智人(Homo sapiens)两个种。根据林奈提出的双名制命名法，物种的学名用拉丁文命名，由属名（第一个字母一定大写）和种名（小写）组成，印刷时排成斜体。现代人的分类系统如下所示：脊索动物门 Phylum Chordata 脊椎动物亚门 Subphylum Vertebrata 哺乳纲 Class Mammalia 真兽亚纲 Subclass Eutheria 灵长目 Order Primates 类人猿亚目 Suborder Anthropoidea 人科 Family Homonidae 人属 Genus Homo

4、智人种 Species sapiens 学名 Homo sapiens 二、人类与动物界（一）动物界 对生物体进行分类的第一步是将它们分成大的基本单位，称为界（kingdoms）。人们曾经认为，一切生物体不是归于植物界就是归于动物界，但是，今天的分类学家认识到，大量的类型，如细菌和病毒，归于这两个群不太合适。有关界的数目的不同观点在这里与我们没有很大关系，因为人类明确地归属于动物界。动物在许多方式上与植物有区别。动物不能以无机物质合成食物，而必须通过消耗其他生物体来取得食物。大多数动物能够高度活动，具有像肌肉那样的收缩纤维。动物由大量特化类型的细胞组成。大多数动物能够对周围环境的变化作出迅速反

5、应，因为它们有神经、肌肉和特殊的感觉器官。动物界可以分成许多单位，称为门。每个门代表动物界内的一个基本的主体方案。所列举的数目因作者而异，但是，总数通常多于十八个。然而，大家最熟悉的动物归属于九个主要的门。这些门（每个门都举些例子）包括：多孔动物门（海绵），腔肠动物门（水母、海葵）、扁形动物门（涡虫、绦虫）、袋形动物门（线虫）、软体动物门（蜗牛、扇贝、章鱼）、环节动物门（蚯蚓）、棘皮动物门（海星）、节肢动物门（蜘蛛、蝴蝶）和脊索动物门（鱼类、爬行类、鸟类、哺乳类）。（二）脊索动物门 人类归属脊索动物门。脊索动物（chordates）包括像被囊类、鱼类、两栖类、爬行类、鸟类和哺乳类那样的类型。脊

6、索动物门与其他门有许多共同特征。例如，脊椎动物可以与节肢动物相比较。节肢动物的蝗虫和代表脊索动物的小而没有脊柱的海栖文昌鱼（Amphioxus）两者都是两侧对称（bilaterally symmetrical）；即可以将它们从中线切成两半，这两半基本上互为镜像。两者都有头部和尾部。两种类型都有开口于两端的消化系统。但是，这两者也有差异。脊索动物的一个主要特征是存在内骨骼，最重要的骨骼成分称为脊索（notochord）。脊索是沿动物背面走行的软骨柱。所有脊索动物在胚胎阶段皆存在脊索。蝗虫的骨骼为外骨骼而且不存在脊索。神经索位于脊索的上方（脊索的背面 dorsal）。在脊索动物，神经索是单一的而且

7、是空心的。在节肢动物，神经索有两条而且是实心的，位于腹面（ventral），即动物的底面。另外，所有脊索动物在它们生活史的某阶段都具有鳃裂（gill slits）。虽然在人类，鳃没有真正发育，但是，有些胚胎学家把人类胚胎出现的结构认为是鳃囊（gill pouches）。像蝗虫那样的节肢动物通过一系列管道为组织提供空气，而另一些像虫剌蛄那样的节肢动物有羽状鳃而不是鳃裂。当化石在地壳中逐渐丰富起来的时候，动物的大多数门都已经建立起来。根据著名古生物学家阿尔弗雷德.S.罗默的观点，最早期的脊索动物与现存的翼鳃类（pterobranchs）相似。翼鳃类是极小而且非常罕见的动物。成体永久性附着于海底，用

8、它的许多“臂”将细小的食物摄入口中。滤食动物（filter feeders）从翼鳃类祖先发展而来。这类动物鳃裂的进化用于从水中滤出食物颗粒。纤毛（cilia）是极小的毛状结构，纤毛摆动促使海水流动。水从开口进入，而后通过鳃裂，滤出食物颗粒。水从第二个开口出去。许多通常称为海栖喷水类（sea squirts）的被囊动物今天依然存在。虽然被囊动物成体看起来似乎不像脊索动物，但是，被囊动物的幼体（larva）是非常典型的脊索动物。尽管成体是固着的（sessile）（即永久性附着），但是幼体具有高度活动性。被囊动物幼体具备脊索动物的所有特征。在找到适当的位置后，幼体经历一次变态，逐渐变为成体的形态。通

9、过幼体发育（paedomorphosis）可能已经出现自由游泳成体形态的发展。在幼体发育过程中，幼体形体逐渐变得能够生殖，成体由于自身的原因没有经历变态。现代的脊索动物文昌鱼（Amphioxus）可能使人联想到早期自由游泳的脊索动物。生物学家认为最早期的脊椎动物就是从文昌鱼那样的形态进化而来。（三）脊椎动物 早期的脊椎动物（vertebrates）在许多方面与文昌鱼相似，但是，在脊索的位置上已经发展出真实的脊柱（vertebral colum,spine）。像早期脊索动物一样，早期的脊椎动物也是滤食动物。早期脊椎动物没有颌，张开口游泳，迫使水进入口中，经过鳃而滤出食物颗粒。脊椎动物在软骨的位置

10、上最后发展出骨，许多早期的类型由骨板保护。今天，无颌的脊椎动物，即无颌类（agnathans）以高度特化的七鳃鳗（lamprey）或称八目鳗（hagfish）为代表。1 颌的起源 脊椎动物进化的一段较重要的经历是颌的发展。新的结构不会无中生有地出现，而是从先前存在的结构变化而来。无颌类具有支持鳃裂的骨骼成分鳃条（gill bars）。在早期的鱼类，第一对鳃条增大逐渐演化成原始的颌。颌的出现使得脊椎动物更具侵略性，相互捕食。滤食动物只能摄取非常小的食物颗粒。现在，有颌鱼类已经大量繁殖，尤其是在淡水中。化石记载显示大约在 4 亿年前，出现有颌鱼类的适应辐射。最早的有颌鱼类是已经灭绝的甲胄鱼类（pl

11、acoderms）。在咸水中发展出今天以鲨鱼（sharks）和鳐鱼（rays）为代表的软骨鱼类（chondrichthyans）。在淡水溪流和湖泊中发展出有骨的鱼类，即硬骨鱼类（osteichthyans）。最后从硬骨鱼类进化出陆生脊椎动物。陆生脊椎动物的起源 早期硬骨鱼有一群称为总鳍鱼类（crossopterygians），这是一个相对较小的群体，后来进化为陆生脊椎动物。总鳍鱼类是淡水类型，适应了当时经常出现的干旱环境。湖泊和溪流会周期性地干枯或者变成污浊的小水塘。在缺氧的水中，总鳍鱼类进化出肺以补充供氧。陆生脊椎动物的起源也依赖腿的进化。与今天的鱼类不同，总鳍鱼类在鳍内有骨质的组成成分。湖

12、泊和溪流的经常干枯给予这些早期鱼类一种局部的选择优势，这些鱼能够经由陆地从一个水塘爬到邻近的另一个水塘。到三亿四千五百万年前止，已经出现了最初的陆生脊椎动物两栖类（amphibians）。到这个时期止，总鳍鱼类几乎灭绝。虽然人们认为总鳍鱼类完全灭绝已经大约有七千五百万年，但是，1930年代，在南非东海岸第一次捕获了几条总鳍鱼。必须强调的是，陆生脊椎动物并不是因为陆地上机会好才出现的。从来没有鱼将头露出水面眺望陆地的景色，因为陆地上缺乏竞争，食物丰富，所以决定进化出肺和四肢。使生活在陆地成为可能的这些器官是有助于水中的鱼类适应干旱条件而进化出来的。但是，这些动物也偶然预先适应陆地生活。两栖类与爬

13、行类 最早的陆生脊椎动物是两栖类。然而，两栖类被水束缚着。大多数两栖类需要保持皮肤潮湿，尤其是需要通过皮肤帮助呼吸，所有两栖类都必须在水中产卵。这限制它们广泛地开发陆地环境。改造呼吸器官，提高肺的效率以及羊膜卵（amniote egg）的出现使完全生活在陆地成为可能。羊膜卵是有壳的卵，它最初很可能是作为保护水中的卵的一种方法而发展起来。一旦羊膜卵发展出来，在陆地上生殖就成为可能。由于羊膜卵的胚胎在壳内发育，受精必须在体内进行，而且必须发生在卵壳形成之前。在卵内，由胚胎组织发育出几层膜。胚胎包在充满液体的羊膜（amnion）中，羊膜是由胚胎的侧面发育而来。羊膜外面发育出第二层膜，即绒毛膜（cho

14、rion）。绒毛膜正好在卵壳下面，作为吸收氧的表面而起作用。胚胎的消化道由卵黄囊（yolk sac）和尿囊（allantois）发育而来；卵黄囊在爬行类和鸟类充满卵黄，尿囊用于贮存废物。随着四肢、肺和羊膜卵的发展，脊椎动物逐渐脱离水的束缚。最早的真正陆生脊椎动物是爬行动物（reptiles）。大约三亿年以前，爬行动物开始向陆地扩散。从这种辐射发展出恐龙和现代爬行动物，以及鸟类和哺乳类。2 哺乳动物的起源 最后进化为哺乳类的一群爬行动物是合弓类（synapsids）。合弓类在爬行类的辐射中出现非常早。这些早期的爬行动物不是像现代的蛇和蜥蜴那样的爬行动物。这些动物一开始就显示出典型哺乳动物的特征。

15、当恐龙统治地球时，在整个爬行动物时代，一群称为像哺乳动物的爬行类（mammallike reptiles）进化出哺乳动物所具有的一系列的特征。（四）哺乳动物 沙漠中的蜥蜴睡在地下隐蔽处度过寒冷的夜晚。随着太阳的温暖，蜥蜴出现在白日的太阳底下，直到最后准备好白天的活动，但是，当沙漠地带的太阳高照时，蜥蜴必须寻找隐蔽处，因为它不能在沙漠的酷热环境中活动。爬行动物的活动与环境紧密相关。爬行动物被称为冷血（cold blooded）动物，或者变温（poikilo thermal）动物。其实，它们的血不一定是冷的。但是，如果我们将爬行动物放在可以调节气温的生态室中，我们会看到爬行动物的体温与气温相似，当

16、气温升高时，爬行动物的体温也升高。身体内的各种生物化学反应是由温度决定的。在适当而恒定的温度下，生物化学反应效率最高。因此，能够维持恒定温度的那些动物具有优越性。虽然我们已经看到，在实验室中，爬行动物的体温随温度而波动，但是，在野外，爬行动物通过调节能够维持还算恒定的体温。然而，爬行动物是通过改变它的行为来达到这一目的。当天气寒冷时，爬行动物寻找温暖的阳光或者地下洞穴；当天气炎热时，则躲在植物的阴影或石头下。这种维持相对恒定体温的方法称为行为性温度调节（hehavioral thermoregulation）。因此，爬行动物必须随环境的变化而改变自己的行为。哺乳动物与爬行动物和其他大多数动物的

17、差别上最有意义的性状也许是哺乳动物在面临外部环境的波动时维持恒定活动水平的能力。因此，哺乳动物能够在夜晚在从沙漠到北极这种变化范围甚广的栖息地中活动。哺乳动物所具有的许多特征与这种基本的性状有关。恒温 哺乳动物称为温血（warm-blooded）动物或者恒温（homoiothermal）动物。“恒温”这个术语涉及当身体外面的温度波动时，身体维持相对恒定温度的能力。哺乳动物不是通过行为改变，而是通过温度调节的生理机制达到体温的恒定。维持恒定的体温既使生物化学反应效率更高，又使在觉醒状态下动物的活动维持在恒定水平。维持恒定的体温涉及一系列相互联系的特征，如脑调节机制的发展，形成隔热层的软毛或硬毛，

18、必要时冷却身体的汗腺等。另外，需要有保障地摄入相当大量的食物。蛇可能隔两周吃一次东西。蛇只不过将捕捉到的动物整个吞下，让胃中的食物在消化液中缓慢地分解，骨和毛从粪便中排出。哺乳动物不是将整个动物吞下。哺乳动物的特征是具有异型齿齿列（heterodont dentition），即牙齿有局部的差异。不像爬行动物，它们的牙齿全部都是简单的、尖锐的结构，哺乳动物已经进化出许多不同类型的牙齿，这些牙齿有撕裂、刺穿和咀嚼等不同的功能。哺乳动物下颌牙齿嵌入单块的下颌骨（mandible）。下颌骨的坚固结构能够承受咀嚼的压力。爬行动物的下颌由几块骨组成。哺乳动物只有两副牙齿，乳齿和恒齿。爬行动物的牙齿不断更换

19、。哺乳动物的唾液含有消化酶，即唾液淀粉酶（ptyalin）。这种酶的存在，使消化过程从口腔开始。因此，哺乳动物的身体保证了经牙齿细嚼的，部分消化的食物畅通无阻，以维持这群动物所持有的恒定体温。哺乳动物其他的许多解剖特征有助于适应陆栖环境。这些特征包括保证更有效摄入空气的膈（diaphragm），分隔鼻腔和口腔使动物能够同时呼吸和咀嚼的硬腭（hard palate）以及能够有效地分开含氧血液和缺氧血液的四腔心脏（four chambered heart）。哺乳动物的生殖 能够产在陆地上的羊膜卵随着爬行动物而发展起来。爬行动物为了维持种群量产下大量的卵，然而，对这些卵却给予最低限度的关照。哺乳动物

20、生殖的一个重要方面是后代在母体内发育，而不把卵暴露在外界环境。这保证了胎儿较高的生存率，意味着只需要产生较少的幼子就可以维持种群量。生理变化即行为上的变化与解剖上的变化一样重要。哺乳动物的婴儿不需要自己觅食，而是从母亲的乳腺（mammary glands）吸奶。结果保证了食物供应，维持较高的生存率。母亲，有时是父亲对幼仔的关照同样重要。有时哺乳动物，父母以外的其他成年个体也参与关照婴儿。当然，人类就是一个例子。不像爬行动物的幼仔经常从未见过自己的父母，哺乳动物幼仔的发育与母亲有密切的联系。这种联系不但起着保护后代的作用，而且也使传递习得性行为模式成为可能。哺乳动物的行为 适应经常单独地从解剖和

21、生理上来考虑。但是，动物也以行为来适应自己的小生境。诸如白蚁等社会性昆虫复杂的行为模式就是一个很好的例子。哺乳动物也在很大程度以行为适应自己的小生境。昆虫的行为基本上是先天性的，相比之下，哺乳动物的许多行为是习得性的。因此，行为上的适应即使在同一代的动物中可以随着环境压力的改变而迅速变化。使行为适应成为可能的重要变化是神经系统，包括脑的精细结构的改进。哺乳动物的分类 脊索动物门包括脊椎动物亚门。脊索动物门的大多数动物归属脊椎动物亚门。现存的脊椎动物有七个纲：无颌脊椎动物，鲨鱼和鳐鱼，硬骨鱼，两栖类，爬行类，鸟类与哺乳类。哺乳类动物成了哺乳纲。与三种主要类型的哺乳动物相对应，哺乳纲分为三群。首先

22、，哺乳纲分成两个亚纲，原兽亚纲由产卵的哺乳动物组成，而其余所有哺乳动物归属于兽亚纲。原兽类（prototherian）哺乳动物也称为单孔类（monotrems），只包括两个现存种类-鸭嘴兽（platypus）和针鼹（echidna）。这些动物既产卵，又分泌乳汁。在大多数情况下，单孔类既有爬行动物的特征，又有哺乳动物的特征，因此，有些分类学家把它们看作为像哺乳类的爬行动物。但是，现代哺乳动物不是从像原兽动物的祖先进化而来。现代哺乳动物代表哺乳纲的一个分支，这个分支在单孔类动物与哺乳动物的进化路线分道扬镳后进化出许多明显的性状。兽类（therian）哺乳动物可以分成两个下纲。后兽下纲由有袋类（ma

23、rsupials）哺乳动物组成。虽然负鼠是北美洲一群有名的动物，但是，大多数有袋类生活在澳大利亚。有袋类在许多方式上与其他哺乳动物有差别，但是，最重要的是生殖方式上的差异。后兽类的后代在出生时还是胎儿。接着，胎儿爬进母亲的育儿袋，那那里完成发育过程。剩下的哺乳动物数量要大得多，归属真兽下纲。这些动物是有胎盘的哺乳动物（placental mammals），其后代在母体内发育，以胎盘供给营养，直至发育晚期。胎盘（placenta）是由胎膜发育而成的器官。胎盘侵入子宫内膜，使胎盘的血管与母体的血液密切接触。母亲血流中氧、营养物和其他物质通过胎盘进入胎儿体内。废物以相反方向排到母亲的血流中。现今的有

24、胎盘哺乳动物有十六个目。人类归属于灵长目。三、人类是进化的产物 人类是进化的结果，而不是上帝创造的。生物是由简单到复杂，由低级到高级不断进化的。我们可以从古生物学、比较解剖学、胚胎学、生物化学和遗传学等方面的事实来论证生物的进化。（一）古生物学的证据 现在生存在地球上的生物，只不过是过去曾经生存过和死去的生物中的很小一部分。死去的生物的遗骸埋在地层中形成化石，在不同的地层中埋藏 表 9-1 地质年代表 代纪世开端的年代 （百万年）注 释 新 生 代 第四纪 全新世 0.01开始驯化动植物 更新世 1.8包括冰期 第三纪 上新世 5.2人科出现 中新世 24 渐新世 38 类人猿出现 始新世 5

25、4 哺乳类、鸟类和昆虫在陆地上占优势 古新世 65 原猴类辐射 中 生 代白垩纪 145原猴类出现，恐龙在此时期渐灭绝 侏罗纪 190哺乳类和鸟类出现 三叠纪 225恐龙出现 古 生 代二叠纪 280爬行类的适应辐射 石炭纪 345爬行类出现两栖类繁盛，昆虫的适应辐射 泥盆纪 395两栖类和昆虫出现，鱼类繁盛 志留纪 430早期鱼类出现 奥陶纪 500脊椎动物出现 寒武纪 570海生无脊椎动物出现 前古生代（前寒武纪）地球的年龄约为 45 亿年，最早的生命出现于 35 亿年前 着不同时期的古生物化石。因此，标志着地球发展史的不同年代的各地层和其中埋藏的各种古生物化石是生物进化直接的、最可靠的记

26、录。地球的历史约为 45亿年。在太古代末期，约 30 多亿年前，地球上开始出现生命。在约 4 亿年前出现了甲胄鱼类，这是最早的脊椎动物。在约 3 亿 5 千万年前，脊椎动物开始登陆，出现原始的两栖类。在约 3 亿年前，从两栖类动物的一支进化成爬行类。在约 2 亿年前，从爬行类分化出哺乳类和鸟类。在约 7 千万年前，哺乳动物中分化出一支灵长类。在约 1、2 千万年前，从古代猴类中分化出一支向人的方向发展。在约 3 百万年前，终于出现了最早能制造工具的人类。（二）比较解剖学的证据 现存的生物既然由古代生物进化而来，那么，在现存生物的身上应该存在生物进化的线索。用比较解剖学的方法对不同生物的器官进行

27、研究，找到一些进化的证据。1.痕迹器官：有些器官在某些动物中特别发达，而在另一些动物中则明显退化，有时只保留作用不大的一点点痕迹。这些器官称为痕迹器官。如鲸的后肢，人的体毛，动耳肌、盲肠和阑尾等。痕迹器官的存在表明在它的祖先身上曾经发达过，而且曾经是有用的。2.同源器官：鸟的翼、鲸的鳍、马的前肢和人的上肢，它们的形态不同机能有很大的差异，但是，骨骼排列、肌肉附着、血管分布和神经支配基本一致。这些外形和机能不同，内部结构和来源相似的器官，称为同源器官。同源器官的存在表明生物从共同的祖先发展而来，在发展过程中由于适应不同的环境而形成。（三）胚胎学的证据 从鱼类到哺乳类，它们早期胚胎都很相似，都有鳃

28、裂和尾，彼此不易区别。只有在晚期，才表现出各自的形态来。早期胚胎的相似，表明它们来自共同的祖先。即，一切脊椎动物都来源于鳃呼吸，有尾的水栖祖先。“生物重演律”认为：“生物的个体发育是系统发生的简短而迅速的重演。”鱼 火蜥蜴 龟 鸡 猪 牛 兔 人类 图 9-1 不同物种胚胎发育的比较（四）生物化学的证据 根据生物化学的研究，发现不同的生物类型在某些蛋白质的组成方面非常相似，亲缘关系越近的种类，相似的程度越大。细胞色素 C 的多肽链中氨基酸的排列顺序非常相似，人和猴只有一个氨基酸不同。血清反应也可用来确定动物的亲缘关系。（五）遗传学上的证据 在遗传物质基础的组成上，所有生物基本上一致。如染色体上

29、有等位基因，基因的化学成分都是 DNA。三、人类与猿类的比较 灵长类包括原猴类、猴类、猿类和人类。人类与猿类的关系最密切，两者具有共同的祖先，即古猿。人类和猿类有许多相似的特征。（一）解剖结构 猿类的外表、骨骼系统、脑、表情肌、牙齿、内脏器官的结构等与人类相似。（二）生理功能 1 血型：猿类也和人类一样，具有 ABO血型系统，血液蛋白质分子的结构与人类相似。2 生殖生理：猿类的胎盘的结构和功能与人类的相似。猿类的雌性有月经，周期为 29 37天，人类为 28 天。猿类的怀孕期较长，为 210 265天，人类为 280天。猿类性成熟年龄为 68 岁，人类为 13岁左右。3 生物化学：人类与黑猩猩

30、的细胞色素 C 上的氨基酸顺序相同。人类与猿类的许多蛋白质的氨基酸的顺序相似。4 分子遗传学：三种大猿的染色体数目比人类多一对，即人类 23对，猿类为 24对。比较研究表明，人类的 2号染色体是由黑猩猩的两条染色体融合而成。人类与黑猩猩每条对应染色体上的内容非常接近。5 行动方式：猿类能在地面上作半直立或近似直立行走。以上证据说明人类与猿类有共同的祖先。人是从古猿进化而来。3千多万年前出现的古猿生活在树上，其行动方式为“臂行法”，使内脏作重新排列。后来由于冰期出现，森林毁灭，出现大草原。一部分古猿被迫到地上生活，用双脚走路。经过漫长的时间，逐渐形成习惯于两足直立行走的人类。作者：陈华 版权所有 返回目录