《生物進(jìn)化(第3版)》是一部全面而系統(tǒng)介紹進(jìn)化生物學(xué)的教科書(shū)。全書(shū)共分23章,涵蓋了進(jìn)化生物學(xué)的各個(gè)方面,還涉及生命科學(xué)甚至社會(huì)科學(xué)的不同領(lǐng)域。從西方早期的自然神學(xué)到達(dá)爾文進(jìn)化論,從生命的早期起源到當(dāng)今的生物多樣性,從傳統(tǒng)的化石和形態(tài)學(xué)證據(jù)到如今的DNA和基因組信息,從經(jīng)典的群體遺傳學(xué)理論到物種形成的新假說(shuō),從基本的生命之樹(shù)的構(gòu)建到進(jìn)化發(fā)育研究的新成果,既充分介紹了該學(xué)科的基本概念、產(chǎn)生和發(fā)展歷史、重要的科學(xué)問(wèn)題以及相應(yīng)的研究領(lǐng)域,也反映了當(dāng)前人們?cè)诤、微觀不同層次上對(duì)進(jìn)化的認(rèn)識(shí)和新進(jìn)展。
全書(shū)內(nèi)容豐富,結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)潔,語(yǔ)言深入淺出,尤其是各章節(jié)均提供了大量的研究實(shí)例和參考文獻(xiàn),并配以精美直觀的圖表和照片,具有很高的可讀性和趣味性?勺鳛樯飳W(xué)及其相關(guān)專(zhuān)業(yè)高年級(jí)本科生和研究生的教材,也是大學(xué)教師和相關(guān)領(lǐng)域研究人員不可多得的參考書(shū)。
自從沃森和克里克于1953年發(fā)現(xiàn)DNA雙螺旋結(jié)構(gòu)以來(lái),分子生物學(xué)的蓬勃發(fā)展和不斷壯大不僅使人們對(duì)基本生物學(xué)過(guò)程的理解達(dá)到了前所未有的深度,同時(shí)也促成了分子生物學(xué)和細(xì)胞生物學(xué)的分道揚(yáng)鑣,而且還催生出常被冠以“整體生物學(xué)”之名的學(xué)科。進(jìn)化生物學(xué)在很大程度上是由整體生物學(xué)家來(lái)踐行的,盡管他們經(jīng)常宣稱進(jìn)化如果不是唯一、也應(yīng)該是生物學(xué)中最重要的統(tǒng)一理論,但這種統(tǒng)一或通俗意義上的整合可能還很難界定。
生物學(xué)絕不是上述這些細(xì)分學(xué)科的簡(jiǎn)單拼湊,尤其在生命科學(xué)研究和人才培養(yǎng)日益專(zhuān)業(yè)化的今天。當(dāng)前,學(xué)科間的隔閡正在被打破,統(tǒng)一正在不斷發(fā)生。如同所有其他生命科學(xué)學(xué)科一樣,進(jìn)化生物學(xué)面對(duì)分子生物學(xué)理論和方法的滲透,其敘事方式同分子一機(jī)理性的學(xué)科并無(wú)二致。由于涉及一系列前沿領(lǐng)域,諸如基因組進(jìn)化、代謝組、生化通路、復(fù)雜系統(tǒng)以及從DNA序列到表型的多種發(fā)育過(guò)程等,進(jìn)化生物學(xué)正在變得越來(lái)越強(qiáng)調(diào)機(jī)理。相反,從事分子、基因組、細(xì)胞和發(fā)育生物學(xué)研究的科學(xué)家則愈發(fā)認(rèn)識(shí)到,進(jìn)化生物學(xué)的解釋框架、原理以及分析方法不僅有用,而且對(duì)他們的領(lǐng)域至關(guān)重要:進(jìn)化科學(xué)已整合到整個(gè)生物學(xué)之中。同時(shí),生物諸多學(xué)科,如古生物學(xué)、生態(tài)學(xué)、功能形態(tài)學(xué)和生理學(xué)、動(dòng)物行為學(xué)和分類(lèi)學(xué),仍將繼續(xù)在進(jìn)化科學(xué)中發(fā)揮重要作用,而其自身也在很大程度上建立在進(jìn)化原理之上。在本書(shū)中,我與Scott Edwards和JohnFlue一起嘗試將進(jìn)化生物學(xué)和各生物學(xué)學(xué)科之間的諸多關(guān)系進(jìn)行一些梳理。
隨著新的分析技術(shù)和實(shí)驗(yàn)方法的建立以及對(duì)生物學(xué)機(jī)理認(rèn)識(shí)的不斷深入,進(jìn)化生物學(xué)發(fā)展的步伐大大地加快了,因此更新《進(jìn)化》一書(shū)就顯得十分必要。越來(lái)越多的證據(jù)表明,真核生物基因組中的非編碼:DNA大部分都行使功能,這對(duì)于我們理解分子進(jìn)化具有重大啟示;越來(lái)越多的爭(zhēng)論和證據(jù)已聚焦到基因的表觀遺傳修飾在進(jìn)化上的意義;比較基因組學(xué)正在不斷闡明新的遺傳和發(fā)育功能是如何演化而成。伴隨著新的分析方法的建立,系統(tǒng)發(fā)生學(xué)和進(jìn)化基因組學(xué)的作用越來(lái)越大;從歷史的、系統(tǒng)發(fā)生的視角看問(wèn)題正在重塑群落生態(tài)學(xué);大量新奇化石的發(fā)現(xiàn)則豐富了我們對(duì)生命歷史的認(rèn)知。
這一領(lǐng)域最重要的變化之一就是進(jìn)化生物學(xué)的社會(huì)意義和實(shí)際價(jià)值受到越來(lái)越多的關(guān)注。可以肯定的是,人類(lèi)進(jìn)化研究對(duì)解釋人類(lèi)的多樣性以及人類(lèi)的行為具有很多啟示意義,當(dāng)然爭(zhēng)論也持續(xù)了150多年。長(zhǎng)期以來(lái)生物學(xué)家一直認(rèn)為,闡明進(jìn)化過(guò)程在健康、農(nóng)學(xué)及許多其他領(lǐng)域中都有重要的實(shí)用價(jià)值。但如今這些實(shí)際應(yīng)用已實(shí)實(shí)在在地出現(xiàn)在傳統(tǒng)的雜志和新出現(xiàn)的期刊上,如《進(jìn)化的應(yīng)用》(Evolutionark,Applications)、《進(jìn)化、醫(yī)學(xué)和公共衛(wèi)生》(Evolution,Medicine,and Public Health)。然而,我們不得不提及還存在對(duì)進(jìn)化持反對(duì)意見(jiàn)的人或觀點(diǎn),這在美國(guó)表現(xiàn)得最為明顯,可看作是對(duì)科學(xué)持廣泛懷疑態(tài)度的一種表現(xiàn),這種懷疑論確實(shí)帶來(lái)了許多負(fù)面影響,正如在美國(guó)就全球氣候變化發(fā)生的爭(zhēng)論一樣。
本書(shū)延續(xù)了前一版的結(jié)構(gòu),開(kāi)篇以系統(tǒng)發(fā)生作為框架來(lái)推斷進(jìn)化歷史,并從自然歷史的角度來(lái)闡釋進(jìn)化生物學(xué)。接下來(lái)是宏觀進(jìn)化的式樣,我覺(jué)得它將激發(fā)初學(xué)者的興趣,并便于引入一些最重要的生物進(jìn)化證據(jù),這也是該領(lǐng)域任何一門(mén)本科生課程不可或缺的內(nèi)容。同時(shí),宏觀進(jìn)化的式樣也包含了進(jìn)化生物學(xué)中許多待解之謎,即進(jìn)化理論所必須解釋清楚的現(xiàn)象。隨后的大多數(shù)章節(jié)圍繞進(jìn)化的過(guò)程以及如何通過(guò)這些過(guò)程來(lái)解釋各種各樣的現(xiàn)象而展開(kāi),從基因組到種間生態(tài)互作。最后一章又回到宏觀進(jìn)化,再次透過(guò)進(jìn)化過(guò)程來(lái)審視進(jìn)化的證據(jù)、科學(xué)的本質(zhì)與神創(chuàng)論的缺陷,以及進(jìn)化生物學(xué)在一些社會(huì)實(shí)踐中的應(yīng)用。本書(shū)沒(méi)有把人類(lèi)的進(jìn)化作為一個(gè)單獨(dú)主題來(lái)處理而是貫穿在本書(shū)的各個(gè)部分,這樣可以體現(xiàn)進(jìn)化科學(xué)不同主題與社會(huì)和大眾的關(guān)聯(lián),并點(diǎn)明人類(lèi)與其他生命的共性所在。與前一版本相比,本書(shū)的每一章節(jié)都進(jìn)行了更新,其中有些章節(jié)在方法和內(nèi)容上都與上一版本大相徑庭。
在進(jìn)化生物學(xué)幾乎所有領(lǐng)域,文獻(xiàn)資料的增長(zhǎng)都超乎想象,很多研究方法改變很大,要想及時(shí)跟蹤或充分理解幾乎是不太可能的。在此,我想再次感謝ScoREdwards(哈佛大學(xué))和John True(紐約州立大學(xué)石溪分校)分別在修訂基因組進(jìn)化和進(jìn)化發(fā)育生物學(xué)章節(jié)方面所作出的貢獻(xiàn),若沒(méi)有他們的幫助,我想我自己將難以勝任這方面的內(nèi)容。
1 進(jìn)化生物學(xué)
什么是進(jìn)化?
達(dá)爾文之前
達(dá)爾文
達(dá)爾文的進(jìn)化理論
哲學(xué)問(wèn)題
倫理、宗教與進(jìn)化
達(dá)爾文之后的進(jìn)化理論
綜合進(jìn)化論
進(jìn)化的基本原則
綜合進(jìn)化論之后的進(jìn)化生物學(xué)
如何研究進(jìn)化
進(jìn)化是事實(shí)也是理論
2 生命之樹(shù):分類(lèi)和系統(tǒng)發(fā)生
分類(lèi)
推斷系統(tǒng)發(fā)生史
系統(tǒng)發(fā)生樹(shù)
用于系統(tǒng)發(fā)生推斷的數(shù)據(jù)
推斷系統(tǒng)發(fā)生:最大簡(jiǎn)約法
DNA序列的簡(jiǎn)約性分析:一個(gè)案例
系統(tǒng)發(fā)生分析的統(tǒng)計(jì)學(xué)方法
評(píng)估系統(tǒng)發(fā)生假說(shuō)
分歧時(shí)間估計(jì)
基因樹(shù)和物種樹(shù)
水平基因轉(zhuǎn)移
不完全譜系分選
系統(tǒng)發(fā)生分析的其他事項(xiàng)
系統(tǒng)發(fā)生學(xué)的應(yīng)用和擴(kuò)展
3 演化式樣
對(duì)特征演化歷史的推斷
以分類(lèi)學(xué)為依據(jù)推測(cè)而來(lái)的一些演化式樣
生物體的大多數(shù)特征都從早先存在的祖先特征演化而來(lái)
同塑性很常見(jiàn)
特征演化的速率不同
演化往往逐步進(jìn)行
外形改變往往與功能改變相關(guān)
物種之間的相似性隨個(gè)體發(fā)生而改變
發(fā)育和形態(tài)演化
個(gè)性化
異時(shí)發(fā)生
異速生長(zhǎng)
異位發(fā)生
復(fù)雜度的增加和減少
系統(tǒng)發(fā)生分析揭示了物種演化的趨勢(shì)
許多分支都有適應(yīng)輻射演化的現(xiàn)象
基因和基因組的演化模式
趨同演化
基因組大小
重復(fù)基因與基因組
4 化石記錄中的進(jìn)化
地質(zhì)學(xué)基礎(chǔ)
板塊構(gòu)造
地質(zhì)時(shí)期
地質(zhì)年代表
化石記錄
種內(nèi)的進(jìn)化改變
高階元分類(lèi)群的起源
人族化石記錄
系統(tǒng)發(fā)生和化石記錄
進(jìn)化趨勢(shì)
間斷平衡
演化速率
5 地球上生命的歷史
生命的歷史格局
生命出現(xiàn)之前
生命出現(xiàn)
前寒武紀(jì)的生命
古生代生命:寒武紀(jì)大爆發(fā)
古生代生命:奧陶紀(jì)至泥盆紀(jì)
海洋生物
陸地生物
古生代生命:石炭紀(jì)和二疊紀(jì)
陸地生物
二疊紀(jì)末期大滅絕
中生代生命
海洋生命
陸地植物和節(jié)肢動(dòng)物
脊椎動(dòng)物
新生代
水生生物
陸地生物
哺乳動(dòng)物的適應(yīng)輻射
更新世事件
6 演化的地理學(xué)
演化的生物地理學(xué)證據(jù)
分布的主要式樣
影響地理分布的歷史因素
檢驗(yàn)歷史生物地理學(xué)的假設(shè)
歷史生物地理學(xué)的分析舉例
區(qū)域性生物群的組成
譜系地理學(xué)
更新世種群變遷
現(xiàn)代人起源
地理分布的界限:生態(tài)和演化
生態(tài)位
范圍的局限性:一個(gè)演化的問(wèn)題
地理分布式樣多樣性的演化
群落趨同
歷史對(duì)分布式樣多樣性的影響
7 生物多樣性及其進(jìn)化
生物多樣性變化的估測(cè)與建模
多樣性變化速率建模
化石記錄中的多樣性
多樣性的系統(tǒng)發(fā)生研究
顯生宙內(nèi)的生物多樣性與差異
生成與滅絕的速率
隨著譜系存續(xù)時(shí)間的推移,滅絕速率會(huì)變化嗎?
滅絕的原因
大滅絕
多樣化過(guò)程
物種的多樣性會(huì)達(dá)到平衡嗎?
為什么某些類(lèi)型的生物比其他類(lèi)型更為多樣化?
生物特性對(duì)分化的影響
適應(yīng)輻射
影響多樣性的其他因素
8 遺傳變異的起源
基因和基因組
突變:概述
突變的種類(lèi)
突變的實(shí)例
突變率
突變的表型效應(yīng)
突變對(duì)適合度的影響
突變的限制
突變是一種隨機(jī)過(guò)程
核型的改變
多倍化
染色體重排
9 變異:進(jìn)化的基礎(chǔ)
表型變異的來(lái)源
變異的遺傳和環(huán)境來(lái)源
非遺傳性傳承的變異
了解進(jìn)化:遺傳變異的基本原理
等位基因和基因型頻率:哈迪-溫伯格定律
示例:人類(lèi)MN基因座
哈迪一溫伯格定律的意義:進(jìn)化的各種因素
等位基因、基因型及表型的頻率
近親交配
自然種群中的遺傳變異:?jiǎn)蝹(gè)基因
形態(tài)和生存力
近交衰退
分子水平的遺傳變異
自然種群的遺傳變異:多基因座
連鎖和連鎖不平衡
數(shù)量性狀變異
種群間變異
地理變異的模式
基因流
種群間等位基因頻率的差異
人類(lèi)遺傳變異
10 遺傳漂變:隨機(jī)進(jìn)化
進(jìn)化中的隨機(jī)過(guò)程
遺傳漂變理論
遺傳漂變即為取樣誤差
溯祖
等位基因頻率的隨機(jī)波動(dòng)
遺傳漂變下的進(jìn)化
有效種群大小
奠基者效應(yīng)
現(xiàn)實(shí)種群中的遺傳漂變
分子進(jìn)化的中性理論
中性理論的原理
中性理論所獲得的支持
再論分子鐘
基因流和遺傳漂變
基因樹(shù)和種群歷史
再論現(xiàn)代智人的起源
11 自然選擇和適應(yīng)
現(xiàn)實(shí)中適應(yīng)的實(shí)例
自然選擇的本質(zhì)
設(shè)計(jì)和機(jī)制
自然選擇的定義
自然選擇與偶然性
實(shí)物選擇和屬性選擇
環(huán)境是否有效取決于生物
自然選擇的例子
演化實(shí)驗(yàn)
雄性生殖成功率
群選擇
親緣選擇
自私的遺傳元件
選擇的層次
個(gè)體和種群的選擇
物種選擇
適應(yīng)的本質(zhì)
適應(yīng)的定義
認(rèn)識(shí)適應(yīng)
對(duì)適應(yīng)性演化的觀察
自然選擇和適應(yīng)所不具備的特性
適應(yīng)的必然性
完美
進(jìn)步
自然的和諧與平衡
道德和倫理
12 自然選擇的遺傳理論
適合度
自然選擇的模式
定義適合度
適合度的要素
選擇的模式
定向選擇
天然種群中的有害等位基因
平衡選擇維持的多態(tài)性
雜合子優(yōu)勢(shì)
各種拮抗選擇
依頻選擇
進(jìn)化改變的多重結(jié)果
正向依頻選擇
雜合子劣勢(shì)
適應(yīng)景觀
選擇和遺傳漂變間的相互作用
自然選擇的強(qiáng)度
自然選擇的分子證據(jù)
依據(jù)地理變異來(lái)檢測(cè)選擇
選擇的檢驗(yàn):種內(nèi)變異和種間變異
基于DNA序列來(lái)檢測(cè)選擇:理論期望
選擇的分子印記
人類(lèi)基因組的適應(yīng)性進(jìn)化
適應(yīng)性:起因于新變異還是現(xiàn)存變異
13 表型進(jìn)化
表型性狀的遺傳架構(gòu)
表型變異的組分
遺傳漂變驅(qū)動(dòng)的數(shù)量性狀進(jìn)化
數(shù)量性狀的選擇
對(duì)定向選擇的響應(yīng)
對(duì)人工選擇的響應(yīng)
自然種群的方向性選擇
穩(wěn)定化選擇和分裂選擇
數(shù)量性狀的關(guān)聯(lián)性演化
關(guān)聯(lián)性選擇
遺傳相關(guān)
遺傳相關(guān)如何影響演化
遺傳學(xué)可以預(yù)測(cè)長(zhǎng)期進(jìn)化嗎?
反應(yīng)規(guī)范
渠限化
表型可塑性
變異性的進(jìn)化
適應(yīng)與制約
遺傳制約與適應(yīng)
適應(yīng)可以拯救物種的滅絕嗎?
14 生活史進(jìn)化
個(gè)體選擇和種群選擇
最優(yōu)表型建模
作為適合度組分的生活史性狀
生殖力,單次生殖和多次生殖
年齡結(jié)構(gòu)和生殖成效
權(quán)衡
生活史性狀的演化
壽命和衰老
生殖年齡時(shí)間表
后代的數(shù)量和大小
生活史和交配策略
增長(zhǎng)率的演化
15 性與繁殖成效
突變率的進(jìn)化
有性生殖與無(wú)性生殖
性的悖論
重組和性的利與弊
性與重組優(yōu)勢(shì)的假說(shuō)
性別比與性分配
近交與遠(yuǎn)交
性選擇的概念
雄性間和精子間的競(jìng)爭(zhēng)
通過(guò)配偶選擇達(dá)到性選擇
配偶選擇的直接利益
沒(méi)有直接利益的配偶選擇
性選擇主題的變化
16 沖突與合作
沖突建模
社會(huì)交往互動(dòng)與合作
沒(méi)有親緣關(guān)系的個(gè)體間的合作
通過(guò)共享基因的利他行為進(jìn)化
合作和沖突的舞臺(tái):家庭
交配制度和親代照料
殺嬰、墮胎、同胞競(jìng)爭(zhēng)和殘殺同胞
親子沖突
真社會(huì)性
親緣選擇還是類(lèi)群選擇?
遺傳沖突
細(xì)胞質(zhì)遺傳
減數(shù)分裂驅(qū)動(dòng)
分離后致畸者
轉(zhuǎn)座因子
親本基因組間的沖突
寄生物、共生生物、個(gè)體、組織水平
人類(lèi)行為與人類(lèi)社會(huì)
人類(lèi)行為的進(jìn)化研究
文化進(jìn)化以及基因-文化共進(jìn)化
……
17 物種
18 物種形成
19 物種間相互作用的進(jìn)化
20 基因和基因組的進(jìn)化
21 進(jìn)化和發(fā)育
22 宏進(jìn)化:物種水平之上的進(jìn)化
23 演化科學(xué)、神創(chuàng)論和社會(huì)
術(shù)語(yǔ)匯編
圖片版權(quán)說(shuō)明
參考文獻(xiàn)
索引