《生物進化(第3版)》是一部全面而系統(tǒng)介紹進化生物學(xué)的教科書。全書共分23章,涵蓋了進化生物學(xué)的各個方面,還涉及生命科學(xué)甚至社會科學(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,從基本的生命之樹的構(gòu)建到進化發(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)問題以及相應(yīng)的研究領(lǐng)域,也反映了當(dāng)前人們在宏、微觀不同層次上對進化的認(rèn)識和新進展。
全書內(nèi)容豐富,結(jié)構(gòu)簡潔,語言深入淺出,尤其是各章節(jié)均提供了大量的研究實例和參考文獻,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)專業(yè)高年級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。
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,分子生物學(xué)的蓬勃發(fā)展和不斷壯大不僅使人們對基本生物學(xué)過程的理解達(dá)到了前所未有的深度,同時也促成了分子生物學(xué)和細(xì)胞生物學(xué)的分道揚鑣,而且還催生出常被冠以“整體生物學(xué)”之名的學(xué)科。進化生物學(xué)在很大程度上是由整體生物學(xué)家來踐行的,盡管他們經(jīng)常宣稱進化如果不是唯一、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)科的簡單拼湊,尤其在生命科學(xué)研究和人才培養(yǎng)日益專業(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,進化生物學(xué)面對分子生物學(xué)理論和方法的滲透,其敘事方式同分子一機理性的學(xué)科并無二致。由于涉及一系列前沿領(lǐng)域,諸如基因組進化、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)育過程等,進化生物學(xué)正在變得越來越強調(diào)機理。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)識到,進化生物學(xué)的解釋框架、原理以及分析方法不僅有用,而且對他們的領(lǐng)域至關(guān)重要:進化科學(xué)已整合到整個生物學(xué)之中。同時,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)、動物行為學(xué)和分類學(xué),仍將繼續(xù)在進化科學(xué)中發(fā)揮重要作用,而其自身也在很大程度上建立在進化原理之上。在本書中,我與Scott Edwards和JohnFlue一起嘗試將進化生物學(xué)和各生物學(xué)學(xué)科之間的諸多關(guān)系進行一些梳理。
隨著新的分析技術(shù)和實驗方法的建立以及對生物學(xué)機理認(rèn)識的不斷深入,進化生物學(xué)發(fā)展的步伐大大地加快了,因此更新《進化》一書就顯得十分必要。越來越多的證據(jù)表明,真核生物基因組中的非編碼:DNA大部分都行使功能,這對于我們理解分子進化具有重大啟示;越來越多的爭論和證據(jù)已聚焦到基因的表觀遺傳修飾在進化上的意義;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)和進化基因組學(xué)的作用越來越大;從歷史的、系統(tǒng)發(fā)生的視角看問題正在重塑群落生態(tài)學(xué);大量新奇化石的發(fā)現(xiàn)則豐富了我們對生命歷史的認(rèn)知。
這一領(lǐng)域最重要的變化之一就是進化生物學(xué)的社會意義和實際價值受到越來越多的關(guān)注?梢钥隙ǖ氖牵祟愡M化研究對解釋人類的多樣性以及人類的行為具有很多啟示意義,當(dāng)然爭論也持續(xù)了150多年。長期以來生物學(xué)家一直認(rèn)為,闡明進化過程在健康、農(nóng)學(xué)及許多其他領(lǐng)域中都有重要的實用價值。但如今這些實際應(yīng)用已實實在在地出現(xiàn)在傳統(tǒng)的雜志和新出現(xiàn)的期刊上,如《進化的應(yīng)用》(Evolutionark,Applications)、《進化、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進化持反對意見的人或觀點,這在美國表現(xiàn)得最為明顯,可看作是對科學(xué)持廣泛懷疑態(tài)度的一種表現(xiàn),這種懷疑論確實帶來了許多負(fù)面影響,正如在美國就全球氣候變化發(fā)生的爭論一樣。
本書延續(xù)了前一版的結(jié)構(gòu),開篇以系統(tǒng)發(fā)生作為框架來推斷進化歷史,并從自然歷史的角度來闡釋進化生物學(xué)。接下來是宏觀進化的式樣,我覺得它將激發(fā)初學(xué)者的興趣,并便于引入一些最重要的生物進化證據(jù),這也是該領(lǐng)域任何一門本科生課程不可或缺的內(nèi)容。同時,宏觀進化的式樣也包含了進化生物學(xué)中許多待解之謎,即進化理論所必須解釋清楚的現(xiàn)象。隨后的大多數(shù)章節(jié)圍繞進化的過程以及如何通過這些過程來解釋各種各樣的現(xiàn)象而展開,從基因組到種間生態(tài)互作。最后一章又回到宏觀進化,再次透過進化過程來審視進化的證據(jù)、科學(xué)的本質(zhì)與神創(chuàng)論的缺陷,以及進化生物學(xué)在一些社會實踐中的應(yīng)用。本書沒有把人類的進化作為一個單獨主題來處理而是貫穿在本書的各個部分,這樣可以體現(xiàn)進化科學(xué)不同主題與社會和大眾的關(guān)聯(lián),并點明人類與其他生命的共性所在。與前一版本相比,本書的每一章節(jié)都進行了更新,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。
在進化生物學(xué)幾乎所有領(lǐng)域,文獻資料的增長都超乎想象,很多研究方法改變很大,要想及時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化和進化發(fā)育生物學(xué)章節(jié)方面所作出的貢獻,若沒有他們的幫助,我想我自己將難以勝任這方面的內(nèi)容。
1 進化生物學(xué)
什么是進化?
達(dá)爾文之前
達(dá)爾文
達(dá)爾文的進化理論
哲學(xué)問題
倫理、宗教與進化
達(dá)爾文之后的進化理論
綜合進化論
進化的基本原則
綜合進化論之后的進化生物學(xué)
如何研究進化
進化是事實也是理論
2 生命之樹:分類和系統(tǒng)發(fā)生
分類
推斷系統(tǒng)發(fā)生史
系統(tǒng)發(fā)生樹
用于系統(tǒng)發(fā)生推斷的數(shù)據(jù)
推斷系統(tǒng)發(fā)生:最大簡約法
DNA序列的簡約性分析:一個案例
系統(tǒng)發(fā)生分析的統(tǒng)計學(xué)方法
評估系統(tǒng)發(fā)生假說
分歧時間估計
基因樹和物種樹
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
系統(tǒng)發(fā)生學(xué)的應(yīng)用和擴展
3 演化式樣
對特征演化歷史的推斷
以分類學(xué)為依據(jù)推測而來的一些演化式樣
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
同塑性很常見
特征演化的速率不同
演化往往逐步進行
外形改變往往與功能改變相關(guān)
物種之間的相似性隨個體發(fā)生而改變
發(fā)育和形態(tài)演化
個性化
異時發(fā)生
異速生長
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
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 化石記錄中的進化
地質(zhì)學(xué)基礎(chǔ)
板塊構(gòu)造
地質(zhì)時期
地質(zhì)年代表
化石記錄
種內(nèi)的進化改變
高階元分類群的起源
人族化石記錄
系統(tǒng)發(fā)生和化石記錄
進化趨勢
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)肢動物
脊椎動物
新生代
水生生物
陸地生物
哺乳動物的適應(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:一個演化的問題
地理分布式樣多樣性的演化
群落趨同
歷史對分布式樣多樣性的影響
7 生物多樣性及其進化
生物多樣性變化的估測與建模
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)時間的推移,滅絕速率會變化嗎?
滅絕的原因
大滅絕
多樣化過程
物種的多樣性會達(dá)到平衡嗎?
為什么某些類型的生物比其他類型更為多樣化?
生物特性對分化的影響
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
突變的實例
突變率
突變的表型效應(yīng)
突變對適合度的影響
突變的限制
突變是一種隨機過程
核型的改變
多倍化
染色體重排
9 變異:進化的基礎(chǔ)
表型變異的來源
變異的遺傳和環(huán)境來源
非遺傳性傳承的變異
了解進化: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MN基因座
哈迪一溫伯格定律的意義:進化的各種因素
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:單個基因
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
人類遺傳變異
10 遺傳漂變:隨機進化
進化中的隨機過程
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波動
遺傳漂變下的進化
有效種群大小
奠基者效應(yīng)
現(xiàn)實種群中的遺傳漂變
分子進化的中性理論
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)實中適應(yīng)的實例
自然選擇的本質(zhì)
設(shè)計和機制
自然選擇的定義
自然選擇與偶然性
實物選擇和屬性選擇
環(huán)境是否有效取決于生物
自然選擇的例子
演化實驗
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)識適應(yīng)
對適應(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
各種拮抗選擇
依頻選擇
進化改變的多重結(jié)果
正向依頻選擇
雜合子劣勢
適應(yīng)景觀
選擇和遺傳漂變間的相互作用
自然選擇的強度
自然選擇的分子證據(jù)
依據(jù)地理變異來檢測選擇
選擇的檢驗:種內(nèi)變異和種間變異
基于DNA序列來檢測選擇:理論期望
選擇的分子印記
人類基因組的適應(yīng)性進化
適應(yīng)性:起因于新變異還是現(xiàn)存變異
13 表型進化
表型性狀的遺傳架構(gòu)
表型變異的組分
遺傳漂變驅(qū)動的數(shù)量性狀進化
數(shù)量性狀的選擇
對定向選擇的響應(yīng)
對人工選擇的響應(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)測長期進化嗎?
反應(yīng)規(guī)范
渠限化
表型可塑性
變異性的進化
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 生活史進化
個體選擇和種群選擇
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
生殖年齡時間表
后代的數(shù)量和大小
生活史和交配策略
增長率的演化
15 性與繁殖成效
突變率的進化
有性生殖與無性生殖
性的悖論
重組和性的利與弊
性與重組優(yōu)勢的假說
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爭
通過配偶選擇達(dá)到性選擇
配偶選擇的直接利益
沒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
社會交往互動與合作
沒有親緣關(guān)系的個體間的合作
通過共享基因的利他行為進化
合作和沖突的舞臺:家庭
交配制度和親代照料
殺嬰、墮胎、同胞競爭和殘殺同胞
親子沖突
真社會性
親緣選擇還是類群選擇?
遺傳沖突
細(xì)胞質(zhì)遺傳
減數(shù)分裂驅(qū)動
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、個體、組織水平
人類行為與人類社會
人類行為的進化研究
文化進化以及基因-文化共進化
……
17 物種
18 物種形成
19 物種間相互作用的進化
20 基因和基因組的進化
21 進化和發(fā)育
22 宏進化:物種水平之上的進化
23 演化科學(xué)、神創(chuàng)論和社會
術(shù)語匯編
圖片版權(quán)說明
參考文獻
索引