动物比较生理学

脊椎动物比较生理学纲要脊椎动物比较生理学纲要生物多样性、进化和适应脊椎动物比较生理学纲要绪论一、定义及研究范畴二、学习目标及意义三、研究方法四、背景知识五、相关说明脊椎动物比较生理学纲要一、定义及研究范畴生理学（physiology）是生物科学的一个分支，是研究生命有机体各种机能（Function）及 内 在 规 律（机 制mechanism）的科学。动物比较生理学comparativephysiologyofanimal讲述各种动物系统发生和个体发育中的生理特点，以及各种动物在不同生态条件下的生理适应特征和机制。脊椎动物比较生理学纲要Whatiscomparativephysiology?Physiologyisthestudyofthehoworganisms,and their parts,function(in contrast withanatomy,thestudyofstructure).Comparative physiology is the process ofcomparingandcontrastingthemechanismsanddetailsofphysiologyamongdifferentorganisms.Thesecomparisonscanbeamongindividualsexposedtodifferentenvironments,or of different developmental stages(size,age),orthosewithdifferentgeneticmake-upssuchasdifferentsexes,populations,orspecies.脊椎动物比较生理学纲要研究范畴系统发生上经典比较生理学个体发育上发育生理学生态适应上生态生理学脊椎动物比较生理学纲要动物学分子生物学细胞学遗传学组织学解剖学与其他学科的关系生理学脊椎动物比较生理学纲要生物体的生理功能是其遗传密码和环境因素共同作用的结果。动物的遗传密码又是其祖先进化历史和适应当地条件的共同结果。因此，探索不同物种应对不同选择压力时的生活史（生理）特征具有重要的意义。脊椎动物比较生理学纲要二、学习目标aims/goals/objectives回顾生物体生理机能的基本概念toreviewthebasicconceptsofhoworganismsfunction；学习进化和适应的生理学改变模式tostudythepatterns of changes in physiology due toevolution&adaptation；培养科学的思维方法toimpartasenseofhowknowledge is generated and to foster criticalthinking；介绍部分生理学实验方法tointroducesometechniquesofphysiologicalexperimentation.脊椎动物比较生理学纲要通过不同动物群体适应复杂的生存环境来理解生物体解剖结构和生理功能改变的多样性。To understand the diversity of howorganisms have modified anatomicalstructures and physiological functionsbydifferentanimalgroupsinordertoadapt to the adversities of theirenvironment.脊椎动物比较生理学纲要学习本课程的意义第一，加深对生物多样性的认识；第二，深化对人体生理功能的认识；第三，促进医药卫生事业进步，改善人类健康；第四，推动生产实践的发展和进步。脊椎动物比较生理学纲要三、研究方法动物的生物多样性可以体现在各个层次，因此，对其研究的方法也包括了形态、组织、生理、生化、细胞、分子、遗传、进化、生态等多个方面。脊椎动物比较生理学纲要SAMPLE对象（物种、种群、性别、年龄、）生理状态（繁殖状态、营养水平、社会地位）生态因子（温度、水、气体、气压、海拔、光照、季节、）生境（海洋、湖泊、江河、湿地、草原、雪原、雨林、高山、高原、荒漠、农田）、生理功能（运动、消化、呼吸、循环、泌尿、内分泌、神经、生殖、能量代谢、体温调节；发声、发光、发电、体色调节）脊椎动物比较生理学纲要Gajdaetal.Speciesdifferencesinrespiratoryrhythmgenerationinrodents.Am J Physiol Regul Integr Comp Physiol.2010,298:R887-R898.Andersdeen&OlleHstad.Pollinatingbirdsdifferinspectralsensitivity.Journal of Comparative Physiology A:Neuroethology,Sensory,Neural,and Behavioral Physiology.2010,196(2):91-96.MeganDG&EstebanFJ.Visualfields,eyemovements,andscanningbehaviorofasit-and-waitpredator,theblackphoebe(Sayornis nigricans).2010,196(1):15-22.脊椎动物比较生理学纲要AnilK.Vegesna,etal.Comparison of human and porcine gastric clasp and sling fiber contraction by M2 and M3 muscarinic receptors.Am J Physiol Gastrointest Liver Physiol298:G530-G534,2010.JianjieWang,etal.Intrinsic sex-specific differences in microvascular endothelial cell phosphodiesterases.Am J Physiol Heart Circ Physiol298:H1146-H1154,2010.WiltschkoR,WiltschkoW.Avian magnetic compass:Its functional properties and physical basis.Current Zoology 56(3):119,2010.脊椎动物比较生理学纲要奥古斯特克劳格原理TheAugustKroghPrincipleAugustKrogh是著名的丹麦生理学家，由于他对微血管的解剖和功能的出色研究而于1946年获得诺贝尔生理医学奖。1929年，他提出“对于很多科学问题，总会有一种动物最适合于研究”，这被后人们称为“奥古斯特克劳格原理”。脊椎动物比较生理学纲要模式生物(modelorganism)果蝇、斑马鱼、大肠杆菌、线虫、大鼠、小鼠等。利用模式生物进行实验研究的优势：1）研究者多、知识积累快速，研究人员容易找到合作研究的对象。2）相关的研究资源，如抗体、试剂等较为丰富，容易获得。3）这些模式生物的基因组信息已经逐步得到开发，等等。脊椎动物比较生理学纲要模式动物或模式生物的地位和作用是不可替代的。非模式动物的研究也是不可或缺的由于生物的多样性，生存环境的多样性，生物生理功能的多样性，需要我们研究更多的物种，在更多的环境条件下，更多的复杂因子的处理下，观察和研究有机体的生理变化调节等。脊椎动物比较生理学纲要奥古斯特克劳格原理可以拓展到组织、器官、细胞、蛋白质和基因等分子水平。对于科学问题，总会有一种“器官、组织、细胞、蛋白质和基因等”最适合于研究。脊椎动物比较生理学纲要四、背景知识内环境与稳态动物分类动物的身体动物的动物胚胎发育和进化脊椎动物比较生理学纲要1、内环境与稳态Homeostasis内环境是指细胞直接生存的细胞外液环境。脊椎动物比较生理学纲要稳态内环境的相对稳定性。细胞进行正常活动的必要条件；保持细胞兴奋性的必要条件。神经系统和体液因素等调节机制对各种物质代谢和各器官的生理活动进行调节的结果。脊椎动物比较生理学纲要DiversityandPhylogenyofVertebrata脊椎动物比较生理学纲要2、动物的主要分类群170多万种动物已被命名和分类；每年发现15000个新种；存在的种类总数约为5000万种以上。脊椎动物比较生理学纲要原生生物界Protista原生动物门Protozoan：单细胞，眼虫、草履虫、鞭毛虫、变形虫、疟原虫等。脊椎动物比较生理学纲要脊椎动物比较生理学纲要动物界Animals中生动物Mesozoa：中生动物门PhylumMesozoa侧生动物Parazoa：海绵动物门Spongia真后生动物Eumetazoa脊椎动物比较生理学纲要真后生动物Eumetazoa2胚层，辐射对称腔肠动物门Coelenterata：水螅，3胚层，两侧对称无体腔动物Acelomata：扁形动物门Platyhelminthes：涡虫、绦虫假体腔动物Pseudocoelomata真体腔动物Eucoelomata脊椎动物比较生理学纲要假体腔动物Pseudocoelomata轮形动物门Rotifera：轮虫腹毛动物门Gastrotricha：鼬虫动吻动物门Kinorhyncha：动吻虫线虫动物门Nematoda：线虫线形动物门Nematomorpha：铁线虫棘头动物门Acanthocephala：棘头虫内肛动物门Entoprocta脊椎动物比较生理学纲要真体腔动物Eucoelomata不分节动物unmetameric软体动物门Mollusca：螺、蜗牛、蚌、乌贼分节原口动物metamericProtostomata环节动物门Annelida：蚯蚓节肢动物门Arthropoda：虾、蟹、蜘蛛、昆虫分节后口动物Eeuterostomata棘皮动物门Echinodermata：海星、海胆、海参半索动物门Hemichordata：柱头虫脊索动物门Chordata脊椎动物比较生理学纲要脊索动物门Chordata原索动物Protochordata：无头类Acrania尾索动物亚门Urochordata：海鞘头索动物亚门Cephalochordata：文昌鱼脊椎动物Vertebrates：有头类Craniata脊椎动物亚门Vertebrata脊椎动物比较生理学纲要脊椎动物亚门Vertebrata甲胄鱼纲0stracodermi：已绝灭原口纲Cyclostomata：七鳃鳗盾皮鱼纲Placodermi：已绝灭软骨鱼纲Chondrichthyes硬骨鱼纲Osteichthyes两栖纲Amphibia爬行纲Reptilia鸟纲Aves哺乳纲Mammalia脊椎动物比较生理学纲要脊椎动物的主要类群上下颌附肢胚膜体温原口纲无颌类鱼形类无羊膜类 变温软骨鱼纲有颌类OR颌口类硬骨鱼纲两栖纲四足类爬行纲羊膜类鸟纲恒温哺乳纲脊椎动物比较生理学纲要http:/ ScolopendraScolopendra subspinipessubspinipes dehaanidehaani属于属于 动物界动物界 AnimalAnimal 节肢动物门节肢动物门 ArthropodaArthropoda 多足纲多足纲 MyriapodaMyriapoda 唇足亚纲唇足亚纲 ChilopodaChilopoda 整形目整形目 EpimorphaEpimorpha 蚣形亚目蚣形亚目 ScolopendromorphaScolopendromorpha 蜈蚣科蜈蚣科 ScolopendridaeScolopendridae 蜈蚣属蜈蚣属 ScolopendraScolopendra 脊椎动物比较生理学纲要3、脊椎动物的身体脊椎骨嗅、视、听等集中的感觉器官。背神经管分化成脑和脊髓；脑又分化成大脑、间脑、中脑、小脑和延脑5部分。循环系统出现了强力的心脏，推动血液循环。排泄系统出现了集中的肾脏，代替了分节排列的肾管，更有效地排出代谢废物。成对的附肢作为专门的运动器官(圆口纲例外)，大大提高了摄食、求偶和避敌的能力。脊椎动物比较生理学纲要脊椎动物比较生理学纲要4、脊椎动物的胚胎发育1胚胎发育是有机体以遗传信息为基础进行自我构建和自我组织的过程，其细胞的分化是基因按一定顺序进行表达的结果。2卵子中卵黄的多少与受精卵的卵裂类型有关。3精子与卵子结合形成受精卵，胚胎发育经历囊胚、原肠胚、神经胚阶段。脊椎动物比较生理学纲要4原肠胚阶段形成3个胚层，即外胚层、中胚层和内胚层。原口在这一阶段形成。5中胚层的形成在少黄卵和中黄卵中有所不同。6原口为胚胎的后端，它的相反的一端为动物的前端。7体腔的形成有两种方式。脊椎动物比较生理学纲要19世纪20年代，爱沙尼亚籍的德国科学家贝尔创立了比较胚胎学，指出高等动物的胚胎要经过与低等动物所经发育阶段相似的发育阶段。德国解剖学家梅克尔提出了动物个体的历史是种的历史之重演的理论。脊椎动物比较生理学纲要脊椎动物比较生理学纲要生物重演律19世纪70年代，德国科学家海克尔进而把生物机体的个体发生对于其种系发生的重演关系，概括为“生物重演律”。高等动物的个体发育是对种系进化的某种重演；这种重演的突出表现，是胚胎的发育过程。脊椎动物比较生理学纲要动物胚胎发育的特点一般的性状先出现，特殊的性状后出现；从一般性状中发展出过渡性状，最后才出现特殊性状，例如先从芽体变成肢，再分化为手、翅膀或鳍；在胚胎发育过程中，不同种的胚胎发育首先经过相似阶段，以后才愈来愈显示区别；高等动物的胚胎发育阶段经历着与低等动物发育相类似的阶段。脊椎动物比较生理学纲要海克尔把胚胎发育的这种“重演”关系，推广到一切生物。认为生物重演律是“有机体进化的根本律”，或者称为“生物学发生之根本律”。这种规律不仅“适用于其他一切有机物，亦适用于人类”。也就是说，生物的个体发育以一种简化的、压缩的和快速的过程，去重演种系进化过程的主要阶段和主要环节，即作为种系进化的缩影再现出来。脊椎动物比较生理学纲要?生物重演律的再认识。脊椎动物比较生理学纲要脊椎动物的进化史第一阶段是在水中的进化，原始有头类向两个方向发展，支进化出较原始的无颌类，另一支进化成具有上下颌的有颌类，即鱼类的祖先。第二阶段是从水中到陆地上的进化，即两栖类和爬行类的进化。第三阶段是由爬行类进化出两支高等脊椎动物，即鸟类和兽类。脊椎动物比较生理学纲要人类胎生史的演进过程由单细胞动物到多细胞动物由软体动物到脊椎动物由水生到陆生由卵生到胎生由变温到恒温由非哺乳类到哺乳类由猿到人由早期智人到新人脊椎动物比较生理学纲要五、参考资料参考书目专业期刊脊椎动物比较生理学纲要1、参考书目李永材.比较动物生理学.北京：高等教育出版社，1995.陈守良.动物生理学.AS罗默，TS帕尔森.脊椎动物的身体（杨白仑译）.科学出版社，1985.脊椎动物比较生理学纲要2、专业期刊生理学报生态学报实验生物学报昆虫学报生物多样性动物学报动物学杂志兽类学报动物学研究水生生物学报脊椎动物比较生理学纲要ScienceNatureCellAmericanJournalofPhysiology:IntegrativeandComparativeAmericanZoologistBiologicalBulletinBiologicalReview脊椎动物比较生理学纲要CanadianJournalofZoologyComparativeBiochemistryandPhysiologyEcologyEvolutionGeneralandComparativeEndocrinology脊椎动物比较生理学纲要JournalofComparativePhysiologyAJournalofComparativePhysiologyBJournalofExperimentalBiologyJournalofExperimentalZoologyJournalofGeneralPhysiologyJournalofInsectPhysiologyJournalofMorphologyJournalofPhysiology脊椎动物比较生理学纲要MarineBiologyPhysiologicalandBiochemicalZoologyPhysiology&BehaviorPhysiologicalReviewsThePhysiologistRespirationPhysiology