動物比較生理學第1頁/共53頁一、定義及研究范疇生理學（physiology）是生物科學的一個分支，是研究生命有機體各種機能（Function）及內在規(guī)律（機制mechanism）的科學。動物比較生理學comparativephysiologyofanimal講述各種動物系統(tǒng)發(fā)生和個體發(fā)育中的生理特點，以及各種動物在不同生態(tài)條件下的生理適應特征和機制。第2頁/共53頁Whatiscomparativephysiology?Physiologyisthestudyofthehoworganisms,andtheirparts,function(incontrastwithanatomy,thestudyofstructure).Comparativephysiologyistheprocessofcomparingandcontrastingthemechanismsanddetailsofphysiologyamongdifferentorganisms.Thesecomparisonscanbeamongindividualsexposedtodifferentenvironments,orofdifferentdevelopmentalstages(size,age),orthosewithdifferentgeneticmake-upssuchasdifferentsexes,populations,orspecies.

第3頁/共53頁研究范疇系統(tǒng)發(fā)生上——經典比較生理學個體發(fā)育上——發(fā)育生理學生態(tài)適應上——生態(tài)生理學第4頁/共53頁動物學分子生物學細胞學遺傳學組織學解剖學與其他學科的關系生理學第5頁/共53頁生物體的生理功能是其遺傳密碼和環(huán)境因素共同作用的結果。動物的遺傳密碼又是其祖先進化歷史和適應當?shù)貤l件的共同結果。因此，探索不同物種應對不同選擇壓力時的生活史（生理）特征具有重要的意義。

第6頁/共53頁二、學習目標aims/goals/objectives回顧生物體生理機能的基本概念toreviewthebasicconceptsofhoworganismsfunction；學習進化和適應的生理學改變模式tostudythepatternsofchangesinphysiologyduetoevolution&adaptation；培養(yǎng)科學的思維方法toimpartasenseofhowknowledgeisgeneratedandtofostercriticalthinking；介紹部分生理學實驗方法tointroducesometechniquesofphysiologicalexperimentation.第7頁/共53頁通過不同動物群體適應復雜的生存環(huán)境來理解生物體解剖結構和生理功能改變的多樣性。Tounderstandthediversityofhoworganismshavemodifiedanatomicalstructuresandphysiologicalfunctionsbydifferentanimalgroupsinordertoadapttotheadversitiesoftheirenvironment.

第8頁/共53頁學習本課程的意義第一，加深對生物多樣性的認識；第二，深化對人體生理功能的認識；第三，促進醫(yī)藥衛(wèi)生事業(yè)進步，改善人類健康；第四，推動生產實踐的發(fā)展和進步。第9頁/共53頁三、研究方法動物的生物多樣性可以體現(xiàn)在各個層次，因此，對其研究的方法也包括了形態(tài)、組織、生理、生化、細胞、分子、遺傳、進化、生態(tài)等多個方面。第10頁/共53頁SAMPLE對象（物種、種群、性別、年齡、）生理狀態(tài)（繁殖狀態(tài)、營養(yǎng)水平、社會地位）生態(tài)因子（溫度、水、氣體、氣壓、海拔、光照、季節(jié)、）生境（海洋、湖泊、江河、濕地、草原、雪原、雨林、高山、高原、荒漠、農田）、生理功能（運動、消化、呼吸、循環(huán)、泌尿、內分泌、神經、生殖、能量代謝、體溫調節(jié)；發(fā)聲、發(fā)光、發(fā)電、體色調節(jié)）

第11頁/共53頁Gajdaetal.Speciesdifferencesinrespiratoryrhythmgenerationinrodents.

AmJPhysiolRegulIntegrCompPhysiol.2010,298:R887-R898.Anders

?deen

&Olle

H?stad.

Pollinatingbirdsdifferinspectralsensitivity.JournalofComparativePhysiologyA:Neuroethology,Sensory,Neural,andBehavioralPhysiology.2010,196(2):91-96.Megan

DG&Esteban

FJ.Visualfields,eyemovements,andscanningbehaviorofasit-and-waitpredator,theblackphoebe(Sayornisnigricans).2010,196(1):15-22.第12頁/共53頁AnilK.Vegesna,etal.ComparisonofhumanandporcinegastricclaspandslingfibercontractionbyM2andM3muscarinicreceptors.AmJPhysiolGastrointestLiverPhysiol298:G530-G534,2010.JianjieWang,etal.Intrinsicsex-specificdifferencesinmicrovascularendothelialcellphosphodiesterases.AmJPhysiolHeartCircPhysiol298:H1146-H1154,2010.WiltschkoR,WiltschkoW.Avianmagneticcompass:Itsfunctionalpropertiesandphysicalbasis.CurrentZoology56(3):1–19,2010.第13頁/共53頁奧古斯特·克勞格原理

TheAugustKroghPrincipleAugustKrogh是著名的丹麥生理學家，由于他對微血管的解剖和功能的出色研究而于1946年獲得諾貝爾生理醫(yī)學獎。1929年，他提出“對于很多科學問題，總會有一種動物最適合于研究”，這被后人們稱為“奧古斯特·克勞格原理”。第14頁/共53頁模式生物(modelorganism)果蠅、斑馬魚、大腸桿菌、線蟲、大鼠、小鼠等。利用模式生物進行實驗研究的優(yōu)勢：1）研究者多、知識積累快速，研究人員容易找到合作研究的對象。2）相關的研究資源，如抗體、試劑等較為豐富，容易獲得。3）這些模式生物的基因組信息已經逐步得到開發(fā)，等等。第15頁/共53頁模式動物或模式生物的地位和作用是不可替代的。非模式動物的研究也是不可或缺的由于生物的多樣性，生存環(huán)境的多樣性，生物生理功能的多樣性，需要我們研究更多的物種，在更多的環(huán)境條件下，更多的復雜因子的處理下，觀察和研究有機體的生理變化調節(jié)等。第16頁/共53頁奧古斯特·克勞格原理可以拓展到組織、器官、細胞、蛋白質和基因等分子水平。對于科學問題，總會有一種“器官、組織、細胞、蛋白質和基因等”最適合于研究。第17頁/共53頁四、背景知識內環(huán)境與穩(wěn)態(tài)動物分類動物的身體動物的動物胚胎發(fā)育和進化第18頁/共53頁1、內環(huán)境與穩(wěn)態(tài)Homeostasis內環(huán)境是指細胞直接生存的細胞外液環(huán)境。第19頁/共53頁穩(wěn)態(tài)內環(huán)境的相對穩(wěn)定性。細胞進行正?；顒拥谋匾獥l件；保持細胞興奮性的必要條件。神經系統(tǒng)和體液因素等調節(jié)機制對各種物質代謝和各器官的生理活動進行調節(jié)的結果。第20頁/共53頁DiversityandPhylogenyofVertebrata第21頁/共53頁2、動物的主要分類群170多萬種動物已被命名和分類；每年發(fā)現(xiàn)15000個新種；存在的種類總數(shù)約為5000萬種以上。第22頁/共53頁原生生物界Protista原生動物門Protozoan：單細胞，眼蟲、草履蟲、鞭毛蟲、變形蟲、瘧原蟲等。第23頁/共53頁第24頁/共53頁動物界Animals中生動物Mesozoa：中生動物門PhylumMesozoa側生動物Parazoa：海綿動物門Spongia真后生動物Eumetazoa第25頁/共53頁真后生動物Eumetazoa2胚層，輻射對稱腔腸動物門Coelenterata：水螅，3胚層，兩側對稱無體腔動物Acelomata：扁形動物門Platyhelminthes：渦蟲、絳蟲假體腔動物Pseudocoelomata真體腔動物Eucoelomata第26頁/共53頁假體腔動物Pseudocoelomata輪形動物門Rotifera：輪蟲腹毛動物門Gastrotricha：鼬蟲動吻動物門Kinorhyncha：動吻蟲線蟲動物門Nematoda：線蟲線形動物門Nematomorpha：鐵線蟲棘頭動物門Acanthocephala：棘頭蟲內肛動物門Entoprocta第27頁/共53頁真體腔動物Eucoelomata不分節(jié)動物unmetameric軟體動物門Mollusca：螺、蝸牛、蚌、烏賊分節(jié)原口動物metamericProtostomata環(huán)節(jié)動物門Annelida：蚯蚓節(jié)肢動物門Arthropoda：蝦、蟹、蜘蛛、昆蟲分節(jié)后口動物Eeuterostomata棘皮動物門Echinodermata：海星、海膽、海參半索動物門Hemichordata：柱頭蟲脊索動物門Chordata第28頁/共53頁脊索動物門Chordata原索動物Protochordata：無頭類Acrania尾索動物亞門Urochordata：海鞘頭索動物亞門Cephalochordata：文昌魚脊椎動物Vertebrates：有頭類Craniata脊椎動物亞門Vertebrata第29頁/共53頁脊椎動物亞門Vertebrata甲胄魚綱0stracodermi：已絕滅原口綱Cyclostomata：七鰓鰻盾皮魚綱Placodermi：已絕滅軟骨魚綱Chondrichthyes硬骨魚綱Osteichthyes兩棲綱Amphibia爬行綱Reptilia鳥綱Aves哺乳綱Mammalia第30頁/共53頁脊椎動物的主要類群上下頜附肢胚膜體溫原口綱無頜類魚形類無羊膜類變溫軟骨魚綱有頜類

OR頜口類硬骨魚綱兩棲綱四足類爬行綱羊膜類鳥綱恒溫哺乳綱第31頁/共53頁/Mnamesrch.asp

中國科學院動物研究所（脊椎）動物名稱數(shù)據(jù)庫MammalSpeciesoftheWorld：ATaxonomicandGeographicReference,3rdedition2005年，2卷，2142頁。世界哺乳動物達1229屬、5416

種之多。嚙齒目動物有2276種。第32頁/共53頁動物分類等級

巨蜈蚣

Scolopendrasubspinipesdehaani屬于動物界Animal

節(jié)肢動物門Arthropoda

多足綱Myriapoda

唇足亞綱Chilopoda

整形目Epimorpha

蚣形亞目Scolopendromorpha

蜈蚣科Scolopendridae

蜈蚣屬

Scolopendra

第33頁/共53頁3、脊椎動物的身體脊椎骨嗅、視、聽等集中的感覺器官。背神經管分化成腦和脊髓；腦又分化成大腦、間腦、中腦、小腦和延腦5部分。循環(huán)系統(tǒng)出現(xiàn)了強力的心臟，推動血液循環(huán)。排泄系統(tǒng)出現(xiàn)了集中的腎臟，代替了分節(jié)排列的腎管，更有效地排出代謝廢物。成對的附肢作為專門的運動器官(圓口綱例外)，大大提高了攝食、求偶和避敵的能力。第34頁/共53頁第35頁/共53頁4、脊椎動物的胚胎發(fā)育1．胚胎發(fā)育是有機體以遺傳信息為基礎進行自我構建和自我組織的過程，其細胞的分化是基因按一定順序進行表達的結果。2．卵子中卵黃的多少與受精卵的卵裂類型有關。3．精子與卵子結合形成受精卵，胚胎發(fā)育經歷囊胚、原腸胚、神經胚階段。第36頁/共53頁4．原腸胚階段形成3個胚層，即外胚層、中胚層和內胚層。原口在這一階段形成。5．中胚層的形成在少黃卵和中黃卵中有所不同。6．原口為胚胎的后端，它的相反的一端為動物的前端。7．體腔的形成有兩種方式。第37頁/共53頁19世紀20年代，愛沙尼亞籍的德國科學家貝爾創(chuàng)立了比較胚胎學，指出高等動物的胚胎要經過與低等動物所經發(fā)育階段相似的發(fā)育階段。德國解剖學家梅克爾提出了動物個體的歷史是種的歷史之重演的理論。第38頁/共53頁第39頁/共53頁生物重演律19世紀70年代，德國科學家?？藸栠M而把生物機體的個體發(fā)生對于其種系發(fā)生的重演關系，概括為“生物重演律”。高等動物的個體發(fā)育是對種系進化的某種重演；這種重演的突出表現(xiàn)，是胚胎的發(fā)育過程。第40頁/共53頁動物胚胎發(fā)育的特點一般的性狀先出現(xiàn)，特殊的性狀后出現(xiàn)；從一般性狀中發(fā)展出過渡性狀，最后才出現(xiàn)特殊性狀，例如先從芽體變成肢，再分化為手、翅膀或鰭；在胚胎發(fā)育過程中，不同種的胚胎發(fā)育首先經過相似階段，以后才愈來愈顯示區(qū)別；高等動物的胚胎發(fā)育階段經歷著與低等動物發(fā)育相類似的階段。第41頁/共53頁?？藸柊雅咛グl(fā)育的這種“重演”關系，推廣到一切生物。認為生物重演律是“有機體進化的根本律”，或者稱為“生物學發(fā)生之根本律”。這種規(guī)律不僅“適用于其他一切有機物，亦適用于人類”。也就是說，生物的個體發(fā)育以一種簡化的、壓縮的和快速的過程，去重演種系進化過程的主要階段和主要環(huán)節(jié)，即作為種系進化的縮影再現(xiàn)出來。第42頁/共53頁?生物重演律的再認識。第43頁/共53頁脊椎動物的進化史第一階段是在水中的進化，原始有頭類向兩個方向發(fā)展，—支進化出較原始的無頜類，另一支進化成具有上下頜的有頜類，即魚類的祖先。第二階段是從水中到陸地上的進化，即兩棲類和爬行類的進化。第三階段是由爬行類進化出兩支高等脊椎動物，即鳥類和獸類。第44頁/共53頁人類胎生史的演進過程由單細胞動物到多細胞動物由軟體動物到脊椎動物由水生到陸生由卵生到胎生由變溫到恒溫由非哺乳類到哺乳類由猿到人由早期智人到新人第45頁/共53頁五、參考資料參考書目專業(yè)期刊第46頁/共53頁1、參考書目李永材.比較動物生理學.北京：高等教育出版社，1995.陳守良.動物生理學.AS羅默，TS帕爾森.脊椎動物的身體（楊白侖譯）.科學出版社，1985.第47頁/共53頁