第1章 演化的自然 知识提纲

第一节 人类对宇宙的认识
一.古代人的宇宙观
中国古代对宇宙起源有各种传说。古代神话有盘古开天辟地的传说：宇宙原来是混沌的一团气，后来盘古用神斧把这一团混沌气劈开，轻的上升为天，重的下沉为地，盘古死后，身体的各个部分成为天地间的的万物。
世界不同的民族和文化，形成了许多关于宇宙创始的神话传说。例如，在欧洲神话中，上帝创造了宇宙以及其中的万物，天体的运行也是上帝安排好的。
二.从地心说到日心说
人类历史发展到公元前6世纪，人类文明进入理性思考的时代。中国战国时期的早期盖天说认为，天圆如张盖，地方如棋盘。早期的古希腊学者也有类似的看法。盖天说这种宇宙观，虽然已经摆脱了神话的影响，但远没有揭示宇宙的本质。
公元2世纪，希腊科学家托勒密在亚里士多德等前人对宇宙的认识的基础上，经过几十年的观测，运用数学的方法，创立了“地心说”。
托勒密认为，地球处于宇宙中心静止不动，日月、行星和恒星等所有天体都围绕着地球在各自的圆形轨道上运转，而恒星位于最外面的天球上，它们之间的相对位置保持不变，同时作为一个整体在天空中转动。
这个学说与基督教关于天堂、人间、地狱的说法刚好吻合，得到了占统治地位的教廷也竭力支持。到了16世纪，“地心说”不仅成了禁锢了人们思想的工具，而且也阻碍了天文学的发展。
托勒密及其宇宙体系
科学家们经过仔细观测，发现行星运行规律与托勒密的宇宙体系并不吻合。16世纪，哥白尼用自制的简陋仪器经过20年的天文观测与研究，建立了日心说。他在不同的时间、不同的距离从地球上观察行星，发现每一颗行星的运行情况都不相同，而且发现了日地距离始终不变。因此他否定了地球是宇宙的中心，认为太阳是宇宙的中心，地球和行星围绕着太阳做圆周运动的，月球围绕着地球转动，而最外层的恒星天球则与地心说并无本质区别。
哥白尼提出的“日心说”，差不多经过一个世纪才被人们接受。其间，伽利略利用自制的天文望远镜，发现了可以支持日心说的天文现象，日心说才逐渐得到认可。哥白尼的“日心说”阐明了天体运行的规律，为人类认识太阳系，进而认识地球的起源奠定了基础。“日心说”挑战了长期以来居于统治地位的“地心说”，否定了基督教上帝创造一切的教义，使神权统治的根基产生了动摇，因此遭到了教会势力的残酷镇压。为了捍卫这一学说，不少仁人志士与神权的统治势力进行了前仆后继的斗争，甚至付出了生命的代价。
哥白尼及其宇宙体系
三.现代宇宙学说
20世纪10~20年代，美国天文学家哈勃(Edwin Powell Hubble)等人致力于旋涡星云的测量。科学家们用先进的科学仪器，研究星系的运动情况，测出不同星系之间的距离，并通过观察一个星系，判断出这一星系运动的速度，以及它是远离银河系还是靠近银河系方向运动。1929年，哈勃根据自己的测量数据，分析了24个星系的速度和距离，发现距离越大的河外星系，对应的运动速度也越大。也就是说，所有的星系都在远离我们而去，星系离我们越远，它的退行速度越快；星系间的距离在不断地扩大。哈勃的发现告诉我们，星系一直在运动，一直在变化，宇宙在不断地膨胀。
实验表明，在气球胀大的过程中，对气球表面上任何一个小圆点而言，其他小圆点都在不断的离他而去。
我们可以进行这样的推理：如果能将时间倒退，宇宙中的星系之间的距离必然缩小，最终会聚在一个点上。大爆炸宇宙论认为，大约137亿年前，我们所处的宇宙被挤压在一个“原始火球”中，那时的宇宙极小、极热，又有极大的密度，宇宙就是在这个大火球的爆炸中诞生的。大爆炸后，宇宙迅速膨胀，现在的宇宙比100亿年前增大了100多亿倍，爆炸引起的宇宙膨胀一直延续至今，大爆炸宇宙模型将延续下去。宇宙的膨胀有观测事实的支持，又得到众多科学家的理论阐释，因此，大爆炸宇宙论已成为目前被人们广为接受的一种宇宙起源学说。
第2节 太阳系的形成和恒星的演化
一.太阳系的形成
18世纪时，天文学家在对太阳系的研究中，发现许多行星的运动有一些共同特点。
在太阳系中,太阳系的行星绕日公转的方向和太阳自转的方向一致。另据科学家测算，太阳系的行星绕日公转的轨道平面大多接近于同一平面。根据行星公转的特点，可以推导如果它与太阳系形成有关，就可以作为推论太阳系形成的依据。
18 世纪，德国哲学家康德和法国数学家拉普拉斯通过对行星运动特点和星云的研究，迈出了第一步，提出了“康德一拉普拉斯星云说" 。该学说认为太阳系是一块星云收缩形成的。星云是由气体和人尘埃物质组成的巨大云雾状天体，它的直径大多可达十几光年。
星云 原始的太阳星云
原始的太阳星云是一个扁平的、自转的气体尘埃圆盘。大阳星云不断收缩,周围物质也不断地落入环绕原太阳而形成的盘，引力势能转化为热能; 圆盘内的元素通过衰变释放出能量，这些能量贮存在圆盘深处，新生的太阳于是有能力辆射出能量并加热盘的表面各层。离中心几个天文单位之内的内级，温度高达 2000oC以上，在这个区域，尘埃粒子蒸发了，以至于内盘完全是气体，圆盘中心的气体崩塌收缩形成太阳。剩余的星云物质进一步收缩演化，形成地球等行星。
星云学说推论的重要依据是：只有太阳和太阳系的行星形成于同一个旋转的星云云盘，太阳的自转方向和太阳系的行星的公转方向才会一致；形成太阳系的行星的物质来源于同一个扁平的星云云盘，才导致太阳系的行星的公转轨道几乎位于同一平面上。
虽然“星云说”能描述太阳系的形成过程，但还有不少现象无法解释，有待于进一步研究解决。
除了“星云说”，关于太阳系的形成还有其他假说。例如，“灾变说”认为地球等行星的物质是因为某种偶然的巨变（如另一颗恒星接近太阳或与太阳相撞)而从太阳中分离出来。
二.恒星的演化
恒星是在相对小的体积内积聚大量的气体而构成的。恒星的演化就是一颗恒星诞生、成长、成熟到衰老、死亡的过程，是一个十分缓慢的过程。
现代天文学认为恒星的演化开始于星云。星云内部散布着稠密核的结构，稠密核是引力中心，吸引着大量周围的物质。核心物质不断增多，温度持续升高，当核心收缩到类似于太阳大小时，标志着恒星已经进入幼年期，这个核心称为原恒星。
年轻的原恒星不断收缩，其内部温度和压力升到相当高，足以引发氢燃烧，这时，恒星成为一颗主序星，进入漫长的成年期。对于太阳这样低质量的恒星，成年期能延续100亿年。
恒星是不会永久存在的。一颗恒星寿命的长短取决于它的质量大小：质量越大，寿命越短；质量越小，寿命越长。
现代天文观测发现，在宇宙中，除了和太阳外貌相似的恒星外，还有许多很特别的“恒星”。在恒星演化的不同阶段，其形态也有很大的差异。
根据对红巨星和白矮星的研究，科学家描绘出了未来太阳的演变过程
太阳的光和热是靠太阳内部的氢核发生核聚变而产生的，太阳的内部在不断地消耗氢。进入成年阶段的太阳大约可以维持100亿年的稳定状态。大约50亿年后，太阳将进入晚年期。太阳进入晚年期后，当太阳中心缺少足够的氢时，太阳的球核将开始收缩，太阳外层的氢继续变成氨，星体急剧扩大，变成红色，形成红巨星。它将膨胀到接近火星轨道，这一过程将吞噬水星、金星、地球，预计太阳在红巨星阶段将大约持续10亿年时间，亮度将升高到今天的近1万倍。红巨星不断地把外层物质抛向太空，在星体周围形成行星状星云，它的核聚变过程中形成的一些物质将进入星际介质参与再循环，而球核进一步收缩，形成体积极小、密度很高的白矮星。最后，它将慢慢“熄灭”，形成一颗看不见的黑矮星，最终变成星云的一部分，进入新的循环。
宇宙中还有许多比太阳质量大得多的恒星，它们将会怎样演化呢？
经科学家研究证实，质量小于0.8太阳质量的恒星，会因自然的原因死亡，因为这类恒星的寿命大于140亿年，至今宇宙中还没有一颗耗尽了热核燃料补给的小恒星。有质量低于8倍太阳质量的恒星最终会演化为红巨星，它们能在几百万年内把红巨星的外层大部分吹散。大于8倍太阳质量的大质量恒星进入晚年后体积会急剧变大，有的半径达到约太阳的1000
倍，形成超红巨星,随后爆发成超新星。超新星在球核爆炸后会形成什么样的天体呢？天体物理学家早就预言超新星爆炸后可能会形成一种体积很小、密度极大的是核，称为“中子星”。经过25年的苦苦探索，科学家终于在1968年证实了它的存在。研究表明，质量更大的恒星爆炸后将形成黑洞。黑洞的密度非常巨大，强大的引力使任何物质、甚至光都无法逃脱它的吸引。因此，远处的观测者无法看到来自黑洞的光。虽然人们看不见黑洞，但科学家能测出它的存在。
恒星在生命的最后时刻，都会不断地向四周抛出物质。这些物质自由地在太空中扩散，最后将渐渐孕育出新一轮的恒星星云。
中子星，又名波霎，是处于演化后期的恒星。当老年恒星的质量大于8倍太阳质量时，它就有可能变为中子星，而质量小于8倍太阳质量的恒星往往只能变化为一颗白矮星。中子星并不是恒星的最终状态，它还会进一步演化为不发光的黑矮星。
中子星小得出奇，典型的中子星直径只有20千米，但密度大得惊图1-21中子星从极点喷发强大气流人，1厘米3的质量达到1亿吨甚至达到几十亿吨，且由于巨大的质量产生了巨大的引力，就连光线都是呈抛物线状挣脱。脉冲星（中子星的一种）的中心压力很多大，以至于电子被压缩到了原子核中，与质子中和为中子，使原子变得仅由中子组成，而整个中子星就是由这样的原子核紧挨在一起形成的。
中子星的能量辐射是太阳的近100万倍，它在1秒钟内辐射的总能量若全部转化为电能，就够月前我们地球用几十亿年。中子星的表面温度可达到1000万℃，中心温度还要高数百万倍。
第3节 地球的演化和生命的起源
一.地球的演化
地球的演化离不开宇宙，也离不开最基本的物质。正是由于宇宙中的各种有利条件和物质的发展变化，地球才能一步步地成长演化，如今地球仍处在不停的演化之中。
地球的年龄约为46亿年。太阳系在大约50亿年前诞生后，大约经过了5亿年，地球开始形成。地球是由原始的太阳星云坍缩、凝聚而形成的。由于陨石的轰击、地球不断收缩等原因，温度逐渐升高，地球内部出现熔融现象。同时又在地球自转、重力作用下，发生了物质分异现象，外部密度较大的物质和元素向内部逐渐下沉，内部较轻的物质逐渐上升，最后地球就逐渐形成了现在的地壳、地幔和地核等结构。
地球初期的模样
地球在形成之初是一个由岩浆构成的炽热的球。随着地球温度的不断下降，固态的地壳逐渐形成。由高温岩浆不断喷发而释放的水蒸气、二氧化碳等构成了非常稀薄的原始大气。高温岩浆不断喷发而释放的大量水蒸气，随着温度的下降，凝结成水滴降到地表，汇流成海洋，地球进入了海洋时代。在太古代开始出现原始生命，但此时期的化石很少，目前已知的最早的生命痕迹，其生存年代大约在38亿年前。
火山喷发 岩浆流 岩浆冷却、凝固
科学家通过对地球地层和化石的研究，逐步揭示了地球在25亿年前至今发生的变化。
25亿~5.7亿年前的元古代，地球上开始出现大片陆地和山脉，海洋中的藻类释放出氧气，大气中的氧气含量逐渐增多。
5.7亿~2.5亿年前的古生代，地球上的陆地大面积增加，原始的欧亚大陆和北美大陆
露出海面，出现昆虫、鱼类、两栖类、裸蕨类等生物。
2.5亿~0.65亿年前的中生代，大西洋和印度洋形成，中国大陆轮廓基本形成，裸子植物和爬行类动物繁盛。
0.65亿年前至今的新生代，地球在第三纪经历了大规模的造山运动，奠定了现代地球
地貌的基础；鸟类、哺乳类动物和被子植物出现；人类诞生。
二.生命的起源
早期的地球没有任何生命的踪迹，有化石记录的生命史可以追溯到38亿年前。由于原始生命的诞生没有直接的证据来证明，人们对生命起源的问题争论不休，只能通过模拟、实验和推测等研究方法，提出各种假说来解释生命的诞生。
在古代，有人提出生物是由非生命物质自然产生的，如“腐草为萤”、“腐肉生姐”等。1862年，法国微生物学家巴斯德设计了曲颈瓶做实验,证明了“腐肉生姐”是错误的，是空气中的微生物使汤腐败的，而不是汤腐败产生了微生物。
奥巴林的蛋白质聚合 霍尔丹认为生命起源于细菌
直到20世纪20年代，俄国奥巴林和印度霍尔丹两位生物化学家各自提出了化学进化假说，认为最初的原始生命是由原始地球上的非生命物质通过化学作用，逐步由简单到复杂，经过一个极漫长的自然演化过程而形成的。
1953年，美国生物学家米勒在实验室用充有甲烷、氨气、氢气和水的密闭装置，以加热、放电来模拟原始地球的环境条件，成功合成了一些氨基酸、有机酸和尿素等。后来，科学家用同样的方法证明，构成生物体的所有20种氨基酸均可在原始地球条件下经多种途径产生。人们开始意识到，原始生命物质可以在没有生命的自然条件下产生出来，并推论生命是在此基础上进化而来的。广泛开展的模拟实验，已经成为化学进化的主要研究方法。
米勒实验 原始大气与原始海洋成分想象图
一些现代科学家相信生命起源的化学进化假说。简单的有机分子，如氨基酸、核苷酸等能结合形成聚合体。他们推测一些有机化合物经过长期而又复杂的化学变化，逐渐形成更大、更复杂的分子，直到形成组成生物体的基本物质一蛋白质，以及作为遗传物质的核酸等大分子物质。但是，关于生物大分子如何起源于小分子的原理，目前科学家还不清楚。
在一定条件下，蛋白质和核酸等物质经过浓缩、凝聚等作用，可以形成一个由多种分子组成的体系。这个体系的外面有一层膜，将其内部与海水相隔开，在原始海洋中经历漫长、复杂的变化，最终形成了原始的生命。
1959年9月，人们在落到澳大利亚的一颗陨石中发现了多种氨基酸和有机物，这一发现震动了当时整个科学界。由此，有人提出假说，原始生命物质也有可能来自外星球。
第4节 生物的进化
一.化石告诉我们什么
研究地球的历史，最重要的线索莫过于化石了，动植物化石是生物进化的有力证据。它们是在千万年的历史中逐渐形成的。
任何化石的形成，都是一件十分稀罕的事，只有条件适合，才能形成化石。
如图所示，动物化石的形成过程大致如下：
1.当动物死后落入水底时，形成化石的过程就开始了。
2.动物尸体上的肌肉开始腐烂，露出骨骼。
3.水带来了泥土和沙子，掩埋了这些骨骼。
4.接着，水渗透进骨中，将无机盐沉淀在里面，就形成了化石。
5.沙或泥土继续堆积，慢慢地形成沉积岩（一般需要几百万年)，如石灰岩等。化石就保存在岩石中。
6.某些岩石层在地壳变化时冒出水面，在风和水的长期侵蚀下，露出了化石。
植物化石的形成过程与动物化石的形成过程类似。
此外，动物的粪便和蛋也可以形成化石，这类化石被称为遗物化石。动物在沙地或泥地上爬过的痕迹和留下的足印，也可以形成化石，这类化石叫做遗迹化石。
综上所述，在地层中保留下来的古代生物的遗体、遗物和遗迹，都称为化石。
早期的古生物学家对化石生物与现在的生物不相似这一现象感到迷惑不解。通过对化石材料的深入分析，在18世纪的后半叶，一种思想逐渐明晰起来：世界是运动的，地球不是一个固定不变的星球，生物也是在变化的…这就是物种可变的进化观点。
为了检验自己的假设是否正确，科学家考察了大量的化石标本，有些人将同类的化石标本按年代先后顺序排列起来，结果发现了一些支持生物演化观点的证据。
通过对大量各类化石的研究，目前多数古生物学家认为自然界中的生物不断地进行着由简单到复杂、由低等到高等的缓慢演变，我们称之为生物演化。
为了重建物种的演化过程，科学家需要确定现代生物间的亲缘关系。过去都是通过观察化石生物的形态结构特征来推测生物间的亲缘关系。随着科学的迅猛发展，目前，科学家已开始通过分析比较某些古生物遗体和古生物化石的DNA和蛋白质的差异，来推测其相互间的亲缘关系。新的证据不断地被发现，而原先被认同的各种假说也在不断地被修正和完善。
二.进化论的演变
大量的事实表明，生物是进化的，但是一个接踵而来的问题是，生物为什么会进化，即生物进化的原因是什么。
最早较为系统地阐明生物如何进化的是法国博物学家布丰。他认为物种是可变的，现在活着的种类是从今天已经不存在的种类演变而来的。例如，现代的鳄鱼是古代鳄鱼的后代，古代鳄鱼是远古时代鳄鱼的后代。它们之所以会发生变化，是因为物种生活的环境发生了改变，特别是气候和食物的变化，引起了生物体的改变。
1809年，法国博物学家拉马克提出了新的观点，即“用进废退”。拉马克认为，现存的生物，包括人类都是由其他物种变化而来的，现在存活的生物都有各自的祖先：物种进化的原因是生物本身存在着一种由低级向高级发展的力量。例如，在解释“为什么长颈鹿的腿和颈都那么长”时，拉马克认为长颈鹿祖先的腿和颈都不长，当环境发生变化时，如干旱，地上的草枯死了，这些动物只能把颈伸长去吃树叶，久而久之，经常使用的腿和颈就长长了。这种特征会遗传给它的后代，后代出生时腿和颈就比父母长一些。这种现象一代代地传下去，最后就形成了现在的长颈鹿。
对神创论造成致命打击的是英国生物学家达尔文(1809~1882)于1859年发表的《物种起源》，其中解释物种进化原因的自然选择理论被人们普遍接受。对长颈鹿的进化，达尔文有新的解释。自然界的生物能产生很多后代，但它们并不能都存活下来，只有有限的后代能够存活，长颈鹿的祖先也是如此。在自然界中，生活环境的各种因素都会影响长颈鹿的生存，如气候的变化、捕食者的捕食以及与同类竞争配偶和食物等。它们都为生存而进行着竞争，结果是只有部分个体能够生存和繁殖下一代。这是什么原因呢？
达尔文认为生物都存在差异，同种个体之间并不都是一样的。长颈鹿的祖先中有的颈和前肢长些，有的则颈和前肢短一些。这种差异在一定条件下会产生不同的结果。如在干旱时，颈和前肢长些的个体，因为能够吃到树上高处的树叶，比颈和前肢短些的个体有更多的生存机会，并通过繁殖将这种特征传递给后代。这样通过长期的自然选择，长颈鹿的颈和前肢增长的特征逐渐积累，就产生了现在这种长颈鹿。
达尔文还认为现存于地球上的生物，包括人类在内，都是自然选择的结果，并且都是由一个共同的祖先进化而来的，因此生物间存在着或近或远的亲缘关系。达尔文的理论，对当时认为人是上帝创造出来的观点造成了极大的冲击，许多人提出了激烈的抗议。
即便有许多人反对，但达尔文学说有许多证据的支持。例如，达尔文认为生物进化是缓慢的，那么，在一种生物向另一种生物进化的过程中，应当存在过渡的类型。19世纪，在欧洲中部的地层中发现的处于爬行类与鸟类过渡类型的始祖鸟化石就被认为是有力的证据；20世纪90年代，在我国辽宁省北票市四合屯发现的中华龙鸟化石，也进一步证明了自然选择学说。
始祖鸟 中华龙鸟
三.生物进化的主要历程
通过对远古到近代不同地质年代化石的研究，科学家们发现无脊椎动物早于脊椎动物，脊椎动物中的鱼类、爬行类和哺乳类是先后出现的，出现越迟，结构越完善。植物也一样，进化的顺序是藻类→苔藓→蕨类→裸子植物，直到距今6500万年，被子植物才兴盛起来。
关于地球上生物的主要进化历程，根据目前所掌握的证据，多数古生物学家作出了如下构想
生物的主要进化历程
第5节 遗传与进化
一.遗传和变异现象
俗话说“种瓜得瓜，种豆得豆”，生物体通过生殖产生子代，子代和亲代、子代和子代之间的性状都很相似，这种现象称为遗传。例如，某人的眼睛像父亲、鼻子像母亲，这就是遗传现象。那么，具有遗传相似性的生物个体间是否存在性状差异呢？
人体的性状表
不同的生物个体在性状表现上总是存在着一定的差异，生物的子代只是与亲代相似，绝不会与亲代完全相同。这种子代与亲代及子代不同个体间的性状差异叫做变异。遗传和变异都是普遍存在的生命现象。
二.遗传物质的传递
为什么生物体会表现出亲子代性状相似的遗传现象呢？人们对此进行了广泛的研究。17世纪时，有学者认为在人的精子或卵子中有父母性状的缩影，使得由受精卵发育成的子代个体具备了双亲的遗传性状。然而，随着显微镜的发明，人们并没有在人的精子或卵子中发现丝毫人的形象。但是，科学家们发现在生物体代代相传的过程中，亲代与子代生物体细胞内的染色体数量和种类却保持着高度的稳定性，同一物种的不同生物个体间，细胞中染色体的数量和种类几乎完全相同，性状也很相似；不同物种的生物个体间，细胞中染色体的数量和种类有一定差异，性状也有较大差异。由此推测：染色体与生物遗传现象有关。
这种推测已被一些事实所证实，例如，有的生姐妹是由同一个受精卵发育而成的，其细胞中染色体所含的基因完全相同，因此，其性状也极其相似。
随着科学的发展，人们认识到染色体主要由DNA和蛋白质组成，通过一系列科学实验，进一步证明了DA是决定生物体遗传性状的遗传物质。
DNA双螺旋结构 同卵双胞胎
1953年，美国科学家沃森和英国科学家克里克提出了DNA双螺旋结构模型从图中可以看到，DNA分子是长而相互缠绕的双链结构，整个模型活像一个双螺旋上升的楼梯，梯子两边的“扶手”是由磷酸和脱氧核糖相间连接而成的，中间的“踏脚”是分别连在两边脱氧核糖分子上的两个碱基。脱氧核糖、碱基和磷酸组成了DA分子的基本单位——脱氧核苷酸。
现代遗传学认为，DA分子上一些特定的片段包含着遗传信息，能控制生物体的性状特征，如人的肤色、色觉，花的形状等。我们把这些起遗传作用的DNA片段称为基因。在一个DNA分子上有成百上千个基因存在。生物个体能通过精子或卵子将自身的基因传递给子代，子代具备了父母双亲的基因，所以表现出与双亲相似的遗传性状，但与双亲中的任何一方又不会完全相同。
经科学家研究发现，构成大多数生物的遗传物质DA具有相同的基本结构，生物体内的基因是可以改变的，而基因的改变往往会导致生物体性状的变化，如白化病患者不能合成黑色素，就是因细胞内控制黑色素合成的基因发生变异而引起的。
三.进化理论的发展
同一物种不同个体细胞内的基因组成是有差异的（如我们每个人细胞中的基因组成存在一定的差异)，相对应的，每个人表现出的性状也有所不同，所以，同一物种的生物群体中存在着多种多样的基因。在代代相传的种族繁衍过程中，这些基因从亲代传递到子代并保持着相对的稳定性，同时也发生着某些变异。通过定量的科学实验表明，生物群体中不同的基因传递给子代的机会是有差异的，某些基因所控制的生物性状对环境的适应性较强，则这些基因在子代的生物群体中会越来越多；反之，某些基因所控制的生物性状对环境的适应性较弱，则这些基因在子代的生物群体中会越来越少。这说明亲代的基因在传递给子代的过程中也发生着“自然选择”。
20世纪20年代后，随着遗传学研究的不断深人，人们开始从基因的角度来解释生物进化的原因，达尔文的进化理论不断地被修正、被改造，但至今还没有任何新的理论能完全取代它。
四.育种与优生
长期以来，人类利用人工选择和杂交育种等方法逐渐改良动物、植物的遗传性状，取得了巨大的成功。绝大多数家养动物和栽培植物品种都是运用一定的技术培育而成的。例如，我国20世纪50年代推广的杂交玉米，大幅度提高了玉米产量。在畜牧业方面，人们将驴和马交配，得到了比驴和马更健壮有力的骡。这种杂交后代的生命力比双亲强的现象，叫做杂交优势。
随着生物学的发展，人类对基因的理论和实践研究也越来越深入。人们设想把一些优良的基因组合起来，从而改变生物的结构和功能，改造生物品种或生产新的转基因产品。这种完全按照人的意愿重新组合基因的技术叫做基因工程。新兴的基因工程提供了一种更直接改造动物、植物遗传物质的技术，利用转基因技术，可使动物、植物按照人类的要求定向产生新的性状。
人体内的许多蛋白质都可以通过遗传工程改造细菌来合成。以胰岛素为例，人们能把人类胰岛素基因经一定的途径转移到细菌中，这个细胞就具有了人类基因，由于细菌繁殖快，所以能在短时间内合成大量的胰岛素。
基因工程能把目的基因转入西红柿、小麦、大米、大豆等一些重要的作物中，使作物具有抗寒、抗虫害、抗除草剂、耐盐、抗旱等能力，改良果蔬的加工品质，提高营养物质含量等，这也是基因工程的重要应用领域。基因工程还能将基因转人动物体中，改造过的动物可以为人类生产一些重要的药物，如目前已经成功地生产出血友病患者需要的凝血因子。由于转基因工程发明和应用的时间还不长，可能会有未预料到的风险，科学家也有不同的看法。
选择育种还存在一个问题，我们无法控制所需要的基因一定会从亲本传给子代。克隆就能解决这个问题。克隆技术在植物、动物和其他类型生物中已经得到应用。1997年，第一只克隆羊在英国诞生，此后，美国、法国等国家相继把牛、鼠、兔、猴等动物克隆成功。我国已经克隆出了牛、羊、兔等动物。克隆植物的方法多种多样，诸如细胞培养、组织培养、器官培养等。
对于植物，太空育种也是一种培育优良新品种的途径。太空育种即航天育种，是将种子搭乘卫星或高空气球送到太空，利用太空特殊的环境诱变作用，使种子产生变异，再返回地面培育作物新品种的育种新技术。太空育种具有有益的变异多、高产、优质、抗病力强等特点。
有些人深受遗传病的困扰，这类疾病都是由于人体内DNA、基因或染色体发生变化而引起的。例如，在智力缺陷的儿童中，有一类叫先天愚型，患儿生长迟缓，学会坐、立、走都很晚，智力低下，这种遗传病就是由于患儿细胞中多了一条第21号染色体而引起的。
我国遗传病的发病率很高。据专家估计，患有各种先天性智力缺陷和生理缺陷的儿童约有1000万之多。因此，优生学目前已引起各界人士的广泛重视。所谓优生学，就是运用遗传学的原理和方法，防止有明显遗传缺陷的婴儿出生，以改善人口质量。为了提高人口的遗传素质，我国还制定了一些优生法规，如禁止近亲婚配等。
直系血亲，指相互之间有血缘关系的上下各代亲属，如父母与子女、爷爷奶奶与孙子孙女等均为直系血亲。兄弟姐妹则不属于直系亲属。旁系血亲即除直系血亲以外的、与自己同出一源的血亲。例如，自己与兄弟姐妹及伯叔姑、姨舅之间就属旁系血亲。近亲指血统关系比较近的亲戚，一般把直系血亲和三代以内的旁系血亲称为近亲，如表兄妹、堂兄妹等都是近亲。
在近亲结婚的夫妇所生的子女中，白化病、先天性聋哑等多种遗传病的发病率较高。一般家庭的发病率为万分之一到百万分之一，而表兄妹婚配的家庭发病率比一般家庭要高6~60倍。因此，我国婚烟法规定，直系血亲和三代以内的旁系血亲禁止结婚。
浙教版科学九（下）第一章《演化的自然》知识提纲