现代生物进化理论的主要内容 (2).ppt

第2节现代生物进化理论的主要内容 情景 如果在灰色翅 基因型为aa 昆虫的群体中偶然出现一只绿色翅 Aa 的变异个体 且绿色比灰色更不容易被敌害发现 3 如果Aa与其他个体交配生殖 后代都是绿色吗 自然界中 没有哪一个体是长生不死的 个体的基因型也会随着个体的死亡而消失 但决定表现型的基因却可以通过有性生殖在群体中来传给后代 不一定 后代会出现灰色个体 1 该个体能永远生存下去吗 2 如果该绿色个体能很好的生活下来 它体内的A基因仅凭它自己能否遗传下去 那怎样才能传递给后代 某个体有利变异的基因只有在群体中 通过有性生殖才能世代延续 另外有利变异个体的后代还会出现不利性状 所以生物的进化仅仅研究个体的表现型是否与环境适应是不够的 还需要研究群体的基因组成的变化 1 种群的概念 生活在一定区域的同种生物的全部个体叫做种群 一 种群是生物进化的基本单位 1 一个池塘中的全部鱼 2 一个池塘中的全部鲤鱼 3 两个池塘内的全部鲤鱼 4 一片草地上的全部草 5 一片草地上的成年梅花鹿 6 一块稻田里的全部幼蚜 有翅 无翅的成蚜 否 是 否 否 否 是 一个种群中的个体是机械地集合在一起吗 一个种群中的个体是能自由交配 繁殖的 因此种群是生物繁殖和进化的基本单位 7 一片草地上的全部蛇 8 我国长江流域的全部白鳍豚 否 是 2 种群的特点 种群中的个体并不是机械地集合在一起 而是彼此可以交配实现基因交流 并通过繁殖将各自的基因传给后代 生物的性状是受基因控制的 每个生物体都含有很多的基因 那么 种群中的一个个体所含有的全部基因和种群中的全部个体所含有的全部基因相比 那个更多呢 3 基因库 一个种群中全部个体所含有的全部基因 4 基因频率 在一个种群基因库中 某个基因占全部等位基因数的比率 A的频率 120 200 60 a的频率 80 200 40 某昆虫种群中 绿色翅的基因为A 褐色翅的基因位a 调查发现AA Aa aa的个体分别占30 60 10 那么A a的基因频率是多少 A基因数 2 30 60 120个 a基因数 60 2 10 80个 控制此性状的等位基因总数200个 4 基因频率 基因频率 100 纯合子基因型频率 1 2杂合子基因型频率 某工厂有男女职工各200人 对他们进行调查时发现 女性色盲5人 女性携带15人 男性色盲11人 求XB Xb的频率 某昆虫种群中 绿色翅的基因为A 褐色翅的基因位a 调查发现AA Aa aa的个体分别占30 60 10 那么A a的基因频率是多少 等位基因的基因频率之和 等于 1 即 A a 1 94 6 5 基因型频率 在一个种群基因库中 某个基因型的个体占个体总数的比率 1 假设昆虫种群非常大 所有的雌雄个体间都能自由交配并产生后代 没有迁入和迁出 自然选择对翅色这一相对性状没有作用 基因A和a都不产生突变 根据分离定律计算 该种群产生的A配子和a配子的比率各是多少 A配子的频率 a配子的频率 30 30 30 10 60 40 36 16 48 60 40 如果F1个体再自由交配 产生F2呢 36 48 16 60 40 36 16 48 60 60 40 40 36 48 16 想一想 子二代 子三代及若干代后 种群的基因频率会和子一代一样吗 分析各代基因频率相同吗 基因型频率呢 这有什么前提条件吗 基因频率亲本与子代相同 基因型频率从子一代开始就稳定下来了 但是需要满足5个前提条件 如果一个种群符合下列条件 群体数量足够大 全部的雌雄个体间都能自由交配并能产生后代 没有迁入与迁出 没有自然选择 也没有基因突变和染色体变异 那么 这个种群的基因频率 包括基因型 就可以一代代稳定不变 保持平衡 遗传平衡定律 哈代 温伯格定律 遗传平衡定律可用数学方程式表示 p q 2 p2 2pq q2 1 设A的基因频率 p a的基因频率 q p q 1 p q 2 p2 2pq q2 1 AA的基因型频率 Aa的基因型频率 aa的基因型频率 3 上述计算结果是在满足五个假设条件的基础上计算的 对自然界的种群来说 这五个条件都能成立吗 遗传平衡所指的种群是理想种群 在自然条件下 这样的种群是不存在的 种群的基因频率总是在不断变化的 因此 生物进化的过程实质上就是种群基因频率发生变化的过程 在自然界 由于突变 基因重组和自然选择等因素 种群的基因频率和基因型频率总是在不断变化的 生物学上 把基因突变和染色体变异统称为突变 突变和基因重组 在生物进化中到底起什么作用呢 突变和基因重组属于可遗传变异 能使生物的后代产生极其多样的变异类型 从而为生物的进化提供原材料 二 突变和基因重组产生生物进化的原材料 突变和基因重组都有什么样的特点呢 1 基因突变的特点 普遍性 随机性 低频率 有害性 不定向 2 基因重组的结果 产生更多变异 基因型 不定向 种群是由许多个体组成的 每个个体的每一个细胞内都有成千上万个基因 这样每一代就会产生大量的突变 如果蝇约有104对基因 假定每个基因的突变频率是10 5 对于一个中等大小的果蝇种群 约有108个个体 来说 每一代出现的基因突变数是 2 104 10 5 108 2 107 个 突变几率率很小 而且大多数突变都是有害的 怎么还能为进化提供原材料呢 某海岛上的昆虫出现残翅和无翅类型 有利与有害不是绝对的 这往往取决于生物的生存环境 突变 基因重组 新的等位基因 多种多样的基因型 种群中出现大量可遗传的变异 变异是不定向的 形成了进化的原材料 不能决定生物进化的方向 突变和基因重组在提供进化原材料的同时 能否决定生物进化的方向呢 决定生物进化方向的因素又是什么呢 19世纪 桦尺蠖种群中黑色基因 S 频率为5 浅灰色基因 s 频率为95 20世纪 桦尺蠖种群中黑色基因 S 频率为95 浅灰色基因 s 频率为5 三 自然选择决定生物进化的方向 长满地衣的树干上的桦尺蠖 黑褐色树干的桦尺蠖 1 在这个探究实验中根据上面的数据分析 变黑的环境对桦尺蠖产生了什么样的影响 变黑的环境对桦尺蠖浅色个体的出生率有影响吗 2 在自然选择中 直接受选择的是基因型还是表现型 变黑的环境使控制浅色的s基因频率减少 S基因频率增加 许多浅色个体可能在没有交配 产卵前就已被天敌捕食 天敌看到的是桦尺蠖的体色 表现型 而不是控制体色的基因 结论 自然选择决定生物进化的方向 自然选择使基因频率定向改变 原因是 结果是 结论 自然选择决定生物进化的方向 三 自然选择决定生物进化的方向 淘汰不利变异基因 积累有利变异基因 使基因频率定向改变 用现代生物进化理论分析解释狼的进化过程 1 狼群中存在不同类型的个体 如有跑得快的 有跑得慢的 它说明生物具有 的特性 而这种特性是生物进化的 2 随着环境的改变 食物稀少 跑得快 凶猛的狼才能获得食物生存下去 这样 食物 环境对狼起了 作用 而这种作用是 的 它决定着生物进化的 变异 原材料 选择 方向 定向 思考 生物进化的实质是什么 种群基因频率的改变 基因频率的改变是不是意味着出现新物种了呢 二 隔离与物种的形成 一 物种 物种 指能够在自然状态下相互交配并且产生可育后代的一群生物 简称 种 全世界的人都是一个物种吗 人都是一个物种 无论白人黑人黄种人结婚 都能产生具有生殖能力的后代 马跟驴是一个物种吗 地理隔离 不同物种之间一般是不能够相互交配的 即使交配成功 也不能够产生可育的后代 这种现象叫生殖隔离 生殖隔离 由于地理上的障碍使得同种生物的不同种群间不能够发生基因交流的现象 二 隔离 种类 指不同种群间的个体 在自然条件下基因不能自由交流的现象 概念 注 不同种群之间一旦产生生殖隔离 就不会有基因交流了 东北虎和华南虎之间存在什么隔离 马和驴之间存在什么隔离 它们之间还能自由交配并产生可育的后代吗 资料分析一 三 隔离在物种形成中的作用 1 设想南美洲大陆的一种地雀来到加拉帕戈斯群岛后 先在两个岛屿上形成两个初始种群 这两个种群的个体数量都不多 它们的基因频率一样吗 由于这两个种群的个体数量都不够多 基因频率可能是不一样的 资料分析二 不同岛屿上的地雀种群 产生突变的情况一样吗 不一样 因为突变是随机发生的 对不同岛屿上的地雀种群来说 环境的作用有没有差别 这对种群基因频率的变化会产生什么影响 不同岛屿的地形和植被条件不一样 因此环境的作用会有差别 导致种群基因频率朝不同的方向改变 如果这片海域只有一个小岛 还会形成这么多种地雀吗 不会 因为个体间有基因的交流 1 地理隔离 生殖隔离 长期 加拉帕戈斯群岛的地雀 由于地理隔离而形成生殖隔离 形成了不同的物种 其过程十分缓慢 物种形成的比较常见的方式 不同小岛上的植被不同 果实大小不同所致 加拉帕格斯群岛不同种地雀形成图解 原始地雀 分布于不同岛屿上 地理隔离 各地雀种群出现不同突变和基因重组 不同种群间无基因交流 不同种群基因频率发生不同变化 各岛屿环境不同 自然选择导致不同种群的基因频率改变有所差异 长此以往 不同种群基因库形成明显差异 最终产生生殖隔离 物种形成 新物种的形成 是否都需要经过地理隔离 2 多倍体的形成不需经地理隔离 1 经过长期的地理隔离而达到生殖隔离是物种形成比较常见的方式 2 一般情况下 地理隔离是生殖隔离的先决条件 生殖隔离一旦形成 原来属于一个物种的两个种群 就成了两个物种 3 生物进化是一个量变到质变的过程 是一个长期的历史过程 也可快速产生 如多倍体 4 一个物种的形成必须要经过生殖隔离 但不一定经过地理隔离 如多倍体的产生 总结 生殖隔离是新物种产生的标志 三共同进化与生物多样性的形成 根据电视镜头中猎豹追捕斑马的情景 想一想 猎豹与斑马在进化上有没有什么关系 如果有的话 那是一种什么样的关系 捕食者的存在对被捕食者的进化有什么意义吗 问题 有关系 他们相互选择 共同进化 问题 促进被捕食者种群的进化 思考 在捕食者和被捕食者当中怎样的个体才会生存下来 为什么 自然选择中能适应环境的 具有有利变异的个体才会生存下来 如猎豹和斑马 自然选择有利于斑马种群中肌肉发达 动作敏捷的个体 同样也有利于猎豹种群中跑得快的个体 两者相互选择 思考 捕食者的存在是不是对被捕食者有害无益呢 捕食者所捕食的大多是被捕食者中年老 病弱或年幼的个体 客观上起到促进种群发展的作用 捕食者一般不能将所有的猎物吃掉 否则自己也无法生存 精明的捕食者 策略 资料二 达尔文曾发现一种兰花长着细长的花矩 其顶端贮存着花蜜 可为传粉的昆虫提供食物 而这昆虫要有吸管式的长口器才能吸到花蜜 大约50年后研究人员发现这样的蛾 它们互相影响着 这些变异不断积累 从而成为今天的这种兰花和兰花蛾 共同进化的含义1 根瘤菌 与豆科植物共生 形成根瘤并固定空气中的氮气供植物营养的一类杆状细菌 不同物种间的共同进化 地球形成时原始大气中是没有氧气的 但是随着光合细菌的出现 使得大气中有了氧气 共同进化的含义2 生物和无机环境间也存在共同进化 任何一个物种都不是单独进化的 不同 之间 与 之间在相互影响中不断进化和发展 这就是共同进化 物种 生物 无机环境 一 共同进化 二 生物多样性的形成 1 内容 基因多样性 物种多样性 生态系统多样性 3层次 2 形成生物多样性的原因 长期自然选择 共同进化达到结果 3 研究生物进化的主要依据 化石 地球上最早出现的生物是 厌氧单细胞生物 二 生物多样性的形成小结 1 生物多样性的内容 基因多样性物种多样性生态系统多样性 2 生物多样性的形成的进化历程 化石 了解进化历程的主要依据是 生物的进化历程可概括为 从原核生物到真核生物从无性生殖到有性生殖由简单到复杂 由低等到高等由水生到陆生 由原始异养厌氧到自养厌氧到自养需氧 三 生物进化理论的不断发展 生物进化是如此复杂的 现有的进化理论所不能解释的问题比已经解释的问题还要多 因此现代生物进化理论是不断发展的 中性进化理论 生物的进化历程可概括为 从原核生物到真核生物 从无性生殖到有性生殖 由简单到复杂 由水生到陆生 由低等到高等 地球上最早出现的生物是 厌氧单细胞生物 1 最早出现的生物是哪一类生物 它们生活在什么环境中 最早出现的生物是厌氧的单细胞生物 它们生活在海洋中 2 多细胞生物大约是什么时候出现的 它们生活在什么环境中 多细胞生物大约是在寒武纪出现的 它们生活在海洋中 3 最早登陆的生物是植物还是动物 为什么 最早登陆的生物是植物 否则动物登陆后就会饿死 4 同今天你看到的地球相比 寒武纪时地球上的生态系统有什么特点 当时陆地上还是一片荒芜 生物都生活在海洋中 5 恐龙是什么时候绝灭的 物种绝灭对生物多样性产生怎样的影响 恐龙是在中生代后期 白垩纪末 绝灭的 物种绝灭对生物多样性的影响是复杂的 恐龙的绝灭有利于哺乳动物的繁盛 了解生物进化历程的主要依据是化石 课堂总结 小结 自然选择决定生物进化的方向 种群中产生的变异是 的 经过长期的自然选择 其中不利变异被不断淘汰 有利变异逐渐 从而使种群的基因频率发生 改变 导致生物朝向一定方向进化 可见 生物进化的方向是由 决定的 不定向 积累 定向 自然选择 种群中产生的变异 自然选择方向 不定向 定向 1 隔离是形成新物种的 常见的隔离类型有 和 通常经过长期的 隔离常可达到 隔离 不同的地雀种群之间 一旦发生了 隔离 就不会有 交流了 必要条件 地理 生殖 生殖 基因 练习巩固 第二节现代生物进化理论的主要内容 种群是生物进化的基本单位突变和基因重组产生进化的原材料自然选择决定生物进化的方向隔离导致物种形成 如果这两个鱼塘的鱼都是鲤鱼 它们属于一个种群还是两个种群 属于两个种群 因为它们不能生活在一起 不能够发生基因交流 1 拉马克进化理论的核心内容2 达尔文自然选择学说的主要内容3 现在进化理论的核心是其主要内容是 a 用进废退b 获得性遗传 a 过度繁殖b 生存斗争c 遗传变异d 适者生存 自然选择 种群是生物进化的基本单位 也是生物繁殖的基本单位 突变和基因重组产生生物进化的原材料 自然选择决定生物进化的方向 隔离是物种形成的必要条件 隔离的实质是阻止种群间的基因交流 生殖隔离是新物种形成的标志 物种形成的三个环节 突变和基因重组 自然选择 隔离生物进化的实质是种群基因频率的改变 有关基因频率的计算 1 常染色体遗传方面的基因频率计算 通过基因型计算基因频率基因频率 种群中该基因的总数 种群中该等位基因的总数 例3 从某个种群中随机抽出100个个体 测知基因型为AA Aa和aa的个体分别是30 60和10个 就这对等位基因来说 每个个体可以看做含有2个基因 那么 这100个个体共有200个基因 其中 A基因有2 30 60 120个 a基因有2 10 60 80个 于是 在这个种群中 A基因的频率为 120 200 60 a基因的频率为 80 200 40 通过基因型频率计算基因频率一个等位基因频率 该等位基因纯合子的频率 1 2杂合子的频率例4 从某种生物种群中随机抽出一定数量的个体 其中基因型为AA的个体占24 基因型为Aa的个体占72 基因型为aa的个体占4 基因A和基因a的频率分别是 A 24 72 B 36 64 C 57 43 D 60 40 解析 根据题意 按方法一计算 在100个个体中 AA占24个 Aa占72个 aa占4个 即在200个基因中 A的基因有2 24 72 120个 基因频率为120 200 60 a的基因频率为40 按基因型频率计算 A AA 1 2Aa 24 1 2 72 60 a aa 1 2Aa 4 1 2 72 40 有关基因频率的计算 D 运用遗传平衡公式 例5 在某一个种群中 已调查得知 隐性性状者 等位基因用A a表示 占16 那么该种群的AA Aa基因型个体出现的概率分别为 A 0 36 0 48B 0 36 0 24C 0 16 0 48D 0 48 0 36 解析 第一步已知隐性性状者即aa的基因型频率为16 那么a基因的频率为0 4 A的基因频率为1 0 4 0 6 第二步将其看作在理想的状态下 运用遗传平衡公式进行计算 AA A A 0 6 0 6 0 36 Aa 2 A a 2 0 6 0 4 0 48答案为A 有关基因频率的计算 2 伴X遗传方面的基因频率计算这类题目的特殊点是 X染色体总数的正确计算 因为男性中只有一个X染色体 所以计算男性X染色体总数时不需要乘以2 这样就能够得出正确的结果 有关基因频率的计算 例7 对某校学生进行色盲遗传病调查研究后发现 780名女生中有患者23人 携带者52人 820名男生中有患者65人 那么该群体中色盲基因的频率是 A 4 4 B 5 1 C 6 8 D 10 2 解析 色盲是伴X染色体隐性遗传 女性色盲患者的基因型是 XbXb 女性携带者的基因型是 XBXb 男性色盲患者的基因型是 XbY 男性无携带者 根据题意 780名女生中有患者23人 携带者52人 因此女性中Xb占 23 2 52 98 820名男生中有患者65人 因此男性中Xb占 65Xb基因总数 98 65 163这样 该校学生中的X染色体总数是 780 2 820 2380 这样该群体中色盲基因的频率就是 163 2380 6 8 答案选C 容易会误算成 780 820 2 3200 结果得出5 1 这一错误结论 而选B 有关基因频率的计算 7 2现代生物进化理论的主要内容 种群基因频率的改变与生物进化 种群是生物进化的基本单位 突变和基因重组产生进化的原材料 可遗传变异 种群中能产生足够多的突变 突变的有利或有害取决于环境 重组使种群出现大量的可遗传变异 突变和重组提供进化的原材料 突变和基因重组都是随机的 不定向的 只能提供进化的原材料 而不能决定进化的方向 具有有利变异的个体有更多的机会产生后代 种群中相应基因的频率会提高 反之 留下后代的机会少 相应基因的频率会下降 在自然选择的作用下 种群的基因频率会发生定向改变 导致生物朝着一定的方向不断进化 自然选择决定生物进化的方向 7 2现代生物进化理论的主要内容 种群基因频率的改变与生物进化 隔离与物种的形成 物种 种 的概念 隔离在物种形成中的作用 隔离是物种形成的必要条件 长期的地理隔离 种群的基因库间形成明显差异 逐步出现生殖隔离 形成新物种 隔离 不同种群间的个体 在自然条件下基因不能自由交流的现象 物种形成本身意味着生物类型的增加 同时 也意味着生物能够以新的方式利用环境条件 共同进化与生物多样性的形成 不同物种之间 生物与无机环境之间 在相互影响中不断进化和发展 就是共同进化 共同进化 通过漫长的共同进化历程 地球上不仅出现了千姿百态的物种 也形成了多种多样的生态系统 7 2现代生物进化理论的主要内容 种群基因频率的改变与生物进化 隔离与物种的形成 共同进化与生物多样性的形成 共同进化 生物多样性的形成 生物多样性 基因多样性 物种多样性 生态系统多样性 的形成 经历了漫长的进化历程 了解这一历程的主要依据是化石 目前掌握的最早的生物化石是35亿年前的古细菌化石 在此后约20亿年的漫长岁月中 地球上的生物主要是海洋中的种数不多的蓝藻和细菌 都是原核生物 生态系统是只有生产者和分解者的两极系统 生命起源与原核生物出现 约15亿年前 真核