现代进化理论内容

第二节现代生物进化理论的主要内容 一 种群基因频率的改变与生物进化 探究活动 一 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 那么 昆虫的翅色将怎样变化 如果该绿色个体 Aa 能很好的生活下来 它体内的A基因怎样才能遗传给子代呢 如果Aa与其他个体交配生殖 后代还会是绿色的吗 质疑 该绿色个体一定能被选择而留下来吗 为什么 有利变异怎样遗传 出现有利变异个体 Aa 内的有利基因 A 只有在群体中 通过有性生殖才能世代延续 另外有利变异的个体也不一定能遗传 研究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 还必须研究群体的基因组成变化 一 种群是生物进化的基本单位 这个群体就是种群 探究活动 二 1 什么叫做种群 生活在一定区域的同种生物的全部个体叫做种群 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 并通过繁殖将各自的基因传给后代 基因交流 探究活动 二 2 阅读114页的第三自然段 探究并回答问题 种群在繁衍过程中 个体有新老交替 基因却代代相传 这句话表明种群在进化过程中处于什么地位 说明在自然界中 种群是生物繁殖 进化的基本单位 下列属于种群的是 A一块水田里的全部水稻 水草B一块稻田里的全部幼蚜 有翅 无翅的成蚜C一块朽木上的全部真菌D一个池塘中全部鱼下列关于种群的说法不正确的是 A种群是生物进化的基本单位B种群是生物繁殖的基本单位C中国大陆上所有老虎是一个种群D同一种群的个体可以自由交配 B C 性状是由基因控制的 因此研究生物的进化必须研究种群的基因组成和变化 如何分析种群的基因组成和变化 由此人们提出基因库和基因频率的概念 1 什么是种群的基因库 一个种群中全部个体所含有的全部基因叫这个种群的基因库 下列关于基因库的叙述正确的是 A一个种群中一个个体所含有的全部基因叫做这个种群的基因库B一个种群中全部个体所含有的显性基因叫做这个种群的基因库C一个种群中全部个体所含有的全部基因叫做这个种群的基因库D一个种群的基因库会随着种群中一代一代的死亡而消减和灭亡 C 2 什么是种群的基因频率 在一个种群基因库中 某基因占全部等位基因的比率叫做基因频率 基因频率的计算 某昆虫种群中 绿色翅的基因为A 褐色翅的基因为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 该基因总数 纯合子个体数X2 杂合子个体数 种群中该对等位基因的总数 个体总数X2 1 已知基因型个体数计算基因频率 某种群中AA Aa aa的个体分别占24 72 4 那么A a的基因频率是多少 A 36 和64 B 57 和43 C 24 和72 D 60 和40 D 2 已知基因型频率计算基因频率 A 24 1 2X72 60 3 X染色体上基因的基因频率的计算 注意 对伴X染色体遗传 在Y染色体上往往没有该基因或其等位基因 所以在计算基因总数时应只考虑X染色体上的基因总数 用数学方法讨论基因频率的改变假设讨论题中的种群满足以下五个条件 昆虫种群非常大 没有迁入与迁出 所有的雌雄个体间都能自由交配并能产生后代 AA Aa aa三种基因型昆虫的生存能力完全相同 也就是说自然选择对A a控制的翅型性状没有作用 A和a都不产生突变 探究活动 四 在有性生殖过程中 如果符合上述的理想条件 那么 1 该种群产生的A配子和a配子的比率各是多少 2 子代基因型的频率各是多少 36 24 16 AA Aa Aa 24 aa 30 30 30 10 36 48 60 40 16 3 子一代种群的基因频率是多少 36 48 16 4 计算子二代 子三代的基因型频率与基因频率 分析一下各代基因频率与基因型频率相同吗 由此可见 如果满足上述五个条件 则亲代和子代每一种基因的频率都不会改变 到下一代也是如此 也就是说基因频率可以代代保持稳定不变 即 在一个极大的随机交配的种群中 在没有迁移 选择和突变的条件下 种群的基因频率和基因型频率可以世代相传 不发生变化 保持平衡 遗传平衡定律即哈代 温伯格定律遗传平衡定律是由英国数学家哈代和德国医生温伯格分别独立证明的 这一定律又称哈代 温伯格定律 它是指在一个极大的随机交配的种群中 在没有突变 选择和迁移的条件下 种群的基因频率和基因型频率可以世代相传不发生变化 保持平衡 若一个理想种群中一对等位基因为A和a 设A的基因频率 p a的基因频率 q 则 p q A a 1 p q 2 p2 2pq q2 AA Aa aa 1 AA的基因型频率 p2 aa的基因型频率 q2 Aa的基因型频率 2pq 例 某人群中每10000人中有一白化病患者 aa 问该人群中带有a基因的杂合体概率是多少 解析 已知基因型aa的频率为1 10000 则基因a的频率q 基因A的频率p 1 0 01 0 99 0 01 则基因型Aa的频率为2pq 2 0 99 0 01 0 0198 答案 0 0198 5 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 生物进化的实质 种群基因频率的改变 满足这五个假设条件的种群是理想的种群 在自然条件下 这样的种群是不存在的 即使前4个条件可以满足 但基因突变和染色体变异总会发生的 这也从反面说明了在自然界中 种群的基因频率迟早要发生变化 也就是说种群的进化是必然的 6 如果该种群出现新的突变型 也就是产生新的等位基因 A2 种群的基因频率会变化吗 基因A2的频率可能会怎样变化 突变产生的新基因会使种群的基因频率发生变化 基因A2的频率是增加还是减少 要看这一突变对生物体是有益还是有害的 这往往取决于生物生存的环境 普遍性 随机性 稀有性 低频率 多害少利性 不定向性 A a1或A a2 基因突变的的特点和意义分别是什么 基因突变尽管是随机的 不定向的 在自然状态下 突变频率很低 但却是普遍存在的 意义 它是新基因产生的途径 是生物变异的根本来源 是生物进化的原始材料 二 突变和基因重组产生进化的原材料 基因突变在自然界是普遍存在的 基因突变产生新的等位基因 这就可能使种群的基因频率发生变化 什么是突变 现代遗传学研究表明 可遗传的变异来源于基因突变 基因重组和染色体变异 其中基因突变和染色体变异统称为突变 基因突变 染色体变异 基因重组 突变 可遗传的变异 种群基因频率改变的因素 自然界中生物的自然突变频率很低 而且一般对生物体是有害的 基因突变为什么还能够改变种群中的基因频率 作为生物进化的原材料呢 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 此外 突变的有害还是有利也不是绝对的 这往往取决于生物的生存环境 例如 一个果蝇约有104对基因 假定每个基因的突变率都是10 5 若有一个中等数量的果蝇种群 约有108个个体 那么每一代出现基因突变数是多少呢 2 104 10 5 个体 108 种群 2 107 1 种群中突变的特点 突变数很大 随机 不定向2 种群基因重组的结果 产生更多可遗传变异 不定向 由于突变和基因重组都是随机的 不定向的 因此 突变和基因重组只是提供了生物进化的原材料 不能决定生物进化的方向 1 根据前面所学的你能做出假设吗 探究活动 五 探究自然选择对种群基因频率的影响 自然选择可以使种群的基因频率定向改变 2 现在我们用数学方法来讨论一下桦尺蠖基因频率变化的原因 1870年桦尺蠖的基因型频率为SS10 Ss20 ss70 在树干变黑这一环境条件下假如树干变黑不利于浅色桦尺蠖的生存 使得种群中浅色个体每年减少10 黑色个体每年增加10 以后的几年内 桦尺蠖种群每年的基因型频率与基因频率是多少呢 升高 降低 自然选择可以使种群的基因频率定向改变 3 变黑的环境对桦尺蠖浅色个体 ss 的出生率有影响吗 4 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 因为许多浅色个体可能在没有交配 产卵前就已被天敌捕食 因为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 有影响 表现型 自然选择可以使种群的基因频率定向改变 三 自然选择决定生物进化的方向 突变和基因重组为生物进化提供了原材料 自然选择可以使种群基因频率发生定向改变 导致生物朝着一定的方向不断进化 原因 淘汰不利变异基因 积累有利变异基因结果 使基因频率定向改变 除自然选择外 遗传漂变和迁移也是造成种群基因频率发生变化的重要原因 生物进化的实质 是生物进化的基本单位 产生进化的原材料 决定生物进化的方向 种群 突变和基因重组 自然选择 种群基因频率的改变 6 某岛屿上存在着尺蛾的两个变种 该地区原为森林 后建设成工业区 下表为该地区不同时期的两个变种尺蛾的数量比 这些变产生的原因是 A 灰尺蛾迁离 黑尺蛾迁入B 工业煤烟使灰尺蛾变成黑尺蛾C 自然选择作用D 人工选择的作用7 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 它决定着生物进化的 C 变异 原材料 选择 方向 定向的 二 隔离与物种的形成 曼彻斯特地区的桦尺蠖 虽然基因频率发生了很大变化 但并没有形成新物种 怎样判断两个种群是否属同一物种呢 英19世纪曼彻斯特 英20世纪曼彻斯特 S 黑色 基因频率 桦尺蠖 桦尺蠖 5 以下95 以上 S 浅色 基因频率 95 以上5 以下 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称为一个物种 简称 种 是不是所有不同种的生物之间都不能交配呢 物种的概念 驴 马 骡子 不可育 不同物种之间一般是不能相互交配的 即使交配成功 也不能产生可育的后代 这种现象叫做生殖隔离 生殖隔离 虎 虎狮兽 狮 不可育 在自然界 是不是同一物种的个体都生活在一起呢 不是 由于高山 河流 沙漠或其他地理上的障碍 每一个物种总是被分成一个一个或大或小的群体 这些群体就是不同的种群 2 两个池塘的鱼能够发生基因交流吗 为什么 1 两个池塘的鱼 鲤鱼 都是一个物种 它们是属于一个种群还是两个种群 3 如果把它们放到一个池塘里饲养 它们能不能发生基因交流 为什么 东北虎 华南虎 同一种生物由于地理上的障碍而分成不同的种群 使得种群间不能发生基因交流的现象 地理隔离 东北虎 左 和华南虎 右 都是亚洲虎的后代 由于长期地理隔离而没有相互交配 没有基因交流 形态和习性有了显著差异 若再次相遇仍能交配和繁育后代 这样的不同种群称为同一物种的两个亚种 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 两种颜色的桦尺蠖是不是一个物种 英19世纪曼彻斯特 英20世纪曼彻斯特 桦尺蠖 桦尺蠖 是 自然选择使曼彻斯特地区的桦尺蠖种群中的黑色突变类型迅速发展 但是这个种群至今没有形成新物种 就是因为它们仍然生活在一起 通过交配进行基因交流 并没有形成生殖隔离 隔离在物种形成中的作用 22岁那年 达尔文以博物学者的身份登上 贝格尔 号远航考察船 随船进行为期五年的环球科学考察 加拉帕戈斯群岛上的地雀 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 不一定 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 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 加拉帕戈斯群岛不同种地雀形成 原始地雀 分布于不同岛屿上 地理隔离 各地雀种群有可能出现不同突变和基因重组 各岛屿环境不同 自然选择导致所留下的基因不同 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 它们各自种群的基因频率就会发生不同的变化 小结 物种形成的一般过程 种群 小种群 新物种 发生改变基因频率 突变和基因重组 物种形成的标志 由此得出 隔离是物种形成的必要条件 生物进化与物种形成的关系 地理隔离是形成物种的量变阶段生殖隔离是形成物种的质变阶段隔离是物种形成的必要条件 物种的形成都需要地理隔离吗 思考 提示 二倍体西瓜和四倍体西瓜是不是同一物种 不同物种间都存在着生殖隔离 物种的形成必须经过生殖隔离 但不一定要经过地理隔离 隔离是新物种形成的必要条件 物种形成的意义 物种形成本身表示生物类型的增加 同时 它也意味着生物能够以新的方式利用环境条件 从而为生物的进一步发展开辟新的前景 三 共同进化与生物多样性的形成 在自然界 一种植物专门由一种昆虫传粉的情形很常见 昆虫传粉的专门化对植物繁衍后代有什么意义 共同进化 资料 动物学家对生活在非洲大草原奥兰治河两岸的羚羊进行研究时发现 东岸的羚羊群的奔跑速度比西岸的羚羊每分钟竟快13米 为何差距如此之大 经过观察和科学实验 动物学家终于明白 东岸的羚羊之所以强健 是因为它们附近有一个狼群 生存时时处于危险之中 捕食 捕食者的存在是否对被捕食者有害无益 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 精明的捕食者 策略 捕食者一般不能将所有的猎物吃掉 否则自己也无法生存 收割理论 捕食者往往捕食个体数量多的物种 这样就会避免出现一种或几种生物在生态系统中占绝对优势的局面 为其他物种的形成腾出空间 捕食者的存在有利于增加物种的多样性 共同进化的含义1 不同物种间的共同进化 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 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 生物进化与无机环境变化的关系 生物的新陈代谢类型由原始异养厌氧 自养厌氧 自养需氧 生物进化历程示意图 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 这就是共同进化 通过漫长的共同进化过程 地球上不仅出现了千姿百态的物种 而且形成了多种多样的生态系统 也就是形成了生物的多样性 综上所述 生物多样性的形成 地球上所有的植物 动物和微生物 它们所拥有的全部基因以及各种各样的生态系统 共同构成了生物多样性 简单 复杂低等 高等原核细胞 真核细胞单细胞 多细胞无性生殖 有性生殖原始异养厌氧 自养厌氧 自养需氧水生 水陆两栖 陆生 生物多样性的形成 生物多样性的形成是共同进化的结果 原因 生物进化理论在发展 生物的进化如此复杂 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 在这些学说中 以自然选择为核心的进化理论比其他学说的影响要广泛而深远 它仍然是以后各个方面研究的一个基础 进化理论同其他科学理论一样 它不会停滞不前 它还在发展 总结 种群是生物进化的基本单位 突变和基因重组 自然选择及隔离是物种形成过程的三个基本环节 突变和基因重组产生生物进化的原材料 自然选择使种群的基因频率定向改变并决定生物进化的方向 隔离是新物种形成的必要条件 生物进化的实质在于种群基因频率的改变 以自然选择学说为核心的现代生物进化理论的基本观点是 隔离是形成新物种的 常见的隔离类型有隔离和隔离 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 地理 生殖 生殖 基因 2 生物多样性的形成 1 生物多样性的内容 物种多样性 基因多样性 生态系统多样性 化石 埋藏在地层中的古代生物的遗体 遗迹和遗物 石化后形成的 是研究生物进化最直接的证据 2 生物多样性的形成的进化历程 最早的生物化石 古细菌 距今35亿年 最早出现的生物是哪一类生物 它们生活在什么环境中 厌氧的单细胞生物 它们生活在海洋中 13亿年前真核生物的红藻化石 34亿年前的古细胞化石 前寒武纪地层中的水母化石 前寒武纪生物寒武纪之前 前寒武纪 地球上的生命都是非常低级的 主要是一些单细胞生物 环节动物 节肢动物等 多细胞生物大约是什么时期出现的 它们生活在什么环境 大约是在寒武纪 生活在海洋中 早古生代生物 寒武纪 进入早古生代 一些大型的古生物相继出现 如三叶虫 鹦鹉螺等 出现了生命演化史上的第一次繁荣景象 在中国云南澄江发现的寒武纪古生物是最有代表性的寒武纪生物群 最早登陆的生物是植物还是动物 为什么 植物 否则动物登陆后就会饿死 一些海洋植物开始适应陆地生活 主要是蕨类植物 中生代生物中生代三叠纪生物复苏 开始出现水生爬行动物 如鱼龙 蛇颈龙等 侏罗纪是恐龙的天下 发现始祖鸟 中华龙鸟等 昆虫类也开始繁盛 白垩纪末期也是生物的灭绝时期 但开始出现被子植物 中生代陆地和海洋中的情况 始祖鸟 在白垩纪全部绝灭 恐龙的绝灭有利于哺乳动物的繁盛 使生物进化翻开了崭新的一页 恐龙是什么时候灭绝的 恐龙的灭绝对生物多样性会产生怎样的影响 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 3 生物进化理论的不断发展 生物进化是如