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第七章现代生物进化理论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 一 种群是生物进化的基本单位 1 种群概念 生活在一定区域的同种生物的全部个体 卧龙自然保护区猕猴 卧龙自然保护区熊猫 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 并通过繁殖将各自的基因传给后代 人们为什么要提出 种群 这个概念呢 自然界的物种实际上是以一个个种群存在的 种群是物种繁衍 进化的基本单位 它为研究生物与环境的关系和物种的变化带来了方便 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 基因频率和基因型频率的计算 纯合子频率 1 2杂合子频率 基因频率和基因型频率的关系转换设一对等位基因为A和a 其频率分别为p与q p q 1 亲代AA和aa自然交配后F1袋具有AA Aa aa三种基因型 其频率如下列公式 p A q a 2 p2 AA 2pq Aa q2 aa 即AA的基因型频率为 p2 Aa的基因型频率为 2pq aa的基因型频率为 q2 产生A配子频率为 A p2 1 2 2pq p2 pq p p q p产生a配子频率为 a q2 1 2 2pq q2 pq q q p q可知F1的基因型频率没有改变 例 如某昆虫种群中决定翅色为绿色的基因为A 决定翅色为褐色的基因为a 从种群中随机抽出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 那么A和a的基因频率是多少 解 A基因的基因频率为 a基因的基因频率为 基因频率 纯合子频率 1 2杂合子频率 40 30 100 100 1 2 60 100 100 60 10 100 100 1 2 60 100 100 40 A a 100 60 生物进化的实质 种群的进化过程就是种群基因频率发生变化的过程 从基因频率的变化可以认识到 自然界中种群的基因频率一定会发生变化 也就是说种群的进化是必然的 影响种群基因频率变化的根本原因是什么 变异 变异的类型有那些 不能遗传的变异 可遗传的变异 基因突变基因重组染色体变异 2 种群基因重组的结果 产生更多变异 基因型 不定向 二 突变和基因重组产生生物进化的原材料 1 基因突变的特点 普遍性 随机性 低频性 多害少利性 不定向性 3 基因突变和染色体变异统称为突变 基因突变在自然界是普遍存在的 因此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 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 为什么还能够改变种群中的基因频率呢 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2 种群基因重组的结果 产生更多可遗传变异 不定向 结论 突变和基因重组产生进化的原材料 基因重组 突变 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 由于突变和基因重组 桦尺蠖形成了不同的体色 黑色S 浅色s 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 未形成生殖隔离 还有基因交流 三 自然选择决定了生物进化的方向 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 二 隔离与物种的形成 1 物种的概念 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称为一个物种 简称 种 一个生物 种 或 物种 与种群有何区别 物种可以分布在不同的自然界的不同区域 只有在可以发生随即交配 繁衍 使基因能够世代传得一定区域内的同种全部个体的集合才是一个种群 自然界的物种实际上是以一个个种群存在的 种群是物种繁衍 进化的基本单位 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 同样 所有的马是一个物种 所有的驴也是一个物种 但马和驴不是一个物种 因为马与驴交配产生的后代骡没有生殖能力 全世界的人都是一个物种吗 马跟驴是一个物种吗 3 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 如季节隔离 不亲合性 杂种不活 杂种不育等 2 生殖隔离 东北虎和华南虎之间存在什么隔离 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 4 隔离在物种形成中的作用 隔离不同种群间的个体 在自然条件下不能发生基因交流的现象 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 自然选择2 自然选择1 地理隔离 物种形成的比较常见的方式 原种 变异1 变异2 变异类型1 变异类型2 新物种 新物种 生殖隔离 地理隔离阻断基因交流在不同的突变基因重组和自然选择作用下基因频率向不同方向发生改变种群的基因库出现差异差异进一步加大生殖隔离新物种形成 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 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 现代进化论解释物种形成的基本环节 1 突变和基因重组产生进化的原材料 2 自然选择决定生物进化的方向 定向 3 隔离导致物种的形成 三 共同进化与生物多样性的形成 捕食者的存在是不是对被捕食者有害无益呢 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 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 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 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