现代生物进化理论的主要内容(上课用).ppt

第二节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 探究活动 情景 如果在灰色翅 基因型为aa 昆虫的群体中偶然出现少数绿色翅 Aa 的变异个体 且绿色比灰色更不容易被敌害发现 如果该绿色个体 Aa 已经很好的生活下来 它体内的A基因怎样才能遗传给后代 请写出遗传图解 出现有利变异个体内的优势基因只有在群体中 通过有性生殖才能世代延续 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 这个群体就是种群 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 A 种群 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 思考 同前一年的蝗虫种群相比 新形成的蝗虫种群在基因组成上会有什么变化吗 判断下列是否属于种群 1 一个池塘中的全部鱼 2 一个池塘中的全部鲤鱼 3 两个池塘内的全部青蛙 4 一片草地上的全部植物 5 一片草地上的成年梅花鹿 庙里的一群和尚也属于种群吗 否 是 否 否 否 NO 3 单位 种群是生物繁殖的基本单位种群是生物进化的基本单位种群是生物群落的组成单位种群是物种存在的基本单位 4 特征 种群密度 出生率和死亡率 年龄组成 性别比例 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 B 种群的基因库 1 概念 一个种群中全部个体所含的全部基因叫做这个种群的基因库 这些金鱼各自有自己的基因 共同构成了种群的基因库 它们各自的基因都是基因库的一部分 个体间的差异越大 基因库也就越大 2 特点 每个种群都有它自己的基因库种群中每个个体所含有的基因 只是种群基因库的一个组成部分不仅不会因个体死亡而消失 反而在代代相传中 繁殖 保持和发展 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 C 种群的基因频率 1 概念 在一个种群基因库中 某个基因占全部等位基因数的比率 生物进化的实质就是种群基因频率改变的过程 2 计算公式 基因频率 该基因的数目 该基因的各等位基因的总数 基因型频率 该基因型个体数 种群个体总数 例1 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 基因位于常染色体上 则 A基因的基因频率为 或 该基因纯合子的基因型频率 1 2杂合子的基因型频率 AA 30 Aa 60 aa 10 同理 a aa 1 2Aa 40 例2 从种群中随机抽出100个个体 其中基因型的个体数分别为为XBXB为40 XBXb为6 XbXb为4 XBY为45 XbY为5 则该地区Xb的基因频率是 b基因的基因频率为 某工厂有男女职工各200名 对他们进行调查时发现 女性色盲基因携带者为15人 女性患者1人 男性患者14人 这个群体中色盲基因的频率应为 A 15 B 3 88 C 5 17 D 10 3 色盲 b 基因频率 15 2 14 200 2 200 5 17 C 课堂练习 100 0 3 0 1 0 3 0 3 0 3 0 1 0 36 0 48 0 16 0 6 0 4 0 6 已知某昆虫翅的绿色由显性基因A控制 褐色由隐性基因a控制 现从该种群中随机抽取100个个体 测得基因型为AA Aa aa的个体数分别是30 60 10个 如果一个种群能保证下列五个条件 该种群非常大 所有的雌雄个体都能自由交配 没有迁入和迁出 自然选择对不同表现型的个体没有作用 每对基因不发生突变 并且携带每对基因的染色体不发生变异 这个种群的基因频率 包括基因型频率 就可以一代代稳定不变 保持平衡 这就是遗传平衡定律 也称哈代 温伯格平衡 用数学方法讨论基因频率的变化 遗传平衡定律 在有性生殖过程中 如果符合遗传平衡 产生的雌雄配子 36 24 16 AA Aa Aa 24 aa 遗传平衡定律 其中p代表A基因的频率 q代表a基因的频率 则p q 1 p q 2 p2 2pq q2 1并得出p2代表AA的频率 q2代表aa的频率 2pq代表杂合子Aa的频率 36 48 16 60 40 36 16 48 60 60 40 40 36 48 16 种群的基因频率 基因型频率一代代稳定不变 保持平衡 满足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 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 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 特别是如果第 点假设 基因A和a都不产生突变 即没有基因突变和染色体变异 成立这与前面我们所学的基因突变的哪个特性相违背 与基因突变的普遍性相违背 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 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 基因突变染色体变异基因重组 二 突变和基因重组产生进化的原材料 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 可遗传变异是生物进化的原材料 没有可遗传变异 生物就不可能进化 但是可遗传变异是怎么产生的 真是搞不明白啊 可遗传变异来源 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 自然界 生物自发突变的频率很低 而且突变大多数是有害的 为什么还能够作为生物进化的原材料的呢 果蝇约有104对基因 假定每个基因的突变率是10 5 一个约有109个果蝇的种群每一代出现的基因突变率是 2 104 10 5 109 2 108 基因突变频率很低 且大多是有害的 但种群个体数是很多的 而每一个个体又有许多的基因 这样每一代就会产生大量的突变 取决于生物的生存环境 某海岛上的昆虫出现残翅和无翅类型 影响基因频率的因素 突变 基因重组 自然选择 基因频率的改变 生物的进化 生物进化过程实质 种群基因频率发生变化的过程 突变 许多等位基因 基因重组 许多基因型 大量可遗传的变异 No 变异是随机的 不定向的 那 谁决定的呢 形成了进化的原材料 自然选择 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 95 5 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 二 隔离导致物种形成 1 物种的概念 能够在自相互交配和繁殖 并且产生可育后代的一群生物 种 马和驴是不是一个物种 因为马与驴交配产生的后代骡没有生殖能力 不是 一 物种 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 全世界的人都是一个物种吗 虎狮兽是不育的 所以虎和狮是两个物种 1 定义 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 a 地理隔离 b 生殖隔离 2 隔离 a 地理隔离 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 b 生殖隔离 不同物种间不能相互交配 或者交配后不能产生可育后代 求偶方式不同 繁殖期不同 开花季节不同 花的形态不同 同种生物 自然条件下基因不能交流 一定条件下可以进行基因交流 形成不同的亚种 不同种生物 不能交配或交配后不能产生可育后代 形成不同的物种 经过长期的地理隔离而达成生殖隔离 从而形成新物种 渐变式 原种 变异1 变异2 变异类型1 变异类型2 新种1 新种2 种群1 种群2 物种的形成 地理隔离 突变 基因重组 自然选择 生殖隔离 新物种 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 在自然界里还存在另一种物种形成方式 它往往只需要几代甚至一代就完成了 而且不需经过地理隔离 例如 多倍体植物的形成就是如此 自然界里几平将近一半的被子植物和某些栽培作物就是这样形成的 多倍体的形成不需经地理隔离 骤变式 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 是新物种形成的标志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 物种形成的基本环节是 突变和基因重组 提供进化的原材料 自然选择 基因频率定向改变 决定进化的方向 隔离 物种形成的必要条件 种群和物种的区别 同一地点 一定自然区域 同一地点 不同地点 a 一个物种可以包括多个种群b 同一物种不同种群在一定条件下可以进行基因交流 生活在一定区域的同种生物全部个体 在自然状态下能够相互交配和繁殖 并能产生可育后代的一群生物 不存在生殖隔离 不同物种存在生殖隔离和形态特征的不同 鉴定牧场的本地马和由国外赠送返回原产地放养的野马是两个物种的主要依据是 野马比牧马更善于奔跑 野马比牧马存在地理隔离 野马和牧马存在生殖隔离 野马比牧马更适应野生环境 练一练 下列关于隔离的叙述 不正确的是 阻止种群间的基因交流 对所有的物种来说 地理隔离必然导致生殖隔离 种群基因库的差异是产生生殖隔离的根本原因 不同的物种之间必然存在着生殖隔离 对生物进化方向起决定作用的是 基因重组 基因突变 染色体变异 自然选择 4 下列不属于生殖隔离的是 A 鸟类和青蛙B 马和驴杂交后代不育C 东北虎和华南虎D 山羊和绵羊杂交后杂种不活 5 达尔文在加拉帕戈斯群岛上的不同地雀 用现代进化理论解释错误的是 A 经过长期的地理隔离达到生殖隔离 导致原始地雀物种形成现在的地雀物种B 生殖隔离一旦形成 原来属于同一物种的地雀很快就能进化形成不同的物种C 这些地雀原先属于同一雀种 从南美大陆迁来后 逐渐分布在不同的群岛 出现不同的突变和基因重组D 自然选择对不同种群的基因的频率的改变所起的作用有所差别 最终导致种群的基因库很不相同 并逐渐出现生殖隔离 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 三 共同进化与生物多样性的形成 1 共同进化 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 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 共同进化 捕食关系 竞争关系 寄生关系 共生关系 生物与无机环境间相互影响共同演变 不同种间的共同进化 共同进化 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 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 任何一个物种都不是单独进化的 P124 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 2 生物多样性的形成 思考与讨论 仔细观察教材124页图7 11 并分析讨论下列问题 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 生物进化的大致历程 35亿年前 出现古细菌 最早的生物化石 之后的20亿年 海洋中有少量的蓝藻和细菌 两极生态系统 只有生产者和分解者 15亿年前 海洋中出现真核生物 出现有性生殖 进化速度明显加快 WHY 5 7 5亿年前 海洋中无脊椎动物物种大爆发 生态系统的第三极 消费者出现 对植物的进化产生了重要影响 中生代 新生代 裸子植物和被子植物扮演了生产者中的主角 鸟类