第七章：7.2-现代生物进化理论的主要内容.ppt

第2节现代生物进化理论的主要内容 本节聚焦 1 为什么说种群是生物进化的基本单位 2 种群的基因频率为什么会发生变化 3 自然选择与种群基因频率的变化有什么关系 4 隔离和物种以及共同进化 如果在褐色翅 基因型为aa 昆虫的群体中偶然出现一只绿色翅 基因型为Aa 的变异个体 且绿色比灰色更不易被捕食 那么 1 昆虫的翅色将怎样变化 2 该绿色个体一定能被选择下来吗 为什么 3 如果该绿色个体能很好生活下来 它体内的A基因怎样才能传递给子代呢 4 如果Aa与其他个体交配生殖 后代还会是绿色的吗 问题探讨 现代生物进化理论的主要内容 一 种群是生物进化的基本单位 二 突变和基因重组产生生物进化的原材料 三 自然选择决定生物进化的方向 四 隔离导致物种形成 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 一片草地上所有的蒲公英 例 判断下列是否属于种群 1 一个池塘中的全部鲤鱼 2 一个池塘中的全部鱼 3 一片草地上的全部植物 4 一片森林中的全部松树 5 一片草地上的成年梅花鹿 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行基因交流 并通过繁殖将各自的基因传给后代 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 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 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 概念 例 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 思考与讨论 有数学方法讨论基因频率的变化1 假设上述昆虫种群非常大 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 根据孟德尔的分离定律计算 1 该种群产生的A配子和a配子的比率是多少 2 子代基因型的频率各是多少 3 子代种群的基因频率各是多少 4 子二代 子三代以及若干代以后 种群的基因频率会同子一代一样吗 30 30 30 10 36 48 16 60 40 2 上述计算结果是建立在五个假设条件基础上的 对自然界的种群来说 这五个条件都成立吗 你能举出哪些实例 3 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 例 在一个兔种群中 有一半的兔体内有白色脂肪 基因型为AA 另一半兔体内有黄色脂肪 基因型为aa 那么 这个种群中的基因A和a基因频率都是0 5 在有性生殖过程中 在满足上述五个条件下 这个种群产生具有A和a基因的精子比例是0 5 0 5 产生具有A和a基因的的卵细胞比例也是0 5 0 5 根据遗传规律 产生的子一代具有三种基因型 它们的比例是 0 25AA 0 25Aa 0 25Aa 0 25aa AA aa Aa 25 25 50 A AA 1 2Aa a aa 1 2Aa 25 1 2 50 50 25 1 2 50 50 即 p A q a 2 p2 AA 2pq Aa q2 aa 1 哈迪 温伯格定律 实现遗传平衡的条件 了解 1 种群足够大2 自由交配并产生后代3 无迁入迁出 遗传漂变 4 没有突变5 没有自然选择 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 到再下一代也是如此 也就是说基因频率可以代代保持稳定不变 这就是哈代 温伯格平衡 也叫遗传平衡定律 但是 在实际中 这样的平衡是不存在的 这是因为 第一 足够大的种群是不存在 而根据概率原理 当个体数不是足够大时 实际得到的数值与理论上的数值就存在误差 实际中子代和亲代的基因频率就会有差异 第二 种群中充分的随机交配也是不现实的 也就是说不同基因型的卵细胞和精子结合的机会不会是均等的 例如 在生殖季节 为了争夺异性配偶 雄性海象之间要进行激烈而又残酷的竞争 争斗的最后结果常常是强大的一方占有二三十个雌性海象 由于竞争失败 有的雄性海象没有任何的交配机会 假设其它条件不变 在生殖季节里 如果竞争力强的雄性海象个体基因型大多数是AA 而竞争失败的雄性海象个体的基因型大多数是aa 可能是由于本身基因型的关系 而导致性状上的差异 那么A的基因频率将越来越大 第三 基因突变每时每刻都有可能发生 虽然每一个基因突变的频率很低很低 但一个种群中有很多很多的基因 所以基因的实际突变数是较大的 而且经过代代的遗传 基因突变必然对种群的基因频率产生影响 使基因的频率发生改变 如果由a突变成A的数或a突变成其它复等位基因的数相对较大 则a的基因频率将越来越小 第四 由于各种原因 种群中有的个体会离开该群体 相反的可能 有的同种的外来个体会迁入该种群 使种群中各种基因型的比例发生变化 而导致种群基因频率的改变 第五 在自然界中 自然选择是不可抗拒的 始终对种群发挥作用 如基因型为aa的个体由于本身基因的原因 在特定的环境条件下 而导致性状缺陷 不能适应变化了的环境 在自然选择中处于不利地位 则a的基因频率也会越来越小 由于上述五方面的因素 种群基因频率的改变是客观的 亲代和子代之间基因频率的差异可能是微妙的 但经过代代的遗传 当这一差异由量变的积累而达到质的差异时 该种群就渐变成另外一个不同的种群了 所以从理论上分析 种群基因频率的改变是不可避免的 生物的进化是必然的 遗传平衡公式 哈迪 温伯格定律 p q 2 p2 2pq q2 1 A a AA aa Aa A A 课堂练习 3 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 4 据调查 某校学生中基因型的比例为XBXB 42 32 XBXb 7 36 XbXb 0 32 XBY 46 XbY 4 则该地区XB和Xb的基因频率分别是 A 6 8 B 8 92 C 78 92 D 92 8 D 5 2010年高考上海卷 某自花传粉植物种群中 亲代中AA基因型个体占30 aa基因型个体占20 则亲代A的基因频率和F1中AA的基因型频率分别是 A 50 和32 5 B 55 和42 5 C 45 和42 5 D 45 和32 5 B 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 普遍存在 随机发生 突变频率很低 多数对生物体是有害的 不定向的 基因突变与基因频率改变有什么关系 3 基因突变和染色体变异统称为突变 人类把鲫鱼的后代培育成金鱼 实质就是通过选择改变基因频率 从图中看 显然红色基因的频率显著提高了 某海岛上的昆虫出现残翅和无翅类型 基因突变与基因频率改变有什么关系 为什么 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 在自然情况下 突变的频率是很低的 且多数是有害的 对生物的进化有重要意义吗 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 例如 某果蝇约有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 二 突变和基因重组产生进化的原材料 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 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 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 13 1 升高 26 60 9 26 1 73 9 14 6 29 3 56 1 29 3 70 7 降低 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 变异是不定向的 不利变异被淘汰 有利变异逐渐积累 经过自然选择 种群的基因频率发生定向改变 生物朝一定方向缓慢进化 自然选择 表现型 基因型 基因频率 三 自然选择决定生物进化的方向 四 隔离导致物种形成 1 物种的概念 A 全世界的人都是一个物种 B 马和驴是不是一个物种 指分布在一定的自然区域 具有一定的形态结构和生理功能 而且在自然状态下能互相交配 并产生出可育后代的一群生物个体 无论白人黑人黄种人结婚 都能产生具有生殖能力的后代 马与驴交配产生的后代骡没有生殖能力 物种是如何形成的呢 是 不是 类型 地理隔离 生殖隔离 实质 2 隔离 由于高山 河流 沙漠等地理上的障碍 使彼此间不能相遇而不能交配 种群间的个体不能自由交配或交配后不能产生可育的后代 阻止种群间的基因交流 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 地理隔离 生殖隔离 长期 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 一般是先有地理隔离 然后有生殖隔离 形成新的物种 但也有不经过地理隔离产生生殖隔离的情况 如多倍体植物的形成 3 物种的形成 以染色体数目变化的方式形成新物种 通过它们的综合作用 种群产生分化 最终导致新物种的形成 在这个过程中 为生物进化的提供原材料 使种群的基因频率定向改变并决定生物进化的方向 自然选择 隔离 自然选择 隔离 物种形成过程的三个基本环节 突变和基因重组 是新物种形成的必要条件 突变和基因重组 问题 物种形成与生物进化是一回事吗 答案 两者不是一回事 任何基因频率的改变 不论其变化大小如何 都属进化的范围 而作为物种的形成 则必须当基因频率的改变在突破种的界限形成生殖隔离时 方可成立 因此隔离是物种形成的必要条件 而不是生物进化的必要条件 一个生物 种 或 物种 于种群有何区别 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 三共同进化和生物多样性的形成 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 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 共同进化的含义1 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 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 不同地层化石模式图 最早的生物化石 古细菌 距今35亿年 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 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 晚古生代生物晚古生代泥盆纪生物登陆 蕨类植物 总鳍鱼 石炭纪裸子植物 到处是绿色的世界 是煤炭形成的主要地质年代 二叠纪以生物大量灭绝为特征 可能是由于环境的变迁 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 新生代少女化石和复原图 在进化过程中 许多物种由于不适应环境的变化而灭绝了 例如 在中生代 统治 地球达1亿年之久的各种恐龙 在白垩纪全部绝灭 恐龙的绝灭为哺乳动物的兴盛腾出了空间 使生物进化翻开了崭新的一页 2 生物多样性的形成的进化历程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 生物进化理论在发展 中性进化理论 间断平衡学 理论 小结 三共同进化与生物多样性的形成1 共同进化含义不同物种间的共同进化生物与无机环境之间的相互影响和共同演变2 生物多样性的形成基因多样性 1 生物多样性的内容物种多样性生态系多样性 2 生物多样性的形成的进化历程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 生物进化理论在发展 6 下列关于物种的叙述哪一项是不正确的 A 同一物种内的生物个体可以自由交配和繁殖B 物种具有遗传稳定性C 不同物种的个体之间交配一定不能成功D 同一物种内的个体具有一定的形态特征和生理功能 C 7 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 C 8 下列关于生物进化的方向性问题的叙述 哪一项是不正确的 A 种群中生物个体的变异是定向的B 种群的基因频率的改变是定向的C 自然选择是定向的D 生物的进化是定向的9 下列哪一项不是自然选择对生物进化的作用A 自然选择作用于生物的变异 使有利的变异得到保存 不利的变异被淘汰B 自然选择使生物种群的基因频率发生定向性改变C 自然选择可诱导生物的变异发生定向性改变D 自然选择是物种形成的基本环节之一 A C 10 新物种形成最显著的标志是 A 具有一定的形态结构B 具有一定的生理功能C 产生了生殖隔离D 改变了基因频率11 下列关于自然界中物种形成的有关因素 不正确的是 A 突变和基因重组是物种形成的内因B 自然选择是物种形成的外因C 隔离是物种形成的必不可少的重要因素D 物种的形成有的不需要经过隔离 C D 12 多选 下列可使基因频率发生变化的有A 基因突变B 遗传漂变C 生物迁移D 基因重组13 公鹿往往用鹿角作为争夺配偶的武器 按照达尔文的观点 现代公鹿鹿角发达的原因是A 每代经常使用的结果B 变异朝有利于生殖的方向发展的结果C 繁衍后代的需要D 自然选择的结果 ABCD D 14 2010年高考全国卷 关于在自然条件下 某随机交配种群中等位基因A a频率的叙述 错误的是 A 在某种条件下两种基因的频率可以相等B 该种群基因频率的变化只与环境的选择作用有关C 一般来说 频率高的基因所控制的性状更适应环境D 持续选择条件下 一种基因的频率可以降为零 B 15 在我国云南澄江发现的动物化石群约处于5 3亿年前的寒武纪早期 该化石群有l00多种60多个类群 大多已灭绝 其动物结构与现存动物结构差异根大 在此前的地层中却找不到其祖先 如此多的动物种类在寒武纪早期 突然 出现的事实与达尔文进化学说观点相矛盾的是 A 生物是由其祖先经漫长的地质年代逐渐进化而来