现代生物进化理论的主要内容(上课用)（课堂PPT）

第2节现代生物进化理论的主要内容,1,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,2,问题探讨,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。,讨论题目：1.根据达尔文“适者生存、不适者淘汰”的观点该绿色个体一定能被选择下来吗？2.如果该绿色个体能很好的生活下来，它体内的A基因怎样才能传递给后代？,3,在自然界中，没有哪一个个体是长生不死的，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生殖传给后代，因此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，还需要研究群体的基因组成变化。,4,（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,5,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,否,是,否,否,否,6,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。,7,、基因库: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。其中每个个体所含的基因只是基因库的一部分,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。个体数目越多，个体间的差异越大，基因库也就越大。,8,基因频率是指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100%基因型频率是指某种特定基因型的个体占群体内全部个体的比率。基因型频率100%,3.基因频率和基因型频率,9,例1: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。问每种基因型频率是多少？A、a基因频率是多少？,解:,=纯合子基因型频率+1/2杂合子基因型频率,10,例1.在一个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18%，基因型Aa的个体占78%，aa的个体占4%。基因A和a的频率分别是，。,5743,练习：,例2:某工厂有男女职工各200人，对他们进行调查时发现，女色盲5人，女性携带15人。男性色盲11人，求XB,Xb的频率。,11,12,1、假设的昆虫群体满足以下五个条件：昆虫群体数量足够大，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，自然选择对A、a控制的翅型性状没有作用也没有基因突变和染色体变异。,P115思考与讨论,用数学方法讨论基因频率的变化,13,30%,30%,30%,10%,36%,48%,16%,60%,40%,如果F1个体再自由交配，产生F2呢？,14,36%,48%,16%,60%,40%,36%,16%,48%,60%,60%,40%,40%,36%,48%,16%,60%,40%,上述在群体满足五个条件的情况下,计算子二代、子三代的基因频率与基因型频率;分析一下各代基因频率与基因型频率相同吗？,子代的基因频率和基因型频率不改变,15,假设的昆虫群体满足以下五个条件：昆虫群体数量足够大，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，自然选择对A、a控制的翅型性状没有作用也没有基因突变和染色体变异。,在上述条件下，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，叫做哈代温伯格定律，也叫遗传平衡定律。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,16,利用遗传平衡定律求基因频率例：人类的苯丙酮尿症是代谢疾病，由隐性基因(a)控制。如果群体的发病率为1/100。随机婚配的群体中，后代AA、Aa、aa三种基因型出现的频率分别是多少？,0.81、0.18、0.01,17,例：人类的苯丙酮尿症是代谢疾病，由隐性基因（a）控制。如果群体的发病率为1/100。表现型正常的个体婚配，生出患病小孩的概率是多少？,1/121,18,遗传平衡是一种理想状态，而事实上在自然界中这种状态是不可能存在的。所以，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。,生物进化的过程实质就是种群基因频率发生变化的过程。,19,（二）突变和基因重组产生生物进化的原材料,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。,不可遗传变异,可遗传变异,基因突变基因重组染色体变异,变异,20,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。,21,例如：一个果蝇约有104对基因，假定每个基因的突变率都是105，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？,2104105,个体,108,种群,=2107,1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,22,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。,23,2、突变的有害和有利并不是绝对的，它取决于生物的生存环境。,3、突变和基因重组都是不定向的，只产生生物进化的原材料，不能决定生物进化的方向。,1、种群是由许多个体组成的，每个个体的每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。,（二）突变和基因重组产生进化的原材料,24,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,（二）突变和基因重组产生进化的原材料,25,长满地衣的树干上的桦尺蠖,黑褐色树干上的桦尺蠖,自然选择对种群基因频率的影响,英19世纪曼彻斯特,英20世纪曼彻斯特,探究,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%,26,长满地衣的树干上的桦尺蠖,黑褐色树干上的桦尺蠖,自然选择对种群基因频率的影响,英19世纪曼彻斯特,英20世纪曼彻斯特,自然选择可以使种群的基因频率定向改变,问题：桦尺蠖种群中s基因的频率为什么越来越低？假设：,探究,27,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,28,自然选择条件下种群基因频率,理想条件下种群基因频率,得出结论：环境的选择作用使s基因频率越来越低,29,提示：假设第1年种群个体数为100个，当黑色（表现型）个体每年增加10%时，基因型为SS（黑色）个体第2年将会增加到11个，基因型为Ss（黑色）个体第2年将增加到22个，基因型为ss（浅色）个体第2年将减少到63个。第2年种群个体总数为96个，基因型SS的频率是1196=11.5%；基因型Ss的频率是2296=22.9%；基因型ss的频率是6396=65.6%,30,(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。,有影响。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。,31,（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。,32,变异是不定向的,自然选择,不利变异被淘汰,有利变异逐渐积累,种群的基因频率发生定向改变,生物朝一定方向缓慢进化,自然选择决定生物进化的方向,33,总结：1、生物进化的基本单位是种群（也是繁殖的基本单位）2、种群的概念和特点3、基因库、基因频率，基因频率与基因型频率的换算关系4、生物进化的实质是种群基因频率的改变5、突变和基因重组产生生物进化的原材料(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）6、自然选择决定生物进化的方向（使基因频率定向改变）,34,1.一个种群由400只鸟组成，其中基因型AA的个体有40只、Aa的个体有160只、aa的个体有200只。该种群中基因a的频率是多少？A40%B50%C60%D70%；,2.如果有40只基因型为aa的鸟迁出，40只基因型为AA的鸟迁入，请问新群体中基因a的频率将是多少？A40%B50%C60%D70%；,D,C,练习,35,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,A=24%+1/2X72%=60%,36,据调查得知，某学校的学生中各血型的比率如下：IAIA20%IAi30%IBIB10%IBi20%IAIB10%ii10%计算IB的基因频率。,10%+1/2（10%+20%）=25%,37,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,15214,2002200,5.17,C,课堂练习：,100%,38,4.在某一种群中，已调查得知，隐性性状者（等位基因用A、a表示）占16%，那么该性状的AA、Aa基因型个体出现的频率分别为（）A.0.36、0.48B.0.36、0.24C.0.16、0.48D.0.48、0.36,A,39,现代生物进化理论的主要内容,三、隔离与物种的形成,40,（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，称为一个物种，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？,41,同一物种满足的两个条件：,1、可以相互交配,2、产生的后代可育,物种与种群有何关系？,一个物种可以包括生活在不同地理区域的多个种群。只要各个种群相互交配仍能产生可育的后代，则是同一物种。,42,是不是不同物种的生物在自然状态下一定不能交配呢？,无生育能力，没有后代。,自然状态下不能进行基因交流！,43,不同物种之间一般是不能交配的，即使交配成功也不能产生可育后代，这种现象叫做生殖隔离。,生殖隔离,哪些情况会导致生殖隔离呢？,44,荇菜与梅花因花期不同而出现生殖隔离,45,孔雀与巨嘴鸟因求偶方式不同二出现生殖隔离,46,曼陀罗的花粉在其他植物的花的柱头上不能完全萌发成为花粉管，使得两性生殖细胞不能融合而形成生殖隔离,47,狮子与老虎杂交产生狮虎兽是没有生育能力的，狮子与老虎因杂种不育而形成生殖隔离,不同物种个体间因生殖隔离而不能进行基因交流。,48,生活在不同区域的同种生物，在自然条件下能不能进行基因交流呢？,地理隔离,如果把东北虎和华南虎放在同一片草原上，它们仍然可以自发交配并产生可育后代，说明东北虎和华南虎仍然属于同一物种。,同一种生物因为地理上的障碍而分成不同的种群使得物种间不能发生基因交流的现象。,如东北虎(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，形成了地理隔离，它们形成两个不同的亚种。,49,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：,隔离在物种的形成中发挥了怎样的作用？,50,下图是一个假想的情境，可以帮助你想象和思考。,在一个山谷中，有一个鼠种群在“快乐”地生活着。雌鼠和雄鼠之间可以自由交配，繁衍后代。,二、隔离在物种形成中的作用,51,下图是一个假想的情境，可以帮助你想象和思考。,后来山洪爆发了，山谷中形成了一条汹涌的大河。鼠种群的个体，一半在河这边，一半在河那边。就这样过了几千年。,二、隔离在物种形成中的作用,52,下图是一个假想的情境，可以帮助你想象和思考。,后来，河流干涸了，两个鼠种群又会合在一起。它们发现彼此大不相同。它们之间还能自由交配吗？,53,二、隔离在物种形成中的作用,54,加拉帕戈斯群岛上不同地雀的形成,原始种群,地理隔离,多个小种群,突变和基因重组,自然选择,基因频率改变,生殖隔离,不同的新物种,55,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1,新物种2,生殖隔离,种群1,种群2,56,二、隔离在物种形成中的作用,隔离是物种形成的必要条件。,自然界中物种形成的方式有多种，经过长期的地理隔离而达到生殖隔离是比较常见的一种方式。,生殖隔离是物种形成的标志。,57,现代生物进化理论的主要内容,是生物进化的的基本单位，生物进化的实质是的改变。,产生进化的原材料；,决定生物进化的方向；,是物种形成的必要条件；,种群,种群基因频率,突变和基因重组,自然选择,隔离,58,共同进化与生物多样性形成,59,一、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。,60,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。,一、共同进化,61,在自然界，一种植物专门由一种昆虫传粉的情形很常见。,又如倒挂金钟的花对蜂鸟传粉的适应。,昆虫传粉的专门化对植物繁衍后代有何意义？,想一想,62,捕食,63,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。,64,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,65,二、生物多样性的形成,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,最早的生物化石35亿年前古细菌化石,66,地球形成,动物：两栖类动物,67,二、生物多样性的形成,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