生物学②必修现代生物进化理论的主要内容

1、种群是生物进化的基本单位 每一个种群都有它自己的基因库，每一个种群都有它自己的基因库， 种群中的个体一代一代地死亡，但基种群中的个体一代一代地死亡，但基 因库却在代代相传的过程中保持和发因库却在代代相传的过程中保持和发 展。所以，生物进化的单位不是个体，展。所以，生物进化的单位不是个体， 而是种群。而是种群。 基因频率的计算 例：某昆虫种群中，绿色翅的基因为例：某昆虫种群中，绿色翅的基因为A, 褐褐 色翅的基因位色翅的基因位a，调查发现，调查发现AA、Aa、 aa的个体分别占的个体分别占30%、60%、10%、那、那 么么A、a的基因频率是多少？的基因频率是多少？ A=60% a=40% 亲代

2、亲代子一代子一代 子二代子二代 子三代子三代 基因型基因型 频率频率 AA30% Aa60% aa10% 基因频基因频 率率 A a 36% 48% 16% 60% 40% 36% 16% 48% 60%60% 40%40% 36% 48% 16% 60% 40% 若亲代昆虫中的种群满足以下五个条件：若亲代昆虫中的种群满足以下五个条件： 昆虫种群数量足够大，全部的雌雄个体间都能自由交昆虫种群数量足够大，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，自然选择对配并能产生后代，没有迁入与迁出，自然选择对A A、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。控制的翅型性状没

3、有作用也没有基因突变和染色体变异。 用数学方法讨论基因频率的变化 哈迪-温伯格定律 1908年，英国数学家哈迪和德国医生温伯格年，英国数学家哈迪和德国医生温伯格 分别提出关于基因稳定性的见解。他们指出，一分别提出关于基因稳定性的见解。他们指出，一 个有性生殖的自然种群中，在符合以下五个条件个有性生殖的自然种群中，在符合以下五个条件 的情况下，各等位基因的频率和等位基因的基因的情况下，各等位基因的频率和等位基因的基因 型频率在一代一代的遗传中是稳定不变的。或者型频率在一代一代的遗传中是稳定不变的。或者 说是保持着基因平衡的。说是保持着基因平衡的。 这五个条件是：这五个条件是：1 1、种群很大、种

4、群很大 2 2、随机交配、随机交配 3 3、没有突变和重组、没有突变和重组 4 4、没有个体迁入迁出、没有个体迁入迁出 5 5、没有选择、没有选择 哈迪-温伯格定律 处于平衡状态的种群，一对等位基因处于平衡状态的种群，一对等位基因Aa，A 的频率为的频率为p，a的频率为的频率为q，则：，则： AA的机率为的机率为p2； Aa的机率为的机率为2pq； aa的机率为的机率为q2 哈迪哈迪- -温伯格定律可用数学方程式表示为：温伯格定律可用数学方程式表示为： ( (p p+ +q q) )2 2= =p p2 2+2+2pqpq+ +q q2 2 影响基因频率的因素 在自然条在自然条 件下，哈迪件下

5、，哈迪- - 温伯格定律所温伯格定律所 需的五个条件需的五个条件 是难以满足的，是难以满足的， 因而基因频率因而基因频率 总是要发生改总是要发生改 变，也就是说变，也就是说 进化在任何种进化在任何种 群中都是必然群中都是必然 要发生的。要发生的。 生物进化的实质是基因频率的改变 表面看，自然选择是对一个个生物个体的表面看，自然选择是对一个个生物个体的 选择，实质上是对个体所包含的变异进行选择。选择，实质上是对个体所包含的变异进行选择。 从现代分子遗传水平看，自然选择实质上是对从现代分子遗传水平看，自然选择实质上是对 变异所对应的基因的选择，从而改变着群体中变异所对应的基因的选择，从而改变着群体

6、中 不同基因的基因频率。不同基因的基因频率。 所以，生所以，生 物进化的过物进化的过 程的实质是程的实质是 种群基因频种群基因频 率发生变化率发生变化 的过程。的过程。 自然选择对基因频率变化的影响 第第1 1年年第第2 2年年第第3 3年年第第4 4年年 基因基因 型频型频 率率 SS10%11.5%13.1%14.7% Ss20%22.9%26%29.2% ss70%65.6%60.9%56.1% 基因基因 频率频率 S20%23%26.1%29.3%升高升高 s80%77%73.9%70.7%降低降低 P117 物种的概念 在遗传学和进化论中，把能够在自然在遗传学和进化论中，把能够在自然

7、 状态下状态下相互交配相互交配，并能够产生出，并能够产生出可育后代可育后代 的的一群一群生物称为一个物种，简称生物称为一个物种，简称“种种”。 即：不同物种之间有即：不同物种之间有生殖隔离生殖隔离（动物（动物 因求偶方式不同、繁殖期不同，植物因开因求偶方式不同、繁殖期不同，植物因开 花季节、花的形态不同，而造成的不能交花季节、花的形态不同，而造成的不能交 配等都属于生殖隔离配等都属于生殖隔离 ） 隔离 概念：不同种群间的个体，在自然条件概念：不同种群间的个体，在自然条件 下下基因不能自由交流基因不能自由交流的现象。的现象。 隔离的类型隔离的类型 生殖隔离生殖隔离 地理隔离地理隔离 例：马与驴的

8、生殖隔离 马 驴 骡 例：虎狮兽 例：不同“人种” 世界各世界各 地的人虽然地的人虽然 各有不同，各有不同， 但他们之间但他们之间 可以彼此通可以彼此通 婚，并且产婚，并且产 生可育的后生可育的后 代。因此，代。因此， 全世界的人全世界的人 在生物学上在生物学上 属于同一个属于同一个 物种物种智智 人。人。 地理隔离 w分布在不同自然区域的种群，分布在不同自然区域的种群，由于由于 高山、河流、沙漠等地理上的障碍高山、河流、沙漠等地理上的障碍， 使彼此间无法相遇而不能发生基因使彼此间无法相遇而不能发生基因 交流。交流。 例：东北虎与华南虎 东北虎和华南东北虎和华南 虎分别生活在我国虎分别生活在我

9、国 的东北地区和华南的东北地区和华南 地区，这两个地区地区，这两个地区 之间的辽阔地带就之间的辽阔地带就 起到了地理隔离的起到了地理隔离的 作用。经过长期的作用。经过长期的 地理隔离，这两个地理隔离，这两个 种群之间产生了明种群之间产生了明 显的差异，成为两显的差异，成为两 个不同的虎亚种。个不同的虎亚种。 隔离在物种形成中的作用 物种的物种的 形成往往形成往往 是经过长是经过长 期的地理期的地理 隔离将不隔离将不 同种群间同种群间 的差异不的差异不 断积累，断积累， 最后达到最后达到 生殖隔离，生殖隔离， 形成新物形成新物 种。种。 例：加拉帕戈斯群岛的地雀 有时无需地理隔离也能形成新物种

10、在自然界里还在自然界里还 存在另一种物种形存在另一种物种形 成方式，它往往只成方式，它往往只 需要几代甚至一代需要几代甚至一代 就完成了，而且不就完成了，而且不 需经过地理隔离。需经过地理隔离。 例如，多倍体植物例如，多倍体植物 的形成就是如此。的形成就是如此。 自然界里几平将近自然界里几平将近 一半的被子植物和一半的被子植物和 某些栽培作物就是某些栽培作物就是 这样形成的。这样形成的。 AABBCC（普通小麦）（普通小麦）DD（黑麦）（黑麦） ABC 配子 D 配子 ABCD（不育） AABBCCDD（八倍体小黑麦）（八倍体小黑麦） （可育） 秋水仙素处理 例：八倍体小黑麦的培育 总结 种群

11、是生物进化的基本单位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）。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。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：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：

12、共同进化 w 任何一个物种都不是单独进任何一个物种都不是单独进 化的。化的。 w 不同物种之间，生物与无机不同物种之间，生物与无机 环境之间在相互影响中不断环境之间在相互影响中不断 进化和发展，这就是进化和发展，这就是共同进共同进 化化。 捕食者所捕食的大多是被捕食者中年老、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病弱或年幼的个体，客观上起到促进种群发展 的作用。的作用。 “精明的捕食者精明的捕食者”策略：策略：捕食者一般不能将所捕食者一般不能将所 有的猎物吃掉，否则自己也无法生存。有的猎物吃掉，否则自己也无法生存。 “收割理论收割理论”：捕食者往往捕食个

13、体数量多的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其他物种的形成腾出空间有利于增加物 种的多样性种的多样性。 捕食者的存在是否对被捕食者有害无益？ 生物进化与无机环境变化的关系 例：例： 生物的新陈代生物的新陈代 谢类型由原始异养谢类型由原始异养 厌氧厌氧自养厌氧自养厌氧 自养需氧。自养需氧。 生物多样性的形成 基因多样性基因多样性 物种多样性物种多样性 生态系统多样性生态系统多样性 生物多样性生物多样性 地球上所有的植物、动物和微生

14、物，它地球上所有的植物、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。统，共同构成了生物多样性。 简单简单复杂复杂 低等低等高等高等 原核细胞原核细胞真核细胞真核细胞 单细胞单细胞多细胞多细胞 无性生殖无性生殖有性生殖有性生殖 原始异养厌氧原始异养厌氧自养厌氧自养厌氧自养需氧自养需氧 水生水生水陆两栖水陆两栖陆生陆生 生物多样性的形成 生物进化理论在发展 w 生物的进化如此复杂，现有的进化理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

15、选题还要多。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，他科学理论一样，它不会停滞不前， 它还在发展。它还在发展。 分子进化与中性学说 这一学说认为，生物体内绝大多数突变都是这一学说认为，生物体内绝大多数突变都是 中性突变；生物体内的大分子都是以一定的速率中性突变；生物体内的大分子都是以一定的速率 进化着，这一速率与种群的大小、物种的生殖力进化着，这一速率与种群的大小、物种的生殖力 以及

16、生物世代的长短都无关，也不受环境因素的以及生物世代的长短都无关，也不受环境因素的 影响，因此对于这些中性突变不会发生自然选择影响，因此对于这些中性突变不会发生自然选择 与适者生存的情况。生物的进化主要是中性突变与适者生存的情况。生物的进化主要是中性突变 在自然群体中进行随机的在自然群体中进行随机的“遗传漂变遗传漂变”的结果，的结果， 而与选择无关。也就是说，遗传漂变才是分子进而与选择无关。也就是说，遗传漂变才是分子进 化的基本动力。化的基本动力。 基因频率因偶然的机会，而不是由于选择，基因频率因偶然的机会，而不是由于选择， 而发生变化，这种现象称为遗传漂变。而发生变化，这种现象称为遗传漂变。

17、例：不同生物的细胞色素c与人的比较 生物名称 氨基酸 差别 生物名称 氨基酸 差别 黑猩猩 猕猴 袋鼠 豹 马 鸡 响尾蛇 0 1 10 1l 12 13 14 金枪鱼 鲨鱼 天蚕蛾 小麦 链孢霉 酵母菌 21 23 31 35 43 44 从上表中可以看出，黑猩猩与人的亲源关系最近，从上表中可以看出，黑猩猩与人的亲源关系最近， 酵母菌与人的亲源关系最远。酵母菌与人的亲源关系最远。 渐变式进化与跳跃式进化 传统的进化理论认为生物的进化是渐变式的，传统的进化理论认为生物的进化是渐变式的， 但渐变式的进化难以解释下面两个问题。但渐变式的进化难以解释下面两个问题。 问题一：生物化石的记录所显示的大多

18、不是问题一：生物化石的记录所显示的大多不是 渐变式的进化，而是跳跃式的进化。渐变式的进化，而是跳跃式的进化。 问题二：如果生物演变是渐进的，那么各种问题二：如果生物演变是渐进的，那么各种 适应性的器官结构在尚未发展完善之前，即在还适应性的器官结构在尚未发展完善之前，即在还 没有发展到有适应功能之前是怎样逃脱自然选择没有发展到有适应功能之前是怎样逃脱自然选择 的压力的？的压力的？ 所以跳跃式进化理论认为，生物的进化起源所以跳跃式进化理论认为，生物的进化起源 于大突变（特别是某些调节基因的突变）。于大突变（特别是某些调节基因的突变）。 练习：练习： 以自然选择学说为核心的现代生物进化理论认为以自然

19、选择学说为核心的现代生物进化理论认为, ,新物种新物种 的形成是的形成是 A A、自然选择的结果、自然选择的结果 B B、突变，选择和遗传的综合作用、突变，选择和遗传的综合作用 C C、用进废退的结果、用进废退的结果 D D、突变和基因重组，自然选择及隔离的综合作用、突变和基因重组，自然选择及隔离的综合作用 下列关于隔离的叙述，不正确的是下列关于隔离的叙述，不正确的是 A A、阻止了种群间的基因交流、阻止了种群间的基因交流 B B、对所有的物种来说、对所有的物种来说, ,地理隔离必然导致生殖隔离地理隔离必然导致生殖隔离 C C、种群基因库间的差异是产生生殖隔离的根本原因、种群基因库间的差异是产

20、生生殖隔离的根本原因 D D、不同的物种之间必然存在着生殖隔离、不同的物种之间必然存在着生殖隔离 练习： 人类的苯丙酮尿症是代谢疾病，由隐性基因控制。如果群人类的苯丙酮尿症是代谢疾病，由隐性基因控制。如果群 体的发病率是体的发病率是1/10000，表现型正常的个体与苯丙酮尿症，表现型正常的个体与苯丙酮尿症 患者婚配，生出患苯丙酮尿症小孩的概率是患者婚配，生出患苯丙酮尿症小孩的概率是 。 在一个种群中随机抽出一定数量的个体，其中基因型为在一个种群中随机抽出一定数量的个体，其中基因型为AAAA 的个体占的个体占18%18%，基因型为，基因型为AaAa的个体占的个体占78%78%，aaaa的个体占的

21、个体占4% .4% . 基因基因A A和和a a的频率分别是的频率分别是 A A、18% 82% B18% 82% B、36% 64%36% 64%； C C、57% 43% D57% 43% D、92% 8%92% 8%； 据调查得知，某小学的学生中基因型的比率为：据调查得知，某小学的学生中基因型的比率为： X XB BX XB B 44% X 44% XB BX Xb b 5% X 5% Xb bX Xb b 1% X 1% XB BY 43% XY 43% Xb bY 7%Y 7% 则则X Xb b的基因频率是的基因频率是 A A、13.2% B13.2% B、5% C5% C、14%

22、D14% D、9.3%9.3% 1/200 1、某工厂有男女职工各、某工厂有男女职工各200名，对他们进行名，对他们进行 调查时发现，女性色盲基因的携带者为调查时发现，女性色盲基因的携带者为15人，人， 患者患者5人，男性患者人，男性患者11人，那么这个群体中人，那么这个群体中 色盲基因的频率是多少？色盲基因的频率是多少？ 2、一种蛾中控制浅颜色的等位基因是隐性、一种蛾中控制浅颜色的等位基因是隐性 的，控制深颜色的等位基因是显性的。假设的，控制深颜色的等位基因是显性的。假设 一个种群中有一个种群中有640只浅色的蛾和只浅色的蛾和360只深色的只深色的 蛾，群体呈遗传平衡，那么有多少只杂合子蛾，

23、群体呈遗传平衡，那么有多少只杂合子 的蛾？的蛾？ 6% 320 计算：计算： 物种的概念 在遗传学和进化论中，把能够在自然在遗传学和进化论中，把能够在自然 状态下状态下相互交配相互交配，并能够产生出，并能够产生出可育后代可育后代 的的一群一群生物称为一个物种，简称生物称为一个物种，简称“种种”。 即：不同物种之间有即：不同物种之间有生殖隔离生殖隔离（动物（动物 因求偶方式不同、繁殖期不同，植物因开因求偶方式不同、繁殖期不同，植物因开 花季节、花的形态不同，而造成的不能交花季节、花的形态不同，而造成的不能交 配等都属于生殖隔离配等都属于生殖隔离 ） 隔离在物种形成中的作用 物种的物种的 形成往往

24、形成往往 是经过长是经过长 期的地理期的地理 隔离将不隔离将不 同种群间同种群间 的差异不的差异不 断积累，断积累， 最后达到最后达到 生殖隔离，生殖隔离， 形成新物形成新物 种。种。 生物进化与无机环境变化的关系 例：例： 生物的新陈代生物的新陈代 谢类型由原始异养谢类型由原始异养 厌氧厌氧自养厌氧自养厌氧 自养需氧。自养需氧。 例：不同生物的细胞色素c与人的比较 生物名称 氨基酸 差别 生物名称 氨基酸 差别 黑猩猩 猕猴 袋鼠 豹 马 鸡 响尾蛇 0 1 10 1l 12 13 14 金枪鱼 鲨鱼 天蚕蛾 小麦 链孢霉 酵母菌 21 23 31 35 43 44 从上表中可以看出，黑猩猩与人的亲源关系最近，从上表中可以看出，黑猩猩与人的亲源关系最近， 酵母菌与人的亲源关系最远。酵母菌与人的亲源关系最远。 练习： 人类的苯丙酮尿症是代谢疾病，由隐性基因控制。如果群人类的苯丙酮尿症是代谢疾病，由隐性基因控制。如果群 体的发病率是体的发病率是1/10000，