现代生物进化理论的主要内容(2)

1、第第7章章 现代生物进化理论现代生物进化理论第第2节节 现代生物进化理论的主要内容现代生物进化理论的主要内容达尔文以后进化理论的发展达尔文以后进化理论的发展性状性状水平水平基因基因（分子）水平（分子）水平以生物以生物个体个体为单位为单位以以种群种群为基本单位为基本单位 “ “以生物个体为单位以生物个体为单位”、“性状水平性状水平”于达于达尔文的进化理论体现在何处？尔文的进化理论体现在何处？ 现代生物进化理论为什么说种群是生物进化现代生物进化理论为什么说种群是生物进化的基位本单？的基位本单？出现有利变异的个体容易存活出现有利变异的个体容易存活即自然选择直接作用的对象是生物个体即自然选择直接作用的

2、对象是生物个体而且是生物个体的表现型而且是生物个体的表现型种群：种群：生活在生活在一定区域一定区域的的同种同种生物的生物的全部全部个体。个体。 种群中的个体并不是机械地集合在一起种群中的个体并不是机械地集合在一起, ,而是彼而是彼此可以交配此可以交配, ,并通过繁殖将各自的基因传给后代。并通过繁殖将各自的基因传给后代。种群是生物进化的基本单位种群是生物进化的基本单位 种群是生物繁殖的基本单位种群是生物繁殖的基本单位种群在繁衍过程中，个体有新老交替，基因却代代相传。种群在繁衍过程中，个体有新老交替，基因却代代相传。例：下列属于种群的是例：下列属于种群的是 （ ）A.一块水田里的全部水草一块水田里

3、的全部水草 B .一块稻田里的全部幼蚜、有翅、无翅的成蚜一块稻田里的全部幼蚜、有翅、无翅的成蚜 C . 一块朽木上的全部真菌一块朽木上的全部真菌 D. 一个池塘和一条小河中的鲫鱼一个池塘和一条小河中的鲫鱼B基因库基因库: : 一个一个种群种群中中全部个体全部个体所含有的所含有的全部基因全部基因叫这个种群的基因库。叫这个种群的基因库。基因频率基因频率: : 在一个种群基因库中，某在一个种群基因库中，某基因基因占占全部等全部等位基因位基因的比率叫做基因频率。的比率叫做基因频率。 基因频率基因频率该基因的总数该基因的总数 / / 该等位基因的总数该等位基因的总数基因型频率基因型频率该基因型个体数该基

4、因型个体数 / / 该种群个体总数该种群个体总数基因频率的计算基因频率的计算某昆虫种群中，绿色翅的基因为某昆虫种群中，绿色翅的基因为A, A, 褐色翅的基因褐色翅的基因位位a a，调查发现，调查发现AAAA、AaAa、aaaa的个体分别占的个体分别占3030、6060和和1010个个, ,那么那么A A、a a的基因频率是多少？的基因频率是多少？A=60%a=40%A+a=1 某昆虫种群中，绿色翅的基因为某昆虫种群中，绿色翅的基因为A, A, 褐色翅的基因位褐色翅的基因位a a，调查发现调查发现AAAA、AaAa、aaaa的个体分别占的个体分别占24%24%、72%72%、4%4%，那么，那么

5、 A A、a a的基因频率是多少？（的基因频率是多少？（ ） A. 36%A. 36%和和64% 64% B. 57%B. 57%和和43% 43% C. 24% C. 24%和和72% 72% D. 60%D. 60%和和40%40%D基因频率基因频率= = = 纯合子频率纯合子频率+1/2+1/2杂合子频率杂合子频率某基因的数目某基因的数目该基因的等位基因的总数该基因的等位基因的总数 100% 100%(2)(2)子代基因型的频率各是多少子代基因型的频率各是多少? ?30%30%30%10%36%48%60%40%16%亲代基因型亲代基因型的频率的频率AA(30% )Aa(60% )aa(

6、10% )配子配子的比率的比率A( )A( )a( ) a( ) 子代子代基因型基因型的频率的频率AA( ) Aa( )aa( )子代种群的子代种群的基因基因频率频率A ( )a( )1 1、(1)(1)该种群产生的该种群产生的A A 配子和配子和a a 配子的比率各是多少配子的比率各是多少? ?(3)(3)子代种群的基因频率各是多少子代种群的基因频率各是多少? ?60%40%36%48%16%60%40%（4 4）想一想，子二代、子三代以及若干年以后，种群的基因）想一想，子二代、子三代以及若干年以后，种群的基因频率会同子一代相同吗？频率会同子一代相同吗？ AA:Aa:aa:A:a:a:A:会

7、会满足以下五个条件：满足以下五个条件： 在上述条件下，种群的基因频率和基因型在上述条件下，种群的基因频率和基因型频率可以世代相传频率可以世代相传不发生变化，保持平衡，不发生变化，保持平衡，叫做叫做，也叫也叫AA的基因型频率的基因型频率Aa的基因型频率的基因型频率aa的基因型频率的基因型频率( p+q ) 2 = p2 + 2pq + q2 = 1 种群非常大种群非常大所有的雌雄个体间都能自由交配并产生后代所有的雌雄个体间都能自由交配并产生后代没有迁入与迁出没有迁入与迁出自然选择对翅色这一相对性状没有作用自然选择对翅色这一相对性状没有作用基因基因A A和和a a都不产生突变都不产生突变设设A的基

8、因频率的基因频率=p，a的基因频率的基因频率=q； p+q= 1 不可能同时成立。不可能同时成立。2 2、上述计算结果是在满足五个假设条件的基础上计算、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？的，对自然界的种群来说，这五个条件都能成立吗？你能举出那些实例？你能举出那些实例？ 会；基因会；基因A2A2的频率是增加还是减少，要看这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。一突变对生物体是有益还是有害的。3 3、如果该种群出现新的突变型（基因型为、如果该种群出现新的突变型（基因型为A2aA2a或或A2A2A2A2）, ,也就是产生新

9、的等位基因也就是产生新的等位基因A2,A2,种群的基因频率种群的基因频率会发生变化嘛？基因会发生变化嘛？基因A2A2的频率可能会怎样变化的频率可能会怎样变化? ? 基因突变在自然界是普遍存在的，因此基因突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变产生新的等位基因, ,这就可能使这就可能使种群的基因频率种群的基因频率发生变化发生变化。可遗传的变异可遗传的变异基因突变基因突变染色体变异染色体变异基因重组基因重组突变突变突变和基因重组产生进化的原材料突变和基因重组产生进化的原材料 例如：果蝇约有例如：果蝇约有104对对基因，假定每个基因的突变基因，假定每个基因的突变率都是率都是10

10、5，若有一个中等数量的果蝇种群（约有，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？个个体），那么每一代出现基因突变数是多少呢？ 2 104 105 108=2 107自然界中突变的频率很低，能作为进化的原材自然界中突变的频率很低，能作为进化的原材料吗？料吗？每一代就会有大量的变异每一代就会有大量的变异某海岛上的昆虫出现残翅和无翅类型某海岛上的昆虫出现残翅和无翅类型 有利与有害是有利与有害是相对的而不是绝对的相对的而不是绝对的这往往取决于生物的这往往取决于生物的生存环境生存环境。突变产生的变异有利或有害是绝对的吗？突变产生的变异有利或有害是绝对的吗？ 19世

11、纪，桦尺蠖种群中黑世纪，桦尺蠖种群中黑色基因（色基因（S）频率为）频率为5%，浅，浅灰色基因（灰色基因（s）频率为）频率为95% 20世纪，桦尺蠖种群中黑世纪，桦尺蠖种群中黑色基因（色基因（S）频率为）频率为95%，浅灰色基因（浅灰色基因（s）频率为）频率为5%探究自然选择对种群基因频率的影响探究自然选择对种群基因频率的影响长满地衣的树干上的桦尺蠖长满地衣的树干上的桦尺蠖黑褐色树干上的桦尺蠖黑褐色树干上的桦尺蠖2 2）现在我们用数学方法来讨论一下桦尺蠖基因频率变化）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。的原因。18701870年桦尺蠖的基因型频率为年桦尺蠖的基因型频率为SS 1

12、0% SS 10% ； Ss Ss 20%20%； ss 70%ss 70%，在树干变黑这一环境条件下假如树干变，在树干变黑这一环境条件下假如树干变黑不利于桦尺蠖的生存，使得种群中浅色个体每年减少黑不利于桦尺蠖的生存，使得种群中浅色个体每年减少10%10%，黑色个体每年增加，黑色个体每年增加10%10%，以后的几年内，桦尺蠖种，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？群每年的基因型频率与基因频率是多少呢？第第1 1年年第第2 2年年第第3年年第第4年年基因基因型频型频率率SS10%10%11.5%11.5%Ss20%20%22.9%22.9%ss70%70%65.6%65.

13、6%基因基因频率频率S20%20%23%23%s80%80%77%77%70.7%26%29.2%14.7%56.1%60.9%26.1%73.9%29.3%13.1%升高升高降低降低(1)(1)树干变黑树干变黑会影响桦尺蠖种群中浅色个体的出生率吗？会影响桦尺蠖种群中浅色个体的出生率吗？为什么？为什么？(2)(2)在自然选择中，直接受选择的是基因型还是表现型？在自然选择中，直接受选择的是基因型还是表现型？ 会；会；许多浅色个体可能在没有交配许多浅色个体可能在没有交配、产卵前就、产卵前就已被天敌捕食已被天敌捕食 表现型；天敌看到的是桦尺蠖的体色而不是控表现型；天敌看到的是桦尺蠖的体色而不是控制体

14、色的基因制体色的基因 种群进化的实质是种群基因频率种群进化的实质是种群基因频率的定向改变的定向改变。自然界的新物种是怎么产生的呢自然界的新物种是怎么产生的呢? ?物种物种: :能够在能够在自然状态自然状态下相互交配并且产生下相互交配并且产生可育后代可育后代的一群生物。的一群生物。 阅读课本阅读课本119119页页, ,理解物种的概念理解物种的概念, ,并分并分析以下生物是否属于同一物种析以下生物是否属于同一物种马马驴驴骡骡 阅读课本阅读课本119119页页, ,理解隔离的概念理解隔离的概念, ,并找出并找出常见的隔离类型有哪些？常见的隔离类型有哪些？ 隔离：不同种群间的个体，在自然条件下基因不

15、能隔离：不同种群间的个体，在自然条件下基因不能自自 由交流由交流的现象。的现象。地理隔离：地理隔离： 生殖隔离：生殖隔离：隔隔离离 不同物种之间一般是不能够相互交配不同物种之间一般是不能够相互交配的，即使交配成功，也不能够产生可育后代的现的，即使交配成功，也不能够产生可育后代的现象。象。 同一种生物由于地理上的障碍而分成不同一种生物由于地理上的障碍而分成不同种群，使得种群间不能发生基因交流的现象。同种群，使得种群间不能发生基因交流的现象。东北虎东北虎( (左左) )和华南虎和华南虎( (右右) )都是亚洲虎的后代。都是亚洲虎的后代。东东北虎生活在东北的兴安岭地北虎生活在东北的兴安岭地区，而华南

16、虎生活于华南地区，而华南虎生活于华南地区的山林中，区的山林中，没有相互交配，没有相互交配，没有基因交流。没有基因交流。春季处于同一池塘中的春季处于同一池塘中的鲫鱼和鲤鱼都进入繁殖期鲫鱼和鲤鱼都进入繁殖期, ,雌雌、雄鱼把精子雄鱼把精子、卵子排到卵子排到水中水中, ,在体外完成受精。但在体外完成受精。但是只有同种鱼的是只有同种鱼的精精、卵才卵才能能受精受精, , 形成受精卵进而孵化形成受精卵进而孵化出鱼苗。出鱼苗。 春天花园里万紫千红春天花园里万紫千红, ,各种植物竞相开花。各种植物竞相开花。花粉在空气中飘散花粉在空气中飘散, ,但是花粉只有落在同种植物但是花粉只有落在同种植物的雌蕊上才能完成受

17、精作用的雌蕊上才能完成受精作用, ,结出丰硕的果实。结出丰硕的果实。 自然界中老虎和狮子各自然界中老虎和狮子各有天性，相互之间并不亲近，有天性，相互之间并不亲近，然而在人类的影响或主使之然而在人类的影响或主使之下雄狮和雌虎交配产生了后下雄狮和雌虎交配产生了后代代狮虎兽。狮虎兽。 国内第一只狮虎兽国内第一只狮虎兽“利利利利”诞生于法国，是由雄非诞生于法国，是由雄非洲狮洲狮“哈里哈里”与雌东北虎与雌东北虎“珍珍珍珍”在在19811981年一个极其年一个极其偶然的机会生下偶然的机会生下, ,落户在四川落户在四川雅安的碧峰峡生态动物园。雅安的碧峰峡生态动物园。然而然而“利利利利”在这个世界上在这个世界

18、上生活了生活了2020年年, ,却终生不育。却终生不育。地理隔离：由于高山、河流、沙漠等地理上的障碍地理隔离：由于高山、河流、沙漠等地理上的障碍生殖隔离：由于生殖隔离：由于季节隔离；不亲和性；杂种不活；杂种季节隔离；不亲和性；杂种不活；杂种不育等。不育等。 它们之间还能自由交配吗？它们之间还能自由交配吗？隔离在物种形成中的作用隔离在物种形成中的作用是什么原因造成同一物种分化成不同类型的新种？是什么原因造成同一物种分化成不同类型的新种？ 22 22岁那年，达尔文以博物学者的身份登上岁那年，达尔文以博物学者的身份登上“贝贝格尔格尔”号远航考察船，随船进行为期五年的环球科号远航考察船，随船进行为期五

19、年的环球科学考察。学考察。加拉帕戈斯群岛上的地雀加拉帕戈斯群岛上的地雀不同岛屿上的地雀种群，产生突变的情况一样吗？不同岛屿上的地雀种群，产生突变的情况一样吗？不一样。不一样。对不同岛屿上的地雀种群来说，环境的作用有没对不同岛屿上的地雀种群来说，环境的作用有没有差别？这对种群基因频率的变化会产生什么影响？有差别？这对种群基因频率的变化会产生什么影响？ 会有差别；会有差别；如果这片海域只有一个小岛，还会形成这么多如果这片海域只有一个小岛，还会形成这么多种地雀吗？种地雀吗？ 不会。因为个体间有基因的交流。不会。因为个体间有基因的交流。 导致种群基因频率朝不同的方向改变。导致种群基因频率朝不同的方向改

20、变。1.1.设想南美洲大陆的一种地雀来到加拉帕戈斯群岛后，设想南美洲大陆的一种地雀来到加拉帕戈斯群岛后，先在两个岛屿上形成两个初始种群。这两个种群的个体先在两个岛屿上形成两个初始种群。这两个种群的个体数量都不多。它们的基因频率一样吗？数量都不多。它们的基因频率一样吗？ 不一样的。不一样的。物种形成的比较常见的方式：物种形成的比较常见的方式：新物种的形成，是否都需要经过地理隔离？新物种的形成，是否都需要经过地理隔离？多倍体的形成不需经地理隔离。多倍体的形成不需经地理隔离。地理隔离地理隔离生殖隔离生殖隔离长期长期标志着新物标志着新物种的形成种的形成v 一位动物学家对生活在非洲大草原一位动物学家对生

21、活在非洲大草原奥兰治河两岸的羚羊群进行过研究。奥兰治河两岸的羚羊群进行过研究。v 他发现他发现东岸羚羊群东岸羚羊群的繁殖能力比西的繁殖能力比西岸的强，而且奔跑速度每分钟要比西岸岸的强，而且奔跑速度每分钟要比西岸的的。v 这位动物学家曾百思不得其解这位动物学家曾百思不得其解？ 东岸的羚羊之所以强健，是因为在它们附近生活着一个狼群 西岸的羚羊之所以弱小，正是因为缺少这么一群天敌。 捕食关系捕食关系 自然选择中能适应环境的，具有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。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

22、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体，同样也有利于猎豹种群中跑得快的个体。的个体。两者相互选择。两者相互选择。思考：思考：在捕食者和被捕食者当中怎样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？的个体才会生存下来？为什么？ 捕食者所捕食的大多是被捕食者中年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，客观上起到老、病弱或年幼的个体，客观上起到促进促进种群发展种群发展的作用。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有捕食者一般不能将所有的猎物吃掉，否则自己也无法生存。的猎物吃掉，否则自己也无法生存。思考：思考：捕食者的存在是

23、否对被捕食者的存在是否对被捕食者有害无益？捕食者有害无益？“收割理论收割理论”：捕食者往往捕食个体数量多的物种，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，为其他物种的形成统中占绝对优势的局面，为其他物种的形成腾出空间有腾出空间有利于增加物种的多样性利于增加物种的多样性。 达尔文曾发现一种兰花长达尔文曾发现一种兰花长着细长的花矩，其顶端贮存着着细长的花矩，其顶端贮存着花蜜，可为传粉的昆虫提供食花蜜，可为传粉的昆虫提供食物。而这样的昆虫要物。而这样的昆虫要有吸管式有吸管式的长口器才能吸到花蜜。大约的长口器才能吸

24、到花蜜。大约5050年后研究人员发现了这样的年后研究人员发现了这样的蛾！它们互相影响着，这些变蛾！它们互相影响着，这些变异不断积累，从而成为今天的异不断积累，从而成为今天的这种兰花和兰花蛾。这种兰花和兰花蛾。在自然界，一种植物专门由一种昆虫传粉的在自然界，一种植物专门由一种昆虫传粉的情形很常见。情形很常见。又如倒挂金钟的花对蜂鸟传粉的适应。又如倒挂金钟的花对蜂鸟传粉的适应。共同进化的含义共同进化的含义 1、不同物种之间会共同进、不同物种之间会共同进化化不同生物之间在进化上密切相关，不同生物之间在进化上密切相关，那生物的进化与无机环境的变化是那生物的进化与无机环境的变化是否也有关系呢？否也有关系

25、呢？ 地球形成时原始地球形成时原始大气中没有氧气，最大气中没有氧气，最早的生物是厌氧的，早的生物是厌氧的，但随着光合生物的出但随着光合生物的出现，使得大气中有了现，使得大气中有了氧气，为好氧生物的氧气，为好氧生物的出现提供了条件。出现提供了条件。共同进化的含义共同进化的含义 2：生物和无机环境之间：生物和无机环境之间也存在着共同进化。也存在着共同进化。生物的进化与环境的进化有什么关系吗？生物的进化与环境的进化有什么关系吗？ 生物的进化可以改变环境，而环境的改生物的进化可以改变环境，而环境的改变又可促进生物的进化。变又可促进生物的进化。原始大气没有氧气原始大气没有氧气最早的生物厌氧生物最早的生物

26、厌氧生物光合生光合生物出现物出现大气中有大气中有了氧气了氧气好氧生物出现好氧生物出现共同进化共同进化不同不同物种之间物种之间，生物与无机环境生物与无机环境之间之间在在相互影响中相互影响中不断进化和发不断进化和发展，这就是展，这就是共同进化共同进化共同进化的结果是什么？共同进化的结果是什么？ 通过漫长的共同进化过程，地球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，也就是形成了多种多样的生态系统，也就是形成了生物的多样性形成了生物的多样性。 生物多样性的三个层次生物多样性的三个层次基因多样性基因多样性物种多样性物种多样性生态

27、系统多样性生态系统多样性生物进化的历程示意生物进化的历程示意图图了解生物进化历程的了解生物进化历程的主要依据是化石。主要依据是化石。1.1.最早出现的生物是哪一类生物？它们生活在什么环最早出现的生物是哪一类生物？它们生活在什么环境中境中? ? 厌氧的单细胞生物，它们生活在海洋中厌氧的单细胞生物，它们生活在海洋中. .2.2.多细胞生物大约是什么时候出现的？它们生活在什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？么环境中？寒武纪，它们生活在海洋中。寒武纪，它们生活在海洋中。3.3.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还是动物，为什么？植物植物4.4.同今天你看到的

28、地球相比，寒武纪时地球上的生态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？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。当时陆地上还是一片荒芜，生物都生活在海洋中。5.5.恐龙是什么时候绝灭的？物种绝灭对生物多样性产生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？怎样的影响？ 恐龙是在中生代后期（白垩纪末）绝灭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。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。的绝灭有利于哺乳动物的繁盛。 1.1.真核生物出现以后真核生物出现以后, ,有性有性生殖方式生殖方式的出现的出现, ,使生物进化使生物进化速度明显加快。速度明显加快。进化历程中的几个关键点：进化历程中的几个关键点： 2.2.寒武纪大爆发寒武纪大爆发: :形成生态系形成生态系统的第三极统的第三极消费者消费者, ,使生使生态系统具有更加复杂的结构态系统具有更加复杂的结构, ,同时对植物的进化产生重要同时对植物的进化产生重要影响。影响。3.3. 生物登陆生物登陆改变着陆地环境改变着陆地环境,