群体遗传与进化-生物进化（普通遗传学课件）

《遗传学》生物大分子的进化

主要内容一、生物大分子的概念和种类指的是作为生物体内主要活性成分的各种分子量达到上万或更多的有机分子。（一）生物大分子的概念二、生物大分子进化的概念（一）广义的分子进化1.前生命的分子进化在细胞生命出现之前的前生命的化学进化阶段，进化主要表现在分子层次上，即表现在生物分子的起源和进化上,分子进化是生物进化的初始阶段。二、生物大分子进化的概念2.生物进化层次上的进化从生命活动和组织结构方面看，在细胞生命出现之后，进化发生在生物分子、细胞、组织、器官、生物个体、种群等各个组织层次上，分子进化是发生在生物分子水平上的进化（一）广义的分子进化三、生物大分子进化的内容在分子水平上，生物进化过程涉及在DNA中发生插入、缺失、倒位、核苷酸替换等变异。如果发生变异的DNA片段编码某种多肽，那么这类变异就可能使多肽链中氨基酸序列发生变化。在长期的进化过程中，这些变异就会被积累起来，形成与其祖先存在很大差异的分子。因此，在核酸和蛋白质分子组成的序列中，蕴藏着大量生物进化的遗传信息。（一）分子水平上的差异在不同物种间，从相应的核酸和蛋白质组成成分的差异上，可以估测它们之间的亲缘关系。凡彼此间所具有的核苷酸或氨基酸愈相似，则表示其亲缘关系愈接近；反之，其亲缘关系就愈疏远。根据各种生物间在分子水平上的进化关系，可以建立分子进化的系统树。三、生物大分子进化的内容（二）利用分子差异估测亲缘水平三、生物大分子进化的内容细胞色素C分子进化树三、生物大分子进化的内容三、生物大分子进化的内容四、生物大分子进化的特点1.生物大分子进化速率相对恒定不同物种同类型（同源）的核酸和蛋白质大分子，被认为有着相同的起源。研究这些大分子一级结构的改变，检测出不同物种间大分子序列中的核苷酸或氨基酸的替换数，再结合地质学上有关化石方面的数据，就可以确定生物大分子随时间而改变的速度，即分子进化速率。2.生物大分子进化的“保守性”生物分子进化的“保守性”是指功能上重要的大分子或大分子中功能重要的局部，在进化速率上明显低于那些功能上不重要的大分子或大分子的局部。换言之，那些可能会引起现有表型发生显著改变的突变（替换），其发生的频率要比那些无明显表型效应的突变（替换）发生的频率低。四、生物大分子进化的特点《遗传学》现代综合进化论主要内容一二物种进化学说现代综合进化论主要内容对于现代物种的形成，有各种学说进行解释，从神创论到达尔文的自然选择，最后形成现代综合进化论。现代综合进化论的缺陷三一、物种进化学说拉马克获得性遗传学说达尔文自然选择学说现代综合进化论神创论一、物种进化学说现代综合进化论彻底否定获得性状的遗传，强调进化的渐进性，认为进化是群体而不是个体的现象，并重新肯定了自然选择的压倒一切的重要性，继承和发展了达尔文进化学说。二、现代综合进化论主要内容以生物个体为单位以种群为基本单位二、现代综合进化论主要内容基因突变和环境无必然联系二、现代综合进化论主要内容生物进化和物种形成突变基因重组选择和隔离生物进化和物种形成的基本环节二、现代综合进化论主要内容自然选择是连结物种基因库和环境的纽带，自动地调节突变与环境的相互关系，把突变偶然性纳入进化必然性的轨道，产生适应与进化。二、现代综合进化论主要内容自然选择存在多种机制和模式。丰富多彩的生命世界，其进化的形式是多彩多姿的，形成生命进化的机制也是多种多样的。三、现代综合进化论的缺陷不能很好地解释生物进化的一些问题，如生物体的新结构新器官的形成、产生变异的原因、适应性的起源，以及生活习性和生活方式的改变等。随着近代分子遗传学的发展，生物进化的理论有可能从分子水平上得到进一步的完善。《遗传学》隔离在进化中的作用主要内容一二隔离隔离在物种形成中意义隔离在生物进化中占有重要地位。与生物的遗传、变异、选择一起构成生物进化的四大支柱。一、隔离（一）隔离的作用1.隔离阻止群体间自由交配隔离在生物进化中占有重要地位。一个发生优良变异的个体或群体，如果不和普通个体或群体隔离开来，彼此间进行自由交配。则新获得的优良特性就很快消失，因而也就不能形成新物种或新品种。一、隔离（一）隔离的作用2.隔离的进化中重要性拉马克和达尔文曾指出，在遗传上有差异的群体，如果相互杂交，就会使这种差异消失。在达尔文之后，有很多学者强调过隔离在生物进化中的作用，认为没有隔离或阻止杂交繁殖，有机界的进化是不可能的。一、隔离（二）隔离的形式1.地理隔离地理隔离是由于某些地理的阻碍而发生的，例如海洋、大片陆地、高山和沙漠等。使许多生物不能自由迁移，相互之间不能自由交配，不同基因间不能彼此交流，因而就形成独立的种。一、隔离（二）隔离的形式2.生态隔离生态隔离指由于所需求的食物、环境或其它生态条件的差异而发生的隔离。例如，两种生物虽处在同一地区，但因繁殖季节不同而不能达到相互交配或受精的目的。而生殖隔离是指不能杂交或杂交不育。一、隔离（二）隔离的形式3.生殖隔离生殖隔离是指不能杂交或杂交不育。不能杂交可能由许多原因引起的，如生殖器官构造差异太大或因生理不协调，以及遗传结构上的差异等，而使交配不能成功或杂交不能成功或杂交不育。一、隔离（二）隔离的形式3.生殖隔离地理的或生态的隔离可以说是一种条件性的生殖隔离。分离开的生物间不能相互杂交，遗传物质不能交流。这样，在各个隔离群体里发生的遗传变异，就会朝着不同的方向积累和发展，久之即形成不同的变种或亚种，最后过渡到生殖上的隔离，形成独立的物种。二、隔离在物种进化中的意义隔离是巩固由选择而积累下来的变异的重要因素，它是保障物种形成的最后阶段。所以在物种形成上是一个不可缺少的条件。隔离与生物的遗传、变异、选择一起构成生物进化的四大支柱。二、隔离在物种进化中的意义例：加帕戈斯群岛上发现多种地雀的进化过程《遗传学》生物进化历程主要内容一二生物进化历程生物进化的证据地球上现存物种都是从原始生命进化而来，从原始生命到现代丰富多彩的生物世界，经历了不为人知的复杂过程。三生物的进化历程特点（一）简单生命形式的出现

在地球形成初期的原始大气环境下，非生命的有机分子经过长期的前生物期（prebioticperiod）的化学演化一、生物进化历程（二）原核生物出现原核生物出现在22亿～31亿年前，蓝藻等原核生物的光合作用产生的氧气为异养细胞的有氧呼吸和向更高级程度的进化提供了条件。一、生物进化历程（三）真核生物出现真核生物则出现在12亿～14亿年前。在海水中的原始生物逐渐发展成真核生物，它朝着两个不同方向发展。一种生物体内具有叶绿素，即为植物。另一种生物体内没有叶绿素，于是就朝动物方面发展。一、生物进化历程生物进化历程二、生物进化的证据三叶虫化石不同种类的生物分布在不同的地层中始祖鸟复原图（1861年发现化石）三、生物的进化历程特点1.由简单到复杂、由低等到高等、由水生到陆生。2.在进化过程中，有新物种产生，也有一些物种绝灭。3.各种生物在进化过程中形成适应环境的形态结构和生活习性。《遗传学》遗传、变异和选择在进化中的作用一、遗传和变异是生物进化的内因（一）遗传在生物进化中的作用生物的遗传和变异是矛盾统一体的两个侧面。遗传反映着生物稳定的、保守的一面，没有这种稳定性和保守性，各种生物会随时变来变去，就不可能形成具有一定固定性状的生物类型。变异反映着生物发展变化的一面，世界上没有绝对不变的生物，不变就不可能有发展和进化。所以说，各种生物只有既能变异，又能遗传，再一次变异，再一次遗传，这种变与不变的矛盾统一，就是生物进化的基础和内因。一、遗传和变异是生物进化的内因（二）变异在生物进化中的作用二、选择是生物进化的外因生物大量繁殖产生的各种变异材料，可以遗传，可以再变异，再一次遗传，但是生物向哪个方向变，变成什么样？这又是受到选择这一外因决定的。选择，包括自然选择和人工选择。三、选择在生物进化的作用（一）自然选择在生物进化中的作用达尔文的适者生存，不适者被淘汰的自然选择学说。生物的变异本来是没有一定方向的，即具有各种变异的可能性，既有可能产生有利于自身生存发展的变异，也能产生不利的变异，在各种复杂或变化了的环境里，不适于环境的变异类型必然逐渐被淘汰。自然选择下不同食性的鸟类具有不同的喙自然选择示例自然选择示例沙漠中的仙人掌（二）人工选择在生物进化中的作用达尔文对动、植物在人为干预条件下的变化过程进行了研究，结果表明，所有饲养动物和栽培植物，都是由一个或几个野生种演变而来的。因此，人工选择的新类型、新品种就越来越多，越来越符合人类的需要。人工选择丰富了自然界的生物类别，加速了生物向人类需求的方向进化，所以动、植物新品种的选育也叫做生物的“人工进化”。三、选择在生物进化的作用人工选择的结果，形成了适于耕作的农作物品种人工选择的结果，形成了适于耕作的农作物品种人工选择的结果，形成了适于耕作的农作物品种人工选择的结果，适于饲养的家畜家禽人工选择的结果，适于饲养的家畜家禽《遗传学》物种形成三个方式物种形成(speciation)也叫物种起源，是指物种的分化产生，它是生物进化的主要标志。一、物种形成的概念物种的形成是一种由量变到质变的过程。物种之间的遗传差异是较大的，一般涉及到一系列基因不同，或染色体形态不同，或染色体数目不同。种内个体间、群体间的分化是遗传变异的不断积累。遗传差异逐渐增大，最后产生生殖隔离，就演化为新的物种。一、物种形成的概念（一）渐变式通过突变、选择和隔离等过程，逐渐积累变异而成为新种。由量变到质变。1.继承式一个物种在一个很长的历史时期内，逐渐累积变异，过渡成为一个全新的物种，而原物种已不复存在。例如：马的进化。二、物种形成的方式马的继承式进化（一）渐变式2、分化式：一个物种的两个以上的群体，由于地理隔离或生态隔离，先形成地理族或亚种，而后又逐渐分化为两个或两个以上的新种。二、物种形成的方式旧大陆棉的进化关系（二）爆发式物种形成1.概念爆发式物种形成（suddenspeciation）则是指新物种的形成不一定需要悠久的演变历史，可以在较短的时间内通过染色体数目或结构的变异、远缘杂交、大的基因突变等形式，并在自然选择的作用下以跨跃的形式从一个物种变成另一物种。一般也不经过亚种阶段，在高等植物，特别是种子植物的形成过程中，这是一种比