272_現(xiàn)代生物進化理論的主要內(nèi)容

1、第第2 2節(jié)節(jié) 現(xiàn)代生物進化理論的主要內(nèi)容現(xiàn)代生物進化理論的主要內(nèi)容一、種群基因頻率的改變與生物進化一、種群基因頻率的改變與生物進化（一）種群是生物進化的單位（一）種群是生物進化的單位基因頻率基因頻率：在一個種群基因庫中，某個基因占在一個種群基因庫中，某個基因占全部全部等位基因等位基因數(shù)的比率。數(shù)的比率。種群：種群：種群是生活在種群是生活在同一區(qū)域同一區(qū)域的的同種生物同種生物的的全部個體全部個體，是是生物繁殖生物繁殖和和生物進化生物進化的基本單位。的基本單位。基因庫基因庫: :一個種群中全部個體所含有的一個種群中全部個體所含有的全部基因全部基因叫做叫做這個種群的基因庫。這個種群的基因庫。 例例

2、1 1: :從某個種群中隨機抽出從某個種群中隨機抽出100100個個體，測知基因型個個體，測知基因型為為aaaa、aaaa和和aaaa的個體分別是的個體分別是3030、6060和和1010個。求個。求a a、a a的基的基因頻率分別是多少？因頻率分別是多少？ a a基因的基因頻率為基因的基因頻率為: :100%100%2aaaa2(aaaaaa)a%=a a基因的基因頻率為：基因的基因頻率為：= 40%= 40%a%=2aaaa2(aaaaaa)100%100%= 60%= 60%a a基因的基因頻率為基因的基因頻率為: :100%100%2aaaa2(aaaaaa)a%=a a基因的基因頻率

3、為：基因的基因頻率為：= 40%= 40%a%=2aaaa2(aaaaaa)100%100%= 60%= 60%a a基因的基因頻率為基因的基因頻率為: :100%100%2aaaa2(aaaaaa)a%=a a基因的基因頻率為：基因的基因頻率為：= 40%= 40%a%=2aaaa2(aaaaaa)100%100%= 60%= 60% 基因頻率基因頻率該基因的總數(shù)該基因的總數(shù) / / 該等位基因的總數(shù)該等位基因的總數(shù)基因型頻率基因型頻率該基因型個體數(shù)該基因型個體數(shù) / / 該種群個體總數(shù)該種群個體總數(shù)例例2 2、在一個種群中隨機抽出一定數(shù)量的個體，其中、在一個種群中隨機抽出一定數(shù)量的個體，其

4、中基因型基因型aaaa的個體占的個體占24%24%，基因型，基因型aaaa的個體占的個體占72%72%，基因，基因型型aaaa的個體占的個體占4%4%，那么基因，那么基因a a和基因和基因a a的頻率分別是：的頻率分別是：基因頻率基因頻率= = = 純合子頻率純合子頻率+1/2+1/2雜合子頻率雜合子頻率某基因的數(shù)目某基因的數(shù)目該基因的等位基因的總數(shù)該基因的等位基因的總數(shù) 100% 100%例例3:3:某工廠有男女職工各某工廠有男女職工各200200人，對他們進行調查時人，對他們進行調查時發(fā)現(xiàn)，女色盲發(fā)現(xiàn)，女色盲5 5人，女性攜帶人，女性攜帶1515人。男性色盲人。男性色盲1111人，人，求求

5、x xb b,x,xb b的頻率。的頻率。94%6%假設的昆蟲群體滿足以下五個條件：昆蟲群體數(shù)量足夠大，昆蟲群體數(shù)量足夠大，全部的雌雄個體間都能自由交配并能產(chǎn)生后代，全部的雌雄個體間都能自由交配并能產(chǎn)生后代，沒有遷入與遷出，沒有遷入與遷出，自然選擇對自然選擇對a a、a a控制的翅型性狀沒有作用控制的翅型性狀沒有作用也沒有基因突變和染色體變異。也沒有基因突變和染色體變異。親親代基因型的頻率代基因型的頻率aa(30%)aa(60%)aa(10%)配子的比率配子的比率a( )a( ) a( )a( )子代基因型頻率子代基因型頻率aa( )aa( )aa( 16%)子代基因頻率子代基因頻率a ( )

6、a( )30%30%30%10%36%48%60%40% 36%24%16%aaaaaa24%aaa 60%a 40%卵子a 60%a 40%精子其中其中p p代表代表a a基因的頻率，基因的頻率，q q代表代表a a基因的頻率?；虻念l率。則：則：p+q=1p+q=1，并得出：并得出：p p2 2代表代表aaaa的頻率的頻率， q2q2代表代表aaaa的頻率的頻率， 2pq2pq代表代表雜合子雜合子aaaa的頻率的頻率。親代親代子一代子一代 子二代子二代子三代子三代基因型基因型頻率頻率aa30%aa60%aa10%基因頻基因頻率率a60%a40%36%48%16%60%40%36%16%48

7、%60%60%40%40%36%48%16%一個遺傳上的平衡的群體一個遺傳上的平衡的群體,其其基因頻率基因頻率和和基基因型頻率因型頻率遵循遵循哈迪哈迪-溫伯格定律溫伯格定律 !假設的昆蟲群體滿足以下五個條件：昆蟲群體數(shù)量足夠大，昆蟲群體數(shù)量足夠大，全部的雌雄個體間都能自由交配并能產(chǎn)生后代，全部的雌雄個體間都能自由交配并能產(chǎn)生后代，沒有遷入與遷出，沒有遷入與遷出，自然選擇對自然選擇對a a、a a控制的翅型性狀沒有作用控制的翅型性狀沒有作用也沒有基因突變和染色體變異也沒有基因突變和染色體變異。 在上述在上述條件下，種群的基因頻率和基因型頻條件下，種群的基因頻率和基因型頻率可以世代相傳率可以世代相

8、傳不發(fā)生變化不發(fā)生變化，保持平衡保持平衡，叫做叫做，也叫也叫 設設a的基因頻率的基因頻率=p，a的基因頻率的基因頻率=q ，p+q= 1 ( p+q ) 2 = p2 + 2pq + q2 = 1 aa的基因型頻率的基因型頻率aa的基因型頻率的基因型頻率aa的基因型頻率的基因型頻率2.2.滿足五個假設條件的種群是理想的種群，在自然條滿足五個假設條件的種群是理想的種群，在自然條件下件下, ,這樣的種群是不存在的。這樣的種群是不存在的。這也從反面說明了在自然界中，種群的基因頻率遲早這也從反面說明了在自然界中，種群的基因頻率遲早要發(fā)生變化，也就是說種群的進化是必然的。要發(fā)生變化，也就是說種群的進化是

9、必然的。3.3.會，要看這一突變對生物體是有益還是有會，要看這一突變對生物體是有益還是有害的，害的，這往往取決于生物生存的環(huán)境。這往往取決于生物生存的環(huán)境。 在自然界，由于基因突變、基因重在自然界，由于基因突變、基因重組和自然選擇等因素，種群的基因頻率組和自然選擇等因素，種群的基因頻率和基因型頻率總是在不斷變化的。和基因型頻率總是在不斷變化的。生物進化的實質：生物進化的實質：種群的進化過程就是種群的進化過程就是種群基因頻率發(fā)生種群基因頻率發(fā)生變化的過程。變化的過程?？蛇z傳的變異可遺傳的變異基因突變基因突變?nèi)旧w變異染色體變異基因重組基因重組突變突變突變和基因重組產(chǎn)生進化的原材料突變和基因重組產(chǎn)

10、生進化的原材料（二）突變和基因重組產(chǎn)生進化的原材料（二）突變和基因重組產(chǎn)生進化的原材料 自然界，生物自發(fā)突變的頻率很低，而且自然界，生物自發(fā)突變的頻率很低，而且突變大多數(shù)是有害的，為什么還能夠作為生突變大多數(shù)是有害的，為什么還能夠作為生物進化的原材料的呢？物進化的原材料的呢？ 果蠅約有果蠅約有10104 4對基因，假定每個基因的突變率是對基因，假定每個基因的突變率是10105 5，一個約有，一個約有10109 9個果蠅的種群每一代出現(xiàn)的基個果蠅的種群每一代出現(xiàn)的基因突變率是？因突變率是？2 210104 410105 510109 92 210108 8 突變的有害和有利并不是絕對的，它取突變

11、的有害和有利并不是絕對的，它取決于生物的生存環(huán)境。決于生物的生存環(huán)境?；蚧?重組重組突變突變新的等位基因新的等位基因多種多樣多種多樣的基因型的基因型種群中出現(xiàn)大量種群中出現(xiàn)大量可遺傳的變異可遺傳的變異變異是隨機的、變異是隨機的、不定向不定向的的形成了形成了進化的原材料進化的原材料突變是不定向的，不能決定生物的進化方向突變是不定向的，不能決定生物的進化方向 19世紀，樺尺蠖種群中黑色世紀，樺尺蠖種群中黑色基因（基因（s）頻率為）頻率為5%，淺灰色，淺灰色基因（基因（s）頻率為）頻率為95% 20世紀，樺尺蠖種群中黑世紀，樺尺蠖種群中黑色基因（色基因（s）頻率為）頻率為95%，淺灰色基因（淺灰

12、色基因（s）頻率為）頻率為5%探究自然選擇對種群基因頻率的影響探究自然選擇對種群基因頻率的影響現(xiàn)在我們用數(shù)學方法來討論一下樺尺蠖基因頻率變化的現(xiàn)在我們用數(shù)學方法來討論一下樺尺蠖基因頻率變化的原因。原因。18701870年樺尺蠖的基因型頻率為年樺尺蠖的基因型頻率為ss 10% ss 10% ； ss 20%ss 20%； ss 70%ss 70%，在樹干變黑這一環(huán)境條件下假如樹干變黑不利，在樹干變黑這一環(huán)境條件下假如樹干變黑不利于淺色樺尺蠖的生存，使得種群中淺色個體每年減少于淺色樺尺蠖的生存，使得種群中淺色個體每年減少10%10%，黑色個體每年增加，黑色個體每年增加10%10%，以后的幾年內(nèi)，樺

13、尺蠖種，以后的幾年內(nèi)，樺尺蠖種群每年的基因型頻率與基因頻率是多少呢？群每年的基因型頻率與基因頻率是多少呢？第第1年年 第第2年年第第3年年第第4年年基因基因型頻型頻率率ss10%10%11.5%11.5%ss20%20%22.9%22.9%ss70%70%65.6%65.6%基因基因頻率頻率s20%20%23%23%s80%80%77%77%13.1%升高升高26%60.9%26.1%73.9%14.6%29.3%56.1%29.3%70.7%降低降低(1)(1)在這個探究實驗中根據(jù)上面的數(shù)據(jù)分析，變黑的環(huán)境對樺尺在這個探究實驗中根據(jù)上面的數(shù)據(jù)分析，變黑的環(huán)境對樺尺蠖產(chǎn)生了什么樣的影響？變黑的

14、環(huán)境對樺尺蠖淺色個體的出生率蠖產(chǎn)生了什么樣的影響？變黑的環(huán)境對樺尺蠖淺色個體的出生率有影響嗎？有影響嗎？(2)(2)在自然選擇中，直接受選擇的是基因型還是表現(xiàn)型？在自然選擇中，直接受選擇的是基因型還是表現(xiàn)型？變黑的環(huán)境使控制淺色的變黑的環(huán)境使控制淺色的s s基因頻率減少基因頻率減少,s,s基因頻率增加基因頻率增加有，許多淺色個體能可在沒有交配、產(chǎn)卵前就已被天敵捕食有，許多淺色個體能可在沒有交配、產(chǎn)卵前就已被天敵捕食天敵看到的是樺尺蠖的體色（表現(xiàn)型）而不是控制體色的基因天敵看到的是樺尺蠖的體色（表現(xiàn)型）而不是控制體色的基因（三）自然選擇決定生物進化的方向。（三）自然選擇決定生物進化的方向。4.4

15、.突變和基因重組產(chǎn)生進化的原材料。如果沒有突變，突變和基因重組產(chǎn)生進化的原材料。如果沒有突變，就不可能產(chǎn)生新的等位基因，基因重組也就沒有意義，就不可能產(chǎn)生新的等位基因，基因重組也就沒有意義，生物就不可能產(chǎn)生可遺傳的變異，也就不可能進化。生物就不可能產(chǎn)生可遺傳的變異，也就不可能進化。1.1.提示：如選擇育種和雜交育種。提示：如選擇育種和雜交育種。2.2.提示：如果氣候等其他條件也合適，并且這個種群提示：如果氣候等其他條件也合適，并且這個種群具有一定的繁殖能力，該種群的個體數(shù)會迅速增加。具有一定的繁殖能力，該種群的個體數(shù)會迅速增加。否則，也可能仍然處于瀕危狀態(tài)甚至絕滅。否則，也可能仍然處于瀕危狀態(tài)

16、甚至絕滅。（一）物種（一）物種物種：指能夠在自然狀態(tài)下相互交配并且產(chǎn)生可育后代物種：指能夠在自然狀態(tài)下相互交配并且產(chǎn)生可育后代的一群生物，簡稱的一群生物，簡稱“種種”。全世界的人都是一個物種嗎全世界的人都是一個物種嗎？人都是一個物種，無論白人黑人黃種人結婚，人都是一個物種，無論白人黑人黃種人結婚，都能產(chǎn)生具有生殖能力的后代。都能產(chǎn)生具有生殖能力的后代。馬跟驢是一個物種嗎？馬跟驢是一個物種嗎？地理隔離地理隔離: :不同物種之間一般是不能夠相互交配的，不同物種之間一般是不能夠相互交配的，即使交配成功，也即使交配成功，也不能夠產(chǎn)生可育的后不能夠產(chǎn)生可育的后代代，這種現(xiàn)象叫生殖隔離。，這種現(xiàn)象叫生殖隔

17、離。生殖隔離生殖隔離：由于由于地理上的障礙地理上的障礙使得同種生物的不同使得同種生物的不同種群間不能夠發(fā)生基因交流的現(xiàn)象。種群間不能夠發(fā)生基因交流的現(xiàn)象。（二）隔離（二）隔離種類種類指指不同種群間不同種群間的個體，在自然條件下的個體，在自然條件下基因不能自由基因不能自由交流交流的現(xiàn)象。的現(xiàn)象。概念：概念：東北虎和華南虎之東北虎和華南虎之間存在什么隔離？間存在什么隔離？馬和驢之間存在什馬和驢之間存在什么隔離么隔離？ 它們之間還能自由交配嗎？它們之間還能自由交配嗎？（三）隔離在物種形成中的作用三）隔離在物種形成中的作用1.1.設想南美洲大陸的一種地雀來到加拉帕戈斯群島后，先在兩個設想南美洲大陸的一

18、種地雀來到加拉帕戈斯群島后，先在兩個島嶼上形成兩個初始種群。這兩個種群的個體數(shù)量都不多。它們島嶼上形成兩個初始種群。這兩個種群的個體數(shù)量都不多。它們的基因頻率一樣嗎？的基因頻率一樣嗎？由于這兩個種群的個體數(shù)量都不夠多，基因頻率可能是不一樣的。由于這兩個種群的個體數(shù)量都不夠多，基因頻率可能是不一樣的。不同島嶼上的地雀種群，產(chǎn)生突變的情況一樣嗎？不同島嶼上的地雀種群，產(chǎn)生突變的情況一樣嗎？不一樣。因為突變是隨機發(fā)生的。不一樣。因為突變是隨機發(fā)生的。對不同島嶼上的地雀種群來說，環(huán)境的作用有沒對不同島嶼上的地雀種群來說，環(huán)境的作用有沒有差別？這對種群基因頻率的變化會產(chǎn)生什么影響？有差別？這對種群基因頻

19、率的變化會產(chǎn)生什么影響？ 不同島嶼的地形和植被條件不一樣，因此環(huán)境的作用不同島嶼的地形和植被條件不一樣，因此環(huán)境的作用會有差別，導致種群基因頻率朝不同的方向改變。會有差別，導致種群基因頻率朝不同的方向改變。如果這片海域只有一個小島，還會形成這么多種如果這片海域只有一個小島，還會形成這么多種地雀嗎？地雀嗎？ 不會。因為個體間有基因的交流。不會。因為個體間有基因的交流。地理隔離地理隔離生殖隔離生殖隔離長期長期加拉帕戈斯群島的地雀加拉帕戈斯群島的地雀 由于地理隔離而形成生殖隔離，形成了不由于地理隔離而形成生殖隔離，形成了不同的物種。其過程十分緩慢同的物種。其過程十分緩慢! !物種形成的比較常見的方式

20、：物種形成的比較常見的方式：不同小島上的植被不同，不同小島上的植被不同，果實大小不同所致。果實大小不同所致。自然選擇自然選擇2 2自然選擇自然選擇1 1地理地理隔離隔離物種形成的比較常見的方式：物種形成的比較常見的方式：原原種種變異變異1 1變異變異2 2基因頻率的定向改變基因頻率的定向改變變異變異類型類型1 1變異變異類型類型2 2新物種新物種新物種新物種生殖生殖 隔離隔離多倍體的形成不需經(jīng)地理隔離。多倍體的形成不需經(jīng)地理隔離。2.2.生活在峽谷北側的種群發(fā)生了突變，由于突變的隨機生活在峽谷北側的種群發(fā)生了突變，由于突變的隨機性，同樣的突變沒有發(fā)生在峽谷南側的種群中。由于這性，同樣的突變沒有

21、發(fā)生在峽谷南側的種群中。由于這兩個種群被河流隔開，彼此沒有交配的機會，也就是沒兩個種群被河流隔開，彼此沒有交配的機會，也就是沒有基因的交流，所以兩個種群發(fā)生明顯的分化，有可能有基因的交流，所以兩個種群發(fā)生明顯的分化，有可能演變成兩個物種。演變成兩個物種。拓展題拓展題 提示：雄虎和雌獅雜交生出的后代是虎獅獸，雄獅和雌提示：雄虎和雌獅雜交生出的后代是虎獅獸，雄獅和雌虎雜交生出的后代是獅虎獸。目前還沒有虎獅獸和獅虎虎雜交生出的后代是獅虎獸。目前還沒有虎獅獸和獅虎獸交配并生出可育后代的證據(jù)。獸交配并生出可育后代的證據(jù)。1.假說甲：紅褐色魚和金黃色魚起源于同一種灰色魚。假說甲：紅褐色魚和金黃色魚起源于同

22、一種灰色魚。假說乙：糊假說乙：糊中原來只有紅褐色魚，湖中原來只有紅褐色魚，湖中原來只有金中原來只有金黃色魚，發(fā)洪水時，這兩個湖中的魚發(fā)生混雜在一起。黃色魚，發(fā)洪水時，這兩個湖中的魚發(fā)生混雜在一起。2.假說甲沒有考慮隔離在物種形成中的作用，也沒有考假說甲沒有考慮隔離在物種形成中的作用，也沒有考慮洪水的作用。慮洪水的作用。3.這一證據(jù)支持假說乙。這一證據(jù)支持假說乙。4.如果紅褐色魚和金黃色魚不能雜交，或雜交后不能產(chǎn)如果紅褐色魚和金黃色魚不能雜交，或雜交后不能產(chǎn)生可育后代，說明它們不是一個物種。生可育后代，說明它們不是一個物種。 任何一個物種都不是任何一個物種都不是單獨單獨進化的。進化的。 不同不同

23、_之間、之間、_與與_之間在相互影響之間在相互影響中不斷進化和發(fā)展，這就是中不斷進化和發(fā)展，這就是共同進化共同進化。物種物種生物生物無機環(huán)境無機環(huán)境1、內(nèi)容：、內(nèi)容： 基因多樣性基因多樣性物種多樣性物種多樣性生態(tài)系統(tǒng)多樣性生態(tài)系統(tǒng)多樣性（3層次）層次）2、形成生物多樣性的原因：、形成生物多樣性的原因：長期自然選擇、長期自然選擇、共同進化共同進化達到結果達到結果3、研究生物進化的主要依據(jù)：、研究生物進化的主要依據(jù)：化石化石從原核生物到真核生物，從原核生物到真核生物，從無性生殖到有性生殖，從無性生殖到有性生殖，由簡單到復雜，由簡單到復雜，由水生到陸生，由水生到陸生，由低等到高等。由低等到高等。地球

24、上最早出現(xiàn)的生物是：地球上最早出現(xiàn)的生物是：厭氧單細胞生物厭氧單細胞生物 生物進化是如此復雜的，現(xiàn)有的進化理生物進化是如此復雜的，現(xiàn)有的進化理論所不能解釋的問題比已經(jīng)解釋的問題還要論所不能解釋的問題比已經(jīng)解釋的問題還要多，因此現(xiàn)代生物進化理論是不斷發(fā)展的。多，因此現(xiàn)代生物進化理論是不斷發(fā)展的。中性進化理論：中性進化理論：“間斷平衡學間斷平衡學”理論：理論：3.3.有性生殖的出現(xiàn)，使基因重組得以實現(xiàn)，增加了生物變有性生殖的出現(xiàn)，使基因重組得以實現(xiàn)，增加了生物變異的多樣性，因而使生物進化的速度明顯加快。異的多樣性，因而使生物進化的速度明顯加快。拓展題拓展題 1.1.提示：假如那樣，生物界紛繁復雜的現(xiàn)象就很難用統(tǒng)一提示：假如那樣，生物界紛繁復雜的現(xiàn)象就很難用統(tǒng)一的觀點和理論來解釋，作為生物學基本觀點之一的進化觀的觀點和理論來解釋，作為生物學基本觀點之一的進化觀點將難以建立，生物學就不可能形成現(xiàn)在這樣一個科學的點將難以建立，生物學就不可能形成現(xiàn)在這樣一個科學的框架體系，學習生物學將缺少基本觀點和方法的指導和統(tǒng)框架體系，學習生物學將缺少基本觀點和方法的指導和統(tǒng)領。領。2.2.提示：生態(tài)指的是生物與環(huán)境的相互關系，進化指的提示