現(xiàn)代生物進(jìn)化理論的內(nèi)容(上課用PPT)

第七章現(xiàn)代生物進(jìn)化理論§7.2現(xiàn)代生物進(jìn)化理論的主要內(nèi)容幼虎把自己想象成虎體內(nèi)的一個(gè)基因。你不僅不愿意自己在虎的后代中消失，而且想讓越來(lái)越多的虎擁有自己的拷貝。你怎樣才能達(dá)到這一目的呢？你將選擇做什么樣的基因？一個(gè)基因所控制的性狀，對(duì)個(gè)體生存和繁殖后代的貢獻(xiàn)越大,擁有該基因的個(gè)體的可能越多!當(dāng)然就會(huì)使越來(lái)越多的虎擁有自己的拷貝!問(wèn)題探討達(dá)爾文的自然選擇學(xué)說(shuō)指出，在一種生物的群體中，出現(xiàn)有利變異的個(gè)體能存活，并且有機(jī)會(huì)留下自己的后代。但是，研究生物的進(jìn)化，僅研究個(gè)體的表現(xiàn)型是否與環(huán)境相適應(yīng)是不夠的，還必須研究群體基因組成的變化。這個(gè)群體就是種群！一、種群基因頻率的改變與生物進(jìn)化種群是生物進(jìn)化的基本單位突變和基因重組產(chǎn)生進(jìn)化的原材料自然選擇決定生物進(jìn)化的方向隔離導(dǎo)致物種的形成（一）種群是生物進(jìn)化的基本單位1、種群的概念：臥龍自然保護(hù)區(qū)獼猴種群：種群是生活在同一區(qū)域的同種生物的全部個(gè)體，是生物繁殖和生物進(jìn)化的基本單位。判斷下列是否屬于種群（1）一個(gè)池塘中的全部魚(yú)（2）一個(gè)池塘中的全部鯉魚(yú)（3）兩個(gè)池塘內(nèi)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廟里的一群和尚也屬于種群?jiǎn)?？否是否否?、種群的特點(diǎn)：

種群中的個(gè)體并不是機(jī)械地集合在一起，而是彼此可以交配，并通過(guò)繁殖將各自的基因傳給后代。人們?yōu)槭裁匆岢觥胺N群”這個(gè)概念呢？

自然界的物種實(shí)際上是以一個(gè)個(gè)種群存在的，種群是物種繁衍、進(jìn)化的基本單位。它為研究生物與環(huán)境的關(guān)系和物種的變化帶來(lái)了方便。

思考：同前一年的蝗蟲(chóng)種群相比，新形成的蝗蟲(chóng)種群在基因組成上會(huì)有什么變化嗎？性狀是由基因控制的，因此研究生物的進(jìn)化必須研究種群的基因組成和變化。如何分析種群的基因組成和變化？由此人們提出基因庫(kù)和基因頻率的概念。3、基因庫(kù)：一個(gè)種群中全部個(gè)體所含有的全部基因。這些金魚(yú)各自有自己的基因，共同構(gòu)成了種群的基因庫(kù)。它們各自的基因都是基因庫(kù)的一部分。個(gè)體數(shù)目越多，個(gè)體間的差異越大，基因庫(kù)也就越大。4、基因頻率：在一個(gè)種群基因庫(kù)中，某個(gè)基因占全部等位基因數(shù)的比率。基因頻率＝該基因的總數(shù)該等位基因的總數(shù)例1:如某昆蟲(chóng)種群中決定翅色為綠色的基因?yàn)锳，決定翅色為褐色的基因?yàn)閍，從種群中隨機(jī)抽出100個(gè)個(gè)體，測(cè)知基因型為AA、Aa和aa的個(gè)體分別是30、60和10個(gè)。那么A和a的基因頻率是多少?解:A基因的基因頻率為:a基因的基因頻率為：基因頻率=某基因的數(shù)目該基因的等位基因的總數(shù)純合子頻率+1/2雜合子頻率=40%

30/100×100%

+1/2×60/100×100%=60%

10/100×100%

+1/2×60/100×100%=40%A%=×100%2×AA＋Aa2(AA＋Aa＋aa)a%=×100%=60%2×aa＋Aa2(AA＋Aa＋aa)×100%A%=a%=基因頻率=例2:某工廠有男女職工各200人，對(duì)他們進(jìn)行調(diào)查時(shí)發(fā)現(xiàn)，女色盲5人，女性攜帶15人。男性色盲11人，求XB,Xb的頻率。解:×100%5×2＋15＋11200×2＋200Xb%==6%XB%=1—6%=94%親代基因型的頻率AA(30%)Aa(60%)aa(10%)配子的比率A()A()a()a()子代基因型頻率AA()Aa()aa()子代基因頻率A()a()30%30%30%10%36%48%16%60%40%p+q=1(p+q)2=p2+2pq+q2=1AA=p2Aa=2pqaa=q2P表示基因A的頻率，q表示基因a的頻率

卵細(xì)胞

a40%A60%精子A60%a40%AA36%Aa24%24%Aaaa16%

親代子一代

子二代

子三代基因型頻率AA30%Aa60%aa10%基因頻率A60%a40%36%48%40%

在討論題2中的群體滿足五個(gè)條件的情況下,計(jì)算子二代、子三代的基因頻率與基因型頻率;分析一下各代基因頻率與基因型頻率相同嗎？

16%60%36%48%40%16%60%36%48%40%16%60%由此可見(jiàn)，如果滿足上述五個(gè)條件，則親代和子代每一種基因的頻率都不會(huì)改變，到再下一代也是如此，也就是說(shuō)基因頻率可以代代保持穩(wěn)定不變。這就是哈迪－溫伯格平衡，也叫遺傳平衡定律。它是指在一個(gè)極大的隨機(jī)交配的種群中，在沒(méi)有突變、選擇和遷移的條件下，種群的基因頻率和基因型頻率可以世代相傳不發(fā)生變化，保持平衡。滿足五個(gè)假設(shè)條件的種群是理想的種群，在自然條件下,這樣的種群是不存在的。這也從反面說(shuō)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(shuō)種群的進(jìn)化是必然的。上述計(jì)算結(jié)果是在滿足五個(gè)假設(shè)條件的基礎(chǔ)上計(jì)算的，對(duì)自然界的種群來(lái)說(shuō)，這五個(gè)條件都能成立嗎？特別是如果第⑤點(diǎn)假設(shè)（⑤基因A和a都不產(chǎn)生突變,即沒(méi)有基因突變和染色體變異。）成立這與前面我們所學(xué)的基因突變的哪個(gè)特性相違背？與基因突變的普遍性相違背。

如果該種群出現(xiàn)新的突變型，也就是產(chǎn)生新的等位基因（A2），種群的基因頻率會(huì)變化嗎？基因A2的頻率可能會(huì)怎樣變化？突變產(chǎn)生的新基因會(huì)使種群的基因頻率發(fā)生變化?；駻2的頻率是增加還是減少，要看這一突變對(duì)生物體是有益還是有害的，這往往取決于生物生存的環(huán)境。生物進(jìn)化的實(shí)質(zhì)：種群的進(jìn)化過(guò)程就是種群基因頻率發(fā)生變化的過(guò)程。通過(guò)討論基因頻率的變化可以認(rèn)識(shí)到，自然界中種群的基因頻率一定會(huì)發(fā)生變化，也就是說(shuō)種群的進(jìn)化是必然的。（二）突變和基因重組產(chǎn)生生物進(jìn)化的原材料

基因突變和染色體變異統(tǒng)稱為突變。基因突變?cè)谧匀唤缡瞧毡榇嬖诘?，因此基因突變產(chǎn)生新的等位基因，這就可能使種群的基因頻率發(fā)生變化。不可遺傳變異可遺傳變異基因突變基因重組染色體變異變異

自然界中生物的自然突變頻率很低，而且一般對(duì)生物體是有害的。為什么還能夠改變種群中的基因頻率呢？種群是由許多個(gè)體組成的，每個(gè)個(gè)體的每一個(gè)細(xì)胞內(nèi)都有成千上萬(wàn)個(gè)基因，這樣，每一代就會(huì)產(chǎn)生大量的突變。例如：一個(gè)果蠅約有104對(duì)基因，假定每個(gè)基因的突變率都是10－5，若有一個(gè)中等數(shù)量的果蠅種群（約有108個(gè)個(gè)體），那么每一代出現(xiàn)基因突變數(shù)是多少呢？

2×104×10－5個(gè)體×108種群=2×1071．種群中突變的特點(diǎn)：突變數(shù)很大、隨機(jī)、不定向2．種群基因重組的結(jié)果：產(chǎn)生更多可遺傳變異、不定向

突變的有害還是有利也不是絕對(duì)的，這往往取決于生物的生存環(huán)境?；蛑亟M基因突變新的等位基因多種多樣的基因型種群中出現(xiàn)大量可遺傳的變異變異是不定向的形成了進(jìn)化的原材料,不能決定生物進(jìn)化的方向人類把鯽魚(yú)的后代培育成金魚(yú)，實(shí)質(zhì)就是通過(guò)選擇改變基因頻率。從圖中看顯然紅色基因的頻率顯著提高了。

19世紀(jì)，樺尺蠖種群中黑色基因（S）頻率為5%，淺灰色基因（s）頻率為95%

20世紀(jì)，樺尺蠖種群中黑色基因（S）頻率為95%，淺灰色基因（s）頻率為5%探究自然選擇對(duì)種群基因頻率的影響現(xiàn)在我們用數(shù)學(xué)方法來(lái)討論一下樺尺蠖基因頻率變化的原因。1870年樺尺蠖的基因型頻率為SS10%；Ss20%；ss70%，在樹(shù)干變黑這一環(huán)境條件下假如樹(shù)干變黑不利于淺色樺尺蠖的生存，使得種群中淺色個(gè)體每年減少10%，黑色個(gè)體每年增加10%，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？第1年第2年第3年第4年……基因型頻率SS10%11.5%Ss20%22.9%ss70%65.6%基因頻率S20%23%s80%77%13.1%升高26%60.9%26.1%73.9%14.6%29.3%56.1%29.3%70.7%降低(1)在這個(gè)探究實(shí)驗(yàn)中根據(jù)上面的數(shù)據(jù)分析，變黑的環(huán)境對(duì)樺尺蠖產(chǎn)生了什么樣的影響？變黑的環(huán)境對(duì)樺尺蠖淺色個(gè)體的出生率有影響嗎？(2)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s基因頻率減少,S基因頻率增加。有影響。許多淺色個(gè)體可能在沒(méi)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。結(jié)論：自然選擇決定生物進(jìn)化的方向自然選擇使基因頻率定向改變。（三）自然選擇決定了生物進(jìn)化的方向突變和基因重組為生物進(jìn)化提供了原材料，自然選擇可以使基因頻率發(fā)生定向改變，導(dǎo)致生物朝著一定的方向不斷進(jìn)化。原因：淘汰不利變異基因，積累有利變異基因。結(jié)果：使基因頻率定向改變。二、隔離與物種的形成1、物種的概念：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稱為一個(gè)物種，簡(jiǎn)稱“種”。一個(gè)生物“種”或“物種”與種群有何區(qū)別？

物種是生物的種類,

可以分布在自然界的不同區(qū)域；而種群是一定區(qū)域內(nèi)的全部同種個(gè)體的集合。如：鯽魚(yú)是一個(gè)物種，湘江中的鯽魚(yú)是一個(gè)種群。自然界的物種實(shí)際上是以一個(gè)個(gè)種群存在的，種群是物種繁衍、進(jìn)化的基本單位。人都是一個(gè)物種，無(wú)論白人黑人黃種人結(jié)婚，都能產(chǎn)生具有生殖能力的后代。同樣