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1、第七章 现代生物进化理论,7.2 现代生物进化理论的主要内容,达尔文的自然选择学说指出，在一种生物的群体中，出现有利变异的个体能存活，并且有机会留下自己的后代。但是，研究生物的进化，仅研究个体的表现型是否与环境相适应是不够的，还必须研究群体基因组成的变化。,这个群体就是种群！,一、种群基因频率的改变与生物进化,种群是生物进化的基本单位突变和基因重组产生进化的原材料自然选择决定生物进化的方向隔离导致物种形成,（一）种群是生物进化的基本单位,1、种群概念：,生活在一定区域的同种生物的全部个体。,卧龙自然保护区 猕猴,判断下列是否属于种群,（1）一个池塘中的全部鱼 （2）一个池塘中的全部鲤鱼（3）两
2、个池塘内的全部青蛙（4）一片草地上的全部植物（5）一片草地上的成年梅花鹿,庙里的一群和尚也属于种群吗 ？,否,是,否,否,否,2、种群的特点：,种群中的个体并不是机械地集合在一起，而是彼此可以交配，并通过繁殖将各自的基因传给后代。,人们为什么要提出“种群”这个概念呢？,自然界的物种实际上是以一个个种群存在的，种群是物种繁衍、进化的基本单位。它为研究生物与环境的关系和物种的变化带来了方便。,种群是生物繁殖、进化的基本单位。,思考：同前一年的蝗虫种群相比，新形成的蝗虫种群在基因组成上会有什么变化吗？,性状是由基因控制的，因此研究生物的进化必须研究种群的基因组成和变化。如何分析种群的基因组成和变化？
3、由此人们提出基因库和基因频率的概念。,3、基因库：,一个种群中全部个体所含有的全部基因。,这些金鱼各自有自己的基因，共同构成了种群的基因库。它们各自的基因都是基因库的一部分。个体数目越多，个体间的差异越大，基因库也就越大。,4、基因频率：,在一个种群基因库中，某个基因占全部等位基因数的比率。,例1:如某昆虫种群中决定翅色为绿色的基因为A，决定翅色为褐色的基因为a，从种群中随机抽出100个个体，测知基因型为AA、Aa和aa的个体分别是30、60和10个。那么A和a的基因频率是多少?,解:,A基因的基因频率为:,a基因的基因频率为：,基因频率=,纯合子频率+1/2杂合子频率,= 40%,30/10
4、0100% +1/260/100100% = 60%,10/100100% +1/260/100100% = 40%,A%=,a%=, 100%,= 60%,A%=,a%=,基因频率=,例2:某工厂有男女职工各200人，对他们进行调查时发现，女色盲5人，女性携带15人。男性色盲11人，求XB,Xb的频率。,解:,Xb%=,= 6%,XB%=16%,= 94%,如果某基因在X染色体上，而在Y染色体上没有该基因及其等位基因，则公式可以转变成,基因频率=,某基因总数,2X女性个体数+男性个体数,用数学方法讨论基因频率的改变假设的昆虫群体满足以下五个条件：昆虫群体数量足够大，全部的雌雄个体间都能自由交
5、配并能产生后代，没有迁入与迁出，AA、Aa、aa三种基因型昆虫的生存能力完全相同（也就是说自然选择对A、a控制的翅型性状没作用，即没有自然选择）没有基因突变和染色体变异。,30%,30%,30%,10%,36%,48%,16%,60%,40%,p+q = 1,(p+q )2,=p2+2pq+q2,= 1,AA= p2 Aa= 2pq aa=q2,P表示基因A的频率，q表示基因a的频率,AA,36%,Aa,24%,24%,Aa,aa,16%,36%,48%,40%,在讨论题2中的群体满足五个条件的情况下,计算子二代、子三代的基因频率与基因型频率 ; 分析一下各代基因频率与基因型频率相同吗？,16
6、%,60%,总结：若种群中个体间随机交配，则后代中的基因频率和基因型频率均不变； 若种群中个体自交，则后代中的基因频率不变，而基因型频率发生改变。,满足五个假设条件的种群是理想的种群，在自然条件下,这样的种群是不存在的。这也从反面说明了在自然界中，种群的基因频率迟早要发生变化，也就是说种群的进化是必然的。,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？ 特别是如果第点假设（基因A和a都不产生突变,即没有基因突变和染色体变异。）成立这与前面我们所学的基因突变的哪个特性相违背？,与基因突变的普遍性相违背。,如果该种群出现新的突变型，也就是产生新的等位基因
7、（A2），种群的基因频率会变化吗？基因A2的频率可能会怎样变化？,突变产生的新基因会使种群的基因频率发生变化。基因A2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，这往往取决于生物生存的环境。,生物进化的实质：种群的进化过程就是种群基因频率发生变化的过程。,通过讨论基因频率的变化可以认识到，自然界中种群的基因频率一定会发生变化，也就是说种群的进化是必然的。,据调查得知，某学校的学生中各血型的比率如下： IAIA 20% IAi 30% IBIB 10% IBi 20% IAIB 10% ii 10%计算IB的基因频率。,10% +1/2（ 10% + 20%） = 25%,1已知
8、人眼的褐色（A）对蓝色（a）是显性。在一个有30000人的人群中，蓝眼的人3600人，褐眼的有26400人，其中纯合体有12000人。那么，在这一个人群中A和a的基因频率分别为 A 0.64和0.36 B 0.36和0.64 C 0.50和0.50 D 0.82和0.182在某一个人群中，已调查得知，隐性性状者为16，问该性状不同类型的基因型频率是多少？（按AA、Aa、aa顺序排列答案）A 0.36 0.48 0.16 B 0.48 0.36 0.16 C 0.16 0.48 0.36 D 0.16 0.36 0.48,（A）,（A）,3.某工厂有男女职工各200名，对他们进行调查时发现，女性
9、色盲基因携带者为15人，女性患者1人，男性患者14人，这个群体中色盲基因的频率应为（ ）。 A、15% B、3.88% C、5.17% D、10.3%,色盲（b）基因频率,15214,2002200,5.17,C, 100%,种群中的全部基因,可导致生物进化，它的变化是形成新物种的前提,导致生物进化,生物不一定进化,（二）突变和基因重组产生生物进化的原材料,基因突变和染色体变异统称为突变。,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，这就可能使种群的基因频率发生变化。,不可遗传变异,可遗传变异,基因突变基因重组染色体变异,变异,自然界中生物的自然突变频率很低，而且一般对生物体是
10、有害的。为什么还能够改变种群中的基因频率呢？,例如：一个果蝇约有104对基因，假定每个基因的突变率都是105，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？,2 104 105,个体, 108,种群,= 2 107,自然界中生物的自然突变频率很低，而且一般对生物体是有害的。为什么还能够改变种群中的基因频率呢？,1. 种群是由许多个体组成的，每个个体的每一个细胞内都有成千上万个基因，这样，每一代就会产生大量的突变。,种群中突变的特点： 突变数很大、随机、不定向种群基因重组的结果：产生更多可遗传变异、不定向,2. 突变的有害还是有利也不是绝对的，这往往取决于生物
11、的生存环境。,3. 突变和基因重组只产生生物进化的原材料， 不能决定生物进化的方向。,基因重组,基因突变,新的等位基因,多种多样的基因型,种群中出现大量可遗传的变异,变异是不定向的,形成了进化的原材料,不能决定生物进化的方向,长满地衣的树干上的桦尺蠖,黑褐色树干上的桦尺蠖,自然选择对种群基因频率的影响,英19世纪曼彻斯特,英20世纪曼彻斯特,自然选择可以使种群的基因频率定向改变,问题：桦尺蠖种群中s基因的频率为什么越来越低？假设：根据前面所学的你能做出假设吗？,探究,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。1870年桦尺蠖的基因型频率为SS 10% ； Ss 20%； ss 70
12、%，在树干变黑这一环境条件下假如树干变黑不利于浅色桦尺蠖的生存，使得种群中浅色个体每年减少10%，黑色个体每年增加10%，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？,13.1%,升高,26%,60.9%,26.1%,73.9%,14.6%,29.3%,56.1%,29.3%,70.7%,降低,提示：假设第1年种群个体数为100个，当黑色 （表现型） 个体每年增加10%时，基因型为SS （黑色）个体第2年将会增加到11个，基因型为Ss （黑色） 个体第2年将增加到22个，基因型为ss （浅色） 个体第2年将减少到63个。第2年种群个体总数为96个，基因型SS的频率是1196=1
13、1.5%；基因型Ss的频率是2296=22.9%；基因型ss的频率是6396=65.6%,(1)在这个探究实验中根据上面的数据分析，变黑的环境对桦尺蠖产生了什么样的影响？变黑的环境对桦尺蠖浅色个体的出生率有影响吗？,(2)在自然选择中，直接受选择的是基因型还是表现型？,变黑的环境使控制浅色的s基因频率减少,S基因频率增加。,有影响。许多浅色个体可能在没有交配、产卵前就已被天敌捕食。,天敌看到的是桦尺蠖的体色（表现型）而不是控制体色的基因。,结论：自然选择决定生物进化的方向,自然选择使基因频率定向改变。,（三）自然选择决定了生物进化的方向,突变和基因重组为生物进化提供了原材料，自然选择可以使基因
14、频率发生定向改变，导致生物朝着一定的方向不断进化。,原因：淘汰不利变异基因，积累有利变异基因。结果：使基因频率定向改变。,二、隔离与物种的形成,1、物种的概念：,能够在自然状态下相互交配并且产生可育后代的一群生物称为一个物种，简称“种”。,一个生物“种”或“物种”与种群有何区别？,物种是生物的种类, 可以分布在自然界的不同区域；而种群是一定区域内的全部同种个体的集合。如：鲫鱼是一个物种，湘江中的鲫鱼是一个种群。自然界的物种实际上是以一个个种群存在的，种群是物种繁衍、进化的基本单位。,一个物种可以包括多个种群,人都是一个物种，无论白人黑人黄种人结婚，都能产生具有生殖能力的后代。,所有的马是一个物
15、种，所有的驴也是一个物种。但马和驴不是一个物种，因为马与驴交配产生的后代骡没有生殖能力。,全世界的人都是一个物种吗？,马跟驴是一个物种吗？,隔离：指不同种群间的个体，在自然条件下基因不能自由交流的现象。,生殖隔离：不同物种之间一般是不能交配，即使交配成功，也不能产生可育后代。,地理隔离：同一物种由于高山、河流、沙漠等地理上的障碍，使彼此间不能相遇而不能交配，使种群间不能发生基因交流的现象。,2.隔离在物种形成中的作用,如果只通过地理隔离，2个种群的基因库各自发展，互不影响，出现一定差异，但不会形成新的物种，最多也就是形成不同的亚种量变。,如东北虎和华南虎就是两个亚种。,生殖隔离则是由于2个种群
16、之间的遗传物质基础（基因库）出现较大的差异使其个体之间不能交配或杂交后代不育。,生殖隔离是新物种形成的标志质变,资料分析,1.由于这两个种群的个体数量都不够多，基因频率可能是不一样的。,2.不一样。因为突变是随机发生的。,3.不同岛屿的地形和植被条件不一样，因此环境的作用会有差别，导致种群基因频率朝不同的方向改变。,4.不会。因为个体间有基因的交流。,地理隔离,生殖隔离,长期,加拉帕戈斯群岛的地雀,由于地理隔离而形成生殖隔离，形成了不同的物种。其过程十分缓慢!,物种形成的比较常见的方式：,不同小岛上的植被不同，果实大小不同所致。,自然选择2,自然选择1,地理隔离,物种形成的比较常见的方式：,原
17、种,变异1,变异2,变异类型1,变异类型2,新物种,新物种,生殖 隔离,地理隔离 阻断基因交流在不同的突变基因重组和自然选择作用下基因频率向不同方向发生改变种群的基因库出现差异差异进一步加大生殖隔离新物种形成,地理隔离是形成物种的量变阶段，生殖隔离是形成物种的质变阶段，隔离是物种形成的必要条件。不同物种间都存在着生殖隔离,物种的形成必须经过生殖隔离，但不一定要经过地理隔离。,现代生物进化理论的基本观点是：生物进化的基本单位是种群。生物进化的实质是种群基因频率的改变。物种形成的基本环节是：突变和基因重组提供进化的原材料；自然选择基因频率定向改变，决定进化的方向；隔离物种形成的必要条件,1下列各种
18、现象中哪一种属于自然选择的例子（ ）A警犬能够嗅到毒品 B秋水仙素处理后得到的多倍体生物C北极熊毛色为白色 D太空椒的出现2达尔文认为变异是不定向的，而自然选择是定向的，所谓定向是指（ ）A定向生存斗争 B适应特定环境 C定向遗传 D只产生有利的变异,有一个老鼠的种群，最初都生活在一个地域，后来一条新建的高速公路将该种群分成A和B两个种群。如果A种群生活的地区发生了一系列的环境变化，而B种群的地区没有变化，则种群A进化的速率很可能是（ ）A、比B慢 B、比B快C、与B相同 D、开始比B慢，后来比B快,三、共同进化与生物多样性的形成,在自然界，一种植物专门由一种昆虫传粉的情形很常见，昆虫传粉的专
19、门化对植物繁衍后代有什么意义？,.共同进化,根瘤菌： 与豆科植物共生，形成根瘤并固定空气中的氮气供植物营养的一类杆状细菌。,资料：,动物学家对生活在非洲大草原奥兰治河两岸的羚羊进行研究时发现，东岸的羚羊群的奔跑速度比西岸的羚羊每分钟竟快13米。为何差距如此之大？,经过观察和科学实验，动物学家终于明白，东岸的羚羊之所以强健，是因为它们附近有一个狼群，生存时时处于危险之中。,捕食者的存在是不是对被捕食者有害无益呢？,捕食,捕食者的存在是否对被捕食者有害无益？,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的作用。,“精明的捕食者”策略：捕食者一般不能将所有的猎物吃掉，
20、否则自己也无法生存。,“收割理论”：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种的多样性。,共同进化的含义1：不同物种间的共同进化,地球形成时原始大气中是没有氧气的，但是随着光合细菌的出现，使得大气中有了氧气,进而出现好氧生物。,共同进化的含义2：生物和无机环境间也存在共同进化。,不同物种之间，生物与无机环境之间在相互影响中不断进化和发展，这就是共同进化。,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，而且形成了多种多样的生态系统，也就是形成了生物的多样性,综上所述：,（1）生物多样性的内容：,物种
21、多样性,基因多样性,生态系统多样性,2、生物多样性的形成,形成生物多样性的原因：,长期自然选择、共同进化达到结果,化石埋藏在地层中的古代生物的遗体、遗迹和遗物，石化后形成的。是研究生物进化最直接的证据,（2）生物多样性的形成的进化历程,最早的生物化石古细菌（距今35亿年）,最早出现的生物是哪一类生物？它们生活在什么环境中？,厌氧的单细胞生物，它们生活海洋中。,13亿年前真核生物的红藻化石,34亿年前的古细胞化石,前寒武纪地层中的水母化石,前寒武纪生物 寒武纪之前(前寒武纪)，地球上的生命都是非常低级的，主要是一些单细胞生物、环节动物、节肢动物等。,多细胞生物大约是什么时期出现的？它们生活在什么
22、环境？ 大约是在寒武纪，生活在海洋中。,早古生代生物 （寒武纪） 进入早古生代，一些大型的古生物相继出现，如三叶虫、鹦鹉螺等。出现了生命演化史上的第一次繁荣景象。在中国云南澄江发现的寒武纪古生物是最有代表性的寒武纪生物群.,最早登陆的生物是植物还是动物？为什么？ 植物，否则动物登陆后就会饿死。,一些海洋植物开始适应陆地生活，主要是蕨类植物。,陆地上还是一片荒芜，生物都生活在海洋中。,寒武纪时地球上的生态系统有什么特点？,中生代生物 中生代三叠纪生物复苏,开始出现水生爬行动物，如鱼龙、蛇颈龙等；侏罗纪是恐龙的天下，发现始祖鸟、中华龙鸟等，昆虫类也开始繁盛；白垩纪末期也是生物的灭绝时期，但开始出现
23、被子植物。,中生代陆地和海洋中的情况,始祖鸟,恐龙是在中生代后期绝灭的。恐龙的绝灭有利于哺乳动物的繁盛，使生物进化翻开了崭新的一页。,恐龙是什么时候灭绝的？恐龙的灭绝对生物多样性会产生怎样的影响？,新生代少女化石和复原图,生物的进化历程可概括为：从原核生物到真核生物，从无性生殖到有性生殖，由简单到复杂，由水生到陆生，由低等到高等。,思考：,原核生物常见的有哪些？它们进行的是什么生殖？真核生物出现后生物的进化为什么明显加快了？（例如寒武纪大爆发）真核生物出现后生态系统的组成发生了什么变化？最先登陆的是植物还是动物？分别是什么生物最先登陆？,3、生物进化理论的不断发展,1、中性学说：决定生物进化方
24、向的是中性突变的逐渐积累,2、物种是种群长期稳定与迅速形成新种交替出现的过程。,1、中性学说认为决定生物进化方向的是A、自然选择 B、生存斗争C、中性突变的逐渐积累 D、变异2、下列能提高生物多样性的是（ ）A、把生物进行分类B、不同环境的自然选择C、来自共同祖先的遗传D、用进废退,B,C,3.关于生物进化的大致过程，正确的叙述是（ ）A、原始生命原始的原核生物（异养型）自养型原核生物需氧型原核生物真核生物B、原始生命自养型原核生物原始的原核生物（异养型）需氧型原核生物真核生物C、原始生命原始的原核生物（异养型）需氧型原核生物自养型原核生物真核生物D、原始生命需氧型原核生物原始的原核生物（异养型）自养型原核生物真核生物,
