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1、第7章 现代生物进化理论第2节 现代生物进化理论的主要内容,“如果在一个烟雾弥漫的工业区灰色翅（基因型为aa）昆虫的群体中偶然出现一只黑褐色翅（基因型为Aa）的变异个体，且黑褐色比灰色更适宜环境生存。那么，昆虫的翅色将怎样变化？”,一、种群基因频率的改变与生物进化,研究生物的进化仅仅研究个体 的表现型是否与环境适应是不 够的，还必须研究群体的基因 组成变化。,这个群体就是种群！,(一)种群是生物进化的基本单位,1.种群的概念,生活在一定区域的同种生物的全部个体叫做种群.,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.,阅读114页的第三自然段，并回答问题
2、。,（1）种群在繁衍过程中，个体有新老交替，基因却代代相传。这句话表明种群在进化过程中处于什么地位？,说明在自然界中，种群是生物繁殖、进化的基本单位。,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？由此人们提出基因库和基因频率的概念。,2.基因库的概念,一个种群中全部个体所含有的全部基因，叫做这个种群的基因库,3.基因频率的概念,在一个种群基因库中，某个基因占全部等位基因数的比率，叫做基因频率,一个生物“种”或“物种”与种群有何区别？,物种可以分布在不同的自然界的不同区域，只有在可以发生随即交配、繁衍，使基因能够世代传得一定区域内的同种全部个
3、体的集合才是一个种群。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。,自然界种群的基因频率能世代不变吗？为什么？,该种群非常大 所有的雌雄个体都能自由交配 没有迁入和迁出 自然选择对不同表现型的生物个体没有作用 这对基因不发生突变和携带者对基因的染色体不发生异常。,4.基因频率的计算,某昆虫种群中，绿色翅的基因为A,褐色翅的基因位a，调查发现AA、Aa、aa的个体分别占30、60、10,那么A、a的基因频率是多少？（自读115页）,此种基因的个数 种群中该对等位基因的总数,此种基因的个数=纯合子个体数 2杂合子个体数,种群中该对等位基因的总数=个体总数 2,通过基因
4、型个体数量计算基因频率,A+a=1,在有性生殖过程中，如果符合以上的理想条件，(1)该种群产生的A 配子和a 配子的比率各是多少?,A 60%,a 40%,A 60%,a 40%,36%,24%,16%,AA,Aa,Aa,24%,aa,(2)子代基因型的频率各是多少?(3)子代种群的基因频率各是多少?,30%,30%,30%,10%,36%,48%,60%,40%,16%,36%,48%,16%,60%,40%,36%,16%,48%,60%,40%,60%,40%,36%,48%,16%,(4)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
5、频率与基因型频率相同吗？,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.,（5）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。,(6)、如果该种群出现新的突变型，也就是产生新的等位基因（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。
6、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。,用数学方法讨论基因频率的变化 遗传平衡定律 遗传平衡定律是由英国数学家哈迪和德国医生温伯格分别于1908年和1909年独立证明的，这一定律又称哈迪温伯格定律。他们指出，一个有性生殖的自然种群中，在符合以下五个条件的情况下，种群的基因频率和基因型频率可以世代相传不发生变化，保持平衡。,五个条件是：1、种群很大 2、随机交配 3、没有突变和重组 4、没有个体迁入迁出 5、没有选择,若种群中一等位基因为A和a，设A的基因频率=p，a的基因频率=q，因为(pq)=A%+a%=1，则（p+q）2=p2+2p
7、q+q2=AA%+Aa%+aa%=1。AA的基因型频率=p2；aa的基因型频率=q2；Aa的基因型频率=2pq。,影响基因频率的因素,在自然条件下，哈迪-温伯格定律所需的五个条件是难以满足的，因而基因频率总是要发生改变，也就是说进化在任何种群中都是必然要发生的。,生物进化的实质是基因频率的改变,表面看，自然选择是对一个个生物个体的选择，实质上是对个体所包含的变异进行选择。从现代分子遗传水平看，自然选择实质上是对变异所对应的基因的选择，从而改变着群体中不同基因的基因频率。,小 结,种群基因频率的改变与生物进化,(一)种群是生物进化的基本单位,1、种群、基因库、基因频率等概念2、用数学方法讨论基因
8、频率的变化,1、什么是突变？,现代遗传学研究表明，可遗传的变异来源于基因突变、基因重组和染色体变异。其中基因突变和染色体变异统称为突变。,(二)突变和基因重组产生进化的原材料,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？,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。,2、种群中每一代都会产生大量的突变,1种群中突变的特点：突变数很大、随机、不定向2种群基因重组的结果：产生更多可遗传变异、不定向,例如：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
9、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,结论：突变和基因重组产生进化的原材料,此外，突变的有害还是有利也不是绝对的，这往往取决于生物的生存环境。例如：,3、突变和基因重组产生进化的原材料,基因突变产生的等位基因，通过有性生殖过程中的基因重组而形成多种多样有基因型。使种群出现大量可遗传的变异，为生物进化提供了原材料。,突变与基因重组产生进化的原材料小结1、种群中基因突变的特点：突变数大，不定向。2、种群中基因重组的结果：产生更多的变异，不定向。结论：提供进化的原材料。,(三)自然选择决定生物进化的方向,（1）根据前面所学的知识你能做出假
10、设吗？,探究：“自然选择对种群基因频率的影响”,自然选择可以使种群的基因频率定向改变,(2）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%，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？,70.7%,26%,29.3%,14.6%,56.1%,60.9%,26.1%,73.9%,29.3%,13.1%,升高,降低,(3)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
11、影响？变黑的环境对桦尺蠖浅色个体的出生率有影响吗？,(4)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,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得体色（表现型）而不是控制体色的基因,因此：自然选择使种群的基因频率定向改变，决定了生物进化的方向。,自然选择决定了生物进化的方向的原因和结果原因：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,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”。,1：物种的概念,概念:指同一物种不同种群间的个体，在自然条件
12、下基因不能自由交流的现象。,（1）地理隔离：,2、隔离的概念和类型,在自然界，同一种生物由于地理上的障碍而形成不同的种群，使得种群间不能发生基因交流的现象，叫做地理隔离。,东北虎,华南虎,分布在不同自然区域的种群，由于高山、河流和沙漠等地理上的障碍，使彼此间无法相遇而不能交配,例：东北虎与华南虎,（2）生殖隔离,不同物种之间一般是不能相互交配的，即使交配成功，也不能产生可育的后代，这种现象叫生殖隔离。（原因是：动物求偶方式不同、繁殖期不同，植物开花季节、花的形态不同，而造成的不能交配等。）,马,驴,骡,例：马和驴不是一个物种,因马与驴交配产生的后代骡没有生殖能力,例：虎与狮交配的后代虎狮兽,自
13、然选择1,例：加拉帕戈斯群岛上几种地雀,地理隔离,生殖隔离,原种,变异1,变异2,变异类型1,新种1,自然选择2,变异类型2,新种2,基因频率的定向改变,3、隔离在物种形成中的作用：新物种形成。,如麻鸭(左)和孚鸭(右)都是大雁的后代，由于长期地理隔离而没有相互交配，没有基因交流，形成了生殖隔离，现在即使人为让它们交配，也不能产生可育的后代了。也就是说，它们形成两个不同的物种了。,物种的形成,长期的地理隔离而达到生殖隔离。生殖隔离一旦形成，原来属于同一物种的生物就成了不同的物种。,隔离形成新物种的原因：,（1）、不同的的种群出现不同的突变和基因重组，使不同种群基因频率的变化不同。（2）、生存的
14、环境不同，选择的基因不同，使不同种群的基因频率的变化不同。因此，隔离是物种形成的必要条件。,物种形成的意义：,（1）、增加了生物的类型。（2）、能适应改变的环境。,注意：有时无需地理隔离也能形成新物种,在自然界里还存在另一种物种形成方式，它往往只需要几代甚至一代就完成了，而且不需经过地理隔离。例如，多倍体植物的形成就是如此。自然界里几平将近一半的被子植物和某些栽培作物就是这样形成的。,现代进化论解释物种形成的基本环节,1、突变和基因重组产生进化的原材料,2、自然选择决定生物进化的方向(定向),3、隔离导致物种的形成,现代生物进化理论的基本观点是：进化的基本单位是种群。进化的实质是种群基因频率的
15、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,（一）共同进化,任何一个物种都不是单独进化的。1、共同进化的实例 生物与生物之间。例：兰花和专门给它传粉的昆虫。猎豹与鹿。,三、共同进化与生物多样性的形成,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，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。,
16、捕食者的存在是否对被捕食者有害无益？,2、捕食等在共同进化中的作用,淘劣保优，双向选择。控制个体数量，有利多样性发展。,共同进化还有生物进化与无机环境变化的关系,例：生物的新陈代谢类型由原始异养厌氧自养厌氧自养需氧。,生物进化历程示意图,3、共同进化的概念,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。,（二）生物多样性的形成,地球上所有的植物、动物和微生物，它们所拥有的全部基因以及各种各样的生态系统，共同构成了生物多样性。,1、生物多样性三个层次的内容,（1）、生物的结构：简单复杂（2）、生物的等级：低等高等（3）、细胞的结构：原核细胞真核细胞（4）、生物的细胞
17、组成：单细胞多细胞（5）、生殖方式：无性生殖有性生殖（6）、代谢方式：原始异养厌氧自养厌氧自养需氧。（7）、生态成分：生产者、分解者两极生态系统生产者、消费者、分解者三极生态系统（8）、生活环境：水生水陆两栖陆生,2、生物多样性的进化历程,1、分子进化与中性学说,这一学说认为，基因突变对生物适应的影响不是非益即害或非害即益，绝大多数突变都是中性突变；生物体内的大分子都是以一定的速率进化着，这一速率与种群的大小、物种的生殖力以及生物世代的长短都无关，也不受环境因素的影响，因此对于这些中性突变不会发生自然选择与适者生存的情况。生物的进化主要是中性突变在自然群体中进行随机的“遗传漂变”的结果，而与选
18、择无关。也就是说，遗传漂变才是分子进化的基本动力。,基因频率因偶然的机会，而不是由于选择，而发生变化，这种现象称为遗传漂变。,（三）生物进化理论在发展,例：不同生物的细胞色素c与人的比较,从上表中可以看出，黑猩猩与人的亲源关系最近，酵母菌与人的亲源关系最远。,2、渐变论与骤变论,传统的进化理论认为生物的进化是渐变式的，但渐变式的进化难以解释下面两个问题。问题一：生物化石的记录所显示的大多不是渐变式的进化，而是跳跃式的进化。问题二：如果生物演变是渐进的，那么各种适应性的器官结构在尚未发展完善之前，即在还没有发展到有适应功能之前是怎样逃脱自然选择的压力的？所以骤变式进化理论认为，生物的进化起源于大
19、突变（特别是某些调节基因的突变）。,3、生物进化理论在发展,生物的进化如此复杂，现有的进化理论所不能解释的问题比已经解释的问题还要多。在这些学说中，以自然选择为核心的进化理论比其他学说的影响要广泛而深远，它仍然是以后各个方面研究的一个基础。进化理论同其他科学理论一样，它不会停滞不前，它还在发展。,小结：共同进化与生物多样性的形成1、共同进化 不同物种间的共同进化 生物与无机环境之间的相互影响和共同演变2、生物多样性的形成 基因多样性（1）生物多样性的内容 物种多样性 生态系统多样性（2）生物多样性形成的进化历程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
20、水生到陆生，由低等到高等，由异养厌氧到自养需氧。3、生物进化理论在发展,含义,本章总结：,1、马（2N64）和驴（2N62）杂交能产生后代称骡子，能够正常发育，但不能生育，这种情况称之为（）A、杂交育种 B、人工诱变 C、基因重组 D、生殖隔离,2、产生上述情况的原因主要是（）A、染色体结构发生了变化 B、马和驴的遗传物质有本质区别 C、发生突变 D、减数分裂过程中联会紊乱,D,D,练习,3、以自然选择学说为核心的现代生物进化理论认为,新物种的形成是 A、自然选择的结果B、突变，选择和遗传的综合作用C、用进废退的结果D、突变和基因重组，自然选择及隔离的综合作用4、下列关于隔离的叙述，不正确的是
21、 A、阻止了种群间的基因交流B、对所有的物种来说,地理隔离必然导致生殖隔离C、种群基因库间的差异是产生生殖隔离的根本原因D、不同的物种之间必然存在着生殖隔离,（D）,（B）,5现在许多学者认为，生物进化的基本单位是（）A生物个体 B同种生物的全部个体 C种群 D生活在一起的全部生物6根据现代生物进化理论,下列符合种群概念的是（）A.太平洋里全部的鱼 B.中华人民共和国国土上的所有人C.稻田里全部的蛇 D.草原上的灰仓鼠7下列有关种群基因库的叙述中，不正确的是（）A.一个种群的基因库包括这个种群所含有的全部基因B.生物的个体总是要死亡的，但基因库却因种群个体的繁殖而代代相传C.种群中每个个体含有
22、种群基因库的全部基因D.基因突变可改变基因库的组成8.以下属于种群范畴的是（）A一座山上所有的马尾松 B一块草地上所有的昆虫C一个池塘内所有的鱼类 D一个公园内所有的树木,C,B,C,A,9已知人眼的褐色（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0.1810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,11、地球上最早出现的生物代谢类型是（）A、自养型，需氧型 B、自养型，厌氧型C、异养型，需氧型 D、异养型，厌氧型12、三极生态系统的形成在（）A、中生代 B、新生代 C、寒武纪 D、前寒武纪13、捕食者在生物进化中的作用是（）A、促进种群的发展 B、有利于增加物种多样性C、减少种群数量 D、减少物种的多样性,
