分子生态学的基本理论PPT学习教案

1、会计学1分子生态学的基本理论分子生态学的基本理论分子生态学概念的提出分子生态学概念的提出 1分子生态学系统概念分子生态学系统概念 2生态学中的遗传学生态学中的遗传学 4分子生态系统的结构组成分子生态系统的结构组成 第1页/共26页生命科学是研究生物生命活动规律的科学生命科学是研究生物生命活动规律的科学分子生物学的概念只停留在生物学的认分子生物学的概念只停留在生物学的认识水平是不够的识水平是不够的分子生物学必须含有生态学的概念分子生物学必须含有生态学的概念第2页/共26页分子生态分子生态学定义的学定义的含义含义运用现代分子个物学的技术研究传统生态学的有关规律运用现代分子个物学的技术研究传统生态学

2、的有关规律包括核酸分子包括核酸分子在内的所有生在内的所有生物活性分子所物活性分子所表现出生命活表现出生命活动时的分子生动时的分子生态条件的规律态条件的规律性性第3页/共26页分子生态学的理论基础分子生态学的理论基础 分子生态学的理论基础，还可能联系到生命的起源、生命的发展、生命的进分子生态学的理论基础，还可能联系到生命的起源、生命的发展、生命的进化和生物种的分化形成等等，甚至不可避免的要联系到这些生命活动的演化，化和生物种的分化形成等等，甚至不可避免的要联系到这些生命活动的演化，是在什么环境条件下进行。分子生态学发展的现阶段，还只能局限于以分子是在什么环境条件下进行。分子生态学发展的现阶段，还

3、只能局限于以分子生态学为基础的有关活性分子的分子生态的作用网络和连锁反应的水平。生态学为基础的有关活性分子的分子生态的作用网络和连锁反应的水平。分子生态学的实践性分子生态学的实践性 分子生态学的实践性也是非常重要的，这不仅是学科本身发展分子生态学的实践性也是非常重要的，这不仅是学科本身发展的需要，也是科学技术转化为生产力的需要。的需要，也是科学技术转化为生产力的需要。第4页/共26页分子生态学是在分子水平上由生态学和生物学融合而成的新型分子生态学是在分子水平上由生态学和生物学融合而成的新型科学。我们对分子生态学的认识和分子生态平衡是生命本质的科学。我们对分子生态学的认识和分子生态平衡是生命本质

4、的认识，作为发展分子生态学的前提。分子生态学的发展是以分认识，作为发展分子生态学的前提。分子生态学的发展是以分子生物学的发展为基础。子生物学的发展为基础。第5页/共26页分子生分子生态学态学生物活性分生物活性分子的生态学子的生态学生物活生物活性分子性分子生物进行生生物进行生命活动的分命活动的分子子生态学生态学是生命科学领域是生命科学领域里的一个重要分里的一个重要分文学科，生态学文学科，生态学的理论与研究已的理论与研究已深人到生命科学深人到生命科学甚至非生命科学甚至非生命科学的各领域的各领域 第6页/共26页第7页/共26页宏观生态学，即是以个体和群体为中心同其环境关系的生态学，宏观生态学，即是

5、以个体和群体为中心同其环境关系的生态学，是一门研究生物与生物、生物与环境的相互依赖、相互制约的是一门研究生物与生物、生物与环境的相互依赖、相互制约的科学。科学。 第8页/共26页是以单细胞为中是以单细胞为中心同其环境关系心同其环境关系的生态学的生态学是一门研究一切生是一门研究一切生物体物体(人类、动物、人类、动物、植物和微生物植物和微生物)与其与其内环境内环境(微生态系微生态系)的微生态平衡、微的微生态平衡、微生态失调及微生态生态失调及微生态调整的学科。调整的学科。第9页/共26页以生物活性分子，以生物活性分子，特别是以核酸分子特别是以核酸分子为中心同其分为中心同其分子环境关系的生态子环境关系

6、的生态学学阐明生命体和相关细胞阐明生命体和相关细胞的各种生物活性分子及其分的各种生物活性分子及其分子环境与网络相互作用的生子环境与网络相互作用的生理平衡态理平衡态和病理失调态的分子机制，和病理失调态的分子机制，从而提出促进生理平衡和防从而提出促进生理平衡和防止与治疗止与治疗病理失调的措施及方法。病理失调的措施及方法。概念研究内容第10页/共26页微生态学与宏观生态学和分子生态学之间的联系微生态学与宏观生态学和分子生态学之间的联系这三个生态学层次的划分，在国内已得到广泛的共识，这一划分的最新特点有二：一是将生态学概念不是一般地同分子生物学相联系；而是将分子生态学作为分子生物学向纵深发展的新兴学科

7、看；二是将微生态学定义在细胞水平。这三个生态学层次的划分，在国内已得到广泛的共识，这一划分的最新特点有二：一是将生态学概念不是一般地同分子生物学相联系；而是将分子生态学作为分子生物学向纵深发展的新兴学科看；二是将微生态学定义在细胞水平。生态学之所以从宏观水平深人到微观和分子水平，是由于生物学发展到分子生物学水平和生命科学发展到对生命的本质进行探讨的程度，这也是科学发展的规律性的必然反映。生态学之所以从宏观水平深人到微观和分子水平，是由于生物学发展到分子生物学水平和生命科学发展到对生命的本质进行探讨的程度，这也是科学发展的规律性的必然反映。宏观生态学、微生态学和分子生态学三者之间、既有学科的联系

8、性、也有学科的独立性。宏观生态学、微生态学和分子生态学三者之间、既有学科的联系性、也有学科的独立性。第11页/共26页生物的生化一致性和多样性原理生物的生化一致性和多样性原理生物大分子进化速率恒定原理生物大分子进化速率恒定原理2表信息分子生态适应与生态进化的原理表信息分子生态适应与生态进化的原理3第12页/共26页分子生态学的进化观分子生态学的进化观分子生态学的研究对象分子生态学的研究对象 第13页/共26页生物大分子之生物大分子之间的相互作用间的相互作用分子生态学研究对象分子生态学研究对象生物大分子生物大分子生物小分子，如激素等生物小分子，如激素等第14页/共26页分子生态学提供了强大的新技

9、术分子生态学提供了强大的新技术分子生态学通常能回答一些进化的老问题分子生态学通常能回答一些进化的老问题分子生态学提出了全新的问题分子生态学提出了全新的问题第15页/共26页中性突变的随机漂变理论，即中性学说认为，中性突变的随机漂变理论，即中性学说认为，由蛋白质和由蛋白质和DNA序列的比较研究所揭示的分序列的比较研究所揭示的分子水平上的大多数进化变异，并不是出达尔子水平上的大多数进化变异，并不是出达尔文选择而是内选择中性的或近中性的突变的文选择而是内选择中性的或近中性的突变的随机漂变造成的。随机漂变造成的。第16页/共26页。自然选择生物进化理论争论的焦点随机漂变两者的相互作用可能在分子进化的过

10、程中起着决定性的作用第17页/共26页基因组尺寸的进化基因组尺寸的进化 分子进化的动力分子进化的动力 基因组尺寸如何进化是一个早已存在的问题，然而，由于基因组测序的基因组尺寸如何进化是一个早已存在的问题，然而，由于基因组测序的进行，这个问题现在反而变得新奇起来。进行，这个问题现在反而变得新奇起来。基因组复杂性从单细胞到多细胞真核生物升高的方式与基因组大小特别基因组复杂性从单细胞到多细胞真核生物升高的方式与基因组大小特别是编码区的大小并无直接的关系，编码区的延长不能解释特定生物体是编码区的大小并无直接的关系，编码区的延长不能解释特定生物体（门、种系、组织等）中出现的许多新功能。（门、种系、组织等

11、）中出现的许多新功能。分子水平上生物的进化可以看作是一个两步的过程；首先分子水平上生物的进化可以看作是一个两步的过程；首先是突变和重组，由此产生出可遗传的变异；其次是遗传变是突变和重组，由此产生出可遗传的变异；其次是遗传变异有差异的世代相传异有差异的世代相传。第18页/共26页生态遗传学是研究遗传与环境对野生种生态遗传学是研究遗传与环境对野生种群中个体间的变异所起作用的学科群中个体间的变异所起作用的学科特征性状在时间上的频变与生态因子和特征性状在时间上的频变与生态因子和自然选择压力相关联的。自然选择压力相关联的。选择作用是通过降低猎物在不同生境中被捕食者发选择作用是通过降低猎物在不同生境中被捕

12、食者发现的可能性而保存了它们的多样性现的可能性而保存了它们的多样性第19页/共26页中性学说中性学说大多数的进化突变代换并不是正达尔文选择产生的，而是由选择中性的或近于中性的突变的随机固定产生的。大多数的进化突变代换并不是正达尔文选择产生的，而是由选择中性的或近于中性的突变的随机固定产生的。选择论者选择论者不否认遗传漂变，但认为选择更重要。不否认遗传漂变，但认为选择更重要。“奠基者效应和初始条件、遗传漂变、取样误差、瓶颈作用等随机过程在自然种群中的一定范围内确实存在。奠基者效应和初始条件、遗传漂变、取样误差、瓶颈作用等随机过程在自然种群中的一定范围内确实存在。从本质上说，选择论与中性论的论争的

13、是量上的不同，其关键是在自然种群的分子进化中，自然选择和随机漂变的作用是谁主谁次，二者各占多大比例的问题。从本质上说，选择论与中性论的论争的是量上的不同，其关键是在自然种群的分子进化中，自然选择和随机漂变的作用是谁主谁次，二者各占多大比例的问题。第20页/共26页理论统计预测法理论统计预测法 遗传遗传环境相关分析法环境相关分析法 由于突变率、迁移率、有效种群的大小动态和选择压力等生物学参数在动植物种群中多由于突变率、迁移率、有效种群的大小动态和选择压力等生物学参数在动植物种群中多是未知的，多数情况下，理论预测因参数未知或不确定和缺少统计学力度而告以失败是未知的，多数情况下，理论预测因参数未知或

14、不确定和缺少统计学力度而告以失败运用遗传与环境相关分析可以推断分子的多态性和杂合性是否具有适应意义。只有分析许多物运用遗传与环境相关分析可以推断分子的多态性和杂合性是否具有适应意义。只有分析许多物种、许多种群和许多位点中遗传多样性的性质，其检测结果才可令人信服。遗传与环境相关的种、许多种群和许多位点中遗传多样性的性质，其检测结果才可令人信服。遗传与环境相关的分析法完全能够满足这种检测的要求，因此这种方法被广泛应用。分析法完全能够满足这种检测的要求，因此这种方法被广泛应用。海洋污染胁迫与等位酶的多态性海洋污染胁迫与等位酶的多态性 在海洋中和在实验室控制条件下，海洋生物等位酶的多样性并不是中性的，而是对污在海洋中和在实验室控制条件下，海洋生物等位酶的多样性并不是中性的，而是对污染胁迫极为敏感。染胁迫极为敏感。因此，海洋生物的适合度与等位酶的杂合性正相关，其结果从污染因此，海洋生物的适合度与等位酶的杂合性正相关，其结果从污染胁迫角度支持了的