河南科技大学生态学课件生物种及其变异与进化

1、第四章 生物种及其变异(biny)与进化4.1 生物种的概念4.2 物种的遗传变异与选择(xunz)4.3 物种形成7/21/20221第四章 生物种及其变异与进化共四十九页生物(shngw)多样性简介遗传多样性，物种(wzhng)多样性，生态系统多样性7/21/20222第四章 生物种及其变异与进化共四十九页遗传(ychun)多样性7/21/20223第四章 生物(shngw)种及其变异与进化共四十九页7/21/20224第四章 生物(shngw)种及其变异与进化共四十九页7/21/20225第四章 生物(shngw)种及其变异与进化共四十九页7/21/20226第四章 生物(shngw)种

2、及其变异与进化共四十九页7/21/20227第四章 生物种及其变异(biny)与进化共四十九页物种(wzhng)多样性7/21/20228第四章 生物种及其变异(biny)与进化共四十九页7/21/20229第四章 生物种及其变异(biny)与进化共四十九页7/21/202210第四章 生物种及其变异(biny)与进化共四十九页7/21/202211第四章 生物(shngw)种及其变异与进化共四十九页生态系统(shn ti x tn)多样性7/21/202212第四章 生物种及其变异(biny)与进化共四十九页7/21/202213第四章 生物(shngw)种及其变异与进化共四十九页4.1 生

3、物(shngw)种的概念有生命的自然万物以物种（species）的形式存在，我们对生物多样性的认识就是从认识物种开始的。 林奈认为(rnwi)，物种是由形态相似的个体组成，同种个体可自由交配，并能产生可育的后代，异种杂交则不育。 达尔文打破了物种不变的观点，认为一个物种可变为另一物种，种间存在不同程度的亲缘关系。 7/21/202214第四章 生物种及其变异与进化共四十九页美国生物进化学家、哈弗大学教授E. Mayr（1982）提出生物学种的概念。物种是由许多群体组成的生殖单元(dnyun)（与其它单元(dnyun)生殖上隔离），它在自然界中占有一定的生境位置。 4.1 生物(shngw)种的

4、概念Ernst Mayr（1904-2004） 7/21/202215第四章 生物种及其变异与进化共四十九页种的性状可分为两类：基因型（genotype）和表型（phonotype），基因型是种的遗传本质，即生物性状表现(bioxin)所必须具备的内在因素；表型为与环境结合后实际表现(bioxin)出的可见性状。一个种的性状随环境条件而改变的程度称作该种的可塑性（plasticity）。植株的高低、叶子的大小、分支的多少等，属于非遗传性变异。另一类变异来自基因型的改变，主要是通过“突变”与基因的重组实现，这类变异是可以遗传的。如果变异朝一个方向继续变化，则导致种的分化。 4.1 生物(shng

5、w)种的概念7/21/202216第四章 生物种及其变异与进化共四十九页生物种的特点：由内聚因素(生殖、遗传、生态、行为、相互(xingh)识别系统)联系起来的个体的集合；可随时间进化改变的个体集合，是进化的单位；生态系统的功能单位。4.1 生物(shngw)种的概念7/21/202217第四章 生物种及其变异与进化共四十九页4.2.1 基因、基因库和基因频率4.2.2 变异、自然选择和遗传漂变4.2.3 遗传瓶颈和建立者效应(xioyng)4.2.4 表型的自然选择类型4.2 种群的遗传、变异(biny)与自然选择7/21/202218第四章 生物种及其变异与进化共四十九页4.2.1 基因(

6、jyn)、基因(jyn)库和基因(jyn)频率重要概念(ginin)：基因型（genotype）：决定特定性状的同源染色体上的基因组合。基因库（gene pool）：种群内存在的所有基因组和等位基因。基因频率（gene frequency）：种群中不同基因所占的比例。7/21/202219第四章 生物种及其变异与进化共四十九页重要概念与理论：基因型频率（genotypic frequency）：种群(zhn qn)内每个基因型所占的比例。Hyrdy-Weinberg law：指在一个巨大的、个体交配完全随机、没有其它因素的干扰（如突变、选择、迁移、漂变等）的种群中，基因频率和基因型频率将世代保

7、持稳定不变。 4.2.1 基因(jyn)、基因(jyn)库和基因(jyn)频率7/21/202220第四章 生物种及其变异与进化共四十九页变异（variation）遗传物质的变异：基因突变（gene mutation）和染色体突变（chromosome mutation）基因表达(biod)的蛋白质(酶)的变异表现型数量性状的变异地理变异渐变群 (cline)地理亚种 (subspecies)4.2.2 变异(biny)、自然选择和遗传漂变7/21/202221第四章 生物种及其变异与进化共四十九页基因突变(j yn t bin)染色体上某一基因座内部发生了化学性质的变化，与原来基因形成对性关

8、系。基因突变是摩尔根于1910年首先(shuxin)肯定的，基因突变在自然界中广泛地存在。 玉米子粒7个基因的自然突变率基 因 表现的性状 测定配子数 观察到的突变数 每百万个配子 中平均突变率 R 子 粒 色 554,786 273 492.0 I 抑制色素的形成 265,391 28 106.0 Pr 紫 色 647,102 7 11.0 Su 非 甜 粒 1,678,736 4 2.4 Y 黄 胚 乳 1,745,280 4 2.2 Sh 饱 满 粒 2,469,285 3 1.2 Wx 非 糯 性 1,503,744 0 0 7/21/202222第四章 生物种及其变异与进化共四十九页

9、染色体突变(tbin)黒腹果蝇(u yn)突变体观察7/21/202223第四章 生物种及其变异与进化共四十九页表现型数量性状(xngzhung)的变异7/21/202224第四章 生物(shngw)种及其变异与进化共四十九页Cepaea nemoralis 7/21/202225第四章 生物种及其变异(biny)与进化共四十九页地理(dl)变异美洲豹蛙渐变(jinbin)群 7/21/202226第四章 生物种及其变异与进化共四十九页岛屿灰狐（Urocyon littoralis），是一种小型狐狸，生活在加利福尼亚州海峡(hixi)群岛的六个岛屿。岛屿灰狐是美国最小的狐狸。岛屿灰狐有六个亚种

10、，每个亚种生活在一个岛，例如圣克鲁兹岛屿灰狐生活在圣克鲁兹岛。示地理(dl)亚种 7/21/202227第四章 生物种及其变异与进化共四十九页自然选择（natural selection）出自物种起源（the Origin of Species)，亦称“自然淘汰”。由于对食物和空间的竞争，以及对捕食者的作用，可影响某一种群的组成，结果那些(nxi)对周围发生有利变异的生物存活下来，不利变异的则被消灭。达尔文把这种生存斗争中，适者生存、不适者被淘汰的过程，叫做自然选择。4.2.2 变异(biny)、自然选择和遗传漂变7/21/202228第四章 生物种及其变异与进化共四十九页7/21/20222

11、9第四章 生物种及其变异(biny)与进化共四十九页7/21/202230第四章 生物(shngw)种及其变异与进化共四十九页自然选择(zrnxunz)适合度（fitness）：不同基因型在同一种环境条件下存活的百分率。种群中存活和生殖最有效的个体（即具有最高适合度的）将比适合度低的个体，贡献更多的后裔给以后的世代。比如说孔雀的某个基因型AA比Aa能产生更鲜艳的羽毛，那么拥有前者的基因型就能吸引(xyn)到更多的雌性孔雀，产生更多的后代，且由于后代具有AA基因型，更有利于生存。那么就说AA的适合度比Aa大。7/21/202231第四章 生物种及其变异与进化共四十九页自然选择(zrnxunz)适

12、合度W = 基因型个体生育力m基因型个体存活率l选择系数（selective coefficlency）：不同个体在同一种(y zhn)环境条件下被淘汰掉的百分率。 选择系数s=1-相对适合度w7/21/202232第四章 生物种及其变异与进化共四十九页遗传漂变（genetic drift）S. Wright于1930年提出，由于某种随机因素，某一等位基因的频率在群体（尤其是在小群体）中出现世代传递的波动现象。基因(jyn)频率的随机变化，仅偶然出现，在小种群中更明显。自然选择和遗传漂变是两种进化动力。4.2.2 变异(biny)、自然选择和遗传漂变7/21/202233第四章 生物种及其变异

13、与进化共四十九页7/21/202234第四章 生物(shngw)种及其变异与进化共四十九页7/21/202235第四章 生物种及其变异(biny)与进化共四十九页4.2.3 遗传瓶颈和建立(jinl)者效应遗传瓶颈（bottle neck）：种群(zhn qn)数量急剧下降导致基因频率变化和总遗传变异的下降，经过瓶颈后的结果或灭绝或逐步恢复。建立者效应 (founder effect)：以一个或几个个体为基础就可能在空白生境中建立一个新种群（建立者种群），遗传变易和特定基因在新种群中的呈现将完全依赖这几个移植者的基因型。建立者种群基因库与母种群分离，并且地域不同，选择压力不同，之间差异越来越大

14、。7/21/202236第四章 生物种及其变异与进化共四十九页7/21/202237第四章 生物(shngw)种及其变异与进化共四十九页4.2.4 表型的自然选择(zrnxunz)稳定(wndng)选择（stabilizing selection）定向选择（directional selection）分裂选择（disruptive selection）7/21/202238第四章 生物种及其变异与进化共四十九页稳定选择的例子：在近几个世纪内，人类的身高、体重等都有所增长，然而婴儿的出生体重平均值却保持不变，约为3.3 kg。出生体重在平均值附近的婴儿的死亡率是最低的。定向选择的例子：人工选择；

15、引入澳大利亚的欧洲野兔（Orytolagus cuniculus）。分裂选择的例子：在经常刮大风的岛屿上，无翅或翅特别强健的昆虫个体比那些中间型个体生存机会更大些。前者不会飞，后者有能力抵御(dy)大风，而中间型个体则容易被大风吹到海里。4.2.4 表型的自然选择(zrnxunz)7/21/202239第四章 生物种及其变异与进化共四十九页自然选择的生物学单位配子选择(xunz)（gamete selection）亲属选择（kin selection）群体选择（group selection）性选择（sexual selection）4.2.4 表型的自然选择(zrnxunz)7/21/202

16、240第四章 生物种及其变异与进化共四十九页4.3 物种(wzhng)形成5.3.1 物种形成及其过程地理物种形成学说（geographical theory of speciation）：地理隔离独立进化(jnhu)生殖隔离机制的建立5.3.2 物种形成的方式异域性物种形成（allopatric speciation）邻域性物种形成（parapatric speciation ）同域性物种形成（sympatric speciation）7/21/202241第四章 生物种及其变异与进化共四十九页异域性物种(wzhng)形成7/21/202242第四章 生物(shngw)种及其变异与进化共四十

17、九页邻域(ln y)性物种形成7/21/202243第四章 生物(shngw)种及其变异与进化共四十九页同域性物种(wzhng)形成7/21/202244第四章 生物(shngw)种及其变异与进化共四十九页适应(shyng)辐射适应辐射（adaptive radiation）:由一个共同祖先起源，在进化过程中分化为各种类型，适应多种生活方式。生物进化史上曾发生过多次适应辐射。哺乳类发生过3次适应辐射。最后一次发生在新生代（约在0.6-0.7亿年前），从原始的食虫类分化出包括(boku)灵长类在内的胎盘哺乳类。7/21/202245第四章 生物种及其变异与进化共四十九页夏威夷的管舌雀 7/21/202246第四章 生物(shngw)种及其变异与进化共四十九页 东非的丽鱼 7/21/202247第四章 生物种及其变异(biny)与进化共四十九页加拉帕戈斯岛的地雀 7/21/202248第四章 生物(shngw)种及其变异与进化共四十九页内容摘要第四章 生物种及其变异与进化。第四章 生物种及其变异与进化。1/22/2022