现代生物进化理论课

现代生物进化理论课第一页，共七十二页，2022年，8月28日第七章

《现代生物进化

理论》第二页，共七十二页，2022年，8月28日教学目标

知识方面1.说明现代生物进化理论的主要内容。2.概述生物进化理论与生物多样性的形成。情感态度与价值观方面1.形成生物进化的观点。2.探讨生物进化观点对人们思想观念的影响。能力方面1.运用数学方法讨论种群基因频率的变化。2.运用生物进化观点解释一些生物现象。第三页，共七十二页，2022年，8月28日课时安排第1节《现代生物进化理论的由来》包括三部分内容：拉马克的进化学说、达尔文的自然选择学说和达尔文以后生物进化理论的发展，其中重点是第二部分，即达尔文的自然选择学说第2节《现代生物进化理论的主要内容》包括三小节：第一小节是《种群基因频率的改变与生物进化》；第二小节是《隔离与物种的形成》；第三小节是《共同进化与生物多样性的形成》。其中第一小节可用2课时教学，第二、三小节可各用1课时教学。第四页，共七十二页，2022年，8月28日第一节

《现代生物进化理论

的由来》第七章《现代生物进化理论》第五页，共七十二页，2022年，8月28日第六页，共七十二页，2022年，8月28日第七页，共七十二页，2022年，8月28日神创论在当时的西方国家，神创论和物种不灭论占据着统治地位，人们普遍认为所有的物种都是上帝创造的，自古以来既没有物种的绝灭，也没有新的物种产生。不同物种之间没有关联。第八页，共七十二页，2022年，8月28日一拉马克的进化学说1.拉马克进化学说的主要内容①生物不是神创的，而是由更古老的生物进化而来的②生物是由低等到高等逐渐进化的③生物各种适应性特征的形成都是由于用进废退和获得性遗传。

法国博物学家拉马克第九页，共七十二页，2022年，8月28日用进废退：经常使用的器官就发达，不使用的

就退化。获得性遗传：由环境引起或由于用进废退引起的变化是可以遗传的。这是拉马克论述动物进化原因的两条著名法则，它们是用来解释生物进化原因的主要原理举例：鼹鼠、食蚁兽第十页，共七十二页，2022年，8月28日食蚁兽的舌头之所以细长，是长期舔食蚂蚁的结果。第十一页，共七十二页，2022年，8月28日

利用拉马克的观点解释长颈鹿为什么脖子长？思考你同意拉马克的观点吗？第十二页，共七十二页，2022年，8月28日2.局限性用进废退和获得性遗传的观点缺少科学证据的支持过于强调环境的变化直接导致物种的改变。实际上环境的变化如果未引起遗传物质的变化，就不会使生物发生可遗传的变异3.意义

第一次提出比较完整的进化学说反对神创论和物种不变论第十三页，共七十二页，2022年，8月28日二达尔文的自然选择学说英国博物学家达尔文第十四页，共七十二页，2022年，8月28日1.内容:过度繁殖生存斗争遗传变异适者生存第十五页，共七十二页，2022年，8月28日过度繁殖：地球上的各种生物普遍具有很强的繁殖能力，能产生很多后代。

一对家蝇繁殖一年，每代如产1000个卵，每世代如为10天，如果后代均不死亡，这一对家蝇一年所产生的后代可以把整个地球覆盖2.45cm之厚。再如鲫鱼，每条雌鱼一年所产的卵中大约有3000个可以受精并孵化成鱼。一年后小鲫鱼成熟，再产生出下一代。按照这个数目计算，经过三年，一对鲫鱼繁殖出的后代数目可达6750000000条。因此，如果按照理论上的计算，即使繁殖最慢的生物，也会在不太长的时期内产生出大量的后代占满整个地球。事实上，自然界各种生物的数量在一定时期内都保持相对稳定。第十六页，共七十二页，2022年，8月28日生存斗争：生物个体（同种或异种的）之间的相互斗争，以及生物与无机自然条件（如干旱、寒冷）之间的斗争，赖以维持个体生存并繁衍种族的自然现象，就叫生存斗争

生物过度繁殖使后代的数目急剧增加，而在自然界中，生物赖以生存的生活条件（包括食物和空间等）是有一定限度的。因此，任何生物要生存下去，都要在争夺有限的生活条件时，进行斗争。由于生存斗争，导致生物大量死亡，结果只有少量个体生存下来。第十七页，共七十二页，2022年，8月28日遗传变异

生物界普遍存在着遗传和变异现象。生物每一代都有变异，亲代与子代之间、同一亲本产生的各子女之间都存在着差异。生物的变异，有的对生物的生存有利——有利变异；有的对生物的生存不利——不利变异。具有有利变异的个体，即其性状适应环境的变异个体，就容易在生存斗争中获胜而生存下去。反之，具有不利变异的个体，即其性状不适应环境的变异个体，则容易在生存斗争中失败而死亡。因此变异是不定向的。第十八页，共七十二页，2022年，8月28日适者生存

达尔文指出，物种之所以不会数量大增，乃是由于生存斗争。所有生物都永远处于生存斗争之中，或者与同种的个体斗争（种内斗争），或者与其他种生物斗争（种间斗争），或者与物理的生活条件斗争。总之，生存斗争是时刻在进行着的，并且是十分错综复杂的。通过生存斗争，有些生物活下来了，有许多生物被淘汰或消灭了。凡是生存下来的生物都是适应环境的，而被淘汰的生物都是不适应环境的，这就是适者生存。达尔文把这种适者生存、不适者被淘汰的过程叫做自然选择。

第十九页，共七十二页，2022年，8月28日事实1：生物都有过度繁殖的现象事实2：物种内的个体总能保持稳定事实3：资源是有限的推论1：个体间生存斗争存在事实4：个体间存在差异事实5：许多变异是可以遗传的推论2：具有有利变异的个体生存并留下后代的机多会推论3：有利变异逐代积累，生物不断进化出新类型。第二十页，共七十二页，2022年，8月28日

结合自然选择学说的解释模型，利用达尔文的自然选择学说的观点解释长颈鹿为什么脖子长？第二十一页，共七十二页，2022年，8月28日

达尔文认为长颈鹿的进化原因是：长颈鹿产生的后代超过环境承受能力（过度繁殖）；它们都要吃树叶而树叶不够吃（生存斗争）；它们有颈长和颈短的差异（遗传变异）；颈长的能吃到树叶生存下来，颈短的却因吃不到树叶而最终饿死了（适者生存）。第二十二页，共七十二页，2022年，8月28日

结合自然选择学说的解释模型，利用达尔文的自然选择学说的观点解释细菌产生抗药性的因细菌在繁殖过程中会产生各种可遗传的变异,其中就有抗药性强的变异；未使用抗生素时,抗药性强的变异不是有利变异,这样的个体在生存斗争中不占优势；在使用抗生素以后,抗药性弱的个体大量死亡,抗药性强的个体就有机会产生更多的后代；一段时间以后,抗生素的效果就会下降。第二十三页，共七十二页，2022年，8月28日结合自然选择学说的解释模型，利用达尔文的自然选择学说的观点解释以下现象：1.1937年，有人把丹麦的白三叶草移到瑞典，这里气候寒冷，最初白三叶草的单位面积产量很低。若干年后，白三叶草的产量大大提高，为什么？2.生活在马德拉群岛上的550种昆虫。有蝶类、蝇类、蚊类等23个属共200多种昆虫因为翅膀残缺而不能飞翔。为什么？第二十四页，共七十二页，2022年，8月28日2.内在联系①过度繁殖为自然选择提供更多的选择材料，加剧了生存斗争。②变异是不定向的，具有有利变异的个体通过遗传在后代中得到积累和加强，产生适应环境的新类型，这是生物多样性和适应性形成的原因。因此遗传和变异是生物进化的内在因素(基础)。③自然选择是通过生存斗争来实现的，生存斗争是生物进化的动力。④适者生存是自然选择的结果。

注意：

变异是不定向的，自然选择是定向的，决定着生物进化的方向。第二十五页，共七十二页，2022年，8月28日----古尔德（著名进化论者、古生物学家、科学史学家和科学散文学家）自达尔文以后，世界就不同了！达尔文故居第二十六页，共七十二页，2022年，8月28日3.意义①达尔文创立的进化论从丰富的事实出发，论证了生物是不断进化的，并且对生物进化的原因提出了合理的解释。这就使生物学第一次摆脱了神学的束缚，走上了科学的轨道；②揭示了生命现象的统一性是由于所有的生物都有共同的祖先，生物的多样性是进化的结果；③它揭示了生物界千差万别的种类之间有一定的联系，从而大大促进了生物学各个分支学科的发展；④它给予神创论和物种不变论以致命的打击，为辩证唯物主义世界观提供了有利的武器。第二十七页，共七十二页，2022年，8月28日4.局限性

①对于遗传和变异的本质，达尔文还不能做科学的解释；②他对生物进化的解释也局限于个体水平；③达尔文强调物种的形成都是渐变的结果，不能很好的解释物种大爆发等现象。思考达尔文的自然选择学说是完美的吗?第二十八页，共七十二页，2022年，8月28日三达尔文以后进化理论的发展

随着生物科学的发展，关于遗传和变异的研究，已经从性状水平深入到基因水平，人们逐渐认识到遗传和变异的本质。获得性遗传的观点被摈弃。关于自然选择的作用等问题的研究，已经从生物个体为单位，发展到以种群为基本单位。这样就形成了以自然选择学说为核心的现代生物进化理论，从而极大地丰富和发展了达尔文的自然选择学说。第二十九页，共七十二页，2022年，8月28日1.拉马克进化论的内容2.达尔文的自然选择学说的要点及内在联系3.达尔文的自然选择学说的贡献和局限性4.会用自然选择学说解释生物进化现象本节聚焦第三十页，共七十二页，2022年，8月28日生命现象的统一性是由于所有的生物都有共同的祖先，生物的多样化是进化的结果，生物界千差万别的种类之间有一定的内在联系；变异是不定向的，而自然选择是定向的，自然选择的结果是适应；遗传变异是自然选择的基础，是进化的内因。生存斗争是生物进化的外因,自然选择是通过生存斗争来实现的；生物进化的方向是由定向的自然选择决定的。有关自然选择学说的几个结论：第三十一页，共七十二页，2022年，8月28日课堂巩固：1.用达尔文进化学说的观点来判断下列叙述，其中正确的是（）A.长颈鹿经常努力伸长颈和前肢去吃树上的叶子，因此颈和前肢都变得很长；B.北极熊生活在冰天雪地的环境里，它们的身体产生了定向的白色变异；C.野兔的保护色和鹰锐利的目光，是他们长期互相选择的结果；D.在长期有毒农药的作用下，农田害虫产生了抗药性。C第三十二页，共七十二页，2022年，8月28日2．下列表述中哪一项不是拉马克的观（）A.生物的种类是随着时间的推移而变化的； B.生物的种类从古到今是一样的； C.环境的变化使生物出现新的性状，并且将这些性状遗传给后代；D.生物的某一器官发达与否取决于用与不用。B第三十三页，共七十二页，2022年，8月28日3.农业生产中长期使用某种杀虫剂后，害虫的抗药性增强，杀虫效果下降，原因是（）

A．杀虫剂诱发了害虫抗药性基因的产生

B．杀虫剂对害虫具有选择作用，使抗药性害虫的数量增加

C．杀虫剂能诱导害虫分解药物的基因大量表达

D．抗药性强的害虫所产生的后代具有很强的抗药性B第三十四页，共七十二页，2022年，8月28日4.对生物进化的方向起决定作用的是（）A.基因重组B.基因突变C.染色体变异D.自然选择5.自然选择的动力是（）A.过度繁殖B.遗传变异C.生存斗争D.适者生存6.下列叙述，不符合达尔文自然选择学说（）A.生物的变异是不定向的，自然选择是定向的B.生物进化的实质是基因频率的改变C.生物的适应性是自然选择的结果D.生存斗争导致多数个体死亡，少数生存DCB第三十五页，共七十二页，2022年，8月28日7.现代进化理论与达尔文进化论的不同点是()A.变异是自然选择的原材料B.个体是生物进化的基本单位C.种群是生物进化的基本单位D.适者生存，不适者被淘汰8.某植物单植年产百粒种子，其中大部分被鸟所食或因气候、土壤、水分等原因不能在第二年长成成株，按达尔文的观点，这一现象说明（）A.物种是可变的；B.过渡繁殖，生存斗争；C.选择的不定向性；D.用进废退，获得性遗传。CB第三十六页，共七十二页，2022年，8月28日第二节

《现代生物进化理论的主要内容》第七章《现代生物进化理论》第三十七页，共七十二页，2022年，8月28日种群、基因库、基因频率一个种群的全部个体所含有的全部基因，叫做这个种群的基因库。一定时间内，生活在一定区域的同种生物的全部个体，叫做种群。种群是生物繁殖的基本单位。某种基因在某个种群中出现的比例，叫做基因频率。第三十八页，共七十二页，2022年，8月28日种群是生物进化的基本单位

每一个种群都有它自己的基因库，种群中的个体一代一代地死亡，但基因库却在代代相传的过程中保持和发展。所以，生物进化的单位不是个体，而是种群。第三十九页，共七十二页，2022年，8月28日基因频率的计算例：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？A=60%a=40%第四十页，共七十二页，2022年，8月28日亲代子一代子二代子三代基因型频率AA30%Aa60%aa10%基因频率Aa36%48%16%60%40%36%16%48%60%60%40%40%36%48%16%60%40%若亲代昆虫中的种群满足以下五个条件：①昆虫种群数量足够大，②全部的雌雄个体间都能自由交配并能产生后代，③没有迁入与迁出，④自然选择对A、a控制的翅型性状没有作用⑤也没有基因突变和染色体变异。用数学方法讨论基因频率的变化第四十一页，共七十二页，2022年，8月28日哈迪-温伯格定律1908年，英国数学家哈迪和德国医生温伯格分别提出关于基因稳定性的见解。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，各等位基因的频率和等位基因的基因型频率在一代一代的遗传中是稳定不变的。或者说是保持着基因平衡的。这五个条件是：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、没有选择第四十二页，共七十二页，2022年，8月28日哈迪-温伯格定律处于平衡状态的种群，一对等位基因Aa，A的频率为p，a的频率为q，则：

AA的机率为p2；

Aa的机率为2pq；

aa的机率为q2哈迪-温伯格定律可用数学方程式表示为：(p+q)2=p2+2pq+q2第四十三页，共七十二页，2022年，8月28日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。第四十四页，共七十二页，2022年，8月28日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。所以，生物进化的过程的实质是种群基因频率发生变化的过程。第四十五页，共七十二页，2022年，8月28日自然选择对基因频率变化的影响第1年第2年第3年第4年……基因型频率SS10%11.5%13.1%14.7%Ss20%22.9%26%29.2%ss70%65.6%60.9%56.1%基因频率S20%23%26.1%29.3%升高s80%77%73.9%70.7%降低P117第四十六页，共七十二页，2022年，8月28日物种的概念在遗传学和进化论中，把能够在自然状态下相互交配，并能够产生出可育后代的一群生物称为一个物种，简称“种”。即：不同物种之间有生殖隔离（动物因求偶方式不同、繁殖期不同，植物因开花季节、花的形态不同，而造成的不能交配等都属于生殖隔离

）第四十七页，共七十二页，2022年，8月28日隔离概念：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。隔离的类型生殖隔离地理隔离第四十八页，共七十二页，2022年，8月28日例：马与驴的生殖隔离马驴骡第四十九页，共七十二页，2022年，8月28日例：虎狮兽第五十页，共七十二页，2022年，8月28日例：不同“人种”世界各地的人虽然各有不同，但他们之间可以彼此通婚，并且产生可育的后代。因此，全世界的人在生物学上属于同一个物种——智人。第五十一页，共七十二页，2022年，8月28日地理隔离分布在不同自然区域的种群，由于高山、河流、沙漠等地理上的障碍，使彼此间无法相遇而不能发生基因交流。第五十二页，共七十二页，2022年，8月28日例：东北虎与华南虎东北虎和华南虎分别生活在我国的东北地区和华南地区，这两个地区之间的辽阔地带就起到了地理隔离的作用。经过长期的地理隔离，这两个种群之间产生了明显的差异，成为两个不同的虎亚种。第五十三页，共七十二页，2022年，8月28日隔离在物种形成中的作用物种的形成往往是经过长期的地理隔离将不同种群间的差异不断积累，最后达到生殖隔离，形成新物种。第五十四页，共七十二页，2022年，8月28日例：加拉帕戈斯群岛的地雀第五十五页，共七十二页，2022年，8月28日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。AABBCC（普通小麦）DD（黑麦）×ABC配子D配子ABCD（不育）AABBCCDD（八倍体小黑麦）（可育）秋水仙素处理例：八倍体小黑麦的培育第五十六页，共七十二页，2022年，8月28日总结●种群是生物进化的基本单位●突变和基因重组、自然选择及隔离是物种形成过程的三个基本环节（突变和基因重组产生生物进化的原材料，自然选择使种群的基因频率定向改变并决定生物进化的方向，隔离是新物种形成的必要条件）。●生物进化的实质在于种群基因频率的改变。以自然选择学说为核心的现代生物进化理论的基本观点是：第五十七页，共七十二页，2022年，8月28日第五十八页，共七十二页，2022年，8月28日共同进化任何一个物种都不是单独进化的。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。第五十九页，共七十二页，2022年，8月28日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。捕食者的存在是否对被捕食者有害无益？第六十页，共七十二页，2022年，8月28日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。第六十一页，共七十二页，2022年，8月28日生物多样性的形成基因多样性物种多样性生态系统多样性生物多样性

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。第六十二页，共七十二页，2022年，8月28日简单→复杂低等→高等原核细胞→真核细胞单细胞→多细胞无性生殖→有性生殖原始异养厌氧→自养厌氧→自养需氧水生→水陆两栖→陆生生物多样性的形成第六十三页，共七十二页，2022年，8月28日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。第六十四页，共七十二页，2022年，8月28日分子进化与中性学说这一学说认为，生物体内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。第六十五页，共七十二页，2022年，8月28日例：不同生物的细胞色素c与人的比较生物名称氨基酸差别生物名称氨基酸差别黑猩猩猕猴袋鼠豹马鸡响尾蛇01101l121314金枪鱼鲨鱼天蚕蛾小麦链孢霉酵母菌212331354344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。第六十六页，共七十二页，2022年，8月28日渐变式进化与跳跃式进化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？所以跳跃式进化理论认为，生物的进化起源于大突变（特别是某些调节基因的突变）。第六十七页，共七十二页，2022年，8月28日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下列关于隔离的叙述，不正确的是A、阻止了种群间的基因交流B、对所有的物种来说,地理隔