第二节现代生物进化理论的内容

幼虎把自己想象成虎体内的一个基因。你不仅不愿意自己在虎的后代中消失，而且想让越来越多的虎拥有自己的拷贝。你怎样才能达到这一目的呢？你将选择做什么样的基因？一个基因所控制的性状对个体生存和繁殖后代的贡献越大,拥有该基因的个体的可能越多!当然就会使越来越多的虎拥有自己的拷贝!问题探讨当前第1页\共有73页\编于星期五\22点

在自然界中，没有哪一个体是长生不死的，个体的基因型也会随着个体的死亡而消失，但决定表现型的基因却可以通过生殖传给后代，因此研究生物的进化，仅仅研究个体的表现型是否与环境适应是不够的，还需要研究群体的基因组成变化，这个群体就是种群。种群是生物进化的基本单位当前第2页\共有73页\编于星期五\22点一、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当前第3页\共有73页\编于星期五\22点（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种群中的个体并不是机械的组合在一起，而是彼此可以交配，并通过繁殖将各自的基因传给后代当前第4页\共有73页\编于星期五\22点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？否是否否否当前第5页\共有73页\编于星期五\22点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。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。当前第6页\共有73页\编于星期五\22点

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？当前第7页\共有73页\编于星期五\22点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。当前第8页\共有73页\编于星期五\22点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。当前第9页\共有73页\编于星期五\22点基因频率：在一个种群基因库中，某个基因占全部等位基因数的比率。基因频率＝该基因的总数该等位基因的总数基因型频率：

是指某种特定基因型的个体占群体内全部个体的比率。

基因型频率＝特定基因型的个体数总个体数当前第10页\共有73页\编于星期五\22点

=纯合体基因型频率+1/2杂合子基因型频率A%+a%=1AA%+Aa%+aa%=1AA30%Aa60%aa10%基因频率的计算等位基因的频率之和等于1基因频率＝该基因的总数该等位基因的总数基因型的频率之和也等于等于1当前第11页\共有73页\编于星期五\22点例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=某基因的数目该基因的等位基因的总数纯合子频率+1/2杂合子频率=40%

30/100×100%

+1/2×60/100×100%=60%

10/100×100%

+1/2×60/100×100%=40%A%=×100%2×AA＋Aa2(AA＋Aa＋aa)a%=×100%=60%2×aa＋Aa2(AA＋Aa＋aa)×100%A%=a%=基因频率=当前第12页\共有73页\编于星期五\22点例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:×100%5×2＋15＋11200×2＋200Xb%==6%XB%=1—6%=94%当前第13页\共有73页\编于星期五\22点当前第14页\共有73页\编于星期五\22点亲代基因型的频率AA(30%)Aa(60%)aa(10%)配子的比率A()A()a()a()子代基因型频率AA()Aa()aa()子代基因频率A()a()30%30%30%10%36%48%16%60%40%p+q=1(p+q)2=p2+2pq+q2=1AA=p2Aa=2pqaa=q2P表示基因A的频率，q表示基因a的频率当前第15页\共有73页\编于星期五\22点

卵细胞

a40%A60%精子A60%a40%AA36%Aa24%24%Aaaa16%当前第16页\共有73页\编于星期五\22点

亲代子一代

子二代

子三代基因型频率AA30%Aa60%aa10%基因频率A60%a40%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%60%36%48%40%16%60%36%48%40%16%60%当前第17页\共有73页\编于星期五\22点由此可见，如果满足上述五个条件，则亲代和子代每一种基因的频率都不会改变，到再下一代也是如此，也就是说基因频率可以代代保持稳定不变。这就是哈迪－温伯格平衡，也叫遗传平衡定律。它是指在一个极大的随机交配的种群中，在没有突变、选择和迁移的条件下，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。当前第18页\共有73页\编于星期五\22点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⑤点假设（⑤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。

当前第19页\共有73页\编于星期五\22点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。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。当前第20页\共有73页\编于星期五\22点生物进化的实质：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。当前第21页\共有73页\编于星期五\22点利用遗传平衡定律求基因频率如用p代表基因A的频率，q代表基因a的频率，遗传平衡定律可写成：(p+q)2=p2+2pq+q2=1AA的频率aa的频率Aa的频率当前第22页\共有73页\编于星期五\22点利用遗传平衡定律求基因频率例：人类的苯丙酮尿症是代谢疾病，由隐性基因(a)控制。如果群体的发病率为1/100。随机婚配的群体中，后代AA、Aa、aa三种基因型出现的频率分别是多少？0.81、0.18、0.01当前第23页\共有73页\编于星期五\22点例：人类的苯丙酮尿症是代谢疾病，由隐性基因（a）控制。如果群体的发病率为1/100。表现型正常的个体婚配，生出患病小孩的概率是多少？1/121当前第24页\共有73页\编于星期五\22点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当前第25页\共有73页\编于星期五\22点

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。当前第26页\共有73页\编于星期五\22点例如：一个果蝇约有104对基因，假定每个基因的突变率都是10－5，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？2×104×10－5个体×108种群=2×1071．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、不定向当前第27页\共有73页\编于星期五\22点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。当前第28页\共有73页\编于星期五\22点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当前第29页\共有73页\编于星期五\22点？影响基因频率的因素：突变、基因重组、自然选择基因频率的改变生物的进化生物进化过程实质：种群基因频率发生变化的过程当前第30页\共有73页\编于星期五\22点人类把鲫鱼的后代培育成金鱼，实质就是通过选择改变基因频率。从图中看显然红色基因的频率显著提高了。当前第31页\共有73页\编于星期五\22点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？探究当前第32页\共有73页\编于星期五\22点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SS10%；Ss20%；ss70%，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？第1年第2年第3年第4年……基因型频率SS10%11.5%Ss20%22.9%ss70%65.6%基因频率S20%23%s80%77%13.1%升高26%60.9%26.1%73.9%14.6%29.3%56.1%29.3%70.7%降低当前第33页\共有73页\编于星期五\22点(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。当前第34页\共有73页\编于星期五\22点

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。当前第35页\共有73页\编于星期五\22点变异是不定向的自然选择不利变异被淘汰,有利变异逐渐积累种群的基因频率发生定向改变生物朝一定方向缓慢进化自然选择决定生物进化的方向当前第36页\共有73页\编于星期五\22点2．下面关于现代生物进化理论的叙述,正确的是A.种群是生物进化的基本单位B.自然选择学说是现代生物进化理论的核心C.生物进化过程的实质在于种群基因频率的改变D.生物进化过程的实质在于有利变异的保存1．下列生物属于种群的是：

A．一块水田里的全部水稻、水草、鱼、虾及其他生物

B．一块朽木上的全部真菌

C．一块棉田中的全部幼蚜、有翅和无翅的成蚜

D．一个池塘中的全部鱼课堂练习当前第37页\共有73页\编于星期五\22点3．在我国云南澄江发现的动物化石群约处于5.3亿年前的寒武纪早期。该化石群有l00多种60多个类群,大多已灭绝。其动物结构与现存动物结构差异根大,在此前的地层中却找不到其祖先。如此多的动物种类在寒武纪早期“突然”出现的事实与达尔文进化学说观点相矛盾的是（）

A．生物是由其祖先经漫长的地质年代逐渐进化而来

B．现代生物之间有或近或远的亲缘关系

C．生物的变异是不定向的

D．生物是从简单到复杂,从低等到高等进化的A当前第38页\共有73页\编于星期五\22点用现代生物进化理论分析解释狼的进化过程。(1)狼群中存在不同类型的个体，如有跑得快的，有跑得慢的。它说明生物具有______的特性，而这种特性是生物进化的

。(2)随着环境的改变，食物稀少，跑得快、凶猛的狼才能获得食物生存下去。这样，食物、环境对狼起了______作用，而这种作用是______的，它决定着生物进化的______。变异原材料选择方向定向当前第39页\共有73页\编于星期五\22点二、隔离与物种的形成当前第40页\共有73页\编于星期五\22点物种的概念：指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。当前第41页\共有73页\编于星期五\22点人都是一个物种，无论白人黑人黄种人结婚，都能产生具有生殖能力的后代。同样，所有的马是一个物种，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？当前第42页\共有73页\编于星期五\22点3、地理隔离:不同物种之间一般是不能够相互交配的，即使交配成功，也不能够产生可育的后代，这种现象叫生殖隔离。如季节隔离；不亲合性；杂种不活；杂种不育等。2、生殖隔离：东北虎和华南虎之间存在什么隔离？由于地理上的障碍使得同种生物的不同种群间不能够发生基因交流的现象。当前第43页\共有73页\编于星期五\22点隔离在物种形成中的作用隔离：不同种群间的个体，在自然条件下不能发生基因交流的现象。当前第44页\共有73页\编于星期五\22点资料分析当前第45页\共有73页\编于星期五\22点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。当前第46页\共有73页\编于星期五\22点自然选择2自然选择1地理隔离物种形成的比较常见的方式：原种变异1变异2基因频率的定向改变变异类型1变异类型2新物种新物种生殖隔离当前第47页\共有73页\编于星期五\22点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当前第48页\共有73页\编于星期五\22点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。当前第49页\共有73页\编于星期五\22点生物进化与物种形成(1)区别:

①生物进化：实质是种群基因频率改变的过程，所以生物进化的标志为基因频率改变，不论变化大小，都属于进化的范围；②物种形成：种群基因频率改变至突破种的界限，形成生殖隔离，标志着新的物种形成，隔离是物种形成的必要条件。(2)联系：生物发生进化，并不一定形成新物种，但新物种的形成一定要经过生物进化。当前第50页\共有73页\编于星期五\22点三、共同进化与生物多样性的形成当前第51页\共有73页\编于星期五\22点当前第52页\共有73页\编于星期五\22点在自然界，一种植物专门由一种昆虫传粉的情形很常见，昆虫传粉的专门化对植物繁衍后代有什么意义？共同进化:当前第53页\共有73页\编于星期五\22点根瘤菌：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。当前第54页\共有73页\编于星期五\22点资料：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。当前第55页\共有73页\编于星期五\22点捕食者的存在是不是对被捕食者有害无益呢？捕食当前第56页\共有73页\编于星期五\22点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，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当前第57页\共有73页\编于星期五\22点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。当前第58页\共有73页\编于星期五\22点不同物种之间，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：当前第59页\共有73页\编于星期五\22点（1）生物多样性的内容：物种多样性

基因多样性生态系统多样性2、生物多样性的形成当前第60页\共有73页\编于星期五\22点化石——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当前第61页\共有73页\编于星期五\22点最早的生物化石－－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。当前第62页\共有73页\编于星期五\22点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。当前第63页\