现代生物进化理论的由来-课件

第七章

现代生物进化理论

第一节现代生物进化理论的由来本文档共45页；当前第1页；编辑于星期一\17点47分在西方国家，当时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。不同物种之间没有亲亲缘关系!现代生物进化理论的由来本文档共45页；当前第2页；编辑于星期一\17点47分主要内容:①生物不是神造的，而是由古老生物进化来的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。

拉马克进化学说拉马克认为生物进化原因:

一是“用进废退”；二是“获得性遗传”

指环境引起或由于用进废退引起的变化是可以遗传的本文档共45页；当前第3页；编辑于星期一\17点47分拉马克认为，器官用得越多就越发达，如食蚁兽的舌头之所以细长，是由于长期舔食蚂蚁的结果。食蚁兽本文档共45页；当前第4页；编辑于星期一\17点47分拉马克认为，器官废而不用，就会造成形态上的退化。如鼹鼠长期生活在地下，眼睛就萎缩、退化。鼹鼠本文档共45页；当前第5页；编辑于星期一\17点47分拉马克认为长颈鹿的进化是因为草地退化后要吃树叶，当然颈长的有优势，它们想要长颈，于是天天使劲地将颈伸长，终于形成了现在的长颈鹿。用拉马克进化学说解释一长颈鹿下长颈鹿为什么脖子长？本文档共45页；当前第6页；编辑于星期一\17点47分拉马克的用进废退学说虽有一定道理，但事实上由于使用而发达起来的器官特征并不能遗传给后代。达尔文通过几十年的观察分析，终于在1859年出版了《物种起源》一书，提出了自然选择学说为基础的生物进化理论。达尔文的生物进化理论本文档共45页；当前第7页；编辑于星期一\17点47分达尔文自然选择学说的解释模型事实1：生物都有过渡繁殖的倾向事实2：物种内个体数能保持稳定事实3：资源是有限的推理1：个体间存在着生存斗争事实4：个体间存在差异（变异）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会多推论3：有利变异逐代积累，生物不断进化出新类型本文档共45页；当前第8页；编辑于星期一\17点47分1、过度繁殖(基础)2、生存斗争（动力）3、遗传变异（内因）4、适者生存（结果）达尔文自然选择学说的主要内容本文档共45页；当前第9页；编辑于星期一\17点47分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？本文档共45页；当前第10页；编辑于星期一\17点47分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（遗传和变异）；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）。达尔文把这种在生存斗争中，适者生存、不适者被淘汰的过程，叫做自然选择。达尔文对长颈鹿进化的解释本文档共45页；当前第11页；编辑于星期一\17点47分1、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。使生物学第一次摆脱了神学的束缚，走上了科学的轨道。2、它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，生物的多样性和适应性是进化的结果；生物界千差万别的种类之间有一定的内在联系，从而大大促进了生物学各分支学科的发展。3、它给予神创论和物种不变论以致命的打击。达尔文的生物进化理论的意义本文档共45页；当前第12页；编辑于星期一\17点47分1、不能科学的解释遗传和变异的本质；达尔文接受了拉马克关于器官用进废退和获得性遗传的观点。2、对进化的解释局限于个体水平；如果个体出现可遗传的变异，相应基因必须在群体里扩散并取代原有的基因，这样新的生物类型才可能形成。3、强调物种进化是渐变的结果，而不能很好的解释物种大爆发。达尔文进化论的局限性本文档共45页；当前第13页；编辑于星期一\17点47分请同学们根据达尔文的自然选择学说的主要观点，分析下列情景：如果在灰色翅（基因型为aa）昆虫的群体中偶然出现了一只绿色翅（基因型为Aa）的变异个体，且绿色比灰色更不易被捕食。那么，昆虫的翅色将怎样变化？1、该绿色个体一定能被选择下来吗？为什么？2、如果该绿色个体能很好生活下来，它体内的A基因怎样才能传递给子代呢？3、如果Aa个体与其它个体交配生殖，后代还会是绿色的吗？本文档共45页；当前第14页；编辑于星期一\17点47分

达尔文的自然选择学说指出，在一种生物的群体中，出现______变异的个体容易存活，并且有有较多的机会___________。也就是说自然选择直接作用的是生物的_______，而且是个体的_______。有利留下后代个体表现型

但是，在自然界，没有哪个个体是长生不死的，个体的表现型也会随着个体的死亡而消失，决定表现型的基因却可以随着生殖而世代延续，并且在群体中扩散。可见，研究生物的进化，仅研究个体的表现型是否与环境相适应是不够的，还必须研究群体的基因组成的变化。

本文档共45页；当前第15页；编辑于星期一\17点47分现代生物学家吸取了达尔文自然选择学说的精华部分，运用现代遗传学、生态学、物理、化学方法对生物的进化进行分析，提出了以种群为基本单位、以自然选择学说为核心的现代生物进化理论。达尔文以后进化理论的发展本文档共45页；当前第16页；编辑于星期一\17点47分现代生物进化理论的主要内容1、进化的基本单位：2、进化的实质：3、物种形成的三个基本环节：

①突变和基因重组

②自然选择③隔离（地理隔离和生殖隔离）4、自然选择使基因频率发生定向改变，自然选择决定生物进化的方向。5、隔离是新物种形成的必要条件。（生殖隔离）种群种群基因频率的改变本文档共45页；当前第17页；编辑于星期一\17点47分问1、什么是种群？问2、种群的交配与基因传递？一种群基因频率的改变与生物进化1-种群是生物进化的基本单位时空条件组成和数量生殖和遗传组成一个池塘一片草地全部鲤鱼所有蒲公英相互交配，交流基因相互交配，交流基因一定自然区域同种生物个体总和群体含有的全部基因

种群基因库A、一片树林中的全部猴是一个种群B、一片草地的所有蒲公英也是一个种群C、一个池塘中的全部鱼属于种群D、一个池塘中的全部鲤鱼属于种群E、两个池塘内的全部青蛙属于种群F、一片草地上的成年梅花鹿属于种群是是本文档共45页；当前第18页；编辑于星期一\17点47分生活在一定区域的同种生物的全部个体叫做种群。一种群基因频率的改变与生物进化1-种群是生物进化的基本单位种群是生物繁殖、生物进化的基本单位。

种群在繁衍过程中，个体新老交替，基因代代相传。例如,许多昆虫的寿命都不足一年（如蝗虫），所有的虫都会在秋风中死去，其中有些个体成功地完成生殖，死前在土壤中埋下受精卵。来年春夏之交，部分受精卵成功地发育成蝗虫问3、什么是基因库？彼此可以交配，通过繁殖将自己的基因传递给后代。 （实现基因交流）3、基因库：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。1、种群的定义2、种群的繁殖本文档共45页；当前第19页；编辑于星期一\17点47分

解：就Aa这对等位基因来说，每个个体可以看做含有2个基因，那么，这100个个体共有200个基因(A或a)。由此可知：A基因的数目是2×30+60=120个

a基因的数目是2×10+60=80个

A基因的频率为120÷200=60％

a基因的频率为80÷200=40％

例如，在某昆虫种群中，决定翅色为绿色的基因为A，决定翅色为褐色的基因为a，从这个种群中随机抽取100只个体，测得基因型为AA、Aa和aa的个体分别是30、60和10个，试求基因A、a的频率？一种群基因频率的改变与生物进化1-种群是生物进化的基本单位问5、如何求基因频率？4.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，叫做基因频率。问4、什么是基因频率？本文档共45页；当前第20页；编辑于星期一\17点47分注：基因频率=纯合体基因型频率+杂合子基因型频率的一半基因频率=该基因的总数÷该等位基因的总数基因型频率=该基因型个体数÷该种群个体总数基因频率基因型频率A基因频率＝（30×2+60）÷200＝60％a基因频率＝（10×2+60）÷200＝40％一种群基因频率的改变与生物进化1-种群是生物进化的基本单位AA基因型频率：30/100=30%Aa基因型频率：60/100=60%aa基因型频率：10/100=10%则：A基因频率：30％＋1/2×60％＝60％

a基因频率：10％＋1/2×60％＝40％本文档共45页；当前第21页；编辑于星期一\17点47分1、已知人眼中的褐色（A）对蓝色(a)是显性。在一个有30000人的人群中，蓝眼人有3600人，褐眼的有26400人，其中纯合体有12000人。那么，在这个人群中A和a基因频率分布为一种群基因频率的改变与生物进化1-种群是生物进化的基本单位0.64和0.362、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.总基因数：200×2＋200＝600XbXb5个XBXb15个XBXB180个XbY11个XBY189个Xb：（5×2＋15＋11）/600=6%XB：（180×2＋15+189）/600=94%3、据调查，某校学生中基因型的比例为XBXB(42.32%)XBXb(7.36%)XbXb(0.32%)XBY(46%)XbY(4%)，则该地区

XB

和

Xb

的基因频率分别是

A.6%、8%B.8%、92%C.78%、92%D.92%、8%本文档共45页；当前第22页；编辑于星期一\17点47分一种群基因频率的改变与生物进化1-种群是生物进化的基本单位思考：这一种群繁殖若干代以后，其基因频率会不会发生变化呢？本文档共45页；当前第23页；编辑于星期一\17点47分亲代基因型频率AA30%Aa60%aa10%配子比例AAaa子代基因型频率AAAaaa子代基因频率Aa30%30%30%10%36%48%16%

60%40%

A60%A60%a40%a40%36%24%16%AAAaAa24%aa卵细胞精子一种群基因频率的改变与生物进化1-种群是生物进化的基本单位本文档共45页；当前第24页；编辑于星期一\17点47分子一代基因型频率AA36%Aa48%aa16%配子比例AAaa子二代基因型频率AAAaaa子二代基因频率Aa36%24%24%16%36%48%16%

60%40%一种群基因频率的改变与生物进化1-种群是生物进化的基本单位本文档共45页；当前第25页；编辑于星期一\17点47分用数学方法讨论基因频率的变化1.假设上述昆虫种群非常大，所有的雌雄个体间都能自由交配并产生后代，没有迁入和迁出．自然选择对翅色这一相对性状没有作用，基础A和a都不产生突变，据据孟德尔的分离定律计算：（1）A配子占60%，a配子占40%。（2）子代基因型频率：AA占36%；Aa占48%；aa占16%。（3）子代种群的基因频率：A占60%；a占40%。一种群基因频率的改变与生物进化1-种群是生物进化的基本单位（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?（4）想一想，子二代，子三代以及若干代以后，种群的基因频率会同子一代一样吗？（1）该种群产生的A配子和a配子的比率各是多少？本文档共45页；当前第26页；编辑于星期一\17点47分子一代基因型频率AA(36%)Aa(48%)aa(16%)子一代的配子比率A(36%)A(24%)a(24%)a(16%)子二代基因型频率AA(36%)Aa(48%)aa(16%)子二代基因频率A(60%)a(40%)一种群基因频率的改变与生物进化1-种群是生物进化的基本单位亲代基因型的频率AA(30%)Aa(60%)aa(10%)亲代的配子的比率A(30%)A(30%)a(30%)a(10%)子一代基因型频率AA(36%)Aa(48%)aa(16%)子一代基因频率A(60%)a(40%)子二代基因型频率AA(36%)Aa(48%)aa(16%)子二代的配子比率A(36%)A(24%)a(24%)a(16%)子三代基因型频率AA(36%)Aa(48%)aa(16%)子三代基因频率A(60%)a(40%)本文档共45页；当前第27页；编辑于星期一\17点47分

亲代

子一代

子二代

子三代基因型频率AA30%36%36%36%Aa60%48%48%48%aa10%16%16%16%基因频率A60%60%60%60%a40%40%40%40%种群的基因频率会同子一代一样。一种群基因频率的改变与生物进化1-种群是生物进化的基本单位本文档共45页；当前第28页；编辑于星期一\17点47分一种群基因频率的改变与生物进化1-种群是生物进化的基本单位结论：上述5个假设都成立的条件下，种群基因频率在世代繁衍过程中不会发生变化，遵循哈迪-温伯格定律（遗传平衡定律）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。1、种群很大2、个体之间随机交配

3、没有突变产生

4、没有个体迁入迁出

5、没有自然选择这五个条件是：本文档共45页；当前第29页；编辑于星期一\17点47分基因频率与基因型频率的关系

处于平衡状态的种群，一对等位基因A和a，A的基因频率为p，a的基因频率为q，则：哈迪-温伯格定律可用数学方程式表示为：(p+q)2=p2+2pq+q2=1=PAA+PAa+PaaAA的基因型频率为p2Aa的基因型频率为2pqaa的基因型频率为q22．上述计算结果是建立在五个假设条件基础上的。对自然界的种群来说．这五个条件都成立吗？你能举出哪些实例？本文档共45页；当前第30页；编辑于星期一\17点47分4．如果该种群出现新的突变型（基因型为A2a或A2A2〕,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？2.对自然界的种群来说，这五个条件不可能同时都成立。例如，翅色与环境色彩较一致的，被天敌发现的机会就少些。突变产生新的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的还是有害的。3．显然同时满足以上5个条件是不可能的，即使前四个条件可以满足，基因突变和染色体变异总会发生的。为什么？以上5种因素中哪些因素是影响基因频率变化的根本原因？变异是绝对会发生的。变异是引起基因频率改变的根本原因。本文档共45页；当前第31页；编辑于星期一\17点47分影响种群基因频率变化的根本原因是什么？变异变异的类型有那些？不能遗传的变异可遗传的变异基因突变染色体变异基因重组突变可遗传变异为进化提供了原材料(二)、突变和基因重组产生进化的原材料特点：随机、不定向结果：突变和基因重组产生进化的原材料，由于变异是不定向的，不能决定生物进化的方向。特点：普遍性，随机性，低频性，多害少利性，不定向性：产生更多基因型

本文档共45页；当前第32页；编辑于星期一\17点47分实例：在经常刮大风的海岛上，无翅或残翅的昆虫特别多突变的有利和有害也不是绝对的，取决于生物生存的环境。本文档共45页；当前第33页；编辑于星期一\17点47分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？长满地衣的树干上的桦尺蠖黑褐色树干上的桦尺蠖英19世纪曼彻斯特英20世纪曼彻斯特本文档共45页；当前第34页；编辑于星期一\17点47分

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%降低本文档共45页；当前第35页；编辑于星期一\17点47分(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

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自然选择使基因频率定向改变。本文档共45页；当前第36页；编辑于星期一\17点47分（三）、自然选择决定生物进化的方向通过这个例子可以看出，种群中产生的变异是不定向的，经过长期的自然选择，其中的不利变异被不断淘汰，有利变异则逐渐积累，从而使种群的基因频率发生定向改变，导致生物朝着一定的方向缓慢地进化。因此，自然选择决定生物进化的方向。

从微观（基因）来看进化过程为：淘汰不利变异的基因，保留了有利变异基因，通过遗传逐渐积累。

从宏观（性状）上来看进化过程：性状与环境色彩相似，较能适应环境而大量生存；性状与环境色彩差异很大，易被捕食者捕食而大量被淘汰。表现为适者生存，不适者被淘汰。

本文档共45页；当前第37页；编辑于星期一\17点47分原因：淘汰不利变异基因、积累有利变异基因。结论：自然选择决定生物进化的方向结果：自然选择使基因频率定向改变。重点提示：变异是不定向的，自然选择是定向的.生物进化过程的实质:种群基因频率发生变化的过程。本文档共45页；当前第38页；编辑于星期一\17点47分2、

种群中的基因频率是可以改变的，导致基因频率改变的因素有哪些？1、你能说出自然选择、种群基因频率和生物进化三者的关系吗？自然选择可以使种群的基因频率定向改变，自然选择决定生物的进化方向，生物进化的实质是种群基因频率发生变化的过程。思考与讨论本文档共45页；当前第39页；编辑于星期一\17点47分以下是英国曼彻斯特地区桦尺蠖的体色变化过程，请分析回答下列问题：(1)1850年以前，浅色桦尺蠖占95％以上，黑色桦尺蠖不到5％，这表明稀有的黑色型是由浅色型通过＿＿＿＿

产生的。(2)从1850～1898年间，黑色桦尺蠖逐渐取代浅色桦尺蠖，使种群呈现出过渡性多态现象，这表明黑色基因（Ｓ）和浅色基因（s）的频率均产生__________。(3)被污染的环境使得浅色桦尺蠖容易被鸟类捕食而处于劣势，黑色桦尺蠖