进化论是生物学中最大的统一理论

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1、“进化论是生物学中最大的统一理论”。生命科学各个层次的研究以及各分支学科体系的建 立无不以生物进化的理论为其指导思想，它又同时吸收与综合生物学各学科的研究成果。 另一方面，现代的进化论已不仅仅是一种思想理论，对生物进化的研究已成为一个专门的 学科领域，即研究生物进化的历史过程、进化的原因、进化机制、进化速率、进化趋向、 物种的形成和绝灭、系统发生以及适应的起源等内容的进化生物学（evolutionary biolo- gy） 。 有自己的拷贝! 多的虎拥有自己的拷贝! 幼 虎 达尔文的自然选择学说指出， 达尔文的自 然选择学说指出，在一 种生物的群体中， 种生物的群体中，出现有利变异的个体 能

2、存活， 并且有机会留下自己的后代。 能存活，并且有机会留下自己的后代。 但是，研究生物的 进化， 但是，研究生物的进化，仅研究个 体的表现型是是否与环境相适应是不够 还必须 研究群体基因组成的变化。 群体基因组成的变化 的，还必须研究群体基因组成的变化。 种群！ 这个群体就是种群！ （一）种群是生物进化的基本单位 种群概念： 1、种群概念： 生活在一定区域的同种生物的全部个体。 生活在一定区域的同种生物的全部个体。 一定 区域 卧龙自然保护区 猕猴 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 ）

3、 （5）一片草地上的成年梅花鹿 ）否 是 否 否 否 种群的特点： 2、种群的特点：种群中 的个体并不是机械地集合在一起， 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 可以交配， 而是彼此可以交配，并通过繁殖将各自的基因 传给后代。 传给后代。思考：同前一年的蝗虫种群相比， 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？ 蝗虫种群在基因组成上会有什么变化吗？ 人们为什么要 提出“种群”这个概念呢？ 人们为什么要提出“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。 在的，种群是物种繁衍、进化 的基本单位。

4、 它为研究生物与环境的关系和物种的变化带 来了方便。 来了方便。 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。 基因库： 3、基因库：一 个种群中全部个体所含有的全部基因。 一个种群中全部个体所含有的全部基因。 所含有 的全部基因 4、基因频率： 基因频率：在一个种群基因库中， 在一个种群基因库中，某 个基因占全部 等位基因数的比率。 等位基因数的比率。该基因的总数 基因频率 基因 频率 该等位基因的总数 如某昆虫种群中决定翅色为绿色的基因为 A 例:如某昆虫种群 中决定翅色为绿色的基因为

5、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， 100 个个体 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 AA、 的个体分别是 30 知基因型为 AA、Aa 和 aa 的个体分别是 30、60 和 10 个。那 的基因频率是多少? 么 A 和 a 的基因频率是多少? 解: 某基因的数目基因频率= 基因频率= 100% 该基因的等位基因的总数 =纯合子频率 +1/2 杂合子频率 纯合子频率+1/2 杂合子频率 +1/2 A 基因的基因频率为: 基因的基因频率 为: A%= 2AAA

6、a 2(AAAaaa) 100% = 60% =30/100 +1/260/100 =30/100100% +1/260/100100% = 60% a 基因的基因频率为： 基因的基因频率为： a%= 2aaAa 100% = 40% 2(AAAaaa) =10/100 +1/260/100 =10/100100% +1/260/100100% = 40% 新代基因型 的频率 配子的比率 子代基因型 频率 子代基因频 率 AA(30%) Aa(60%) aa(10%) A( 30% ) A( 30% ) a( 30% ) a( 10% ) AA(36%) A ( 60% ) Aa( 48% )

7、 aa( 16%) a( 40%) P 表示基因 A 的频率，q 表示基因 a 的频率 p+q = 1 (p+q ) =p2+2pq+q2 = 1 2 AA= p2 Aa= 2pq aa=q2 中的群体满足五个条件 满足五个条件的情况下 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？ 各代基因频率与基因型频率 相同吗？ 由此可见，如果满足上述五个条件， 子三代 由此可见，如果满足上述五个条件，则亲代 亲代 子一代 子二代 和子代每一种基因的频率都不会改变， 36% 和子代每一种 基因的频率都不会

8、改变，到再下一 36% 36% AA 30% 代也是如此， 代也是如此，也就是 说基因频率可以代代保持稳 基因型 48% 48% Aa 60% 定不变。这就是哈代 48% 哈代 温伯格平衡， 定不变。这就是哈代温伯格平衡，也叫遗传平 频率 16% 16% 16% 衡定 律。它是指在一个极大的随机交配的种群中， 极大的随机交配的种群中 衡定律。它是指 在一个极大的随机交配的种群中， aa 10% 没有突变、选择和迁移的条件下 的条件下， 在没有突变、选择和迁移的条件下，种群的基因 60% 60% 60% A 60% 基因 频率和基因 型频率可以世代相传不发生变化 不发生变化， 频率和基因型频率可

9、以世代相传不发生变 化，保 频率 a 40% 40% 40% 40% 持平衡。 持平衡。 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？ 算的，对自然界的 种群来说，这五个条件都能成立吗？ 基因 A 都不产生突变, 特别是如果第 特别是如果 第 点假设 （ 基因 A 和 a 都不产生突变 , 即没 有基因突变和染色体变异。 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？ 基 因突变的哪个特性相违背？ 满足五个假设条件的种群是理想的种 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 在

10、自然条件下, 这也从反面说明了 在自然界中， 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， 迟 早要发生变化 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。 进化是必然 的 群的进化是必然的。与基因突变的普遍性相违背。 与基因突变的普遍性相违背。 如果 该种群出现新的突变型， 如果该种群出现新的突变型，也就是产 生新的等位基因（ ） ， 种群的基因频率会 生新的等位基因（A2） ，种群的基因频率会 变化吗？基因 A 的频率可 能会怎样变化？ 变化吗？基因 2 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。 率发生变化。 基因 A 的频率是

11、增加还是减少， 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。 往往取决于生物生存的环境。 通过讨论基因 频率的变化可以认 识到， 识到，自然界中种群的基因频率一定 会发生变化， 会发生变 化，也就是说种群的进化是 必然的。 必然的。 生物进化的过程实质上就是种群 基因频 率发生变化的过程。 基因频率发生变化的过程。 影响种群基因频率变化的根本原因是什 么？ 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？ 变异的类型 有那些？ 不能遗传的变异 基因突变 可遗传的变异 基因重组 染

12、色体变异 （二）突变和 基因重组产生生物进化的原材料 1.基因突变的特点 基因突变的特点： 1.基因突变的特点：随机性，低频性， 普遍性 ，随机性，低频性， 多害少利性， 多害少利性，不定向性 2.种 群基因重组的结果： 2.种群基因重组的结果： 种群基因重组的结果 产生更多变异(基因 型) 产生更多变异(基因型)、不定向 3.基因突变和染色体变异统称为突变 基因突变和染色 体变异统称为突变。 3.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， 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， 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。 群

13、的基因频率发生变化。 自然界 中生物的自然突变频率很低， 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。 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？ 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。此外， 此外，突变的有 害还是有利也不是绝 对的， 对的，这往往取决于 生物的生存环境。 生物的生存环境。 例如：一个果蝇约有 10 对基 因， 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 因的突变率都是 105，若有一个中等数量的果蝇 种群（约有 10 个个体）

14、， ） ，那么每一代出现基因突 种群（约有 108 个个体） ，那么每一代出现基因突 变数是多少呢？ 变数是多少呢？ 2 104 105 108 = 2 107 个体 种群 1种群中突变的特点： 突变数很大、随机、不 定 种群中突变的特点： 突变数很大、随机、 种群基因重组的结果：产生更多可遗传变异、2种群基因重组的结果：产生更多可遗传变异、不定向 结论： 结论：突变和基因重组 产生进化的原材料 突变 新的等位基因 基因 重组 多种多样 的基因型 变异是不定向的 变异是不定向的 不定向 种群中出现大量 可遗传的变异 形成了进化的原材料, 形成了进 化的原材料,不能决定生物进化的方向 进化的原材

15、料 人类把鲫鱼 的后代培育成 金鱼，实 质就 金鱼， 是通过选择改 变基因频率。 变基因频率。 从图中看显然 红色基因的频 率 显著提高了。 率显著提高了。 探究自然选择对种群基因频率的影响 黑褐色树干上的桦尺 蠖 长满地衣的树干上的桦尺蠖 英 20 世纪曼彻斯特 世纪曼彻斯特 英 19 世纪曼彻斯特 世 纪曼彻斯特 问题：桦尺蠖种群中 s 基因的频率为什么越来越低？ 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？ 假设：根据前面 所学的你能做出假设吗？ 自然选择可以使种群的基因频率定向改变 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。1

16、870 年桦尺蠖的基因型频率为 年桦尺蠖的基因 型频率为 SS 化的原因。1870 年桦尺蠖的基因型频率为 SS 10% ； Ss 20%； 70%， 20%； ss 70%，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， 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， 10%， 10%， 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？ 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 年 年 基因 型频 率 基因 频率 SS Ss ss S s 10% 10% 20% 20% 70% 70% 20% 20% 80% 80% 11. 11.5% 22. 22.9% 65.6% 65. 23% 23% 77% 77% 第 3 年 年 13.1% 26% 60.9% 26.1% 73