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1、第七第七 章章 现代生物进化理论现代生物进化理论第二节第二节 现代生物进化理论的主要内容现代生物进化理论的主要内容（一）种群是生物进化的基本单位（一）种群是生物进化的基本单位1 1、种群概念：、种群概念：生活在生活在一定区域一定区域的的同种生物同种生物的的全部个体全部个体。卧龙自然保护区 猕猴2 2、种群的特点：、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，而是彼此而是彼此可以交配可以交配，并，并通过繁殖将各自的基因通过繁殖将各自的基因传给后代传给后代。人们为什么要提出人们为什么要提出“种群种群”这个概念呢？这个概念呢？ 自然界的物种实际上是以一个个种
2、群存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。它为研究生物与环境的关系和物种的变化带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。3 3、基因库：、基因库：一个种群一个种群中中全部个体全部个体所含有的所含有的全部基因全部基因。4 4、基因频率：、基因频率：在一个种群基因库中，某个基因占全部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。基因频率和基因型频率的计算：基因频率和基因型频率的计算：某种群中某基因的数目某种群中某基因的数目该种群中全部等位基因的总数该种群中全部等位基因的总数基因频率基因
3、频率=某基因型的个体数某基因型的个体数个体总数个体总数基因型频率基因型频率= 纯合子频率纯合子频率+1/2杂合子频率杂合子频率基因频率和基因型频率的关系转换基因频率和基因型频率的关系转换 设一对等位基因为设一对等位基因为A和和a，其频率分别为，其频率分别为p与与q（p+q=1）。亲代）。亲代AA和和aa自然交配后自然交配后F1袋具有袋具有AA、Aa、aa三种基因型，其频率如下列公式：三种基因型，其频率如下列公式：(p(A)+q(a)2=p2(AA)+2pq(Aa)+q2(aa)，即即AA的基因型频率为：的基因型频率为：p2， Aa的基因型频率为：的基因型频率为：2pq， aa的基因型频率为：的
4、基因型频率为：q2， 产生产生A配子频率配子频率为：为： A=p2+1/22pq=p2+pq=p(p+q)=p 产生产生a配子频率配子频率为：为： a=q2+1/22pq=q2+pq=q(q+p)=q 可知可知F1的基因型频率没有改变的基因型频率没有改变例例: :如某昆虫种群中决定翅色为绿色的基因为如某昆虫种群中决定翅色为绿色的基因为A A，决定翅，决定翅色为褐色的基因为色为褐色的基因为a a，从种群中随机抽出从种群中随机抽出100100个个体，测个个体，测知基因型为知基因型为AAAA、AaAa和和aaaa的个体分别是的个体分别是3030、6060和和1010个。那个。那么么A A和和a a的
5、基因频率是多少的基因频率是多少? ?解解: :A A基因的基因频率为基因的基因频率为: :a a基因的基因频率为：基因的基因频率为：基因频率基因频率= =某基因的数目某基因的数目该该基因的等位基因的总数基因的等位基因的总数= =纯合子频率纯合子频率+1/2+1/2杂合子频率杂合子频率= 40%= 40% =30/100=30/100100%100% +1/2+1/260/10060/100100% = 60%100% = 60% =10/100=10/100100%100% +1/2+1/260/10060/100100% = 40%100% = 40%A%=100%100%2AAAa2(AA
6、Aaaa)a%= 100% 100%= 60%= 60%2aaAa2(AAAaaa)100%100%生物进化的实质：生物进化的实质： 种群的进化过程就是种群基因频种群的进化过程就是种群基因频率发生变化的过程。率发生变化的过程。 从基因频率的变化可以认识到，从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。变化，也就是说种群的进化是必然的。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 变异的类型有那些？变异的类型有那些？不能遗传的变异不能遗传的变异可可遗传的变异遗传的变异基因突变基
7、因突变基因重组基因重组染色体变异染色体变异2.2.种群基因重组的结果：种群基因重组的结果： 产生更多变异产生更多变异( (基因型基因型) )、不定向、不定向（二）突变和基因重组产生生物进化的原材料（二）突变和基因重组产生生物进化的原材料 1.1.基因突变的特点：基因突变的特点： 普遍性普遍性 ，随机性，低频性，随机性，低频性，多害少利性，不定向性多害少利性，不定向性3.3.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。 基因突变在自然界是普遍存在的，因此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
8、生变化。群的基因频率发生变化。 自然界中生物的自然突变频率很低，而且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，突变的有此外，突变的有害还是有利也不是绝害还是有利也不是绝对的，这往往取决于对的，这往往取决于生物的生存环境。生物的生存环境。 例如：一个果蝇约有例如：一个果蝇约有10104 4对基因，假定每个基对基因，假定每个基因的突变率都是因的突变率都是10105 5，若有一个中等数
9、量的果蝇种，若有一个中等数量的果蝇种群（约有群（约有10108 8个个体），那么每一代出现基因突变个个体），那么每一代出现基因突变数是多少呢？数是多少呢？ 2 104 105个体个体 108种群种群= 2 1071 1种群中突变的特点：种群中突变的特点： 突变数很大、随机、不定突变数很大、随机、不定2 2种群基因重组的结果：产生更多可遗传变异、不定向种群基因重组的结果：产生更多可遗传变异、不定向结论：突变和基因重组产生进化的原材料结论：突变和基因重组产生进化的原材料基因基因 重组重组突变突变新的等位基因新的等位基因多种多样多种多样的基因型的基因型种群中出现大量种群中出现大量可遗传的变异可遗传的
10、变异变异是变异是不定向不定向的的形成了形成了进化的原材料进化的原材料, ,不能决定生物进化的方向不能决定生物进化的方向由于突变和基因重组，桦尺蠖形成了不同由于突变和基因重组，桦尺蠖形成了不同的体色（的体色（黑色黑色S S、浅色浅色s s）英英19世纪曼彻斯特世纪曼彻斯特英英20世纪曼彻斯特世纪曼彻斯特S(黑色黑色) )基因频率：基因频率：桦桦尺尺蠖蠖桦桦尺尺蠖蠖5%5%以下以下 95%95%以上以上 未形成生殖隔离，还有基因交流未形成生殖隔离，还有基因交流（三）自然选择决定了生物进化的方向（三）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，自然突变和基因重组为生物进化提供
11、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。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。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。结果：使基因频率定向改变。1 1、物种的概念：、物种的概念： 指能够在自然状态下相互交配并且产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，简生可育后代的一群生物称为一个物种，简称称“种种”。一个生物一个生物“种种”或或“物种物种”与种群有何区别？与种群有何区别？ 物种可以分布在不同的自然界的不同区域，物种可以分布在不同的自然
12、界的不同区域，只有在可以发生随即交配、繁衍，使基因能够世只有在可以发生随即交配、繁衍，使基因能够世代传得一定区域内的同种全部个体的集合才是一代传得一定区域内的同种全部个体的集合才是一个个种群种群。 自然界的物种实际上是以一个个自然界的物种实际上是以一个个种群种群存在的，存在的，种群种群是物种繁衍、进化的基本单位。是物种繁衍、进化的基本单位。 人都是一个物种，无论白人都是一个物种，无论白人黑人黄种人结婚，都能产生人黑人黄种人结婚，都能产生具有生殖能力的后代。具有生殖能力的后代。同样，所有的马是一个物同样，所有的马是一个物种，所有的驴也是一个物种。种，所有的驴也是一个物种。但马和驴不是一个物种，因
13、为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马与驴交配产生的后代骡没有生殖能力。生殖能力。全世界的人都是一个物种吗全世界的人都是一个物种吗？马跟驴是一个物种吗？马跟驴是一个物种吗？3 3、地理隔离、地理隔离: : 不同物种之间一般是不能够不同物种之间一般是不能够相互交配的，即使交配成功，也相互交配的，即使交配成功，也不能够产生可育的后代不能够产生可育的后代，这种现，这种现象叫生殖隔离。象叫生殖隔离。如季节隔离；不如季节隔离；不亲合性；杂种不活；杂种不育等。亲合性；杂种不活；杂种不育等。2 2、生殖隔离：、生殖隔离：东北虎和华南虎之东北虎和华南虎之间存在什么隔离？间存在什么隔离？ 由于
14、地理上的障碍使得同种由于地理上的障碍使得同种生物的不同种群间生物的不同种群间不能够发生基不能够发生基因交流因交流的现象。的现象。4 4、隔离在物种形成中的作用、隔离在物种形成中的作用隔离隔离 不同种群间的个体，在自然条件下不能发不同种群间的个体，在自然条件下不能发生生基因交流基因交流的现象。的现象。地理隔离地理隔离生殖隔离生殖隔离长期长期加拉帕戈斯群岛的地雀加拉帕戈斯群岛的地雀 由于地理隔离而形成生殖隔离，形成了不由于地理隔离而形成生殖隔离，形成了不同的物种。同的物种。其过程十分缓慢其过程十分缓慢! !物种形成的比较常见的方式：物种形成的比较常见的方式：不同小岛上的植被不同，不同小岛上的植被不
15、同，果实大小不同所致。果实大小不同所致。自然选择自然选择2 2自然选择自然选择1 1地理地理隔离隔离物种形成的比较常见的方式：物种形成的比较常见的方式：原原种种变异变异1 1变异变异2 2基因频率的定向改变基因频率的定向改变变异变异类型类型1 1变异变异类型类型2 2新新物种物种新新物种物种生殖生殖 隔离隔离地理隔离地理隔离 阻断基因交流阻断基因交流在不同的突变基因重组和自然选择作用下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基因频率向不同方向发生改变种群的基因库出现差异种群的基因库出现差异差异进一步加大差异进一步加大生殖隔离生殖隔离新物种形成新物种形成地理隔离地理隔离是形
16、成物种的是形成物种的量变量变阶段，阶段，生殖隔离生殖隔离是形成物种的是形成物种的质变质变阶段，阶段，隔离隔离是物种形成的是物种形成的必要条件必要条件。 不同物种间都存在着生殖隔离不同物种间都存在着生殖隔离, ,物种的形成物种的形成必须经过生殖隔离，但不一定要经过地理隔离。必须经过生殖隔离，但不一定要经过地理隔离。1 1、突变和基因重组突变和基因重组产生进化的原材料产生进化的原材料2 2、自然选择自然选择决定生物进化的方向决定生物进化的方向( (定向定向) )3 3、隔离隔离导致物种的形成导致物种的形成捕食者捕食者的存在的存在是不是是不是对被捕对被捕食者有食者有害无益害无益呢？呢？ 捕捕食食捕食
17、者的存在是否对被捕食者有害无益？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，客观上起到老、病弱或年幼的个体，客观上起到促进促进种群发展种群发展的作用。的作用。“精明的捕食者精明的捕食者”策略：策略： 捕食者一般不能将所有的猎物吃掉，否则自捕食者一般不能将所有的猎物吃掉，否则自己也无法生存。己也无法生存。“收割理论收割理论”： 捕食者往往捕食个体数量多的物种，这样就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
18、空间有利于优势的局面，为其他物种的形成腾出空间有利于增加物种的多样性增加物种的多样性。共同进化的含义共同进化的含义1： 不同物种间的共同进化不同物种间的共同进化根瘤菌：根瘤菌： 与豆科植物共生，形成与豆科植物共生，形成根瘤并固定空气中的氮气供根瘤并固定空气中的氮气供植物营养的一类杆状细菌。植物营养的一类杆状细菌。 . .共同进化共同进化 地球形成地球形成时原始大气时原始大气中是没有氧中是没有氧气的，但是气的，但是随着光合细随着光合细菌的出现，菌的出现，使得大气中使得大气中有了氧气有了氧气共同进化的含义共同进化的含义2： 生物和无机环境间也存在共同进化。生物和无机环境间也存在共同进化。 不同物种
19、之间，生物与无机环境之间在相互不同物种之间，生物与无机环境之间在相互影响中不断进化和发展，这就是影响中不断进化和发展，这就是共同进化共同进化。 通过漫长的共同进化过程，地球上不仅出现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系统，也就是形成了生物的多样性综上所述：综上所述：2 2、生物多样性的形成、生物多样性的形成（1 1）生物多样性的内容：）生物多样性的内容：物种多样性物种多样性 基因多样性基因多样性生态系多样性生态系多样性化石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
20、的。是研究生物进化最直是研究生物进化最直接的证据接的证据（2 2）生物多样性的形成的进化历程）生物多样性的形成的进化历程生物的进化历程可概括为：生物的进化历程可概括为： 从原核生物到真核生物，从从原核生物到真核生物，从无性生殖到有性生殖，由简单到无性生殖到有性生殖，由简单到复杂，由水生到陆生，由低等到复杂，由水生到陆生，由低等到高等。高等。（2 2）生物多样性的形成的进化历程）生物多样性的形成的进化历程3 3、生物进化理论的不断发展、生物进化理论的不断发展 生物进化是如此复杂的，现有的进化理生物进化是如此复杂的，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论所不能解释的问题比已经解释的问题还要多，因此现代生物进化理论是不断发展的。多，因此现代生物进化理论是不断发展的。中性进化理论：中性进化理论：“间断平衡学间断平衡学”理论：理论：
