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1、第第2 2节节 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、种群基因频率的改变与生物进化一、种群基因频率的改变与生物进化（一）种群是生物进化的单位（一）种群是生物进化的单位一一 种群基因频率的改变与生物进化种群基因频率的改变与生物进化基因频率基因频率：在一个种群基因库中，某个基因占在一个种群基因库中，某个基因占全部全部等位基因等位基因数的比率。数的比率。种群：种群：种群是生活在种群是生活在同一区域同一区域的的同种生物同种生物的的全部个体全部个体，是是生物繁殖生物繁殖和和生物进化生物进化的基本单位。的基本单位。基因库基因库: :一个种群中全部个体所含有的一个种群中全部个体所含有的全部
2、基因全部基因叫做叫做这个种群的基因库这个种群的基因库。 例例1 1: :从从某某个个种种群群中中随随机机抽抽出出100100个个个个体体，测测知知基基因因型型为为AAAA、AaAa和和aaaa的的个个体体分分别别是是3030、6060和和1010个个。求求A A、a a的的基基因频率分别是多少？因频率分别是多少？ A A基因的基因频率为基因的基因频率为: :100%100%2AAAa2(AAAaaa)A%=a a基因的基因频率为：基因的基因频率为：= 40%= 40%a%=2aaAa2(AAAaaa)100%100%= 60%= 60%A A基因的基因频率为基因的基因频率为: :100%100
3、%2AAAa2(AAAaaa)A%=a a基因的基因频率为：基因的基因频率为：= 40%= 40%a%=2aaAa2(AAAaaa)100%100%= 60%= 60%A A基因的基因频率为基因的基因频率为: :100%100%2AAAa2(AAAaaa)A%=a a基因的基因频率为：基因的基因频率为：= 40%= 40%a%=2aaAa2(AAAaaa)100%100%= 60%= 60% 基因频率基因频率该基因的总数该基因的总数 / / 该等位基因的总数该等位基因的总数基因型频率基因型频率该基因型个体数该基因型个体数 / / 该种群个体总数该种群个体总数例例2 2、在一个种群中随机抽出一定
4、数量的个体，其中、在一个种群中随机抽出一定数量的个体，其中基因型基因型AAAA的个体占的个体占24%24%，基因型，基因型AaAa的个体占的个体占72%72%，基因，基因型型aaaa的个体占的个体占4%4%，那么基因，那么基因A A和基因和基因a a的频率分别是：的频率分别是：基因频率基因频率= = = 纯合子频率纯合子频率+1/2+1/2杂合子频率杂合子频率某基因的数目某基因的数目该基因的等位基因的总数该基因的等位基因的总数 100% 100%例例3:3:某工厂有男女职工各某工厂有男女职工各200200人，对他们进行调查时人，对他们进行调查时发现，女色盲发现，女色盲5 5人，女性携带人，女性
5、携带1515人。男性色盲人。男性色盲1111人，人，求求X XB B,X,Xb b的频率。的频率。94%6%假设的昆虫群体满足以下五个条件：昆虫群体数量足够大，昆虫群体数量足够大，全部的雌雄个体间都能自由交配并能产生后代，全部的雌雄个体间都能自由交配并能产生后代，没有迁入与迁出，没有迁入与迁出，自然选择对自然选择对A A、a a控制的翅型性状没控制的翅型性状没有有作用作用也没有基因突变和染色体变异。也没有基因突变和染色体变异。探究活动探究活动亲亲代基因型的频率代基因型的频率AA(30%)Aa(60%)aa(10%)配子的比率配子的比率A( )A( )a( )a( )子代基因型频率子代基因型频率
6、AA( )Aa( )aa( 16%)子代基因频率子代基因频率A ( )a( )30%30%30%10%36%48%60%40%亲代亲代子一代子一代 子二代子二代子三代子三代基因型基因型频率频率AA30%Aa60%aa10%基因频基因频率率A60%a40%36%48%16%60%40%36%16%48%60%60%40%40%36%48%16%一个遗传上的平衡的群体一个遗传上的平衡的群体,其其基因频率基因频率和和基基因型频率因型频率遵循遵循哈迪哈迪-温伯格定律温伯格定律 !假设的昆虫群体满足以下五个条件：昆虫群体数量足够大，昆虫群体数量足够大，全部的雌雄个体间都能自由交配并能产生后代，全部的雌雄
7、个体间都能自由交配并能产生后代，没有迁入与迁出，没有迁入与迁出，自然选择对自然选择对A A、a a控制的翅型性状没控制的翅型性状没有有作用作用也没有基因突变和染色体变异也没有基因突变和染色体变异。 在上述在上述条件下，种群的基因频率和基因型频条件下，种群的基因频率和基因型频率可以世代相传率可以世代相传不发生变化不发生变化，保持平衡保持平衡，叫做叫做哈哈哈哈代温伯格代温伯格代温伯格代温伯格定律定律定律定律，也叫也叫遗传平衡定律。遗传平衡定律。遗传平衡定律。遗传平衡定律。 设设A的基因频率的基因频率=p，a的基因频率的基因频率=q ，p+q= 1 ( p+q ) 2 = p2 + 2pq + q2
8、 = 1 AA的基因型频率的基因型频率Aa的基因型频率的基因型频率aa的基因型频率的基因型频率2.2.满足五个假设条件的种群是理想的种群，在自然条满足五个假设条件的种群是理想的种群，在自然条件下件下, ,这样的种群是不存在的。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。要发生变化，也就是说种群的进化是必然的。3.3.会会，要看这一突变对生物体是有益还是有，要看这一突变对生物体是有益还是有害的，害的，这往往取决于生物生存的环境。这往往取决于生物生存的环境。 在在自自然然界界，由由于于基基
9、因因突突变变、基基因因重重组组和和自自然然选选择择等等因因素素，种种群群的的基基因因频频率率和基因型频率总是在不断变化的。和基因型频率总是在不断变化的。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的进化过程就是种群基因频率发生种群基因频率发生变化的过程。变化的过程。可遗传的变异可遗传的变异基因突变基因突变染色体变异染色体变异基因重组基因重组突变突变突变和基因重组产生进化的原材料突变和基因重组产生进化的原材料（二）突变和基因重组产生进化的原材料（二）突变和基因重组产生进化的原材料 自然界，生物自发突变的频率很低，而且自然界，生物自发突变的频率很低，而且突变大多数是有害的，为什么还能够作
10、为生突变大多数是有害的，为什么还能够作为生物进化的原材料的呢？物进化的原材料的呢？ 果蝇约有果蝇约有10104 4对基因，假定每个基因的突变率是对基因，假定每个基因的突变率是10105 5，一个约有，一个约有10109 9个果蝇的种群每一代出现的基因个果蝇的种群每一代出现的基因突变率是？突变率是？2102104 410105 510109 92102108 8 突变的有害和有利并不是绝对的，它取突变的有害和有利并不是绝对的，它取决于生物的生存环境。决于生物的生存环境。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
11、的变异变异是变异是随机的、随机的、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突变是不定向的，不能决定生物的进化方向突变是不定向的，不能决定生物的进化方向 19世纪，桦尺蠖种群中黑色世纪，桦尺蠖种群中黑色基因（基因（S）频率为）频率为5%，浅灰色，浅灰色基因（基因（s）频率为）频率为95% 20世纪，桦尺蠖种群中黑世纪，桦尺蠖种群中黑色基因（色基因（S）频率为）频率为95%，浅灰色基因（浅灰色基因（s）频率为）频率为5%探究自然选择对种群基因频率的影响探究自然选择对种群基因频率的影响现在我们用数学方法来讨论一下桦尺蠖基因频率变化的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。原
12、因。18701870年桦尺蠖的基因型频率为年桦尺蠖的基因型频率为SS 10% SS 10% ； Ss 20%Ss 20%； ss 70%ss 70%，在树干变黑这一环境条件下假如树干变黑不，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利于浅色桦尺蠖的生存，使得种群中浅色个体每年减少10%10%，黑色个体每年增加，黑色个体每年增加10%10%，以后的几年内，桦尺蠖种，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？群每年的基因型频率与基因频率是多少呢？第第1年年 第第2年年第第3年年第第4年年基因基因型频型频率率SS10%10%11.5%11
13、.5%Ss20%20%22.9%22.9%ss70%70%65.6%65.6%基因基因频率频率S20%20%23%23%s80%80%77%77%13.1%升高升高26%60.9%26.1%73.9%14.6%29.3%56.1%29.3%70.7%降低降低(1)(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？有影响吗？(2)(2)在自然选择中，直接受选择的是基因型还是表现型？在自然选择中，直接受选择的是基因型还
14、是表现型？变黑的环境使控制浅色的变黑的环境使控制浅色的s s基因频率减少基因频率减少,S,S基因频率增加基因频率增加有，有，许多浅色个体能可在没有交配、产卵前就已被天敌捕食许多浅色个体能可在没有交配、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。自然选择使基因频率定向改变。原因是：原因是：结果是：结果是： 结论：结论：自然选择决定生物进化的方向自然选择决定生物进化的方向（三）自然选择决定生物进化的方向。（三）自然选择决定生
15、物进化的方向。淘汰不利变异基因、积累有利变异基因淘汰不利变异基因、积累有利变异基因使基因频率定向改变使基因频率定向改变。基础题基础题基础题基础题4.4.突变和基因重组产生进化的原材料。如果没有突变，突变和基因重组产生进化的原材料。如果没有突变，就不可能产生新的等位基因，基因重组也就没有意义，就不可能产生新的等位基因，基因重组也就没有意义，生物就不可能产生可遗传的变异，也就不可能进化。生物就不可能产生可遗传的变异，也就不可能进化。拓展题拓展题拓展题拓展题1.1.提示：如选择育种和杂交育种。提示：如选择育种和杂交育种。2.2.提示：如果气候等其他条件也合适，并且这个种群提示：如果气候等其他条件也合
16、适，并且这个种群具有一定的繁殖能力，该种群的个体数会迅速增加。具有一定的繁殖能力，该种群的个体数会迅速增加。否则，也可能仍然处于濒危状态甚至绝灭。否则，也可能仍然处于濒危状态甚至绝灭。（一）（一）物种物种物种：物种：指能够在自然状态下相互交配并且产生可育后代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，简称的一群生物，简称“种种”。全世界的人都是一个物种吗全世界的人都是一个物种吗？人都是一个物种，无论白人黑人黄种人结婚，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。都能产生具有生殖能力的后代。马跟驴是一个物种吗？马跟驴是一个物种吗？地理隔离地理隔离: :不同物种之
17、间一般是不能够相互交配的，不同物种之间一般是不能够相互交配的，即使交配成功，也即使交配成功，也不能够产生可育的后不能够产生可育的后代代，这种现象叫生殖隔离。，这种现象叫生殖隔离。生殖隔离生殖隔离：由于由于地理上的障碍地理上的障碍使得同种生物的不同使得同种生物的不同种群间不能够发生基因交流的现象。种群间不能够发生基因交流的现象。（二）隔离（二）隔离种类种类指指不同种群间不同种群间的个体，在自然条件下的个体，在自然条件下基因不能自由基因不能自由交流交流的现象。的现象。概念概念：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？马和驴马和驴之间存在什之间存在什么隔离么隔离？ 它们之间还
18、能自由交配吗？它们之间还能自由交配吗？（三）三）隔离在物种形成中的作用隔离在物种形成中的作用1.1.设想南美洲大陆的一种地雀来到加拉帕戈斯群岛后，先在两个设想南美洲大陆的一种地雀来到加拉帕戈斯群岛后，先在两个岛屿上形成两个初始种群。这两个种群的个体数量都不多。它们岛屿上形成两个初始种群。这两个种群的个体数量都不多。它们的基因频率一样吗？的基因频率一样吗？由于这两个种群的个体数量都不够多，基因频率可能是不一样的。由于这两个种群的个体数量都不够多，基因频率可能是不一样的。不同岛屿上的地雀种群，产生突变的情况一样吗？不同岛屿上的地雀种群，产生突变的情况一样吗？不一样。因为突变是随机发生的。不一样。因
19、为突变是随机发生的。对不同岛屿上的地雀种群来说，环境的作用有没对不同岛屿上的地雀种群来说，环境的作用有没有差别？这对种群基因频率的变化会产生什么影响？有差别？这对种群基因频率的变化会产生什么影响？ 不同岛屿的地形和植被条件不一样，因此环境的作用不同岛屿的地形和植被条件不一样，因此环境的作用会有差别，导致种群基因频率朝不同的方向改变。会有差别，导致种群基因频率朝不同的方向改变。如果这片海域只有一个小岛，还会形成这么多种如果这片海域只有一个小岛，还会形成这么多种地雀吗？地雀吗？ 不会。因为个体间有基因的交流。不会。因为个体间有基因的交流。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
20、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。其过程十分缓慢同的物种。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新物种新物种新物种新物种生殖生殖 隔离隔离新物种的形成，是否都需要经过地理隔离？新物种的形成
21、，是否都需要经过地理隔离？新物种的形成，是否都需要经过地理隔离？新物种的形成，是否都需要经过地理隔离？多倍体的形成不需经地理隔离。多倍体的形成不需经地理隔离。2.2.生活在峡谷北侧的种群发生了突变，由于突变的随机生活在峡谷北侧的种群发生了突变，由于突变的随机性，同样的突变没有发生在峡谷南侧的种群中。由于这性，同样的突变没有发生在峡谷南侧的种群中。由于这两个种群被河流隔开，彼此没有交配的机会，也就是没两个种群被河流隔开，彼此没有交配的机会，也就是没有基因的交流，所以两个种群发生明显的分化，有可能有基因的交流，所以两个种群发生明显的分化，有可能演变成两个物种。演变成两个物种。拓展题拓展题 提示：雄
22、虎和雌狮杂交生出的后代是虎狮兽，雄狮和雌提示：雄虎和雌狮杂交生出的后代是虎狮兽，雄狮和雌虎杂交生出的后代是狮虎兽。目前还没有虎狮兽和狮虎虎杂交生出的后代是狮虎兽。目前还没有虎狮兽和狮虎兽交配并生出可育后代的证据。兽交配并生出可育后代的证据。P122 P122 你能训练你能训练你能训练你能训练1.假说甲：红褐色鱼和金黄色鱼起源于同一种灰色鱼。假说甲：红褐色鱼和金黄色鱼起源于同一种灰色鱼。假说乙：糊假说乙：糊中原来只有红褐色鱼，湖中原来只有红褐色鱼，湖中原来只有金中原来只有金黄色鱼，发洪水时，这两个湖中的鱼发生混杂在一起。黄色鱼，发洪水时，这两个湖中的鱼发生混杂在一起。2.假说甲没有考虑隔离在物种
23、形成中的作用，也没有考假说甲没有考虑隔离在物种形成中的作用，也没有考虑洪水的作用。虑洪水的作用。3.这一证据支持假说乙。这一证据支持假说乙。4.如果红褐色鱼和金黄色鱼不能杂交，或杂交后不能产如果红褐色鱼和金黄色鱼不能杂交，或杂交后不能产生可育后代，说明它们不是一个物种。生可育后代，说明它们不是一个物种。 任何一个物种都不是任何一个物种都不是单独单独进化的。进化的。 不同不同_之间、之间、_与与_之间在相互影响之间在相互影响中不断进化和发展，这就是中不断进化和发展，这就是共同进化共同进化。物种物种生物生物无机环境无机环境（一）共同进化（一）共同进化(二二)生物多样性的形成生物多样性的形成1、内容
24、：、内容： 基因多样性基因多样性物种多样性物种多样性生态系统多样性生态系统多样性（3层次）层次）2、形成生物多样性的原因：、形成生物多样性的原因：长期自然选择、长期自然选择、共同进化共同进化达到结果达到结果3、研究生物进化的主要依据：、研究生物进化的主要依据：化石化石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，从原核生物到真核生物，从无性生殖到有性生殖，从无性生殖到有性生殖，由简单到复杂，由简单到复杂，由水生到陆生，由水生到陆生，由低等到高等。由低等到高等。地球上最早出现的生物是：地球上最早出现的生物是：厌氧单细胞生物厌氧单细胞生物（三）（三）生物进化理论的不断发展生物
25、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：3.3.有性生殖的出现，使基因重组得以实现，增加了生物变有性生殖的出现，使基因重组得以实现，增加了生物变异的多样性，因而使生物进化的速度明显加快。异的多样性，因而使生物进化的速度明显加快。拓展题拓展题 1.1.提示：假如那样，生物界纷繁复杂的现象就很难用统一提示：假如那样，生物界纷繁复杂的现象就
26、很难用统一的观点和理论来解释，作为生物学基本观点之一的进化观的观点和理论来解释，作为生物学基本观点之一的进化观点将难以建立，生物学就不可能形成现在这样一个科学的点将难以建立，生物学就不可能形成现在这样一个科学的框架体系，学习生物学将缺少基本观点和方法的指导和统框架体系，学习生物学将缺少基本观点和方法的指导和统领。领。2.2.提示：生态指的是生物与环境的相互关系，进化指的提示：生态指的是生物与环境的相互关系，进化指的是生物界的历史演变；如果把进化看做由各种生物表演是生物界的历史演变；如果把进化看做由各种生物表演的一部历史剧，那么，上演这部历史剧的舞台就是生物的一部历史剧，那么，上演这部历史剧的舞
27、台就是生物与环境之间复杂的相互关系。物种进化的表演受舞台背与环境之间复杂的相互关系。物种进化的表演受舞台背景的制约，舞台背景也要与上演的内容相协调。景的制约，舞台背景也要与上演的内容相协调。三、技能应用三、技能应用提示：中间体色可能与环境色彩较接近，这样的提示：中间体色可能与环境色彩较接近，这样的个体不容易被捕食者发现，生存并繁殖后代的机个体不容易被捕食者发现，生存并繁殖后代的机会较多，相应的基因型频率较高。经过长期的自会较多，相应的基因型频率较高。经过长期的自然选择，导致中间体色个体较多。然选择，导致中间体色个体较多。四、思维拓展四、思维拓展1.1.不一定。进化过程中出现的新物种，有些是靠开
28、辟环境中不一定。进化过程中出现的新物种，有些是靠开辟环境中新的生存位置来生存和繁衍的，不一定就比原来的物种适新的生存位置来生存和繁衍的，不一定就比原来的物种适应能力更强。例如，海洋中的生物登陆后，形成许多新物应能力更强。例如，海洋中的生物登陆后，形成许多新物种，开辟了新的生存空间，但是不能说这些新物种比海洋种，开辟了新的生存空间，但是不能说这些新物种比海洋藻类的适应能力强。藻类的适应能力强。2.2.与同种或类似的野生种类相比，家养动物的变异往往更多，与同种或类似的野生种类相比，家养动物的变异往往更多，这与人类根据自身的需要，采取的杂交育种等措施有关。这与人类根据自身的需要，采取的杂交育种等措施有关。3.3.提示：假如达尔文接受了孟德尔的理论，他可能会摒弃获提示：假如达尔文接受了孟德尔的理论，他可能会摒弃获得性遗传的观点，对遗传和变异的原因做出较为科学的解得性遗传的观点，对遗传和变异的原因做出较为科学的解释。释。
