现代生物进化理论的由来

第1节现代生物进化理论的由来第2节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二隔离与物种的形成三共同进化与生物多样性的形成本节聚焦：1、在达尔文之前，人们是怎样看待生物的进化的？2、达尔文的自然选择学说的要点是什么？3、达尔文的自然选择学说有哪些局限性？讨论一：1、枯叶蝶的翅很像一片枯叶，这有什么适应意义？2、从进化的角度，怎样解释这种适应的形成？3、同一环境中不乏翅色鲜艳的蝴蝶，这与你刚才的解释有矛盾吗？如果有，又怎样解释？一、拉马克的进化学说：拉马克最早提出“进化论”的概念(《动物学的哲学》,1809)。拉马克认为：生物是进化的，生物各种适应性特征的形成都是由于用进废退与获得性遗传。即：动植物生存条件的改变是生物变异产生的根本原因，环境引起的变异具有一定有利倾向（定向）而且可遗传给后代的。讨论二：我们今天应怎样评价拉马克进化学说的积极意义？请评价拉马克的进化论先进之处（优点）不足之处最早提出“进化”获得的性状不一定能遗传早期学习神学。热衷于收集矿石和生物标本，在课余结识了一批优秀的博物学家，从那里接受了科学训练。1831年～1836年随贝格尔号绕地球一圈，沿途考察地质和动植物。达尔文达尔文：贝格尔号之航业余爱好者→著名的博物学家虔诚的基督教徒→无神论者二、达尔文的自然选择学说：事实1：生物都有过度繁殖的倾向事实2：物种内的个体数能保持稳定事实3：资源是有限的推论1：个体间存在着生存斗争事实4：个体间普遍存在差异(变异)事实5：许多变异是可能遗传的推论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适者生存大风大浪淘汰过度繁殖变异遗传生存斗争适者生存自然选择原始昆虫有翅力大有翅力小无翅√×√生存生存有翅力大无翅用进废退？物竞天择？拉马克达尔文达尔文的自然选择学说过度繁殖、生存斗争、遗传变异、适者生存1.内容2.评价(1)能科学地解释生物进化的原因局限性(2)能科学地解释生物的多样性和适应性科学性对生物遗传和变异的本质，不能做出科学的解释；对生物进化的解释也局限于个体水平。达尔文的自然选择学说过度繁殖、生存斗争、遗传变异、适者生存1.内容2.评价(1)能科学地解释生物进化的原因局限性(2)能科学地解释生物的多样性和适应性科学性对生物遗传和变异的本质，不能做出科学的解释；对生物进化的解释也局限于个体水平。鳕鱼的年产卵量是500万粒。有人计算过,如果鳕鱼所产的卵全部能孵化长大成鱼,那么不出6年,整个大西洋就会被鳕鱼塞满。过度繁殖人可能是繁殖能力最小的！若以每对夫妻平均生三个子女，平均30年传递一代计算，每隔50年人口就将增加一倍。只需数百年时间世界人口就将达到几万亿人，显然，这是不可能的！动物、植物和微生物的繁殖能力比人强很多很多倍！若全部后代都能成活下来，只要很短时间就会超出环境的承受能力！各种生物都有极强大的生殖力。但是自然界中各种生物的数量在一定时期内都会保持相对稳定。过度繁殖人可能是繁殖能力最小的！若以每对夫妻平均生三个子女，平均30年传递一代计算，每隔50年人口就将增加一倍。只需数百年时间世界人口就将达到几万亿人，显然，这是不可能的！动物、植物和微生物的繁殖能力比人强很多很多倍！若全部后代都能成活下来，只要很短时间就会超出环境的承受能力！各种生物都有极强大的生殖力。但是自然界中各种生物的数量在一定时期内都会保持相对稳定。过度繁殖生存斗争生物个体之间进行的相互斗争，以及生物与无机自然环境之间的斗争，赖以维持个体生存并繁衍种族的自然现象。生物为争夺有限的生活条件产生生存斗争的原因生物大量死亡，少量存活。对生物个体往往有害，但对生物物种是有利的。生存斗争产生的结果①种内斗争②种间斗争③生物与非生物之间的斗争生存斗争范畴（食物、水、空间、配偶、阳光等）生物个体间普遍存在差异（变异),许多变异是可遗传的。生物的变异有的比亲代更适应环境,有的却更不适应环境,即变异是不定向的。遗传变异第二节现代生物进化理论的主要内容•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•隔离导致物种形成探究活动情景：如果在灰色翅（基因型为aa)昆虫的群体中偶然出现一只绿色翅（Aa)的变异个体，且绿色比灰色更不容易被敌害发现。讨论题目：1.根据达尔文“适者生存、不适者淘汰”的观点该绿色个体能被选择下来吗？2.如果该绿色个体能很好的生活下来，它体内的A基因怎样才能传递给后代？在自然界中，没有哪一个体是长生不死的，个体的表现型也会随着个体的死亡而消失，但决定表现型的基因却可以通过有性生殖才传给后代，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。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）两个池塘内的全部鲤鱼（4）一片草地上的全部草（5）一片草地上的成年梅花鹿（6）一块稻田里的全部幼蚜、有翅、无翅的成蚜否是否否否是（一）种群是生物进化的单位１、种群的概念：种群是生活在同一区域的同种生物的全部个体，是生物繁殖的基本单位。２、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。其中每个个体所含的基因只是基因库的一部分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。（一）种群是生物进化的单位基因频率==纯合子频率+1/2杂合子频率某基因的数目该基因的等位基因的总数×100%3、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。例1: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?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。探究活动用数学方法讨论基因频率的改变假设的昆虫群体满足以下五个条件：①昆虫群体数量足够大，②全部的雌雄个体间都能自由交配并能产生后代，③没有迁入与迁出，④AA、Aa、aa三种基因型昆虫的生存能力完全相同（也就是说自然选择对A、a控制的翅型性状没作用）⑤也没有基因突变和染色体变异。计算子一代、子二代、子三代的基因频率与基因型频率遗传平衡状态在有性生殖过程中，如果符合遗传平衡，产生的雌雄配子：36%24%16%AAAaAa24%aaA60%a40%卵子A60%a40%精子遗传平衡定律其中p代表A基因的频率，q代表a基因的频率。则p+q=1，(p＋q)2=p2＋2pq＋q2=1并得出p2代表AA的频率，q2代表aa的频率，2pq代表杂合子Aa的频率。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%16%60%40%36%16%48%60%60%40%40%36%48%16%哈迪——温伯格定律：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频率稳定性的见解。他们指出，一个有性生殖的自然种群中，在符合以下5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。这5个条件是：①种群大；②种群中个体间的交配是随机的；③没有突变发生；④没有新基因加入；⑤没有自然选择。这就是哈迪-温伯格定律。哈迪-温伯格定律可用数学方程式表示：(p＋q)2=p2＋2pq＋q2=1其中p代表A基因的频率，q代表a基因的频率。p+q永远为1，p2代表AA的频率，q2代表aa的频率，2pq代表杂合子Aa的频率。如果等位基因不止2个，如前一章所述的身高、体色等涉及多个等位基因的性状，哈代-温伯格定律也同样适用，但公式就要相应调整。例如，有3个等位基因时，公式就应改为：(p+q+r)2=p2+q2+r2+2pq+2pr+2qr=1在自然界，由于突变、基因重组和自然选择等因素，种群的基因频率和基因型频率总是在不断变化的。因此，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。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，为什么还能够作为生物进化的原材料的呢？果蝇约有104对基因，假定每个基因的突变率是10－5，一个约有109个果蝇的种群每一代出现的基因突变率是？2×104×10－5×109＝2×108（二）突变和基因重组产生进化的原材料2、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。3、突变和基因重组只产生生物进化的原材料，不能决定生物进化的方向。1、种群是由许多个体组成的，每个个体的每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（二）突变和基因重组产生进化的原材料19世纪，桦尺蠖种群中黑色基因（S）频率为5%，浅灰色基因（s）频率为95%20世纪，桦尺蠖种群中黑色基因（S）频率为95%，浅灰色基因（s）频率为5%（三）自然选择决定生物进化的方向。•原因是：•结果是：结论：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。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。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四、隔离导致物种形成能够在自然状态下能互相交配，并且产生出可育后代的一群生物称为一个物种（species），简称“种”。1、物种的概念人都是一个物种，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？隔离：指不同种群间的个体，在自然条件下基因不能自由交流的现象。生殖隔离：不同物种之间一般是不能交配，即使交配成功，也不能产生可育后代。地理隔离：同一物种由于高山、河流、沙漠等地理上的障碍，使彼此间不能相遇而不能交配，使种群间不能发生基因交流的现象。2、隔离在物种形成中的作用四、隔离导致物种形成如果只通过地理隔离，2个种群的基因库各自发展，互不影响，出现一定差异，但不会形成新的物种，最多也就是形成不同的亚种－－－量变。如东北虎和华南虎就是两个亚种。生殖隔离则是由于2个种群之间的遗传物质基础（基因库）出现较大的差异使其个体之间不能交配或杂交后代不育。2、隔离在物种形成中的作用四、隔离导致物种形成生殖隔离是新物种形成的标志－－质变它们之间还能自由交配吗？2、隔离在物种形成中的作用四、隔离导致物种形成分析：加拉帕戈斯群岛的地雀新物种是如何形成的？2、隔离在物种形成中的作用四、隔离导致物种形成①经过长期的地理隔离而达成生殖隔离，从而形成新物种。②多倍体的形成不需经地理隔离。原种变异1变异2变异类型1变异类型2新种1新种2生殖隔离自然选择1自然选择2基因频率定向改变地理隔离2、隔离在物种形成中的作用四、隔离导致物种形成种群1种群2现代生物进化理论的基本观点是：生物进化的基本单位是种群。生物进化的实质是种群基因频率的改变。物种形成的基本环节是：突变和基因重组——提供进化的原材料；自然选择——基因频率定向改变，决定进化的方向；隔离——物种形成的必要条件1、下列关于隔离的叙述，错误的是：A、阻止了种群间基因的交流B、物种的形成都必定先经过长期的地理隔离C、遗传组成上的差异是生产生殖隔离的根本原因D、多倍体植物的形成不需要经过地理隔离B2、新物种的形成的标志：A、具有一定的形态结构B、具有一定的生理功能C、产生了生殖隔离D、改变了基因频率C3、关于物种的叙述，错误的是：A、物种是形态上类似的、彼此能交配并产生可育后代的，要求类似环境条件的生物个体的总和B、物种是一个具有共同基因库的，与其他类群有生殖隔离的类群C、区分物种有多种依据，但最