现代生物进化论的主要内容

第二节现代生物进化理论的主要内容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种群：种群是生活在同一区域的同种生物的全部个体，是生物繁殖和生物进化的基本单位。一种群基因频率的改变与生物进化在自然界中，没有哪一个体是长生不死的，个体有新老交替，基因却可以通过有性生殖代代相传，因此研究生物的进化，仅仅研究个体的表现型与环境是否适应是不够的，还需要研究群体的基因组成变化，这个群体就是种群。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。在一个种群基因库中，某个基因占全部等位基因数的比率。基因库:基因频率：基因频率＝该基因的总数/全部等位基因的总数（假定等位基因为Aa，则A或a的频率为基因频率）例1:从某个种群中随机抽出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。求:×100%AA+aA%==40%a%=aA+a×100%=60%基因频率＝该基因的总数/该等位基因的总数A=a=1202x100A基因有个，其基因频率为；a基因有个，其基因频率为。解：=802x100=1208060％40％=1-A%=40%2x30+60=1202x10+60=80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。6%94%2x5+15+11Xb%=200x2+200=36600600-36XB%=200x2+200=564600===1-6%=94%A%+a%=1(等位基因的频率之和等于1)6%+94%=1XbXB+Xb=如果在一个种群中基因型AA的个体有24个，基因型Aa的个体有72个，基因型aa的个体有4个。基因型频率＝该基因型个体数/该种群个体总数AA%+Aa%+aa%=1(24%+72%+4%=1)在一个种群中，某基因型个体占全部个体的比率。基因型频率：那么，基因型频率:AA%=Aa%=aa%=24%72%4%（比如：AA的频率即为基因型频率）例3、在一个种群中随机抽出一定数量的个体，其中基因型AA的个体占24%，基因型Aa的个体占72%，基因型aa的个体占4%，那么基因A和基因a的频率分别是：A%=12X72%=60%4%+12X72%=40%24%+a%=基因频率=纯合体基因型频率+1/2杂合子基因型频率36%24%16%AAAaAa24%aaA60%a40%卵细胞A60%设A的基因频率=p，a的基因频率=q，精子a40%p2+2pq+q2=1=(p+q)2可得出：则：p+q=1，2pq代表杂合子Aa的频率。Aa%=2x24%p2代表AA的频率，AA%=36%q2代表aa的频率，aa%=16%AA的基因型频率Aa的基因型频率aa的基因型频率假设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，④自然选择对A、a控制的翅型性状没有作用⑤也没有基因突变和染色体变异。在上述条件下，种群的基因频率和基因型频率可以世代相传不发生变化，保持平衡，叫做哈代－温伯格定律，也叫遗传平衡定律。亲代子一代子二代子三代基因型频率AA30%Aa60%aa10%基因频率Aa36%48%16%60%40%36%16%48%60%60%40%40%36%48%16%一个遗传上平衡的群体,其基因频率和基因型频率遵循哈迪---温伯格定律!60%40%2.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，也就是说种群的进化是必然的。3.会，要看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。请看问题：P1152题：请看问题：P1153题：在自然界，由于基因突变、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。生物进化的实质：种群基因频率发生变化的过程（即种群的进化过程）可遗传的变异基因突变染色体变异基因重组突变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。一个种群中每一代都会有大量的变异突变许多等位基因基因重组许多基因型大量可遗传的变异No!变异是不定向的那,谁决定的呢?形成了进化的原材料随机的、不定向的19世纪，桦尺蠖【huò】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【huò】种群中黑色基因（S）频率为95%，浅灰色基因（s）频率为5%探究自然选择对种群基因频率的影响由于突变和基因重组，桦尺蠖【huò】出现不同的体色。(黑)S基因频率从5%→95%95%5%（1）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。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(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基因频率增加有，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。•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。1.某岛屿上存在着尺蛾的两个变种，该地区原为森林，后建设成工业区。下表为该地区不同时期的两个变种尺蛾的数量比。这些变产生的原因是A．灰尺蛾迁离，黑尺蛾迁入B．工业煤烟使灰尺蛾变成黑尺蛾C．自然选择作用D．人工选择的作用2.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______。森林时期工业时期灰蛾黑蛾灰蛾黑蛾99%1%1%99%变异原材料选择方向定向的C（一）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的一群生物，简称“种”。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，都能产生具有生殖能力的后代。马跟驴是一个物种吗？种群：种群是生活在同一区域的同种生物的全部个体。地理隔离:不同物种之间一般是不能够相互交配的，即使交配成功，也不能够产生可育的后代，这种现象叫生殖隔离。生殖隔离：由于地理上的障碍使得同种生物的不同种群间不能够发生基因交流的现象。（二）隔离种类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。概念：东北虎和华南虎之间存在什么隔离？马和驴之间存在什么隔离？地理隔离生殖隔离它们之间还能自由交配吗？（三）隔离在物种形成中的作用资料分析一（请看p119）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？可能不一样资料分析二（请看p120）２．不同岛屿上的地雀种群，产生突变的情况一样吗？不一样。因为突变是随机的，不定向的。３．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？不同岛屿的地形和植被等条件不一样，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。４．如果这片海域只有一个小岛，还会形成这么多种地雀吗？不会。因为个体间有基因的交流。地理隔离生殖隔离长期加拉帕戈斯群岛的地雀由于地理隔离而形成生殖隔离，形成了不同的物种。其过程十分缓慢!物种形成比较常见的方式：不同小岛上的植被不同，果实大小不同所致。自然选择2自然选择1地理隔离物种形成的比较常见的方式：原种变异1变异2基因频率的定向改变变异类型1变异类型2新物种1新物种2生殖隔离新物种的形成，是否都需要经过地理隔离？不一定，比如：多倍体的形成不需地理隔离。不同_______之间、____与________之间在相互影响中不断进化和发展，这就是共同进化。物种生物无机环境（一）共同进化任何一个物种都不是单独进化的。(二)生物多样性的形成1、内容：基因多样性→物种多样性→生态系统多样性（3层次）2、形成生物多样性的原因：长期自然选择、共同进化达到结果3、研究生物进化的主要依据(证据)：化石此外，比较解剖学和组织胚胎学也为生物进化提供了重要的证据。生物的进化历程（方向）为：地球上最早出现的生物是：厌氧单细胞生物由低等到高等。从原核生物到真核生物，从无性生殖到有性生殖，由简单到复杂，由水生到陆生，（三）生物进化理论的不断发展生物进化是如此复杂的，现有的进化理论所不能解释的问题比已解释的问题还要多，因此现代生物进化理论是不断发展的。……3、突变和重组是否决定生物进化的方向4、隔离是否是新物种形成的必要条件2、不定向的突变是否对生物都有害1、生物进化与物种演变的区别都在自然选择过程中发生，但生物进化是指同种生物的发展变化，物种演变则是指一个物种发展为另一物种的过程。突变一般对生物是有害的。突变和重组不可能决定生物进化的方向。生物进化方向是由自然选择决定的。是问题：P1263.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。拓展题1.提示：假如那样，生物界纷繁复杂的现象就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领。2.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的一部历史剧，那么，上演这部历史剧的舞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景的制约，舞台背景也要与上演的内容相协调。三、技能应用P129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。四、思维拓展P1291.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藻类的适应能力强。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，这与人类根据自身的需要，采取的杂交育种等措施有关。3.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释。P118基础题4.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，生物就不可能产生可遗传的变异，也就不可能进化。拓展题1.