《現(xiàn)代生物進(jìn)化理論主要內(nèi)容(一)》

第2節(jié)現(xiàn)代生物進(jìn)化理論

的主要內(nèi)容（一）前情回顧一.達(dá)爾文的自然選擇學(xué)說(shuō)要點(diǎn)：1.進(jìn)步性：（1）提出了自然選擇（進(jìn)化的外因）；可遺傳的變異（進(jìn)化的內(nèi)因）；（2）解釋了生物多樣性、適應(yīng)性2.局限性：（1）進(jìn)化方式：漸變式、爆發(fā)式（2）通過(guò)研究個(gè)體看到性狀，但并未涉及到基因。課前導(dǎo)入

生物進(jìn)化歷程種群基因頻率的改變

與生物進(jìn)化本節(jié)聚焦1.種群是生物進(jìn)化的基本單位2.突變和基因重組產(chǎn)生進(jìn)化的原材料3.自然選擇決定生物進(jìn)化的方向達(dá)爾文的自然選擇學(xué)說(shuō)指出，在一種生物的群體中，出現(xiàn)有利變異的個(gè)體容易存活，并且有較多的機(jī)會(huì)留下后代。也就是說(shuō)自然選擇直接作用的是生物的個(gè)體，而且是生物的表現(xiàn)型。但是，在自然界，沒(méi)有哪個(gè)個(gè)體是長(zhǎng)生不死的，個(gè)體的表現(xiàn)型也會(huì)隨著個(gè)體的死亡而消失，決定表現(xiàn)型的基因卻可以隨著生殖而時(shí)代延續(xù)，并且在群體中擴(kuò)散。可見(jiàn)，研究生物的進(jìn)化，僅研究個(gè)體的表現(xiàn)型是否與環(huán)境相適應(yīng)是不夠的，還必須研究群體的基因組成的變化。本節(jié)聚焦1.種群是生物進(jìn)化的基本單位2.突變和基因重組產(chǎn)生進(jìn)化的原材料3.自然選擇決定生物進(jìn)化的方向1.種群是生物進(jìn)化的

基本單位生活在一定區(qū)域的同種生物的全部個(gè)體叫做種群。例如，一片樹(shù)林中的全部獼猴是一個(gè)種群，一片草地的所有蒲公英也是一個(gè)種群。種群中的個(gè)體并不是機(jī)械的集合在一起，而是彼此可以交配，并通過(guò)繁殖將各自的基因傳給后代。種群在繁衍過(guò)程中，個(gè)體有新老交替，基因卻代代相傳。例如，許多昆蟲(chóng)的壽命都不足一年（如蝗蟲(chóng)），所有的蝗蟲(chóng)都會(huì)在秋風(fēng)中死去，其中有些個(gè)體成功地完成生殖，死前在土壤中埋下受精卵。來(lái)年春夏之交，部分受精卵成功的發(fā)育成蝗蟲(chóng)。同前一年的蝗蟲(chóng)相比，新形成的蝗蟲(chóng)種群在基因組成上會(huì)有什么變化嗎？你不妨根據(jù)前面所學(xué)遺傳、變異和自然選擇的知識(shí)，嘗試做出自己的推測(cè)。蝗蟲(chóng)的產(chǎn)卵一個(gè)種群中全部個(gè)體所含有的全部基因，叫做這個(gè)種群的基因庫(kù)。在一個(gè)種群的基因庫(kù)中，某個(gè)基因占全部基因數(shù)的比率，叫做基因頻率。

中國(guó)少數(shù)民族基因庫(kù)例如，在某果蠅種群中，決定眼睛的顏色為紅色的基因?yàn)锳，決定眼睛的顏色為白色的基因?yàn)閍,從這個(gè)種群中隨機(jī)抽取100個(gè)個(gè)體，測(cè)得基因型為AA、Aa、aa的個(gè)體分別是30、60、10個(gè)，就這對(duì)等位基因來(lái)說(shuō)，每個(gè)個(gè)體可以看做含有2個(gè)基因，那么，這100個(gè)個(gè)體含有200個(gè)基因，由此可知：A基因的數(shù)量是2×30

＋60＝120個(gè)；A基因的頻率為120÷

200＝60%;a基因的數(shù)量是2×10

＋60＝80個(gè)；a基因的頻率為80÷

200＝40%。思考：這一種群繁殖若干代以后，其基因頻率會(huì)不會(huì)發(fā)生改變呢？

思考與討論

用數(shù)學(xué)方法討論基因頻率的變化1.假設(shè)上述昆蟲(chóng)種群非常大，所有的雌雄個(gè)體間都能自由交配并產(chǎn)生后代，沒(méi)有遷入和遷出，自然選擇對(duì)翅色這一相對(duì)性狀沒(méi)有作用，基因A和a都不產(chǎn)生突變，根據(jù)孟德?tīng)柕姆蛛x定律計(jì)算：（1）該種群產(chǎn)生的A配子和a配子的比率各是多少？（2）子代基因型的頻率各是多少？（3）子代種群的基因頻率各是多少？（4）將計(jì)算結(jié)果填入下表。想一想，子二代、子三代以及若干代以后，種群的基因頻率會(huì)同子一代一樣嗎？

思考與討論親代基因型的頻率AA（30％）Aa（60％）aa（10％）配子的比率A（）A（）a（）a（）子代基因型頻率AA（）Aa（）aa（）子代基因頻率A（）a（）思考與討論2.上述計(jì)算結(jié)果是建立在五個(gè)假設(shè)條件基礎(chǔ)上的。對(duì)自然界的種群來(lái)說(shuō)，這五個(gè)條件都成立嗎？你能舉出哪些實(shí)例？3.如果該種群出現(xiàn)新的突變性（基因型為A2a或A2A2），也就是產(chǎn)生新的等位基因A2，種群的基因頻率會(huì)變化嗎？基因A2的頻率可能會(huì)怎樣變化？本節(jié)聚焦1.種群是生物進(jìn)化的基本單位2.突變和基因重組產(chǎn)生進(jìn)化的原材料3.自然選擇決定生物進(jìn)化的方向2.突變和基因重組產(chǎn)

生進(jìn)化的原材料你已經(jīng)知道，基因突變?cè)谧匀唤缡瞧毡榇嬖诘??；蛲蛔儺a(chǎn)生新的等位基因，這就可能使種群的基因頻率發(fā)生變化。達(dá)爾文曾明確指出，可遺傳的變異是生物進(jìn)化的原材料。如果沒(méi)有可遺傳的變異，生物就不可能進(jìn)化。但是可遺傳的變異是怎樣產(chǎn)生的，達(dá)爾文限于當(dāng)時(shí)生物學(xué)發(fā)展水平，不可能做出正確的解釋?，F(xiàn)代遺傳學(xué)的研究表明，可遺傳的變異來(lái)源于基因突變、基因重組和染色體變異。其中，基因突變和染色體變異統(tǒng)稱為突變。我們知道，生物自發(fā)突變的頻率很低，而且大多是有害的，那么，它為什么還能夠作為生物進(jìn)化的原材料呢？別忘了，種群是由許多個(gè)體組成的，每個(gè)個(gè)體的每一個(gè)細(xì)胞內(nèi)都有成千上萬(wàn)個(gè)基因，這樣，每一代就會(huì)產(chǎn)生大量的突變。例如，果蠅約有10對(duì)基因，假定每個(gè)基因的突變率都是10，對(duì)于一個(gè)中等大小的果蠅種群（約有10個(gè)個(gè)體）來(lái)說(shuō)，每一個(gè)出現(xiàn)的基因突變數(shù)將是：2x10x10x10＝2x10（個(gè)）果蠅基因組此外，突變的有害和有利也不是絕對(duì)的，這往往取決于生物的生存環(huán)境。例如，有翅的昆蟲(chóng)中有時(shí)會(huì)出現(xiàn)殘翅和無(wú)翅的突變類型，這類昆蟲(chóng)在正常情況下很難生存下去。但是在經(jīng)常刮大風(fēng)的海島上，這類昆蟲(chóng)卻因?yàn)椴荒茱w行而避免被風(fēng)吹到海里淹死。某海島上殘翅和無(wú)翅的昆蟲(chóng)基因突變產(chǎn)生的等位基因，通過(guò)有性生殖過(guò)程中的基因重組，可以形成多種多樣的基因型，從而使種群出現(xiàn)大量的可遺傳變異。由于突變和重組都是隨機(jī)的、不定向的，因此它們只是提供了生物進(jìn)化的原材料，不能決定生物進(jìn)化的方向。作者：[英]里查德·道金斯探究英國(guó)的曼徹斯特地區(qū)有一種樺尺蠖，它們夜間活動(dòng)，白天棲息在樹(shù)干上。雜交試驗(yàn)表明，樺尺蠖的體色受一對(duì)等位基因S和s控制，黑色（S）對(duì)淺色（s）是顯性的。在19世紀(jì)中葉以前，樺尺蠖幾乎都是淺色型的，該種群中S基因的頻率很低，在5％以下。到了20世紀(jì)中葉，黑色型的樺尺蠖卻成了常見(jiàn)的類型，S基因的頻率上升到95％以上。19世紀(jì)時(shí)，曼徹斯特地區(qū)的樹(shù)干上長(zhǎng)滿了地衣。后來(lái),隨著工業(yè)的發(fā)展，工業(yè)排出的煤煙使地衣不能生存，結(jié)果樹(shù)皮裸露并被熏成黑褐色。

探究長(zhǎng)滿地衣的樹(shù)干上的樺尺蠖黑褐色樹(shù)干上的樺尺蠖探究問(wèn)題：樺尺蠖種群中s基因（決定淺色形狀）的頻率為什么越來(lái)越低呢？作出假設(shè)：根據(jù)前面所學(xué)知識(shí)作出假設(shè)：＿＿＿＿＿＿＿討論探究思路：你可以用創(chuàng)設(shè)數(shù)字化問(wèn)題情境的方法來(lái)探究。以下問(wèn)題情境供參考：

探究創(chuàng)設(shè)情境示例（其中數(shù)字是假設(shè)的）：1870年，樺尺蠖種群的基因型頻率如下：SS10％，Ss20％，ss70％，S基因的頻率為20％。在樹(shù)干變黑這一環(huán)境條件下，假如樹(shù)干變黑不利于淺色樺尺蠖的生存，使得種群中淺色個(gè)體每年減少10％，黑色個(gè)體每年增加10％.第2～10年間，該種群每年的基因型頻率是多少？每年的基因頻率是多少？提示：1.基因型頻率=該基因型個(gè)體數(shù)／該種群個(gè)體總數(shù)2.不同年份該種群個(gè)體總數(shù)可能有所變化。探究制定并實(shí)施探究方案1.創(chuàng)設(shè)數(shù)字化的問(wèn)題情境。2.計(jì)算，經(jīng)計(jì)算結(jié)果填入表中（如下表）3.根據(jù)計(jì)算結(jié)果，對(duì)環(huán)境的選擇作用的大小進(jìn)行適當(dāng)調(diào)整，比如，把淺色個(gè)體每年減少的數(shù)量百分比定高些，重新計(jì)算種群基因型頻率和基因頻率的變化，與步驟2中所得數(shù)據(jù)進(jìn)行比較。探究第1年（％）第2年（％）第3年第4年……基因型頻率SS1011.5Ss2022.9ss7065.6基因頻率S2023s8077探究分析結(jié)果，得出結(jié)論分析計(jì)算結(jié)果，是否支持你做出的假設(shè)，得出結(jié)論。討論

1.樹(shù)干變黑會(huì)影響樺尺蠖種群中淺色個(gè)體的出生率嗎？為什么？2.在自然選擇過(guò)程中，直接受選擇的是基因型還是表現(xiàn)型？為什么？本節(jié)聚焦1.種群是生物進(jìn)化的基本單位2.突變和基因重組產(chǎn)生進(jìn)化的原材料3.自然選擇決定生物進(jìn)化的方向3.自然選擇決定生物

進(jìn)化的方向在自然選擇的作用下，具有有利變異的個(gè)體有更多的機(jī)會(huì)產(chǎn)生后代，種群中相應(yīng)基因的頻率會(huì)不斷提高；相反，具有不利變異的個(gè)體留下后代的機(jī)會(huì)少，種群中相應(yīng)基因的頻率會(huì)下降。因此，在自然選擇的作用下，種群的基因頻率會(huì)發(fā)生定向改變，導(dǎo)致生物朝著一定的方向不斷進(jìn)化。一、基礎(chǔ)題1.下列生物群體中屬于種群的是：A.一個(gè)湖泊中的全部魚(yú)B.一個(gè)森林中的全部蛇C.臥龍自然保護(hù)區(qū)中的全部大熊貓一間屋中的全部蟑螂答案：C2.

一種果蠅的突變體在21℃的氣溫下，生存能力很差，但是，當(dāng)氣溫上升到25.5℃時(shí)，突變體的能力大大提高。這說(shuō)明：

A.突變時(shí)不定向的

B.突變是隨機(jī)發(fā)生的

C.突變的有利或有害取決于環(huán)