生物進化2012課件

Evolution第七章第1節(jié)現(xiàn)代生物進化理論的由來本節(jié)聚焦1、在達爾文之前，人們是怎樣看待生物的進化的？2、達爾文的自然選擇學說的要點是什么？3、達爾文的自然選擇學說有哪些局限性？用進廢退——指由環(huán)境和“用進廢退”引起變異是可以遺傳的——經(jīng)常使用的器官就發(fā)達，不使用的就退化獲得性遺傳食蟻獸長期伸長舌頭舌頭細長鼴鼠長期生活在地下眼睛退化拉馬克的進化觀點思考：某人經(jīng)常曬太陽皮膚黝黑他的后代皮膚也比較黑？性狀是由基因型控制的，只有遺傳物質(zhì)改變而引起的變異，才有可能被遺傳到下一代。故拉馬克的理論無法成立5年的環(huán)球航?？疾爝_爾文（C.Darwin）1868不同島上的地雀聯(lián)想到物種不可能一成不變，而是在不同的環(huán)境下不斷變化達爾文的自然選擇學說主要觀點：1、過度繁殖（條件）2、生存斗爭（手段）3、遺傳變異（基礎、內(nèi)因）4、適者生存（結(jié)果）——《物種起源》（1859）事實1：生物都有過度繁殖的傾向事實2：物種內(nèi)個體數(shù)能保持穩(wěn)定事實3：資源是有限的推理1：個體間存在著生存斗爭事實5：許多變異是可以遺傳的事實4：個體間存在差異（變異）推論2：具有有利變異的個體，生存并留下后代的機會多推論3：有利變異逐代積累，生物不斷進化出新類型達爾文自然選擇學說的解釋模型達爾文自然選擇學說的解釋模型（簡化）有限資源過度繁殖遺傳變異生存斗爭（外因、動力）（內(nèi)因、材料）適者生存有利變異積累生物新類型自然選擇拉馬克學說的解釋的應用達爾文學說的解釋的應用長頸鹿的祖先后代個體間性狀的差異生存斗爭長頸、長前肢個體遺傳積累（有利變異）（適者生存）現(xiàn)代長頸鹿（遺傳變異）現(xiàn)代長頸鹿個體差異生存斗爭適者生存過度繁殖短頸鹿長頸鹿自然界中的生物，通過激烈的生存競爭，適應者生存下來，不適應者被淘汰。變異十選擇=適應1、選擇對象—由變異提供3、內(nèi)在因素—遺傳和變異4、進化方向/選擇的力量—由自然選擇決定5、進化動力、手段—生存斗爭6、進化結(jié)果—生物的適應性和多樣性2、外在因素—過度繁殖、變化的環(huán)境、有限的生存條件達爾文的自然選擇學說歷史貢獻：較好地解釋了生物的統(tǒng)一性多樣性適應性—所有生物都有共同的祖先—進化的結(jié)果—自然選擇的結(jié)果較好地解釋了生物進化的原因歷史局限性：1、不能解釋遺傳變異的本質(zhì)2、對生物進化的解釋局限于個體水平3、強調(diào)物種的形成都是漸變的結(jié)果，不能解釋物種大爆發(fā)等現(xiàn)象達爾文以后進化理論的發(fā)展：性狀水平深入到基因水平以生物個體為單位以種群為基本單位發(fā)展到形成以自然選擇學說為基礎的現(xiàn)代生物進化理論。認識到了遺傳和變異的本質(zhì)獲得性遺傳的觀點，已經(jīng)被多數(shù)人擯棄。現(xiàn)代生物進化理論的主要內(nèi)容以下描述是種群嗎？此時此刻我們所在教室內(nèi)的全部學生和老師。一個種群中的個體是機械地集合在一起嗎？一個種群中的個體是能自由交配、繁殖的，因此種群是生物繁殖的基本單位2、基因庫：一個種群中全部個體所含有的全部基因。3、基因頻率：在一個種群基因庫中，某個基因占全部等位基因數(shù)的比率?；蛐皖l率：在一個種群中，某基因型個體占全部個體的比率?；蝾l率某種基因頻率＝某種基因的數(shù)目該基因數(shù)和其等位基因數(shù)的總和某種基因型頻率＝某種基因型的個體數(shù)該種群個體總數(shù)基因型頻率(1)基因頻率一對等位基因的頻率之和等于1種群中基因型的頻率之和等于1A％＋a％＝1AA％＋Aa％＋aa％＝1某昆蟲種群中，綠色翅的基因為A,褐色翅的基因位a，調(diào)查發(fā)現(xiàn)AA、Aa、aa的個體分別占30個、60個、10個，那么A、a的基因頻率是多少？3.用數(shù)學方法討論基因頻率的改變

假設討論題2中的群體滿足以下五個條件：①昆蟲群體數(shù)量足夠大，②全部的雌雄個體間都能自由交配并能產(chǎn)生后代，③沒有遷入與遷出，④AA、Aa、aa三種基因型昆蟲的生存能力完全相同（也就是說自然選擇對A、a控制的翅型性狀沒有作用）⑤也沒有基因突變和染色體變異。計算：(1)子一代、子二代、子三代的基因頻率與基因型頻率討論：用數(shù)學方法討論基因頻率的變化假設上述昆蟲種群非常大，所有的雌雄個體間都能自由交配并產(chǎn)生后代，沒有遷入和遷出，自然選擇對翅色這一相對性狀沒有作用，基因A和a都不產(chǎn)生突變，根據(jù)孟德爾的分離定律計算：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()30%30%30%10%36%48%16%60%40%子二代、子三代，種群的基因頻率分別是多少？子二代子一代基因型頻率AA(36%)Aa(48%)aa(16%)配子的比率A()A()a()a()子二代基因型頻率AA()Aa()AA()子二代基因頻率A()a()36%24%24%16%36%48%16%60%40%子三代子二代基因型頻率AA(36%)Aa(48%)aa(16%)配子的比率A()A()a()a()子三代基因型頻率AA()Aa()AA()子三代基因頻率A()a()36%24%24%16%36%48%16%60%40%親代子一代子二代子三代基因型頻率AA30%Aa60%aa10%基因頻率A60%a40%36%48%16%60%40%36%16%48%60%60%40%40%（2）分析各代基因頻率與基因型頻率相同嗎？

36%48%16%（三）遺傳平衡定律（哈迪-溫伯格定律）種群有相對的穩(wěn)定性，其基礎是遺傳平衡。1.定律內(nèi)容：一個有性生殖的自然種群，在符合下列條件時，各基因頻率和基因型頻率將在世代遺傳中保持不變，并且基因頻率決定基因型頻率。①種群大；②隨機交配；③沒有突變；④沒有遷移；⑤沒有自然選擇。2.定律的數(shù)學表達式：(p＋q)2＝p2＋2pq＋q2＝1p：等位基因A的頻率；q：等位基因a的頻率；p2：基因型AA的頻率；2pq：基因型Aa的頻率；q2：基因型aa的頻率。自然界中生物的自然突變頻率很低，而且一般對生物體是有害的。為什么還能夠改變種群中的基因頻率呢？

例如：果蠅約有104對基因，假定每個基因的突變率都是10－5，若有一個中等數(shù)量的果蠅種群（約有108個個體），那么每一代出現(xiàn)基因突變數(shù)是多少呢？2×104×10－5個體×108種群=2×107實例：在經(jīng)常刮大風的海島上，無翅或殘翅的昆蟲特別多

突變的有利和有害并不是絕對的，它取決于生物的生存環(huán)境基因突變產(chǎn)生的等位基因，通過有性生殖過程中的基因重組，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。由于基因突變和重組都是隨機的、不定向的，因此它們只是提供生物進化的原材料，不能決定生物進化的方向?，F(xiàn)代生物進化理論基因突變?nèi)旧w變異基因重組突變進化的原材料觀點②——突變和基因重組產(chǎn)生進化的原材料★生物個體的基因突變率是_________,但一個種群每代出現(xiàn)的基因突變率__________★一個種群每代出現(xiàn)的基因重組的個數(shù)______都是隨機的不定向很低較高很多突變產(chǎn)生等位基因基因重組多種基因型種群出現(xiàn)大量可遺傳的變異變異是不定向的形成了進化的原材料（有性生殖）現(xiàn)代生物進化理論觀點③——自然選擇決定生物進化的方向19世紀中葉以前20世紀中葉以后兩種尺蠖基因頻率淺色（s）黑色（S）環(huán)境條件原因結(jié)論95%以上5%5%95%以上樹干長滿淺色地衣樹皮被煤煙熏成黑褐色生物進化的方向是由自然選擇決定的環(huán)境選擇某種變異個體的生存直接選擇的是基因型還是表現(xiàn)型？為什么？最終選擇的又是什么？表現(xiàn)型天敵觀察到的是表現(xiàn)型而非基因型基因型突變的有利和有害并不是絕對的取決于環(huán)境的條件變異有利變異不利變異自然選擇生存淘汰基因頻率增加基因頻率減少，消失進化導致生物朝一定的方向（適應環(huán)境的方向）不斷進化自然選擇使基因頻率定向改變在相同的環(huán)境下可以選擇保留多種有利的變異按黑色個體每年增加１０％、

淺色個體每年減少１０％計算過程90.96個51.03個26.62個13.31個第4年93個56.7個24.2個12.1個第3年96個63個22個11個第2年共計(100個)ss70％（70個）Ss20％（20個）SS10％（10個）第1年70.7%74%77%80%s29.3%26%23%20%S基因頻率56.1%61%65.6%70%ss29.3%26%22.9%20%Ss14.6%13%11.5%10%SS基因型頻率…...第4年第3年第2年第1年“探究自然選擇對種群基因頻率的影響”結(jié)論：自然選擇可以使種群的基因頻率定向改變進化的實質(zhì)——

生物進化其實就是種群基因頻率改變的過程.現(xiàn)代生物進化理論觀點④——隔離導致物種形成物種的概念：隔離的概念：隔離的種類：能夠在自然狀態(tài)下互相交配，并產(chǎn)生出可育后代的一群生物個體指同一物種不同種群間的個體，在自然條件下基因不能自由交流的現(xiàn)象。地理隔離：由于高山、河流、沙漠等地理上的障礙，使彼此間不能相遇而不能交配。生殖隔離：種群間的個體不能自由交配或交配后不能產(chǎn)生可育的后代。地理隔離不一定導致生殖隔離

能夠在自然狀態(tài)下相互交配并且產(chǎn)生可育后代的一群生物稱為一個物種（species），簡稱“種”。（一）、物種的概念馬與驢交配產(chǎn)生的后代--騾沒有生殖能力！不同物種之間相互進行交配，如果交配成功并產(chǎn)生后代，那么該后代是否具有繁殖后代的能力呢？（二）隔離的類型：1.地理隔離2.生殖隔離雜種不活雜種不育雜種敗育受精前的生殖隔離生態(tài)隔離季節(jié)隔離行為隔離機械隔離配子隔離受精后的生殖隔離物種形成的過程：現(xiàn)代生物進化理論觀點④——隔離導致物種形成原物種種群地理隔離種群1種群1各自突變和基因重組不同環(huán)境條件不同自然選擇不同生殖隔離兩個物種互不影響基因庫明顯差異隔離與物種形成的關系：形成新物種的必要條件物種形成的步驟：變異選擇（自然或人工）隔離結(jié)論：經(jīng)過長期的地理隔離而達到生殖隔離；生殖隔離一旦形成，原來屬于同一物種的生物就形成了不同的物種。基因頻率改變基因頻率改變(漸變式）非地理隔離引起生殖隔離（驟變式）二倍體加倍四倍體（新物種）2.物種形成的三個基本環(huán)節(jié)：突變和基因重組——提供進化的原材料；自然選擇——使基因頻率定向改變，

決定生物進化的方向；隔離——物種形成的必要條件

注意：物種形成與生物進化的關系生物進化種群基因頻率的改變物種進化種群基因頻率的改變生殖隔離觀點⑤——共同進化導致物種多樣性的形成現(xiàn)代生物進化理論1、共同進化的概念___________之間、______________之間在_____________中不斷進化和發(fā)展，這就是共同進化。生物與生物之間的共同進化生物與無機環(huán)境之間的共同進化—在生存斗爭中，相互選擇，形成各自特征例如：捕食者的存在客觀上有利于被捕食者種群的發(fā)展，有利于增加物種多樣性—在生存斗爭中，相互影響，形成各自特征例如：地球的環(huán)境變化，出現(xiàn)了多種多樣的生物物種，又促進形成了多種多樣的生態(tài)系統(tǒng)2、共同進化的內(nèi)涵不同物種生物與無機環(huán)境相互影響3、共同進化的結(jié)果形成千姿百態(tài)的物種，形成多種多樣的生態(tài)系統(tǒng)5、生物多樣性的形成：古細菌兩級生態(tài)系統(tǒng)（只有生產(chǎn)者和分解者）三級生態(tài)系統(tǒng)（生產(chǎn)者,消費者,分解者）藍藻、細菌真核生物無脊椎動物海洋：陸地：部分海洋植物原始陸生植物（主要蕨類植物）裸子植物被子植物原始陸生動物（兩棲類）爬行類鳥類哺乳類部分海洋動物(主要依據(jù)：化石)異養(yǎng)厭氧的單細胞自養(yǎng)需氧的單細胞有性生殖增加變異寒武紀大爆發(fā)恐龍滅絕陸地生態(tài)系統(tǒng)觀點⑤——共同進化導致物種多樣性的形成簡單復雜水生陸生低等高等4、生物多樣性的概念：主要指基因多樣性、物種多樣性、生態(tài)系統(tǒng)多樣性現(xiàn)代生物進化理論在發(fā)展1、中性突變說：基因突變對生物適應性的影響并不是非益即害或非害即益，大多數(shù)基因突變是中性的，自然選擇對這些基因突變不起作用,這些基因突變經(jīng)過長期積累，會導致種群間遺傳物質(zhì)出現(xiàn)較大的差別。2、物種形成的驟變說：決定生物進化方向的是中性突變的逐漸積累，而非自然選擇物種的形成并不都是漸變的過程，而是種群長期穩(wěn)定與迅速形成新種交替出現(xiàn)的過程。——從分子水平解釋例如，決定苯丙氨酸的密碼子可以是UUU，也可以是UUC，如果DNA分子中的一個堿基被置換(U→C)，使UUU突變成了UUC，新密碼的意義與原密碼的相同。由于中性突變對生物的生存和繁殖能力沒有影響，自然選擇對它們也就不起作用。它們在種群中的保存、擴散和消失完全是隨機的，經(jīng)過日積月累，積少成多，會使同種生物的不同種群間出現(xiàn)巨大的差異，就可能形成不同的物種。達爾文的自然選擇學說過度繁殖、生