必二現(xiàn)代生物進化理論的主要內(nèi)容課件

種群、基因庫、基因頻率

一個種群的全部個體所含有的全部基因，叫做這個種群的基因庫。

一定時間內(nèi)，生活在一定區(qū)域的同種生物的全部個體，叫做種群。種群是生物繁殖的基本單位。

某種基因在某個種群中出現(xiàn)的比例，叫做基因頻率?；蝾l率=該基因及其全部等位基因的總數(shù)該基因的數(shù)目×100%種群是生物進化的基本單位

每一個種群都有它自己的基因庫，種群中的個體一代一代地死亡，但基因庫卻在代代相傳的過程中保持和發(fā)展。所以，生物進化的單位不是個體，而是種群。

例1：從某個種群中隨機抽取100個個體,測知基因型為AA、Aa和aa的個體分別是30、60和10.求A、a基因的基因頻率分別是?*A%+a%=1AA%+Aa%+aa%=1A％=A(A+a)x100%=(30x2+60)100x2=60%a％=a(A+a)x100%=(10x2+60)100x2=40%A%=AA%+Aa%12a%=aa%+Aa%12方法一：方法二：例2：某工廠有男女職工各200名，其中女職工有攜帶者15名、患者5名；男職工有患者11名。問色盲基因頻率是多少？Xb%=15+5×2+11200×2+200×100%=6%基因頻率的計算例：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%、60%、10%、那么A、a的基因頻率是多少？A=60%a=40%

親代子一代

子二代

子三代基因型頻率AA30%Aa60%aa10%基因頻率Aa36%48%16%60%40%36%16%48%60%60%40%40%36%48%16%60%40%若親代昆蟲中的種群滿足以下五個條件：①昆蟲種群數(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，④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。用數(shù)學(xué)方法討論基因頻率的變化哈迪-溫伯格定律1908年，英國數(shù)學(xué)家哈迪和德國醫(yī)生溫伯格分別提出關(guān)于基因穩(wěn)定性的見解。他們指出，一個有性生殖的自然種群中，在符合以下五個條件的情況下，各等位基因的頻率和等位基因的基因型頻率在一代一代的遺傳中是穩(wěn)定不變的?；蛘哒f是保持著基因平衡的。這五個條件是：1、種群很大

2、隨機交配

3、沒有突變和重組

4、沒有個體遷入遷出

5、沒有選擇遺傳平衡定律（哈代-溫伯格定律）用p代表基因A的頻率，q代表基因a的頻率，遺傳平衡定律可以寫成：

（p+q）2=p2+2pq+q2=1P2：基因型AA的頻率2pq：基因型Aa的頻率q2：基因型aa的頻率AA%=A％×A％aa%=a％×a％Aa%=2

×

A％×a％哈迪-溫伯格定律

處于平衡狀態(tài)的種群，一對等位基因Aa，A的頻率為p，a的頻率為q，則：

AA的機率為p2；

Aa的機率為2pq；

aa的機率為q2哈迪-溫伯格定律可用數(shù)學(xué)方程式表示為：(p+q)2=p2+2pq+q2影響基因頻率的因素

在自然條件下，哈迪-溫伯格定律所需的五個條件是難以滿足的，因而基因頻率總是要發(fā)生改變，也就是說進化在任何種群中都是必然要發(fā)生的。生物進化的實質(zhì)是基因頻率的改變

表面看，自然選擇是對一個個生物個體的選擇，實質(zhì)上是對個體所包含的變異進行選擇。從現(xiàn)代分子遺傳水平看，自然選擇實質(zhì)上是對變異所對應(yīng)的基因的選擇，從而改變著群體中不同基因的基因頻率。

所以，生物進化的過程的實質(zhì)是種群基因頻率發(fā)生變化的過程。自然選擇對基因頻率變化的影響第1年第2年第3年第4年……基因型頻率SS10%11.5%13.1%14.7%Ss20%22.9%26%29.2%ss70%65.6%60.9%56.1%基因頻率S20%23%26.1%29.3%升高s80%77%73.9%70.7%降低P117自然界種群的基因頻率能世代不變嗎？要使種群的基因頻率世代不變，要滿足以下條件：1、該種群非常大2、所有的雌雄個體都能自由交配并產(chǎn)生后代3、沒有遷入和遷出4、自然選擇對不同表現(xiàn)型的個體沒有作用5、這對基因不發(fā)生突變，并且攜帶這對基因的染色體不發(fā)生變異自然界種群的基因頻率變化是必然的！*生物進化的實質(zhì)：種群基因頻率的改變這五個條件能全部滿足嗎？不能?。ǘ┩蛔兒突蛑亟M產(chǎn)生進化的原材料可遺傳的變異來源于基因突變、基因重組和染色體變異。（基因突變和染色體變異常統(tǒng)稱為突變）生物自發(fā)突變的頻率很低，而且一般對生物體是有害的，那么，它為什么還能夠作為生物進化的原材料呢？例如，果蠅約有104對基因，假定每個基因的突變率都是10-5,對于一個中等數(shù)量的果蠅種群（約有108個個體）來說，每一代出現(xiàn)的基因突變數(shù)將是：

2x104x10-5x108=2x107(個)1.因為雖然對于每一個基因來說，突變率是很低的，但是種群是由許多個體組成的，每個個體的每一個細胞中都有成千上萬個基因，這樣，每一代就會產(chǎn)生大量的突變。2.突變的有害和有利并不是絕對的，這往往取決于生物的生存環(huán)境?；蛲蛔儺a(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。由于這些變異的產(chǎn)生是不定向的，因此，突變和基因重組只是產(chǎn)生了生物進化的原材料，不能決定生物進化的方向。思考：究竟什么決定了生物進化的方向？95%

（S%）5%（s%）95%（s%）5%（S%）自然選擇保留有利基因型個體，淘汰不利基因型個體.導(dǎo)致基因頻率定向變化.樹皮為淺色時淺色為有利性狀黑色為不利性狀樹皮為黑色時淺色為不利性狀黑色為有利性狀由上可知：進化的方向是由自然選擇決定的。原因是：淘汰不利變異基因、積累有利變異基因結(jié)果是：使基因頻率定向改變。（三）自然選擇決定生物進化的方向物種的概念

在遺傳學(xué)和進化論中，把能夠在自然狀態(tài)下相互交配，并能夠產(chǎn)生出可育后代的一群生物稱為一個物種，簡稱“種”。即：不同物種之間有生殖隔離（動物因求偶方式不同、繁殖期不同，植物因開花季節(jié)、花的形態(tài)不同，而造成的不能交配等都屬于生殖隔離

）隔離概念：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。隔離的類型生殖隔離地理隔離例：馬與驢的生殖隔離馬驢騾例：虎獅獸例：不同“人種”

世界各地的人雖然各有不同，但他們之間可以彼此通婚，并且產(chǎn)生可育的后代。因此，全世界的人在生物學(xué)上屬于同一個物種——智人。地理隔離分布在不同自然區(qū)域的種群，由于高山、河流、沙漠等地理上的障礙，使彼此間無法相遇而不能發(fā)生基因交流。例：東北虎與華南虎

東北虎和華南虎分別生活在我國的東北地區(qū)和華南地區(qū)，這兩個地區(qū)之間的遼闊地帶就起到了地理隔離的作用。經(jīng)過長期的地理隔離，這兩個種群之間產(chǎn)生了明顯的差異，成為兩個不同的虎亞種。隔離在物種形成中的作用

物種的形成往往是經(jīng)過長期的地理隔離將不同種群間的差異不斷積累，最后達到生殖隔離，形成新物種。例：加拉帕戈斯群島的地雀有時無需地理隔離也能形成新物種

在自然界里還存在另一種物種形成方式，它往往只需要幾代甚至一代就完成了，而且不需經(jīng)過地理隔離。例如，多倍體植物的形成就是如此。自然界里幾平將近一半的被子植物和某些栽培作物就是這樣形成的。AABBCC（普通小麥）DD（黑麥）×ABC配子D配子ABCD（不育）AABBCCDD（八倍體小黑麥）（可育）秋水仙素處理例：八倍體小黑麥的培育隔離在物種形成中的作用地雀甲島地雀乙島地雀丙島地雀丁島地雀……突變和基因重組自然選擇甲島地雀1乙島地雀2丙島地雀3丁島地雀4

*突變和基因重組、自然選擇及隔離是物種形成過程中的三個基本環(huán)節(jié)。*隔離是物種形成的必要條件生殖隔離總結(jié)●種群是生物進化的基本單位●突變和基因重組、自然選擇及隔離是物種形成過程的三個基本環(huán)節(jié)（突變和基因重組產(chǎn)生生物進化的原材料，自然選擇使種群的基因頻率定向改變并決定生物進化的方向，隔離是新物種形成的必要條件）?！裆镞M化的實質(zhì)在于種群基因頻率的改變。以自然選擇學(xué)說為核心的現(xiàn)代生物進化理論的基本觀點是：共同進化任何一個物種都不是單獨進化的。不同物種之間，生物與無機環(huán)境之間在相互影響中不斷進化和發(fā)展，這就是共同進化。

捕食者所捕食的大多是被捕食者中年老、病弱或年幼的個體，客觀上起到促進種群發(fā)展的作用。“精明的捕食者”策略：捕食者一般不能將所有的獵物吃掉，否則自己也無法生存?！笆崭罾碚摗保翰妒痴咄妒硞€體數(shù)量多的物種，這樣就會避免出現(xiàn)一種或幾種生物在生態(tài)系統(tǒng)中占絕對優(yōu)勢的局面，為其他物種的形成騰出空間有利于增加物種的多樣性。捕食者的存在是否對被捕食者有害無益？生物進化與無機環(huán)境變化的關(guān)系例：

生物的新陳代謝類型由原始異養(yǎng)厭氧→自養(yǎng)厭氧→自養(yǎng)需氧。生物多樣性的形成基因多樣性物種多樣性生態(tài)系統(tǒng)多樣性生物多樣性

地球上所有的植物、動物和微生物，它們所擁有的全部基因以及各種各樣的生態(tài)系統(tǒng)，共同構(gòu)成了生物多樣性。簡單→復(fù)雜低等→高等原核細胞→真核細胞單細胞→多細胞無性生殖→有性生殖原始異養(yǎng)厭氧→自養(yǎng)厭氧→自養(yǎng)需氧水生→水陸兩棲→陸生生物多樣性的形成生物進化理論在發(fā)展生物的進化如此復(fù)雜，現(xiàn)有的進化理論所不能解釋的問題比已經(jīng)解釋的問題還要多。在這些學(xué)說中，以自然選擇為核心的進化理論比其他學(xué)說的影響要廣泛而深遠，它仍然是以后各個方面研究的一個基礎(chǔ)。進化理論同其他科學(xué)理論一樣，它不會停滯不前，它還在發(fā)展。分子進化與中性學(xué)說

這一學(xué)說認為，生物體內(nèi)絕大多數(shù)突變都是中性突變；生物體內(nèi)的大分子都是以一定的速率進化著，這一速率與種群的大小、物種的生殖力以及生物世代的長短都無關(guān)，也不受環(huán)境因素的影響，因此對于這些中性突變不會發(fā)生自然選擇與適者生存的情況。生物的進化主要是中性突變在自然群體中進行隨機的“遺傳漂變”的結(jié)果，而與選擇無關(guān)。也就是說，遺傳漂變才是分子進化的基本動力。

基因頻率因偶然的機會，而不是由于選擇，而發(fā)生變化，這種現(xiàn)象稱為遺傳漂變。例：不同生物的細胞色素c與人的比較生物名稱氨基酸差別生物名稱氨基酸差別黑猩猩獼猴袋鼠豹馬雞響尾蛇01101l121314金槍魚鯊魚天蠶蛾小麥鏈孢霉酵母菌212331354344

從上表中可以看出，黑猩猩與人的親源關(guān)系最近，酵母菌與人的親源關(guān)系最遠。經(jīng)常不斷地