現(xiàn)代生物進化理論的內(nèi)容(上課用PPT)

第七章現(xiàn)代生物進化理論§7.2現(xiàn)代生物進化理論的主要內(nèi)容幼虎把自己想象成虎體內(nèi)的一個基因。你不僅不愿意自己在虎的后代中消失，而且想讓越來越多的虎擁有自己的拷貝。你怎樣才能達到這一目的呢？你將選擇做什么樣的基因？一個基因所控制的性狀，對個體生存和繁殖后代的貢獻越大,擁有該基因的個體的可能越多!當(dāng)然就會使越來越多的虎擁有自己的拷貝!問題探討達爾文的自然選擇學(xué)說指出，在一種生物的群體中，出現(xiàn)有利變異的個體能存活，并且有機會留下自己的后代。但是，研究生物的進化，僅研究個體的表現(xiàn)型是否與環(huán)境相適應(yīng)是不夠的，還必須研究群體基因組成的變化。這個群體就是種群！一、種群基因頻率的改變與生物進化種群是生物進化的基本單位突變和基因重組產(chǎn)生進化的原材料自然選擇決定生物進化的方向隔離導(dǎo)致物種的形成（一）種群是生物進化的基本單位1、種群的概念：臥龍自然保護區(qū)獼猴種群：種群是生活在同一區(qū)域的同種生物的全部個體，是生物繁殖和生物進化的基本單位。判斷下列是否屬于種群（1）一個池塘中的全部魚（2）一個池塘中的全部鯉魚（3）兩個池塘內(nèi)的全部青蛙（4）一片草地上的全部植物（5）一片草地上的成年梅花鹿廟里的一群和尚也屬于種群嗎？否是否否否2、種群的特點：

種群中的個體并不是機械地集合在一起，而是彼此可以交配，并通過繁殖將各自的基因傳給后代。人們?yōu)槭裁匆岢觥胺N群”這個概念呢？

自然界的物種實際上是以一個個種群存在的，種群是物種繁衍、進化的基本單位。它為研究生物與環(huán)境的關(guān)系和物種的變化帶來了方便。

思考：同前一年的蝗蟲種群相比，新形成的蝗蟲種群在基因組成上會有什么變化嗎？性狀是由基因控制的，因此研究生物的進化必須研究種群的基因組成和變化。如何分析種群的基因組成和變化？由此人們提出基因庫和基因頻率的概念。3、基因庫：一個種群中全部個體所含有的全部基因。這些金魚各自有自己的基因，共同構(gòu)成了種群的基因庫。它們各自的基因都是基因庫的一部分。個體數(shù)目越多，個體間的差異越大，基因庫也就越大。4、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?；蝾l率＝該基因的總數(shù)該等位基因的總數(shù)例1:如某昆蟲種群中決定翅色為綠色的基因為A，決定翅色為褐色的基因為a，從種群中隨機抽出100個個體，測知基因型為AA、Aa和aa的個體分別是30、60和10個。那么A和a的基因頻率是多少?解:A基因的基因頻率為:a基因的基因頻率為：基因頻率=某基因的數(shù)目該基因的等位基因的總數(shù)純合子頻率+1/2雜合子頻率=40%

30/100×100%

+1/2×60/100×100%=60%

10/100×100%

+1/2×60/100×100%=40%A%=×100%2×AA＋Aa2(AA＋Aa＋aa)a%=×100%=60%2×aa＋Aa2(AA＋Aa＋aa)×100%A%=a%=基因頻率=例2:某工廠有男女職工各200人，對他們進行調(diào)查時發(fā)現(xiàn)，女色盲5人，女性攜帶15人。男性色盲11人，求XB,Xb的頻率。解:×100%5×2＋15＋11200×2＋200Xb%==6%XB%=1—6%=94%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%p+q=1(p+q)2=p2+2pq+q2=1AA=p2Aa=2pqaa=q2P表示基因A的頻率，q表示基因a的頻率

卵細胞

a40%A60%精子A60%a40%AA36%Aa24%24%Aaaa16%

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%40%

在討論題2中的群體滿足五個條件的情況下,計算子二代、子三代的基因頻率與基因型頻率;分析一下各代基因頻率與基因型頻率相同嗎？

16%60%36%48%40%16%60%36%48%40%16%60%由此可見，如果滿足上述五個條件，則親代和子代每一種基因的頻率都不會改變，到再下一代也是如此，也就是說基因頻率可以代代保持穩(wěn)定不變。這就是哈迪－溫伯格平衡，也叫遺傳平衡定律。它是指在一個極大的隨機交配的種群中，在沒有突變、選擇和遷移的條件下，種群的基因頻率和基因型頻率可以世代相傳不發(fā)生變化，保持平衡。滿足五個假設(shè)條件的種群是理想的種群，在自然條件下,這樣的種群是不存在的。這也從反面說明了在自然界中，種群的基因頻率遲早要發(fā)生變化，也就是說種群的進化是必然的。上述計算結(jié)果是在滿足五個假設(shè)條件的基礎(chǔ)上計算的，對自然界的種群來說，這五個條件都能成立嗎？特別是如果第⑤點假設(shè)（⑤基因A和a都不產(chǎn)生突變,即沒有基因突變和染色體變異。）成立這與前面我們所學(xué)的基因突變的哪個特性相違背？與基因突變的普遍性相違背。

如果該種群出現(xiàn)新的突變型，也就是產(chǎn)生新的等位基因（A2），種群的基因頻率會變化嗎？基因A2的頻率可能會怎樣變化？突變產(chǎn)生的新基因會使種群的基因頻率發(fā)生變化?；駻2的頻率是增加還是減少，要看這一突變對生物體是有益還是有害的，這往往取決于生物生存的環(huán)境。生物進化的實質(zhì)：種群的進化過程就是種群基因頻率發(fā)生變化的過程。通過討論基因頻率的變化可以認識到，自然界中種群的基因頻率一定會發(fā)生變化，也就是說種群的進化是必然的。（二）突變和基因重組產(chǎn)生生物進化的原材料

基因突變和染色體變異統(tǒng)稱為突變?；蛲蛔冊谧匀唤缡瞧毡榇嬖诘?，因此基因突變產(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。不可遺傳變異可遺傳變異基因突變基因重組染色體變異變異

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？種群是由許多個體組成的，每個個體的每一個細胞內(nèi)都有成千上萬個基因，這樣，每一代就會產(chǎn)生大量的突變。例如：一個果蠅約有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=2×1071．種群中突變的特點：突變數(shù)很大、隨機、不定向2．種群基因重組的結(jié)果：產(chǎn)生更多可遺傳變異、不定向

突變的有害還是有利也不是絕對的，這往往取決于生物的生存環(huán)境?；蛑亟M基因突變新的等位基因多種多樣的基因型種群中出現(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,不能決定生物進化的方向人類把鯽魚的后代培育成金魚，實質(zhì)就是通過選擇改變基因頻率。從圖中看顯然紅色基因的頻率顯著提高了。

19世紀，樺尺蠖種群中黑色基因（S）頻率為5%，淺灰色基因（s）頻率為95%

20世紀，樺尺蠖種群中黑色基因（S）頻率為95%，淺灰色基因（s）頻率為5%探究自然選擇對種群基因頻率的影響現(xiàn)在我們用數(shù)學(xué)方法來討論一下樺尺蠖基因頻率變化的原因。1870年樺尺蠖的基因型頻率為SS10%；Ss20%；ss70%，在樹干變黑這一環(huán)境條件下假如樹干變黑不利于淺色樺尺蠖的生存，使得種群中淺色個體每年減少10%，黑色個體每年增加10%，以后的幾年內(nèi)，樺尺蠖種群每年的基因型頻率與基因頻率是多少呢？第1年第2年第3年第4年……基因型頻率SS10%11.5%Ss20%22.9%ss70%65.6%基因頻率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)在這個探究實驗中根據(jù)上面的數(shù)據(jù)分析，變黑的環(huán)境對樺尺蠖產(chǎn)生了什么樣的影響？變黑的環(huán)境對樺尺蠖淺色個體的出生率有影響嗎？(2)在自然選擇中，直接受選擇的是基因型還是表現(xiàn)型？變黑的環(huán)境使控制淺色的s基因頻率減少,S基因頻率增加。有影響。許多淺色個體可能在沒有交配、產(chǎn)卵前就已被天敵捕食。天敵看到的是樺尺蠖的體色（表現(xiàn)型）而不是控制體色的基因。結(jié)論：自然選擇決定生物進化的方向自然選擇使基因頻率定向改變。（三）自然選擇決定了生物進化的方向突變和基因重組為生物進化提供了原材料，自然選擇可以使基因頻率發(fā)生定向改變，導(dǎo)致生物朝著一定的方向不斷進化。原因：淘汰不利變異基因，積累有利變異基因。結(jié)果：使基因頻率定向改變。二、隔離與物種的形成1、物種的概念：指能夠在自然狀態(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，簡稱“種”。一個生物“種”或“物種”與種群有何區(qū)別？

物種是生物的種類,

可以分布在自然界的不同區(qū)域；而種群是一定區(qū)域內(nèi)的全部同種個體的集合。如：鯽魚是一個物種，湘江中的鯽魚是一個種群。自然界的物種實際上是以一個個種群存在的，種群是物種繁衍、進化的基本單位。人都是一個物種，無論白人黑人黃種人結(jié)婚，都能產(chǎn)生具有生殖能力的后代。同樣