1、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

2、化,（一）種群是生物進化的基本單位,1、種群概念：,生活在一定區(qū)域的同種生物的全部個體。,臥龍自然保護區(qū) 獼猴,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。,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？,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

3、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。,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=,純合子頻率+1/2雜合子頻率,= 40%,30/100100% +1/260/100100% = 60%,10/100100% +1/260/100100% = 40%,A%=,a%

4、=, 100%,= 60%,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:,Xb%=,= 6%,XB%=16%,= 94%,30%,30%,30%,10%,36%,48%,16%,60%,40%,p+q = 1,(p+q )2,=p2+2pq+q2,= 1,AA= p2 Aa= 2pq aa=q2,P表示基因A的頻率，q表示基因a的頻率,AA,36%,Aa,24%,24%,Aa,aa,16%,如果一個種群能保證下列五個條件：該種群非常大；所有的雌雄個體都能自由交配；沒有遷入和遷出；自然選

5、擇對不同表現(xiàn)型的個體沒有作用；每對基因不發(fā)生突變，并且攜帶每對基因的染色體不發(fā)生變異。 這個種群的基因頻率（包括基因型頻率）就可以一代代穩(wěn)定不變，保持平衡。這就是遺傳平衡定律，也稱哈代溫伯格平衡。,遺傳平衡定律,（2）對自然界的種群來說，這五個條件都能成立嗎？,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%,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。

6、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？ 特別是如果第點假設（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

7、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。 基因A2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。,2、一種蛾中控制淺顏色的等位基因是隱性的，控制深顏色的等位基因是顯性的。假設一個種群中有640只淺色的蛾和360只深色的蛾，群體呈遺傳平衡，那么有多少只雜合子的蛾？,1、某工廠有男女職工各200名，對他們進行調(diào)查時發(fā)現(xiàn)，女性色盲基因的攜帶者

8、為15人，患者5人，男性患者11人，那么這個群體中色盲基因的頻率是多少？,6%,320只,（15+52+11）/（200女2+200男 1）,因，aa=q2=640/（640+360）=0.64a=q=0.8 又因q+p=1，則A=p=1-q=1-0.8=0.2 Aa=2pq=20.80.2=0.32 Aa的個體數(shù)=0.32(640只+360只)=320只,小試牛刀,解析：都是自交，不能用遺傳平衡定律！由于AA=25%，aa=39%，可知Aa=1-25%-39%=36%。該種群的個體自交一代后，基因型AA=25%1+36%=34%， 答案：B,3、已知某種群中，AA基因型頻率為25%，aa基因

9、型頻率為39%，則該種群的個體自交一代后，基因型AA的頻率為（） A.50% B.34% C.25% D.61%,（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。,基因突變在自然界是普遍存在的，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

10、是105，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？,2 104 105,個體, 108,種群,= 2 107,1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。,基因重組,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。,長滿地衣的樹干上的樺尺蠖,黑褐色樹干上的樺尺蠖,自

11、然選擇對種群基因頻率的影響,英19世紀曼徹斯特,英20世紀曼徹斯特,自然選擇可以使種群的基因頻率定向改變,問題：樺尺蠖種群中s基因的頻率為什么越來越低？ 假設：根據(jù)前面所學的你能做出假設嗎？,探究,現(xiàn)在我們用數(shù)學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SS 10% ； Ss 20%； ss 70%，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？,13.1%,升高,26%,60.9%,26.1%,73.9%,14.6%,29.3%,56

12、.1%,29.3%,70.7%,降低,提示：假設第1年種群個體數(shù)為100個，當黑色 （表現(xiàn)型） 個體每年增加10%時，基因型為SS （黑色）個體第2年將會增加到11個，基因型為Ss （黑色） 個體第2年將增加到22個，基因型為ss （淺色） 個體第2年將減少到63個。第2年種群個體總數(shù)為96個， 基因型SS的頻率是1196=11.5%； 基因型Ss的頻率是2296=22.9%； 基因型ss的頻率是6396=65.6%,(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？

13、,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。,課后練習,（P118）,基礎(chǔ)題 1.C。 2.C。 3.C。,4.突變和基因重組產(chǎn)生進化的原材料。如果沒有突變，就不可能產(chǎn)生新的等位基因，基因重

14、組也就沒有意義，生物就不可能產(chǎn)生可遺傳的變異，也就不可能進化。,拓展題 1.如選擇育種和雜交育種。 2.如果氣候等其他條件也合適，并且這個種群具有一定的繁殖能力，該種群的個體數(shù)會迅速增加。否則，也可能仍然處于瀕危狀態(tài)甚至絕滅。,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。,

15、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，所有的馬是一個物種，所有的驢也是一個物種。但馬和驢不是一個物種，因為馬與驢交配產(chǎn)生的后代騾沒有生殖能力。,全世界的人都是一個物種嗎？,馬跟驢是一個物種嗎？,2、地理隔離：由于高山、河流、沙漠或其他地理上的障礙，使不同的種群不能基因交流。,如東北虎(左)和華南虎(右)都是亞洲虎的后代，由于長期地理隔離而沒有相互交配，沒有基因交流，形成了地理隔離，它們形成兩個不同的亞種。,3、生殖隔離：不同物種之間一般是不能夠相互交配的，即使交配成功，也不能夠產(chǎn)生可育的后代，這種現(xiàn)象叫生殖隔離。如季節(jié)隔離；不親合性；雜種不活；雜種不育等,

16、自然界中存在的不同生物種群之間的生殖隔離是如何產(chǎn)生的呢？,求偶方式不同,繁殖期不同,開花季節(jié)不同,花的形態(tài)不同,生殖隔離,孔雀與巨嘴鳥因求偶方式不同二出現(xiàn)生殖隔離,曼陀羅的花粉在其他植物的花的柱頭上不能完全萌發(fā)成為花粉管，使得兩性生殖細胞不能融合而形成生殖隔離,4、隔離在物種形成中的作用,隔離 不同種群間的個體，在自然條件下不能發(fā)生基因交流的現(xiàn)象。,資料分析：,3、隔離在物種形成中的作用,（1）設想南美洲大陸的一種地雀來到加拉帕戈斯群島后，先在兩個島嶼上形成兩個初始種群。這兩個種群的個體數(shù)量都不多。它們的基因頻率一樣嗎？,由于這兩個種群的個體數(shù)量都不夠多，基因頻率可能是不一樣的。,（2）不同島

17、嶼上的地雀種群產(chǎn)生的突變情況是一樣的嗎？為什么？,不一樣。因為突變是隨機發(fā)生的,（3）對不同島嶼上的地雀種群來說，環(huán)境的作用又沒有差別？這對種群基因頻率的變化會產(chǎn)生什么影響？,不同島嶼的地形和植被條件不一樣，因此環(huán)境的作用會有差別，導致種群基因頻率朝不同的方向改變。,（4）如果這片海域只有一個小島，還會形成這么多種地雀嗎？,不會。因為個體間有基因的交流。,地理隔離,生殖隔離,長期,加拉帕戈斯群島的地雀,由于地理隔離而形成生殖隔離，形成了不同的物種。其過程十分緩慢!,物種形成的比較常見的方式：,不同小島上的植被不同，果實大小不同所致。,自然選擇2,自然選擇1,地理隔離,物種形成的比較常見的方式：

18、,原種,變異1,變異2,變異類型1,變異類型2,新物種,新物種,生殖 隔離,地理隔離 阻斷基因交流 在不同的突變基因重組和自然選擇作用下 基因頻率向不同方向發(fā)生改變 種群的基因庫出現(xiàn)差異 差異進一步加大 生殖隔離 新物種形成,地理隔離是形成物種的量變階段， 生殖隔離是形成物種的質(zhì)變階段， 隔離是物種形成的必要條件。 不同物種間都存在著生殖隔離,物種的形成必須經(jīng)過生殖隔離，但不一定要經(jīng)過地理隔離。,旁欄思考題,（P118）,最先在裸露的巖石上生長的植物往往是地衣，地衣的出現(xiàn)促進巖石的分解，形成土壤，為苔蘚植物的生長創(chuàng)造條件。,現(xiàn)代生物進化理論的基本觀點,( 1 )種群是生物進化的基本單位,( 2

19、 )突變和基因重組產(chǎn)生進化的原材料,( 3 )自然選擇決定生物進化的方向,( 4 )隔離導致物種形成,現(xiàn)代進化論解釋物種形成的基本環(huán)節(jié),1、突變和基因重組產(chǎn)生進化的原材料,2、自然選擇決定生物進化的方向,3、隔離導致物種的形成,課后練習,（P121）,基礎(chǔ)題 1.（1）；（2）； （3）。,2.生活在峽谷北側(cè)的種群發(fā)生了突變，由于突變的隨機性，同樣的突變沒有發(fā)生在峽谷南側(cè)的種群中。由于這兩個種群被河流隔開，彼此沒有交配的機會，也就是沒有基因的交流，所以兩個種群發(fā)生明顯的分化，有可能演變成兩個物種。,拓展題 雄虎和雌獅雜交生出的后代是虎獅獸，雄獅和雌虎雜交生出的后代是獅虎獸。目前還沒有虎獅獸和獅

20、虎獸交配并生出可育后代的證據(jù)。 對于讓虎和獅雜交的做法，有專家認為這在科學研究上價值不大，但是在商業(yè)上具有一定價值。有專家認為，對待野生珍稀動物，人類最應當做的是進行保護，讓它們自然繁殖，而不是人為改變其自然繁殖體系。,技能訓練,（P122）,1.假說甲：紅褐色魚和金黃色魚起源于同一種灰色魚。假說乙：湖中原來只有紅褐色魚，湖中原來只有金黃色魚，發(fā)洪水時，這兩個湖中的魚發(fā)生混雜在一起。,2.假說甲沒有考慮到隔離在物種形成中的作用，也沒有考慮洪水的作用。,3.這一證據(jù)支持假說乙。,4.如果紅褐色魚和金黃色魚不能雜交，或雜交后不能產(chǎn)生可育后代，說明它們不是一個物種。,三、共同進化與生物多樣性的形成,

21、在自然界，一種植物專門由一種昆蟲傳粉的情形很常見，昆蟲傳粉的專門化對植物繁衍后代有什么意義？,.共同進化,根瘤菌： 與豆科植物共生，形成根瘤并固定空氣中的氮氣供植物營養(yǎng)的一類桿狀細菌。,資料：,動物學家對生活在非洲大草原奧蘭治河兩岸的羚羊進行研究時發(fā)現(xiàn)，東岸的羚羊群的奔跑速度比西岸的羚羊每分鐘竟快13米。為何差距如此之大？,經(jīng)過觀察和科學實驗，動物學家終于明白，東岸的羚羊之所以強健，是因為它們附近有一個狼群，生存時時處于危險之中。,后來動物學家經(jīng)過觀察發(fā)現(xiàn)： 東岸的羚羊之所以強健，是因為在它們附近生活著一個狼群 西岸的羚羊之所以弱小，正是因為缺少這么一群天敵。,捕食關(guān)系,捕食者的存在是不是對被

22、捕食者有害無益呢？,捕食,捕食者的存在是否對被捕食者有害無益？,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。,“收割理論”：捕食者往往捕食個體數(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。,競爭關(guān)系,寄生關(guān)系,根瘤菌： 與豆科植物共生，形成根瘤并固定空氣中的氮氣供植物營養(yǎng)的一類桿狀細菌。,共生關(guān)系,共同進化的含義1：不同物種之間會共同進化,不同生物之間在進化上密切相關(guān)，那生物的進化與無機環(huán)境的變化是否也有

23、關(guān)系呢？,地球形成時原始大氣中是沒有氧氣的，但是隨著光合細菌的出現(xiàn)，使得大氣中有了氧氣,進而出現(xiàn)好氧生物。,共同進化的含義2：生物和無機環(huán)境間也存在共同進化。,共同進化,捕食關(guān)系,競爭關(guān)系,寄生關(guān)系,共生關(guān)系,生物與無機環(huán)境間相互影響共同演變,不同種間的共同進化,共同進化,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。,通過漫長的共同進化過程，地球上不僅出現(xiàn)了千姿百態(tài)的物種，而且形成了多種多樣的生態(tài)系統(tǒng)，也就是形成了生物的多樣性,綜上所述：,2、生物多樣性的形成,（1）生物多樣性的內(nèi)容：,物種多樣性,基因多樣性,生態(tài)系統(tǒng)多樣性,化石埋藏在地層中的古代生物的遺體、遺

24、跡和遺物，石化后形成的。 是研究生物進化最直接的證據(jù),（2）生物多樣性的形成的進化歷程,最早的生物化石古細菌（距今35億年）,最早出現(xiàn)的生物是哪一類生物？ 它們生活在什么環(huán)境中？,厭氧的單細胞生物，它們生活海洋中。,13億年前真核生物的紅藻化石,34億年前的古細胞化石,前寒武紀地層中的水母化石,前寒武紀生物 寒武紀之前(前寒武紀)，地球上的生命都是非常低級的，主要是一些單細胞生物、環(huán)節(jié)動物、節(jié)肢動物等。,多細胞生物大約是什么時期出現(xiàn)的？它們生活在什么環(huán)境？ 大約是在寒武紀，生活在海洋中。,早古生代生物 （寒武紀） 進入早古生代，一些大型的古生物相繼出現(xiàn)，如三葉蟲、鸚鵡螺等。出現(xiàn)了生命演化史上的

25、第一次繁榮景象。在中國云南澄江發(fā)現(xiàn)的寒武紀古生物是最有代表性的寒武紀生物群.,最早登陸的生物是植物還是動物？為什么？ 植物，否則動物登陸后就會餓死。,一些海洋植物開始適應陸地生活，主要是蕨類植物。,陸地上還是一片荒蕪，生物都生活在海洋中。,寒武紀時地球上的生態(tài)系統(tǒng)有什么特點？,中生代生物 中生代三疊紀生物復蘇,開始出現(xiàn)水生爬行動物，如魚龍、蛇頸龍等；侏羅紀是恐龍的天下，發(fā)現(xiàn)始祖鳥、中華龍鳥等，昆蟲類也開始繁盛；白堊紀末期也是生物的滅絕時期，但開始出現(xiàn)被子植物。,中生代陸地和海洋中的情況,始祖鳥,恐龍是在中生代后期絕滅的?？铸埖慕^滅有利于哺乳動物的繁盛，使生物進化翻開了嶄新的一頁。,恐龍是什么時候滅絕的？恐龍的滅絕對生物多樣性會產(chǎn)生怎樣的影響？,新生代少女化石和復原圖,生物的進化歷程可概括為： 從原核生物到真核生物，從無性生殖到有性生殖，由簡單到復雜，由水生到陸生，由低等到高等。,3、生物進化理論的不斷發(fā)展,生物進化是如此復雜的，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，因此現(xiàn)代生物進化理論是不斷發(fā)展的。,中性進化理論：,“間斷平衡學”理論：,課后