1、第2節(jié) 現(xiàn)代生物進(jìn)化理論的主要內(nèi)容,現(xiàn)代生物進(jìn)化理論的主要內(nèi)容,種群是生物進(jìn)化的基本單位 突變和基因重組產(chǎn)生進(jìn)化的原材料 自然選擇決定生物進(jìn)化的方向 隔離導(dǎo)致物種形成,問 題 探 討,情景：如果在灰色翅（基因型為aa)昆蟲的群體中偶然出現(xiàn)一只綠色翅（Aa)的變異個(gè)體，且綠色比灰色更不容易被敵害發(fā)現(xiàn)。,討論題目： 1.根據(jù)達(dá)爾文“適者生存、不適者淘汰”的觀點(diǎn)該綠色個(gè)體一定能被選擇下來嗎？ 2.如果該綠色個(gè)體能很好的生活下來，它體內(nèi)的A基因怎樣才能傳遞給后代？,在自然界中，沒有哪一個(gè)個(gè)體是長生不死的，個(gè)體的基因型也會(huì)隨著個(gè)體的死亡而消失，但決定表現(xiàn)型的基因卻可以通過生殖傳給后代，因此研究生物的進(jìn)化

2、僅僅研究個(gè)體的表現(xiàn)型是否與環(huán)境適應(yīng)是不夠的，還需要研究群體的基因組成變化。,（一）種群是生物進(jìn)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(gè)體。,臥龍自然保護(hù)區(qū) 獼猴,判斷下列是否屬于種群,（1）一個(gè)池塘中的全部魚 （2）一個(gè)池塘中的全部鯉魚 （3）兩個(gè)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,否,是,否,否,否,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(huì)有什么變化嗎？,性狀是由基因控制的，因此研究生物的進(jìn)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。,、基因庫:一個(gè)種群中全部個(gè)體

3、所含有的全部基因叫做這個(gè)種群的基因庫。 其中每個(gè)個(gè)體所含的基因只是基因庫的一部分,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(gè)體數(shù)目越多，個(gè)體間的差異越大，基因庫也就越大。,基因頻率 是指一個(gè)種群基因庫中某個(gè)基因占全部等位基因數(shù)的比率。 基因頻率 100% 基因型頻率 是指某種特定基因型的個(gè)體占群體內(nèi)全部個(gè)體的比率。 基因型頻率 100%,3.基因頻率和基因型頻率,例1:如某昆蟲種群中決定翅色為綠色的基因?yàn)锳，決定翅色為褐色的基因?yàn)閍，從種群中隨機(jī)抽出100個(gè)個(gè)體，測知基因型為AA、Aa和aa的個(gè)體分別是30、60和10個(gè)。問每種基因型頻率是多少？A、

4、a基因頻率是多少？,解:,= 純合子基因型頻率 + 1/2雜合子基因型頻率,例1.在一個(gè)種群中隨機(jī)抽出一定數(shù)量的個(gè)體，其中基因型為AA的個(gè)體占18%，基因型Aa的個(gè)體占78%，aa的個(gè)體占4%?；駻和a的頻率分別是 ， 。,57 43,練習(xí)：,例2:某工廠有男女職工各200人，對(duì)他們進(jìn)行調(diào)查時(shí)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。,1、假設(shè)的昆蟲群體滿足以下五個(gè)條件： 昆蟲群體數(shù)量足夠大， 全部的雌雄個(gè)體間都能自由交配并能產(chǎn)生后代， 沒有遷入與遷出， 自然選擇對(duì)A、a控制的翅型性狀沒有作用 也沒有基因突變和染色體變異。,P115思考與討論,用數(shù)學(xué)方法討論基因頻

5、率的變化,30%,30%,30%,10%,36%,48%,16%,60%,40%,如果F1個(gè)體再自由交配，產(chǎn)生F2呢？,36%,48%,16%,60%,40%,36%,16%,48%,60%,60%,40%,40%,36%,48%,16%,60%,40%,上述在群體滿足五個(gè)條件的情況下,計(jì)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？,子代的基因頻率和基因型頻率不改變,假設(shè)的昆蟲群體滿足以下五個(gè)條件： 昆蟲群體數(shù)量足夠大， 全部的雌雄個(gè)體間都能自由交配并能產(chǎn)生后代， 沒有遷入與遷出， 自然選擇對(duì)A、a控制的翅型性狀沒有作用 也沒有基因突變和染色體變異。,在

6、上述條件下，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，叫做哈代溫伯格定律，也叫遺傳平衡定律。 設(shè)A的基因頻率=p，a的基因頻率=q ，p+q= 1 ( p+q ) 2 = p2 + 2pq + q2 = 1,AA的基因型頻率,Aa的基因型頻率,aa的基因型頻率,利用遺傳平衡定律求基因頻率 例：人類的苯丙酮尿癥是代謝疾病，由隱性基因(a)控制。如果群體的發(fā)病率為1/100。隨機(jī)婚配的群體中，后代AA、Aa、aa三種基因型出現(xiàn)的頻率分別是多少？,0.81、0.18、0.01,例：人類的苯丙酮尿癥是代謝疾病，由隱性基因（a）控制。如果群體的發(fā)病率為1/100。表現(xiàn)型正常的個(gè)體婚配，

7、生出患病小孩的概率是多少？,1/121,遺傳平衡是一種理想狀態(tài)，而事實(shí)上在自然界中這種狀態(tài)是不可能存在的。所以，種群的基因頻率一定會(huì)發(fā)生變化，也就是說種群的進(jìn)化是必然的。,生物進(jìn)化的過程實(shí)質(zhì)就是種群基因頻率發(fā)生變化的過程。,（二）突變和基因重組產(chǎn)生生物進(jìn)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?cè)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(duì)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(gè)體組成的，每個(gè)個(gè)體的每一個(gè)細(xì)胞

8、內(nèi)都有成千上萬個(gè)基因，這樣，每一代就會(huì)產(chǎn)生大量的突變。,例如：一個(gè)果蠅約有104對(duì)基因，假定每個(gè)基因的突變率都是105，若有一個(gè)中等數(shù)量的果蠅種群（約有108個(gè)個(gè)體），那么每一代出現(xiàn)基因突變數(shù)是多少呢？,2 104 105,個(gè)體, 108,種群,= 2 107,1種群中突變的特點(diǎn)： 突變數(shù)很大、隨機(jī)、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(duì)的，這往往取決于生物的生存環(huán)境。,2、突變的有害和有利并不是絕對(duì)的，它取決于 生物的生存環(huán)境。,3、突變和基因重組都是不定向的，只產(chǎn)生生物進(jìn)化的原材料，不能決定生物進(jìn)化的方向。,1、種群是由許多個(gè)體組成的，每個(gè)個(gè)

9、體的每個(gè) 細(xì)胞內(nèi)都有成千上萬個(gè)基因，這樣，每一代就會(huì) 產(chǎn)生大量的突變。,（二）突變和基因重組產(chǎn)生進(jìn)化的原材料,突變,基因 重組,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(jìn)化的原材料,不能決定生物進(jìn)化的方向,（二）突變和基因重組產(chǎn)生進(jìn)化的原材料,長滿地衣的樹干上的樺尺蠖,黑褐色樹干上的樺尺蠖,自然選擇對(duì)種群基因頻率的影響,英19世紀(jì)曼徹斯特,英20世紀(jì)曼徹斯特,探究,19世紀(jì)，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(jì)，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%,長滿地衣的樹干上的樺尺蠖,黑褐

10、色樹干上的樺尺蠖,自然選擇對(duì)種群基因頻率的影響,英19世紀(jì)曼徹斯特,英20世紀(jì)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(shè)：,探究,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(gè)體每年減少10%，黑色個(gè)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%,56.1%,2

11、9.3%,70.7%,降低,自然選擇條件下種群基因頻率,理想條件下種群基因頻率,得出結(jié)論：環(huán)境的選擇作用使s基因頻率越來越低,提示：假設(shè)第1年種群個(gè)體數(shù)為100個(gè)，當(dāng)黑色 （表現(xiàn)型） 個(gè)體每年增加10%時(shí)，基因型為SS （黑色）個(gè)體第2年將會(huì)增加到11個(gè)，基因型為Ss （黑色） 個(gè)體第2年將增加到22個(gè)，基因型為ss （淺色） 個(gè)體第2年將減少到63個(gè)。第2年種群個(gè)體總數(shù)為96個(gè)， 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(gè)探究實(shí)驗(yàn)中根據(jù)上面的數(shù)據(jù)分析，變黑的環(huán)境對(duì)樺尺蠖產(chǎn)生了什么樣的影響？變黑的環(huán)境

12、對(duì)樺尺蠖淺色個(gè)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(gè)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(jìn)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(jìn)化的方向,突變和基因重組為生物進(jìn)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(jìn)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。,變異是不定向的,自然選擇,不利變異被淘汰,有利變異逐漸積

13、累,種群的基因頻率發(fā)生定向改變,生物朝一定方向緩慢進(jìn)化,自然選擇決定生物進(jìn)化的方向,總結(jié)： 1、生物進(jìn)化的基本單位是種群（也是繁殖的基本單位） 2、種群的概念和特點(diǎn) 3、基因庫、基因頻率，基因頻率與基因型頻率的換算關(guān)系 4、生物進(jìn)化的實(shí)質(zhì)是種群基因頻率的改變 5、突變和基因重組產(chǎn)生生物進(jìn)化的原材料 (突變的有害還是有利也不是絕對(duì)的，這往往取決于生物的生存環(huán)境） 6、自然選擇決定生物進(jìn)化的方向（使基因頻率定向改變）,1. 一個(gè)種群由400只鳥組成，其中基因型AA的個(gè)體有40只、Aa的個(gè)體有160只、aa的個(gè)體有200只。 該種群中基因a的頻率是多少？ A 40% B 50% C 60% D 70

14、%；,2. 如果有40只基因型為aa的鳥遷出，40只基因型為AA的鳥遷入，請(qǐng)問新群體中基因a的頻率將是多少？ A 40% B 50% C 60% D 70%；,D,C,練習(xí),AA、Aa、aa的個(gè)體分別占24%、72%、4%那么 A、a的基因頻率是多少？ （ ） A. 36%和64% B. 57%和43% C. 24%和72% D. 60%和40%,D,A=24% +1/2 X 72% = 60%,據(jù)調(diào)查得知，某學(xué)校的學(xué)生中各血型的比率如下： IAIA 20% IAi 30% IBIB 10% IBi 20% IAIB 10% ii 10% 計(jì)算IB的基因頻率。,10% +1/2（ 10% +

15、20%） = 25%,某工廠有男女職工各200名，對(duì)他們進(jìn)行調(diào)查時(shí)發(fā)現(xiàn)，女性色盲基因攜帶者為15人，女性患者1人，男性患者14人，這個(gè)群體中色盲基因的頻率應(yīng)為（ ）。 A、15% B、3.88% C、5.17% D、10.3%,色盲（b）基因頻率,15214,2002200,5.17,C,課堂練習(xí)：, 100%,4.在某一種群中，已調(diào)查得知，隱性性狀者（等位基因用A、a表示） 占16%，那么該性狀的AA、Aa基因型個(gè)體出現(xiàn)的頻率分別為（ ） A.0.36、0.48 B.0.36、0.24 C.0.16、0.48 D.0.48、0.36,A,現(xiàn)代生物進(jìn)化理論的主要內(nèi)容,三、隔離與物種的形成,（一

16、）物種,物種：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(gè)物種，簡稱“種”。,全世界的人都是一個(gè)物種嗎？,人都是一個(gè)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。,馬跟驢是一個(gè)物種嗎？,同一物種滿足的兩個(gè)條件：,1、可以相互交配,2、產(chǎn)生的后代可育,物種與種群有何關(guān)系？,一個(gè)物種可以包括生活在不同地理區(qū)域的多個(gè)種群。 只要各個(gè)種群相互交配仍能產(chǎn)生可育的后代，則是 同一物種。,是不是不同物種的生物在自然狀態(tài)下一定不能交配呢？,無生育能力，沒有后代。,自然狀態(tài)下不能進(jìn)行基因交流！,不同物種之間一般是不能交配的，即使交配成功也不能產(chǎn)生可育后代，這種現(xiàn)象叫做生殖隔離。,

17、生殖隔離,哪些情況會(huì)導(dǎo)致生殖隔離呢？,荇菜與梅花因花期不同而出現(xiàn)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(xì)胞不能融合而形成生殖隔離,獅子與老虎雜交產(chǎn)生獅虎獸是沒有生育能力的，獅子與老虎因雜種不育而形成生殖隔離,不同物種個(gè)體間因生殖隔離而不能進(jìn)行基因交流。,生活在不同區(qū)域的同種生物，在自然條件下能不能進(jìn)行基因交流呢？,地理隔離,如果把東北虎和華南虎放在同一片草原上，它們?nèi)匀豢梢宰园l(fā)交配并產(chǎn)生可育后代，說明東北虎和華南虎仍然屬于同一物種。,同一種生物因?yàn)榈乩砩系恼系K而分成不同的種群使得物種間不能發(fā)生基因交流的現(xiàn)象。,

18、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(gè)不同的亞種。,地理隔離:,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。,生殖隔離：,由于地理上的障礙使得同種生物的不同種群間不能夠發(fā)生基因交流的現(xiàn)象。,（二）隔離,種類,指不同種群間的個(gè)體，在自然條件下基因不能 自由交流的現(xiàn)象。,概念：,隔離在物種的形成中發(fā)揮了怎樣的作用？,下圖是一個(gè)假想的情境，可以幫助你想象和思考。,在一個(gè)山谷中，有一個(gè)鼠種群在“快樂”地生活著。雌鼠和雄鼠之間可以自由交配，繁衍后代。,二、隔離在物種形成中的

19、作用,下圖是一個(gè)假想的情境，可以幫助你想象和思考。,后來山洪爆發(fā)了，山谷中形成了一條洶涌的大河。鼠種群的個(gè)體，一半在河這邊，一半在河那邊。就這樣過了幾千年。,二、隔離在物種形成中的作用,下圖是一個(gè)假想的情境，可以幫助你想象和思考。,后來，河流干涸了，兩個(gè)鼠種群又會(huì)合在一起。它們發(fā)現(xiàn)彼此大不相同。它們之間還能自由交配嗎？,二、隔離在物種形成中的作用,加拉帕戈斯群島上不同地雀的形成,原始種群,地理隔離,多個(gè)小種群,突變和基因重組,自然選擇,基因頻率改變,生殖隔離,不同的新物種,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：,原種,變異1,變異2,變異類型1,變異類型2,新物種1,新物

20、種2,生殖 隔離,種群1,種群2,二、隔離在物種形成中的作用,隔離是物種形成的必要條件。,自然界中物種形成的方式有多種，經(jīng)過長期的地理隔離而達(dá)到生殖隔離是比較常見的一種方式。,生殖隔離是物種形成的標(biāo)志。,現(xiàn)代生物進(jìn)化理論的主要內(nèi)容,是生物進(jìn)化的的基本單位， 生物進(jìn)化的實(shí)質(zhì)是 的改變。,產(chǎn)生進(jìn)化的原材料；,決定生物進(jìn)化的方向；,是物種形成的必要條件；,種群,種群基因頻率,突變和基因重組,自然選擇,隔離,共同進(jìn)化與生物多樣性形成,一、共同進(jìn)化,不同物種之間，生物與無機(jī)環(huán)境之間在相互影響中不斷進(jìn)化和發(fā)展，這就是共同進(jìn)化。,達(dá)爾文曾發(fā)現(xiàn)一種蘭花長著細(xì)長的花矩，其頂端貯存著花蜜，可為傳粉的昆蟲提供食物。

21、而這昆蟲要有吸管式的長口器才能吸到花蜜。大約50年后研究人員發(fā)現(xiàn)這樣的蛾！它們互相影響著，這些變異不斷積累，從而成為今天的這種蘭花和蘭花蛾。,一、共同進(jìn)化,在自然界，一種植物專門由一種昆蟲傳粉的情形很常見。,又如倒掛金鐘的花對(duì)蜂鳥傳粉的適應(yīng)。,昆蟲傳粉的專門化對(duì)植物繁衍后代有何意義？,想一想,捕食,捕食者的存在是否對(duì)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(gè)體，客觀上起到促進(jìn)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(gè)體數(shù)量多的物種，這樣就會(huì)避免出現(xiàn)一種或幾種生物在生態(tài)系統(tǒng)中占絕對(duì)優(yōu)勢的

22、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。,通過漫長的共同進(jìn)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,二、生物多樣性的形成,1、生物多樣性的內(nèi)容：,基因多樣性 物種多樣性 生態(tài)系統(tǒng)多樣性,2、生物多樣性的形成的進(jìn)化歷程,化石埋藏在地層中的古代生物的遺體、遺跡和遺物，石化后形成的。 是研究生物進(jìn)化最直接的證據(jù),最早的生物化石35億年前古細(xì)菌化石,地球形成,動(dòng)物： 兩棲類動(dòng)物,二、生物多樣性的形成,1、生物多樣性的內(nèi)容：,基因多樣性 物種多樣性 生態(tài)系統(tǒng)多樣性,2、生物多樣性的形成的進(jìn)化歷程,化石,了解進(jìn)化歷程的主要依據(jù)是 ：,生物的進(jìn)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(fù)雜，由低等到高等 由水生到陸生， 由原始異養(yǎng)厭氧到自養(yǎng)厭氧到自養(yǎng)需氧,