现代生物进化理论的主要内容

现代生物进化理论的现代生物进化理论的主要内容主要内容生物生物必修必修2 2问题探讨问题探讨情景：情景：如果在灰色翅如果在灰色翅(基因型为基因型为aaaa)昆虫的群昆虫的群体中偶然出现一只绿色翅体中偶然出现一只绿色翅(AaAa)的变异个体，的变异个体，且绿色比灰色更不容易被敌害发现且绿色比灰色更不容易被敌害发现。讨论：讨论：1.1.根据达尔文根据达尔文“适者生存适者生存”的观点，该绿的观点，该绿色个体一定能被选择下来吗？为什么？色个体一定能被选择下来吗？为什么？2.2.如果该绿色个体能很好的生活下来，它如果该绿色个体能很好的生活下来，它体内的体内的A A基因怎样才能传递给后代呢？基因怎样才能传递给后代呢？3.3.如果如果AaAa变异个体与其他个体交配繁殖，变异个体与其他个体交配繁殖，后代都会是绿色的吗？后代都会是绿色的吗？个体的有利变异基因只有在群体中，通个体的有利变异基因只有在群体中，通过有性繁殖才能世代相传。有利变异个体过有性繁殖才能世代相传。有利变异个体（AaAa）的有性繁殖的后代，还会出现）的有性繁殖的后代，还会出现aaaa的个的个体。因此，研究生物的进化，仅仅研究个体体。因此，研究生物的进化，仅仅研究个体的表现型是否与环境相适应是不够的，还需的表现型是否与环境相适应是不够的，还需要研究群体的基因组成的变化。要研究群体的基因组成的变化。一、种群基因频率的改变与生物进化一、种群基因频率的改变与生物进化自学思考：自学思考：1 1、什么是种群？种群有什么特点？、什么是种群？种群有什么特点？2 2、什么是种群的基因库？、什么是种群的基因库？3 3、基因频率的含义是什么？怎样计算、基因频率的含义是什么？怎样计算基因频率？基因频率？二、现代生物进化理论二、现代生物进化理论 实例分析：实例分析：（1 1）一个池塘中的全部鲤鱼；）一个池塘中的全部鲤鱼；（2 2）一片草地上的全部蒲公英）一片草地上的全部蒲公英;（3 3）一片草地上的全部植物；）一片草地上的全部植物；（4 4）一个池塘中的全部鱼）一个池塘中的全部鱼;1.1.种群：指生活在一定区域的同种生种群：指生活在一定区域的同种生物个体的总和。物个体的总和。特点：彼此可以交配实现基因交流。特点：彼此可以交配实现基因交流。（一）种群是生物进化的基本单位（一）种群是生物进化的基本单位2 2基因库：基因库：种群全部个体所含有的全部基因。种群全部个体所含有的全部基因。3 3基因频率：基因频率：（一）种群是生物进化的基本单位（一）种群是生物进化的基本单位 在一个种群基因库中，某个基因占全在一个种群基因库中，某个基因占全部等位基因数的比率，叫做基因频率。部等位基因数的比率，叫做基因频率。在一个种群中，某种基因型个体数占在一个种群中，某种基因型个体数占该种群个体总数的比率。该种群个体总数的比率。基因型频率：基因型频率：P(A)+P(a)=1P(AA)+P(Aa)+P(aa)=14.4.基因频率的计算基因频率的计算 某昆虫种群中，绿色翅的基因为某昆虫种群中，绿色翅的基因为A,A,褐色翅的基因为褐色翅的基因为a a，调查发现调查发现AAAA、AaAa、aaaa的个体分别占的个体分别占30%30%、60%60%、10%10%、那么、那么A A、a a的基因频率各是多少？的基因频率各是多少？基因频率基因频率=该基因的总数该基因的总数该等位基因的总数该等位基因的总数 基因频率基因频率=纯合体基因型频率纯合体基因型频率+杂合子基因型频率的一半杂合子基因型频率的一半用数学方法讨论基因频率的变化用数学方法讨论基因频率的变化这一种群繁殖若干代后，其基因这一种群繁殖若干代后，其基因频率会不会发生变化呢？频率会不会发生变化呢？问题：问题：探讨：探讨：亲代亲代 子一代子一代 子二代子二代 子三代子三代基因基因型频型频率率AA 30%Aa60%aa10%基因基因频率频率A60%a40%36%48%16%60%40%36%16%48%60%60%40%40%36%48%16%从子代的基因型频率和基因频率的计算从子代的基因型频率和基因频率的计算结果中，发现了什么现象？结果中，发现了什么现象？亲代与子代的基因频率与基因型频率亲代与子代的基因频率与基因型频率(1)理想条件下：理想条件下：l种群非常大种群非常大l所有的雌雄个体间都能自由交配所有的雌雄个体间都能自由交配并产生后代并产生后代l没有迁入和迁出没有迁入和迁出l没有自然选择没有自然选择l基因都不产生突变基因都不产生突变种群的基因频率保持不变种群的基因频率保持不变(2)自然条件下：自然条件下：如果如果该种群出现新的突该种群出现新的突变型变型,也就是也就是产产生新生新的等位基的等位基因因A A2 2,种种群的基群的基因频率因频率会变化会变化吗吗？基？基因因A A2 2的频率可能会的频率可能会怎样变怎样变化？化？会。基因会。基因A A2 2的频率是增加还是减少的频率是增加还是减少,要要看这一突变对生物体是有益还是有害的看这一突变对生物体是有益还是有害的,这往往取决于生物生存的环境。这往往取决于生物生存的环境。在自然界中，由于存在突变、基因重在自然界中，由于存在突变、基因重组、自然选择等因素，种群的基因频率总组、自然选择等因素，种群的基因频率总是在不断变化着是在不断变化着,生物也就在不断向前进化。生物也就在不断向前进化。1.1.AAAA、AaAa、aaaa的的个个体体分分别别占占24%24%、72%72%、4%4%，那么那么A A、a a的基因频率是多少？的基因频率是多少？()()A.36%A.36%和和64%B.57%64%B.57%和和43%43%C.24%C.24%和和72%D.60%72%D.60%和和40%40%D2 2已已知知人人眼眼的的褐褐色色(A)(A)对对蓝蓝色色(a)(a)是是显显性性。在在一一个个有有3000030000人人的的人人群群中中，蓝蓝眼眼的的人人36003600人人;褐褐眼眼的的有有2640026400人人，其其中中纯纯合合体体有有1200012000人人。那那么么，在在这这一一个个人人群群中中A A和和a a的的基因频率分别为基因频率分别为 ()()A 0.64 A 0.64和和0.36 B 0.360.36 B 0.36和和0.64 0.64 C 0.50 C 0.50和和0.50 D 0.820.50 D 0.82和和0.180.18A动动脑？动动脑？3 3、抽样调查某地、抽样调查某地100100位女性和位女性和100100位男性发位男性发现：女性中有现：女性中有5 5位色盲患者和位色盲患者和2020位携带者，位携带者，男性中有男性中有1515位色盲患者，则该地色盲基因位色盲患者，则该地色盲基因的频率约是多少？的频率约是多少？52+20+151002+100 100%=15%基因突变的的特点和意义分别是什么基因突变的的特点和意义分别是什么?普遍存在普遍存在随机发生、不定向的随机发生、不定向的频率很低频率很低意义意义：基因突变尽管是随机的、不定向的，基因突变尽管是随机的、不定向的，在自然状态下，突变频率很低，但却是普在自然状态下，突变频率很低，但却是普遍存在的，它遍存在的，它是新基因产生的途径；是生是新基因产生的途径；是生物变异根本来源；是生物进化的原始物变异根本来源；是生物进化的原始材料材料。例如：一个果蝇约有例如：一个果蝇约有104对基因，假定每个基对基因，假定每个基因的突变率都是因的突变率都是105，若有一个中等数量的果蝇，若有一个中等数量的果蝇种群（约有种群（约有10108 8个个体），那么每一代出现基因突个个体），那么每一代出现基因突变数是多少呢？变数是多少呢？2 104 105个体个体 108种群种群=2 107基因突变基因突变染色体变异染色体变异基因重组基因重组突变可遗传的变异可遗传的变异 基因频率改变的因素基因频率改变的因素不遗不遗传的变异传的变异（二）突变和基因重组产生进化的原材料（二）突变和基因重组产生进化的原材料（二）突变和基因重组产生进化的原材料（二）突变和基因重组产生进化的原材料1 1、突变指基因突变和染色体变异。、突变指基因突变和染色体变异。2 2、突变的有害和有利并不是绝对的、突变的有害和有利并不是绝对的,它取它取决于生物的生存环境。决于生物的生存环境。3 3、突变和基因重组、突变和基因重组只产生生物进化的原只产生生物进化的原材料材料,不能决定生物不能决定生物进化的方向。进化的方向。自然选择对种群基因频率的影响自然选择对种群基因频率的影响1919世纪世纪,桦尺蠖种群中桦尺蠖种群中黑色基因黑色基因(S)(S)频率为频率为5%,5%,浅灰色基因浅灰色基因(s)(s)频率为频率为95%95%2020世纪世纪,桦桦尺蠖种群尺蠖种群中黑中黑色色基因基因(S)(S)频频率率为为95%,95%,浅浅灰色灰色基因基因(s)(s)频率为频率为5%5%现在我们用数学方法来讨论一下桦尺蠖现在我们用数学方法来讨论一下桦尺蠖基因频率变化的原因。基因频率变化的原因。18701870年桦尺蠖的基因年桦尺蠖的基因型频率为型频率为SS 10%SS 10%；Ss 20%Ss 20%；ssss 70%70%，在，在树干变黑这一环境条件下假如树干变黑不利树干变黑这一环境条件下假如树干变黑不利于浅色桦尺蠖的生存，使得种群中浅色个体于浅色桦尺蠖的生存，使得种群中浅色个体每年减少每年减少10%10%，黑色个体每年增加，黑色个体每年增加10%10%，以后，以后的几年内，桦尺蠖种群每年的基因型频率与的几年内，桦尺蠖种群每年的基因型频率与基因频率是多少呢？基因频率是多少呢？第1年第2年 第3年第4年基因型频率SS10%11.5%Ss20%22.9%ss70%65.6%基因频率S20%23%s80%77%70.7%26%29.2%14.7%56.1%60.9%26.1%73.9%29.3%13.1%(1)(1)在在这这个个探探究究实实验验中中根根据据上上面面的的数数据据分分析析，变变黑黑的的环环境境对对桦桦尺尺蠖蠖产产生生了了什什么么样样的的影影响响？变变黑黑的的环境对桦尺蠖浅色个体的出生率有影响吗？环境对桦尺蠖浅色个体的出生率有影响吗？第1年第2年 第3年第4年基因型频率SS10%11.5%Ss20%22.9%ss70%65.6%基因频率S20%23%s80%77%70.7%26%29.2%14.7%56.1%60.9%26.1%73.9%29.3%13.1%变黑的环境使控制浅色的变黑的环境使控制浅色的s s基因频率减少，基因频率减少，S S基基因频率增加。因频率增加。许多浅色个体可能在没有交配、产卵前就已许多浅色个体可能在没有交配、产卵前就已被天敌捕食被天敌捕食自然选择使基因频率定向改变。自然选择使基因频率定向改变。(2)(2)在自然选择中在自然选择中,直接受选择的是基因型还是表直接受选择的是基因型还是表现型现型?天敌看到的是天敌看到的是桦尺蠖的体色桦尺蠖的体色(表现型表现型)而不是而不是控制体色的基因控制体色的基因结论：自然选择决定生物进化的方向结论：自然选择决定生物进化的方向 在自然选择的作用下在自然选择的作用下,种群的基因频率种群的基因频率会发生定向改变会发生定向改变,导致生物朝着一定的方向导致生物朝着一定的方向不断进化不断进化.（三）自然选择决定生物进化的方向（三）自然选择决定生物进化的方向 自然选择淘汰不利变异基因、积累有利变异自然选择淘汰不利变异基因、积累有利变异基因，使基因频率定向改变。基因，使基因频率定向改变。例：例：用现代生物进化理论分析解释狼的进化用现代生物进化理论分析解释狼的进化过程。过程。(1)(1)狼群中存在不同类型的个体，如有跑得快狼群中存在不同类型的个体，如有跑得快的，有跑得慢的。它说明生物具有的，有跑得慢的。它说明生物具有_的的特性，而这种特性是生物进化的特性，而这种特性是生物进化的 。(2)(2)随着环境的改变，食物稀少，跑得快、凶随着环境的改变，食物稀少，跑得快、凶猛的狼才能获得食物生存下去。这样，食物、猛的狼才能获得食物生存下去。这样，食物、环境对狼起了环境对狼起了_作用，而这种作用是作用，而这种作用是_的，它决定着生物进化的的，它决定着生物进化的_。变异变异原材料原材料选择选择方向方向定向定向