现代生物进化理论的主要内容课件

达尔文的自然选择学说：生存斗争中有利变异达尔文的自然选择学说：生存斗争中有利变异的个体容易活下来并留下后代。的个体容易活下来并留下后代。可见，自然选择作用于个体，且是个体的表现可见，自然选择作用于个体，且是个体的表现型，而个体表现性随个体的死亡而消失，但是型，而个体表现性随个体的死亡而消失，但是决定表现型的基因随生殖而延续，并在群体中决定表现型的基因随生殖而延续，并在群体中扩散。扩散。所以所以现代生物进化理论研究群体的基因组成。现代生物进化理论研究群体的基因组成。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（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：1 1、种群概念：、种群概念：生活在生活在一定区域一定区域的的同种生物同种生物的全部个体。的全部个体。卧龙自然保护区卧龙自然保护区 猕猴猕猴例：判断下列是否属于种群例：判断下列是否属于种群（1 1）一个池塘中的全部鲤鱼）一个池塘中的全部鲤鱼（2 2）一个池塘中的全部鱼）一个池塘中的全部鱼（3 3）一片草地上的全部植物）一片草地上的全部植物（4 4）一片草地上的全部蒲公英）一片草地上的全部蒲公英2 2、种群的特点：、种群的特点： 种群中的个体并不是机械地集合在一起，种群中的个体并不是机械地集合在一起，而是彼此而是彼此可以交配可以交配，并，并通过通过繁殖将各自的基繁殖将各自的基因传给后代因传给后代。 同前一年的蝗虫种群相比，新形成的蝗同前一年的蝗虫种群相比，新形成的蝗虫种群在基因组成上会有什么变化吗？虫种群在基因组成上会有什么变化吗？3 3、基因库：、基因库：一个种群一个种群中中全部个体全部个体所含有的所含有的全部基因全部基因。4 4、基因频率：、基因频率：在一个种群基因库中，在一个种群基因库中，某个基因某个基因占占全部等位基因数的比率全部等位基因数的比率。概念：概念：例例: :从种群中随机抽出从种群中随机抽出100100个个体，测知基因型个个体，测知基因型为为AAAA、AaAa和和aaaa的个体分别是的个体分别是3030、6060和和1010个。那个。那么么A A和和a a的基因频率是多少的基因频率是多少? ?解解: :A A基因的基因频率为基因的基因频率为: :a a基因的基因频率为：基因的基因频率为：基因频率基因频率= =某基因的数目某基因的数目该基因的等位基因的总数该基因的等位基因的总数= =纯合子频率纯合子频率+1/2+1/2杂合子频率杂合子频率= 40%= 40% =30/100=30/100100%100% +1/2+1/260/10060/100100% = 60%100% = 60% =10/100=10/100100%100% +1/2+1/260/10060/100100% = 40%100% = 40%A%=100%100%2AAAa2(AAAaaa)a%= 100% 100%= 60%= 60%2aaAa2(AAAaaa)100%100% 亲代亲代子一代子一代 子二代子二代 子三代子三代基因型基因型频率频率AA30%Aa60%aa10%基因频基因频率率Aa36%48%16%60%40%36%16%48%60%60%40%40%36%48%16%60%40%若亲代昆虫中的种群满足以下五个条件：若亲代昆虫中的种群满足以下五个条件：昆虫种群数量足够大，昆虫种群数量足够大，全部的雌雄个体间都能自由交全部的雌雄个体间都能自由交配并能产生后代，配并能产生后代，没有迁入与迁出，没有迁入与迁出，自然选择对自然选择对A A、a a控制的翅型性状没有作用控制的翅型性状没有作用也没有基因突变和染色体变异。也没有基因突变和染色体变异。思考讨论：用数学方法讨论基因频率的变化哈迪哈迪温伯格定律：温伯格定律：( (遗传平衡定律) 19081908年，英国数学家哈迪和德国医生温伯格年，英国数学家哈迪和德国医生温伯格分别提出关于基因频率稳定性的见解。他们指出，分别提出关于基因频率稳定性的见解。他们指出，一个有性生殖的自然种群中，在符合以下一个有性生殖的自然种群中，在符合以下5 5个条件个条件的情况下，各等位基因的频率和等位基因的基因的情况下，各等位基因的频率和等位基因的基因型频率在一代一代的遗传中是稳定不变的，或者型频率在一代一代的遗传中是稳定不变的，或者说，是保持着基因平衡的说，是保持着基因平衡的。这。这5 5个条件是：个条件是：种群大；种群大；种群中个体间的交配是随机的；种群中个体间的交配是随机的；没有突变发生；没有突变发生；没有个体的迁入和迁出没有个体的迁入和迁出没有自然选择。没有自然选择。这就是哈迪这就是哈迪- -温伯格定律。温伯格定律。 哈迪-温伯格定律 处于平衡状态的种群，一对等位基因处于平衡状态的种群，一对等位基因Aa，A的频率为的频率为p，a的频率为的频率为q，则：，则： AA的机率为的机率为p2； Aa的机率为的机率为2pq； aa的机率为的机率为q2哈迪哈迪- -温伯格定律可用数学方程式表示为：温伯格定律可用数学方程式表示为：( (p p+ +q q) )2 2= =p p2 2+2+2pqpq+ +q q2 2影响基因频率的因素 在自然条在自然条件下，哈迪件下，哈迪- -温伯格定律所温伯格定律所需的五个条件需的五个条件是难以满足的，是难以满足的，因而基因频率因而基因频率总是要发生改总是要发生改变，也就是说变，也就是说进化在任何种进化在任何种群中都是必然群中都是必然要发生的。要发生的。1现在许多学者认为，生物进化的基本单位是现在许多学者认为，生物进化的基本单位是 （ ）A生物个体生物个体 B同种生物的全部个体同种生物的全部个体 C种群种群 D生活在一起的全部生物生活在一起的全部生物2根据现代生物进化理论根据现代生物进化理论,下列符合种群概念的是下列符合种群概念的是 （ ）A. 太平洋里全部的鱼太平洋里全部的鱼 B. 中华人民共和国国土上的所有人中华人民共和国国土上的所有人C. 稻田里全部的蛇稻田里全部的蛇 D. 草原上的灰仓鼠草原上的灰仓鼠3下列有关种群基因库的叙述中，不正确的是下列有关种群基因库的叙述中，不正确的是 （ ）A. 一个种群的基因库包括这个种群所含有的全部基因一个种群的基因库包括这个种群所含有的全部基因B. 生物的个体总是要死亡的，但基因库却因种群个体的繁殖而生物的个体总是要死亡的，但基因库却因种群个体的繁殖而代代相传代代相传C. 种群中每个个体含有种群基因库的全部基因种群中每个个体含有种群基因库的全部基因D. 基因突变可改变基因库的组成基因突变可改变基因库的组成4 4.以下属于种群范畴的是：以下属于种群范畴的是：A一座山上所有的马尾松一座山上所有的马尾松 B一块草地上所有的昆虫一块草地上所有的昆虫C一个池塘内所有的鱼类一个池塘内所有的鱼类 D一个公园内所有的树木一个公园内所有的树木CBCA练习练习5已知人眼的褐色（已知人眼的褐色（A）对蓝色（）对蓝色（a）是显性。在一个有）是显性。在一个有30000人的人群中，蓝眼的人人的人群中，蓝眼的人3600人，褐眼的有人，褐眼的有26400人，其中纯合体人，其中纯合体有有12000人。那么，在这一个人群中人。那么，在这一个人群中A和和a的基因频率分别为的基因频率分别为 A 0.64和和0.36 B 0.36和和0.64 C 0.50和和0.50 D 0.82和和0.186在某一个人群中，已调查得知，隐性性状者为在某一个人群中，已调查得知，隐性性状者为16，问该性，问该性状不同类型的基因型频率是多少？（按状不同类型的基因型频率是多少？（按AA、Aa、aa顺序排列答案）顺序排列答案） A 0.36 0.48 0.16 B 0.48 0.36 0.16 C 0.16 0.48 0.36 D 0.16 0.36 0.48（A）（A）7.7.某工厂有男女职工各某工厂有男女职工各200200名，对他们进行调查名，对他们进行调查时发现，女性色盲基因携带者为时发现，女性色盲基因携带者为1515人，女性患人，女性患者者1 1人，男性患者人，男性患者1414人，这个群体中人，这个群体中色盲基因色盲基因的的频率应为（频率应为（ ）。）。 A A、15% B15% B、3.88% C3.88% C、5.17% D5.17% D、10.3%10.3%色盲（色盲（b b）基因频率）基因频率1521420022005.17C C 100% 100%1.突变可以吗？突变可以吗？2. 基因重组能不能？基因重组能不能？3.自然选择呢？自然选择呢？若这些都可以使基因频率改变，它们对若这些都可以使基因频率改变，它们对生物进化的作用一样吗？生物进化的作用一样吗？v1、生物要进化，其基础条件是什么呢？、生物要进化，其基础条件是什么呢？ 遗传与变异遗传与变异v2、可遗传变异的类型：、可遗传变异的类型： 基因突变、染色体变异与基因重组基因突变、染色体变异与基因重组v3、基因突变有哪些的特点：、基因突变有哪些的特点：v 普遍性、不定向性、低频率性、多害少利性等普遍性、不定向性、低频率性、多害少利性等v突变与基因重组对生物进化的作用？突变与基因重组对生物进化的作用？2 2、突变的有害和有利并不是绝对的，它取决于生物、突变的有害和有利并不是绝对的，它取决于生物 的生存环境。的生存环境。1 1、种群中基因突变的特点：、种群中基因突变的特点：突变数大，不定向性突变数大，不定向性3 3、种群中基因重组的结果、种群中基因重组的结果: :产生更多的变异，产生更多的变异，不定向性不定向性结论：结论：突变和基因重组只产生生物进化的原材料，突变和基因重组只产生生物进化的原材料， 不能决定生物进化的方向。不能决定生物进化的方向。自然选择对种群基因频率有什么样的影响呢？自然选择对种群基因频率有什么样的影响呢？ 19世纪，桦尺蠖种群中黑色基世纪，桦尺蠖种群中黑色基因（因（S）频率为）频率为5%，浅灰色基因，浅灰色基因（s）频率为）频率为95% 20世纪，桦尺蠖种群中黑色世纪，桦尺蠖种群中黑色基因（基因（S）频率为）频率为95%，浅灰色，浅灰色基因（基因（s）频率为）频率为5%资料展示：资料展示：95%（S）5%（s）95%（s）5%（S）19世纪的世纪的变化过程：变化过程：探究：自然选择对基因频率变化的影响探究：自然选择对基因频率变化的影响第第1 1年年第第2 2年年第第3 3年年第第4 4年年基因基因型频型频率率SS10%11.5%13.1%14.7%Ss20%22.9%26%29.2%ss70%65.6%60.9%56.1%基因基因频率频率S20%23%26.1%29.3%s80%77%73.9%70.7%P117的探究实验的探究实验 升高升高降低降低v讨论：讨论：v1、树干变黑会影响桦尺蠖中浅色个体的出生率、树干变黑会影响桦尺蠖中浅色个体的出生率 吗？为什么？吗？为什么？v2.在自然选择的过程中，直接受作用的是基因型在自然选择的过程中，直接受作用的是基因型还是表现型？为什么？还是表现型？为什么？v原因原因：淘汰不利变异基因，：淘汰不利变异基因， 积累有利变异基因。积累有利变异基因。v结果结果：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。 所以，在自然选择作用下，所以，在自然选择作用下，种群的种群的基因频率会发生定向改变，导致生物基因频率会发生定向改变，导致生物朝着一定的方向不断进化。朝着一定的方向不断进化。二二. 隔离与物种的形成隔离与物种的形成 1.1.物种的概念物种的概念： 在遗传学和进化论中，在遗传学和进化论中，把能够在自然状态下把能够在自然状态下相互交配相互交配，并能够产，并能够产生出生出可育后代可育后代的的一群一群生物称为一个生物称为一个物种物种，简称简称“种种”。2.隔离（isolation）概念及类型概念：不同种群间的个体，在自然条件概念：不同种群间的个体，在自然条件下下基因不能自由交流基因不能自由交流的现象。的现象。隔离的类型隔离的类型生殖隔离生殖隔离(reproductive isolation)地理隔离地理隔离(geographical isolaton)2.1生殖隔离：种群间的个体生殖隔离：种群间的个体不能自由交配不能自由交配，或，或者交配后者交配后不能产生出可育后代。不能产生出可育后代。（动物因求偶（动物因求偶方式不同、繁殖期不同，植物因开花季节、花方式不同、繁殖期不同，植物因开花季节、花的形态不同，而造成的不能交配等都属于生殖的形态不同，而造成的不能交配等都属于生殖隔离隔离 ）驴驴马马骡骡子子例：虎狮兽2.2地理隔离：地理隔离：分布在不同自然区域的种群，分布在不同自然区域的种群，由于高山、河流、沙漠等的障碍，使彼此由于高山、河流、沙漠等的障碍，使彼此间无法相遇而不能交配。间无法相遇而不能交配。例：不同“人种” 世界各世界各地的人虽然地的人虽然各有不同，各有不同，但他们之间但他们之间可以彼此通可以彼此通婚，并且产婚，并且产生可育的后生可育的后代。代。因此，因此，全世界的人全世界的人在生物学上在生物学上属于同一个属于同一个物种物种智智人。人。3、物种的形成：、物种的形成：经过长期的地理隔离而达成生殖隔离，从而形经过长期的地理隔离而达成生殖隔离，从而形 成新物种。成新物种。多倍体的形成不需经地理隔离。多倍体的形成不需经地理隔离。原种原种变变异异 1变变异异 2变异变异类型类型1变异变异类型类型2新种新种1新种新种2生殖生殖隔离隔离自然自然选择选择1自然自然选择选择2基因频率基因频率定向改变定向改变地地 理理隔隔 离离. . 隔离在物种形成中的隔离在物种形成中的作用作用地雀地雀甲岛地雀甲岛地雀乙岛地雀乙岛地雀丙岛地雀丙岛地雀丁岛地雀丁岛地雀突突变变和和基基因因重重组组 自自然然选选择择 甲岛地雀甲岛地雀1乙岛地雀乙岛地雀2丙岛地雀丙岛地雀3丁岛地雀丁岛地雀4种种群群基基因因库库改改变变地理隔地理隔离离生殖隔生殖隔离离物种形成的三个基本环节物种形成的三个基本环节: : 突变和基因重组突变和基因重组 自然选择自然选择 隔离隔离物种和种群间存在什么样的联系呢？物种和种群间存在什么样的联系呢？种群种群物种物种概念概念范围范围联系联系能够在能够在自然状态自然状态下下相互交配相互交配并并且产生且产生可育后代可育后代的一群生物称的一群生物称为一个物种，简称为一个物种，简称“种种”。生活在一定区域的同种生物的生活在一定区域的同种生物的全部个体。种群是生物进化和全部个体。种群是生物进化和繁殖的单位同一种群内的个体繁殖的单位同一种群内的个体之间可以进行基因交流。之间可以进行基因交流。较小范围内生物的个体较小范围内生物的个体分布在不同区域内的同种分布在不同区域内的同种生物的许多种群组成生物的许多种群组成1.1.一个物种可以包括许多种群，如同一种鲫鱼可以一个物种可以包括许多种群，如同一种鲫鱼可以生活在不同的池塘，湖泊，形成一个个被陆地隔离生活在不同的池塘，湖泊，形成一个个被陆地隔离的种群。的种群。2.2.同一物种的多个种群之间存在地理隔离，长期发同一物种的多个种群之间存在地理隔离，长期发展下去可能成为不同的亚种（或品种）进而形成多展下去可能成为不同的亚种（或品种）进而形成多个新物种。个新物种。 达尔文在加拉帕戈斯群岛上发现几种达尔文在加拉帕戈斯群岛上发现几种地雀，用现代进化理论解释错误的是地雀，用现代进化理论解释错误的是 ( )A 、经过长期的地理隔离而达到生殖隔、经过长期的地理隔离而达到生殖隔离，导致原始地雀物离，导致原始地雀物 种形成现在的地雀种形成现在的地雀物种物种B 、生殖隔离一旦形成，原来属于同一、生殖隔离一旦形成，原来属于同一物种的地雀很快进化形成不同的物种物种的地雀很快进化形成不同的物种C 、这些地雀原先属于同一雀种，从南、这些地雀原先属于同一雀种，从南美大陆迁来后，逐渐分布在不同的群岛，美大陆迁来后，逐渐分布在不同的群岛，出现不同的突变和基因重组出现不同的突变和基因重组D 、自然选择对不同的种群的基因频率、自然选择对不同的种群的基因频率的改变所起的作用有所差别。的改变所起的作用有所差别。 下列说法正确的（下列说法正确的（ ）A、地理隔离一旦形成，原来属于同、地理隔离一旦形成，原来属于同一物种的个体就成了不同物种一物种的个体就成了不同物种B、生殖隔离一旦形成，原来属于同、生殖隔离一旦形成，原来属于同一物种的个体就成了不同物种一物种的个体就成了不同物种C、地理隔离是形成新物种的必然经、地理隔离是形成新物种的必然经历历D、每个新物种的形成都必定经历从、每个新物种的形成都必定经历从地理隔离达到生殖隔离的过程地理隔离达到生殖隔离的过程B三、共同进化与生物多样性的形成三、共同进化与生物多样性的形成v1.共同进化共同进化v任何一个物种都不是单独进任何一个物种都不是单独进化的。化的。v不同物种之间，生物与无机不同物种之间，生物与无机环境之间环境之间在相互影响中不断在相互影响中不断进化和发展，这就是进化和发展，这就是共同进共同进化化。捕食者与被捕食者的相捕食者与被捕食者的相互选择互选择开花植物开花植物与传粉动与传粉动物的互助物的互助互利互利生物进化与无机生物进化与无机环境变化的关系环境变化的关系例：例： 生物的新陈代生物的新陈代谢类型由原始异养谢类型由原始异养厌氧厌氧自养厌氧自养厌氧自养需氧。自养需氧。 2.生物多样性的形成生物多样性的形成基因多样性基因多样性物种多样性物种多样性生态系统多样性生态系统多样性生物多样性生物多样性 地球上所有的植物、动物和微生物，地球上所有的植物、动物和微生物，它们所拥有的全部基因以及各种各样的生态它们所拥有的全部基因以及各种各样的生态系统，共同构成了生物多样性。系统，共同构成了生物多样性。简单简单复杂复杂低等低等高等高等原核细胞原核细胞真核细胞真核细胞单细胞单细胞多细胞多细胞无性生殖无性生殖有性生殖有性生殖原始异养厌氧原始异养厌氧自养厌氧自养厌氧自养需氧自养需氧水生水生水陆两栖水陆两栖陆生陆生生物多样性的形成历程总结总结种群种群是生物进化的基本单位是生物进化的基本单位突变和基因重组、自然选择及隔离突变和基因重组、自然选择及隔离是物种是物种形成过程的三个基本环节（形成过程的三个基本环节（突变和基因重突变和基因重组组产生生物进化的产生生物进化的原材料原材料，自然选择自然选择使种使种群的基因频率定向改变并决定生物进化的群的基因频率定向改变并决定生物进化的方向方向，隔离隔离是新物种形成的是新物种形成的必要条件必要条件）。）。生物进化的实质在于生物进化的实质在于种群基因频率的改变种群基因频率的改变。以以自然选择学说为核心自然选择学说为核心的现代生物进化理论的基本观点是：的现代生物进化理论的基本观点是：