7-2现代生物进化理论的主要内容

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第七章第二节
现代生物进化理论的主要内容
( 1 )种群是生物进化的基本单位
( 2 )突变和基因重组产生进化的原材料
( 3 )自然选择决定生物进化的方向
( 4 )隔离导致物种形成
（一）种群是生物进化的单位
1、定义：生活在一定区域的同种生物的全部个体。
卧龙自然保护区的所有熊猫
云南的金丝猴
可可西里的藏羚羊
一 种群基因频率的改变与生物进化
2、种群的特点：
（1）种群具有一定的时空限制，离开一定的空间和时间的种群是不存在的。
（2）种群中的个体并不是机械地集合在一起，而是彼此可以交配，并通过繁殖将各自的基因传给后代。
（3）一个种群中应包括各年龄阶段的个体
下列四个选项中，属于种群的是：（ ）
A、生活在岛上的全部蛇
B、青白江区所有小叶榕树
C、青海湖自然保护区的全部鸟类
D、一个菜市场每个水池里的全部鲤鱼
人们为什么要提出“种群”这个概念呢？
自然界的物种实际上是以一个个种群存在的，种群是物种繁衍、进化的基本单位。它为研究生物与环境的关系和物种的变化带来了方便。
性状是由基因控制的，因此研究生物的进化必须研究种群的基因组成和变化。如何分析种群的基因组成和变化？由此人们提出基因库和基因频率的概念。
————基因库是在不断发展和变化的
基因库：一个种群中全部个体所含有的全部基因。
基因频率：某个基因占全部等位基因数的比率。
基因型频率：某个基因型在某个种群中出现的比例。
从某个种群中随机抽出100个个体，测知基因型为AA、Aa 和aa的个体分别是30、60和10。计算：A和a的基因频率。
基因频率=该基因的数目 / 该基因的各等位基因的总数
该基因的等位基因总数：100 2=200
则：A基因的基因频率：（2 30+60）/200 100%=60%
a基因的基因频率：（10 2+60）/200 100%=40%
基因频率=它的纯合子频率+1/2它的杂合子频率
AA基因型频率：30/100=0.3 Aa基因型频率：60/100=0.6
aa基因型频率：10/100=0.1
则：A基因频率：0.3+1/2 0.6=0.6
a基因频率：0.1+1/2 0.6=0.4
1.在一个种群中随机抽出一定数量的个体，其中
基因型为AA的个体占18%，基因型Aa的个体占
78%，aa的个体占4%。基因型A和a的频率分别
是 ， 。
57％ 43％
2、某工厂有男女职工各200名，对他们进行调查发现，
女性色盲基因携带者为15人，患者5人，男性患者
11人，那么这个群体中色盲基因频率为：（ ）
A：6% B、15% C、12% D、5.88%
1、假设的昆虫群体满足以下五个条件：
①昆虫群体数量足够大，
②全部的雌雄个体间都能自由交配并能产生后代，
③没有迁入与迁出，
④自然选择对A、a控制的翅型性状没有作用
⑤也没有基因突变和染色体变异。
思考与讨论
用数学方法讨论基因频率的变化
亲代基因型的频率 AA(30%) Aa(60%) aa(10%)
亲代基因频率 A( ) a( )
F1代基因型频率 AA( ) Aa( ) a( )
F1代基因频率 A ( ) a( )
60%
40%
36%
48%
16%
60%
40%
如果F1个体再自由交配，产生F2呢？
亲代 子一代 子二代 子三代
基因型频率 AA 30%
Aa 60%
aa 10%
基因频率 A 60%
a 40%
36%
48%
16%
60%
40%
36%
16%
48%
60%
60%
40%
40%
36%
48%
16%
一个遗传上的平衡的群体,其基因频率和基因型频率遵循哈代---温伯格定律 !
假设的昆虫群体满足以下五个条件：
①昆虫群体数量足够大，
②全部的雌雄个体间都能自由交配并能产生后代，
③没有迁入与迁出，
④自然选择对A、a控制的翅型性状没有作用
⑤也没有基因突变和染色体变异。
在上述条件下，种群的基因频率和基因型频率可以世代相传不发生变化，保持平衡，叫做哈代－温伯格定律，也叫遗传平衡定律。
设A的基因频率=p，a的基因频率=q ，p+q= 1
( p+q ) 2 = p2 + 2pq + q2 = 1
AA的基因型频率
Aa的基因型频率
aa的基因型频率
例：一个随机交配的群体，某一对相对性状中，显性性状表现型的频率是0.16,则杂合子Aa的频率是（ ）
A 0.1 B 0.6 C 0.9 D 0.48
D
2.满足五个假设条件的种群是理想的种群，在自然条件下,这样的种群是不存在的。
这也从反面说明了在自然界中，种群的基因频率迟早要发生变化，也就是说种群的进化是必然的。
3.会，要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。
完成思考题：
种群个体的性状由基因决定，那么，生物进化的实质是什么？
生物进化的实质：
种群的进化过程就是种群基因频率发生变化的过程。
因此，只要基因频率发生变化，则种群进化便发生了。
（2）突变和基因重组产生进化的原材料
基因重组、基因突变及染色体变异
基因突变和染色体变异统称为突变。
突变和基因重组可形成可遗传的差异。
？可遗传的变异的来源有？
？1、基因突变与基因频率的改变有什么关系？
？2、自然界中突变的频率很低，能作为进化的原材料吗？
2x104
10-5
108
x
x
=
2x107(个)
每一代就会有大量的变异
某海岛上的昆虫出现残翅和无翅类型
———有利与有害是
相对的而不是绝对的
这往往取决于生物的
生存环境。
3、突变产生的变异有利或有害是绝对的吗？
基因 重组
突变
新的等位基因
多种多样的基因型
种群中出现大量可遗传的变异
变异是随机的、不定向的
形成了进化的原材料
突变是不定向的，不能决定生物的进化方向
种群是生物进化基本的单位。
生物进化的实质就是种群基因频率的改变。
基因突变和基因重组是生物进化的原材料（但不能决定进化的方向）
进化的方向由谁决定呢？
19世纪，桦尺蠖种群中黑色
基因（S）频率为5%，浅灰色
基因（s）频率为95%
20世纪，桦尺蠖种群中黑
色基因（S）频率为95%，
浅灰色基因（s）频率为5%
探究自然选择对种群基因频率的影响
(1)在这个探究实验中根据上面的数据分析，变黑的环境对桦尺蠖产生了什么样的影响？变黑的环境对桦尺蠖浅色个体的出生率有影响吗？
(2)在自然选择中，直接受选择的是基因型还是表现型？
变黑的环境使控制浅色的s基因频率减少,S基因频率增加
有，许多浅色个体可能在没有交配、产卵前就已被天敌捕食
天敌看到的是桦尺蠖的体色（表现型）而不是控制体色的基因
结论：自然选择决定生物进化的方向
自然选择使基因频率定向改变。
变异是不定向的
自然选择
不利变异被淘汰,有利变异逐渐积累
种群的基因频率发生定向改变
生物朝一定方向缓慢进化
（3）自然选择决定生物进化的方向。
2．下面关于现代生物进化理论的叙述, 正确的是
A.种群是生物进化的基本单位
B.自然选择学说是现代生物进化理论的核心
C.生物进化过程的实质在于种群基因频率的改变
D.生物进化过程的实质在于有利变异的保存
1．下列生物属于种群的是：
A．一块水田里的全部水稻、水草、鱼、虾及
其他生物
B．一块朽木上的全部真菌
C．一块棉田中的全部幼蚜、有翅和无翅的成蚜
D．一个池塘中的全部鱼
课堂练习
3． 在我国云南澄江发现的动物化石群约处于5.3亿年前的寒武纪早期。该化石群有l00多种60多个类群,大多已灭绝。其动物结构与现存动物结构差异根大,在此前的地层中却找不到其祖先。如此多的动物种类在寒武纪早期“突然”出现的事实与达尔文进化学说观点相矛盾的是 （ ）
　A．生物是由其祖先经漫长的地质年代逐渐进
化而来
　B．现代生物之间有或近或远的亲缘关系
　C．生物的变异是不定向的
　D．生物是从简单到复杂,从低等到高等进化的
A
（一）物种
物种：指能够在自然状态下相互交配并且产生可育后代的一群生物，简称“种”。
全世界的人都是一个物种吗？
人都是一个物种，无论白人黑人黄种人结婚，
都能产生具有生殖能力的后代。
马跟驴是一个物种吗？
同一物种满足的两个条件：
1、可以相互交配
2、产生的后代可育
物种与种群有何关系？
一个物种可以包括生活在不同地理区域的多个种群。
只要各个种群相互交配仍能产生可育的后代，则是
同一物种。
是不是不同物种的生物在自然状态下一定不能交配呢？
无生育能力，没有后代。
自然状态下不能进行基因交流！
不同的物种之间不能进行基因交流。
为什么马驴之间不能进行基因交流？
是什么阻止了马驴之间的基因交流呢？
原来是 生殖隔离
不同物种之间一般是不能交配的，即使交配成功也不能产生可育后代，这种现象叫做生殖隔离。
都有那些
情况会导致生殖隔离呢？
荇菜与梅花因花期不同而出现生殖隔离
孔雀与巨嘴鸟因求偶方式不同而出现生殖隔离
曼陀罗的花粉在其他植物的花的柱头上不能完全萌发成为花粉管，使得两性生殖细胞不能融合而形成生殖隔离
狮子与老虎杂交产生狮虎兽是没有生育能力的，狮子与老虎因杂种不育而形成生殖隔离
不同物种个体间因生殖隔离而不能进行基因交流。
那么生活在不同区域的同种生物，在自然条件下能不能进行基因交流呢？
地理
隔离
如果把东北虎和华南虎放在同一片草原上，它们仍然可以自发交配并产生可育后代，说明东北虎和华南虎仍然属于同一物种。
一个新的物种要在怎样的条件下才能产生呢？
同一种生物因为地理上的障碍而分成不同的种群使得物种间不能发生基因交流的现象
地理隔离:
不同物种之间一般是不能够相互交配的，即使交配成功，也不能够产生可育的后代，这种现象叫生殖隔离。
生殖隔离：
由于地理上的障碍使得同种生物的不同种群间不能够发生基因交流的现象。
（二）隔离
种类
指不同种群间的个体，在自然条件下基因不能
自由交流的现象。
概念：
隔离在物种的形成中发挥了怎样的作用？
地理隔离：由于高山、河流、沙漠或其他地理上的障碍，使不同的种群不能基因交流。
　　如东北虎(左)和华南虎(右)都是亚洲虎的后代，由于长期地理隔离而没有相互交配，没有基因交流，形成了地理隔离，它们形成两个不同的亚种。
22岁那年，达尔文以博物学者的身份登上“贝格尔”号远航考察船，随船进行为期五年的环球科学考察。
加拉帕戈斯群岛上的地雀
1.设想南美洲大陆的一种地雀来到加拉帕戈斯群岛后，先在两个岛屿上形成两个初始种群。这两个种群的个体数量都不多。它们的基因频率一样吗？
　　由于这两个种群的个体数量都不够多，基因频率可能是不一样的。
２．不同岛屿上的地雀种群，产生突变的情况一样吗？
不一样。因为突变是随机发生的。
３．对不同岛屿上的地雀种群来说，环境的作用有没有差别？这对种群基因频率的变化会产生什么影响？
不同岛屿的地形和植被条件不一样，因此环境的作用会有差别，导致种群基因频率朝不同的方向改变。
４．如果这片海域只有一个小岛，还会形成这么多种地雀吗？
不会。因为个体间有基因的交流。
原始种群
小种群
地理隔离
各种群的基因频率向不同的方向发生改变
新物种
生殖隔离
出现不同的突变和基因重组产生不同变异
种群间差异逐渐扩大
种群基因库明显改变
生活在各自不同的自然环境中环境
各种群间不能进行基因交流
自然选择
总结：
长期的地理隔离导致
生殖隔离的出现，
生殖隔离标志着
新物种的产生。
原始种群
地理隔离
小种群
基因频率定向的改变
（基因库形成明显差异）
新物种
突变和基因重组
自然选择
生殖隔离
( 1 )种群是生物进化的基本单位
( 2 )突变和基因重组产生进化的原材料
( 3 )自然选择决定生物进化的方向
( 4 )隔离导致物种形成
1.经过长期的地理隔离而达到生殖隔离是物种形成比较常见的方式
2.一般情况下，地理隔离是生殖隔离的先决条件，生殖隔离一旦形成，原来属于一个物种的两个种群，就成了两个物种。
3.生物进化是一个量变到质变的过程，是一个长期的历史过程 （也可快速产生，如多倍体）
4.一个物种的形成必须要经过生殖隔离，但不一定经过地理隔离，如多倍体的产生。
生殖隔离是新物种产生的标志！
1.隔离是形成新物种的_________，常见的隔离类型有________和________，通常经过长期的_____隔离常可达到____隔离。不同的地雀种群之间，一旦发生了_____隔离，就不会有______交流了。
必要条件
生殖隔离
地理隔离
地理
生殖
生殖
基因
2. 下列哪项形成了新物种（ 　）
A. 二倍体的西瓜经秋水仙素处理成为四倍体西瓜
B. 桦尺蠖体色的基因频率由S（95%）变成s(95%)
C. 马与驴交配产生了骡子
D. 克隆羊多利
A
三 共同进化与生物多样性的形成
捕食
根据电视镜头中猎豹追捕斑马的情景，
想一想，猎豹与斑马在进化上有没有什么关
系？如果有的话，那是一种什么样的关系？
捕食者的存在对被捕食者的进化有什么
意义吗？
三、共同进化与生物多样性的形成
1.共同进化
问题Ⅰ
有关系，他们相互选择，共同进化。
问题Ⅱ
促进被捕食者种群的进化。
思考：在捕食者和被捕食者当中怎样的个体才会生存下来？为什么？
自然选择中能适应环境的，具有有利变异的个体才会生存下来。
如猎豹和斑马，自然选择有利于斑马种群中肌肉发达、动作敏捷的个体，同样也有利于猎豹种群中跑得快的个体。两者相互选择。
思考：捕食者的存在是不是对 被捕食者有害无益呢？
捕食者所捕食的大多是被捕食者中年老、病弱或年幼的个体，客观上起到促进种群发展的作用。
捕食者一般不能将所有的猎物吃掉，否则自己也无法生存
——“精明的捕食者”策略
资料二：
达尔文曾发现一种兰花长着细长的花矩，其顶端贮存着花蜜，可为传粉的昆虫提供食物。而这昆虫要有吸管式的长口器才能吸到花蜜。大约50年后研究人员发现这样的蛾！它们互相影响着，这些变异不断积累，从而成为今天的这种兰花和兰花蛾。
在自然界，一种植物专门由一种昆虫传粉的情形很常见。
又如倒挂金钟的花对蜂鸟传粉的适应。
昆虫传粉的专门化对植物繁衍后代有何意义？
想一想
后来动物学家经过观察发现：
东岸的羚羊之所以强健，是因为在它们附近生活着一个狼群
西岸的羚羊之所以弱小，正是因为缺少这么一群天敌。
捕食关系
竞争关系
寄生关系
根瘤菌：
与豆科植物共生，形成根瘤并固定空气中的氮气供植物营养的一类杆状细菌。
共生关系
共同进化的含义1：不同物种之间会共同进化
不同生物之间在进化上密切相关，那生物的进化与无机环境的变化是否也有关系呢？
地球形成时原始大气中没有氧气，但随着光合细菌、蓝藻的出现，使得大气中有了氧气，为好氧生物的出现提供了条件。
资料三：
共同进化的含义2：生物和无机环境之间也存在着共同进化。
任何一个物种都不是单独进化的。
不同_______之间、____与________之间在相互影响中不断进化和发展，这就是共同进化。
物种
生物
无机环境
（一）共同进化
共同进化
1
捕食关系
2
竞争关系
3
寄生关系
4
共生关系
生物与无机环境间相互影响共同演变
不同种间的共同进化
共同进化
共同进化——
不同物种之间，生物与无机环境之间在相互影响中不断进化和发展
通过漫长的共同进化过程，地球上不仅出现了
千姿百态的物种，而且形成了多种多样的生态
系统，也就是形成了生物的多样性．
？意 义？
综上所述：
任何一个物种都不是单独进化的
P124
2.生物多样性的形成
生物多样性的三个层次
基因（遗传）多样性
物种多样性
生态系统多样性
生物多样性的形成经历了漫长的进化历程。
思考与讨论
仔细观察教材124页图7—11，并分析讨论下列问题：
1.最早出现的生物是哪一类生物？它们生活在什
么环境中
最早出现的生物是厌氧的单细胞生物，它们生活在海洋中.
2.多细胞生物大约是什么时候出现的？它们生活
在什么环境中？
多细胞生物大约是在寒武纪出现的，它们生活在海洋中。
3.最早登陆的生物是植物还是动物，为什么？
最早登陆的生物是植物，否则动物登陆后就会饿死。
4.同今天你看到的地球相比，寒武纪时地球上的
生态系统有什么特点？
当时陆地上还是一片荒芜，生物都生活在海洋中。
5.恐龙是什么时候绝灭的？物种绝灭对生物多样
性产生怎样的影响？
恐龙是在中生代后期（白垩纪末）绝灭的。物种绝灭对生物多样性的影响是复杂的。恐龙的绝灭有利于哺乳动物的繁盛。
了解生物进化历程的主要依据是化石。
生物进化的大致历程
35亿年前
出现古细菌
最早的生物化石
之后的20亿年
海洋中有少量的蓝藻和细菌
两极生态系统（只有生产者和分解者）
15亿年前
海洋中出现真核生物
出现有性生殖，进化速度明显加快（WHY？）
5.7~5亿年前
海洋中无脊椎动物物种大爆发
生态系统的第三极——消费者出现，对植物的进化产生了重要影响
中生代→新生代
裸子植物和被子植物扮演了生产者中的主角，鸟类、哺乳类等成为地球上占优势的动物类群
逐渐形成了复杂多样的陆地生态系统
总的进化趋势
简单→复杂
水生→陆生
低等→高等
4亿年前
植物登陆（主要是蕨类）随后出现了原始的两栖类
改变了陆地环境
二、生物多样性的形成小结：
1、生物多样性的内容：
基因多样性 物种多样性 生态系统多样性
2、生物多样性的形成的进化历程
化石
了解进化历程的主要依据是 ：
生物的进化历程可概括为：
从原核生物到真核生物
从无性生殖到有性生殖 由简单到复杂，由低等到高等 由水生到陆生，
由原始异养厌氧到自养厌氧到自养需氧
核心：自然选择学说
发展
三、生物进化理论在发展
中性突变理论：决定生物进化的方向是中性突变的逐渐积累，而不是自然选择
间断平衡学说：物种形成并不都是渐变的结果，而是种群长期稳定与迅速形成新种交替出现的过程