2.7.2 现代生物进化理论的主要内容（课件共78张PPT）

(共79张PPT)
情境：如果在灰色翅的（基因型为aa）昆虫群体中偶然出现了一只绿色翅（基因型为Aa）的变异个体,且绿色比灰色更不容易被天敌发现。
1.根据达尔文的“适者生存”观点，该绿色个体一定能被选择下来吗？
2.如果该个体能够很好的活下来，它体内的A基因怎样才能遗传给它的下一代呢？
第7章
现代生物进化理论
第2节
现代生物进化理论的主要内容
（2）P
Aa
×
Aa
绿翅
↓
绿翅
配子
A
a
A
a
F1
AA
Aa
Aa
aa
绿翅
绿翅
绿翅
灰翅
（1）P
Aa
×
aa
绿翅
↓
灰翅
配子
A
a
a
F1
Aa
aa
绿翅
灰翅
出现有利变异个体内的有利基因只有在群体中，通过有性生殖才能世代延续
在自然界中,没有哪一个个体是长生不死的,个体的基因型也会随着个体的死亡而消失,但决定表现型的基因却可以通过生殖传给后代,因此研究生物的进化仅仅研究个体的表现型是否与环境适应是不够的还需要研究群体的基因组成变化。
这个群体就是种群！
自然选择直接作用对象：生物个体（表现型）
自然选择根本作用对象：决定表现型的基因
（一）、种群是生物进化的基本单位
1.什么叫种群？
生活在一定区域内的同种生物的全部个体叫做种群
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.
种群不仅是一个进化单位，还是一个繁殖单位。
判断下列是否属于种群
（1）农贸市场中的全部大白菜
（2）一个池塘中的全部鱼
（3）一片草地上的成年梅花鹿
（4）一个池塘中的全部鲤鱼
（5）一个培养基上所有的大肠杆菌
（6）两个池塘内的全部鲤鱼
否（自然区域）
否（同种）
否（全部）
是
是
否（实质：基因能交流）
种群是进化基本单位原因
（1）对于原核生物和无性繁殖生物：统一无性繁殖系（克隆）个体间无差异，自然选择的是无性繁殖系
（2）对于有性生殖生物：
个体基因型终生不变，但不会一成不变传给后代；种群全部基因总和（基因库）却在传宗接代中保持稳定；个体基因源自种群基因库，死后通过后代还给种群基因库（个体如果无后代，在进化上无意义）
达尔文观点：个体是进化基本单位
认识生物最具体对象是个体；
生物繁殖、遗传、变异都发生在个体身上
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?
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
2、基因库:
一个种群中全部个体所含有的全部基因叫做这个种群的基因库。
其中每个个体所含的基因只是基因库的一部分
这些金鱼各自有己的基因,共同构成了种群的基因库。它们各自的基因都是基因库的一部分。个体数目越多个体间的差异越大,基因库也就越大
3.基因频率和基因型频率
基因频率
是指一个种群基因库中某个基因占全部等位基因数的比率。
基因频率=
________________________
控制同种性状的等位基因的总数
某种基因的数目
×100%
基因型频率
是指某种特定基因型的个体占群体内全部个体的比率。
基因型频率=
_________________
特定基因型个体数
×100%
全部基因型的总数
A
a
c
b
B
D
C
d
a
c
B......
基因库:一个种群中全部个体所含有的全部基因叫做这个种群的基因库。
例：一个种群中AA30个，Aa60个，aa10个,求A%和AA%
概念解析
=60%
a%=1-A%=40%
分子分母同除2
AA%
1/2Aa%
=AA%
+
1/2Aa%
3.基因频率和基因型频率关系
基因频率
是指一个种群基因库中某个基因占全部等位基因数的比率。
基因频率=
________________________
控制同种性状的等位基因的总数
某种基因的数目
×100%
基因型频率
是指某种特定基因型的个体占群体内全部个体的比率。
基因型频率=
_________________________
特定基因型个体数
×100%
全部基因型个体总数（种群个体总数）
=纯合子基因型频率+1/2杂合子基因型频率
例2:某工厂有男女职工各200人,对他们进行调查时发现,女色盲5人,女性携带15人。男性色盲11人,求XB,Xb的频率
___________
5×2+15+11
X100%=6%
200×2+200
XB
=1-6%=94%
___________
xb
解:Xb
=
XB+xb
性染色体上基因的基因频率计算：
1、种群很大
2、所有的雌雄个体都能自由交配并产生后代
3、没有个体迁入迁出
4、自然选择对翅色这一相对性状没有选择作用
5、基因A、a都没有产生突变
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
(
)
aa
(
)
F1代基因频率
A
(
)
a
(
)
60%
40%
36%
48%
16%
60%
40%
亲代基因频率：A%=60%
F1代基因频率：A%=60%
a%=40%
a%=40%
若这个群体发生自由交配，这个种群的基因频率和基因型频率发生了什么变化？
如果F1个体再自由交配，产生F2呢？
用数学方法讨论基因频率变化
(4)在讨论题2中的群体满足五个条件的情况下,计算子二代、子三代的基因频率与基因型频率
;
分析一下各代基因频率与基因型频率相同吗？
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%
48%
16%
60%
40%
36%
48%
16%
60%
40%
结论：如果同时满足这五个条件，则自由交配的子代中基因频率和基因型频率都不改变
例：一个种群中AA30个，Aa60个，aa10个
若发生自交
F1基因型频率：
↓
AA30%
Aa60%
aa10%
AA
↓
AA、Aa、aa
↓
aa
AA%=45%
(30%AA+1/4×60%Aa)
Aa%=30%
aa%=25%
再自交一次，基因型会改变吗?
那A%变了吗？
A%=45%+1/2×30%=60%
=
30×2+60
________________________
200
=
60%
结论：自交会使后代的极影型频率改变，纯合子变多，杂合子变少，但基因频率几乎不变
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.
（5）上述计算结果是在满足五个假设条件的基础上计算的，对自然界的种群来说，这五个条件都能成立吗？特别是如果第⑤点假设（⑤基因A和a都不产生突变,即没有基因突变和染色体变异。）成立这与前面我们所学的基因突变的哪个特性相违背？
与基因突变的普遍性相违背。
(6)、如果该种群出现新的突变型，也就是产生新的等位基因（A2），种群的基因频率会变化吗？基因A2的频率可能会怎样变化？
突变产生的新基因会使种群的基因频率发生变化。
基因A2的频率是增加还是减少，要看这一突变对生物体是有利还是有害的，这往往取决于生物生存的环境。
用数学方法讨论基因频率的变化—
遗传平衡定律
遗传平衡定律是由英国数学家哈迪和德国医生温伯格分别于1908年和1909年独立证明的，这一定律又称哈迪——温伯格定律。他们指出，一个有性生殖的自然种群中，在符合以下五个条件的情况下，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。
五个条件是：
1、种群很大
2、随机交配
3、没有突变和重组
4、没有个体迁入迁出
5、没有选择
若种群中一等位基因为A和a，设A的基因频率=p，a的基因频率=q
，
因为(p＋q)=A%+a%=1，
则（p+q）2=p2+2pq+q2=AA%+Aa%+aa%=1
。
AA的基因型频率=p2；
aa的基因型频率=q2；
Aa的基因型频率=2pq。
影响基因频率的因素
在自然条件下，哈迪-温伯格定律所需的五个条件是难以满足的，因而基因频率总是要发生改变，也就是说进化在任何种群中都是必然要发生的。
生物进化的实质是基因频率的改变
表面看，自然选择是对一个个生物个体的选择，实质上是对个体所包含的变异进行选择。从现代分子遗传水平看，自然选择实质上是对变异所对应的基因的选择，从而改变着群体中不同基因的基因频率。
所以，生物进化的过程的实质是种群基因频率发生变化的过程。
小
结
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
1、种群、基因库、基因频率等概念
2、用数学方法讨论基因频率的变化
二、突变和基因重组产生进化的原材料
突变、基因重组和染色体变异可以形成可遗传的变异，其中，把基因突变和染色体变异统称为突变
（1）可遗传的变异的来源:
（2）自然界中突变的频率很低，能作为进化的原材料吗？
1．种群中突变的特点：
突变数很大、随机、不定向
2．种群基因重组的结果：产生更多可遗传变异、不定向
例如：果蝇约有104对基因，假定每个基因的突变率都是10－5，若有一个中等数量的果蝇种群（约有108个个体），那么每一代出现基因突变数是多少呢？
2×
104
×
10－5
个体
×
108
种群
=2
×107
结论：突变和基因重组只产生进化的原材料，不能决定生物进化的方向。
三、自然选择决定生物进化的方向。
19世纪
20世纪
自然界生物进化都是有方向的，那生物进化的方向是什么因素决定的？
（1）如何让解释桦尺蠖种群中s基因的频率越来越低的现象？
探究：“自然选择对种群基因频率的影响”
长满地衣的树干上的桦尺蠖
黑褐色树干上的桦尺蠖
自然选择可以使种群的基因频率定向改变
(2）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。1870年桦尺蠖的基因型频率为SS
10%
；
Ss
20%；
ss
70%，在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每年减少10%，黑色个体每年增加10%，以后的几年内，桦尺蠖种群每年的基因型频率与基因频率是多少呢？
第1年
第2年
第3年
第4年
……
基因型频率
SS
10%
11.5%
Ss
20%
22.9%
ss
70%
65.6%
基因频率
S
20%
23%
s
80%
77%
70.7%
26%
29.3%
14.6%
56.1%
60.9%
26.1%
73.9%
29.3%
13.1%
升高
降低
(3)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？
(4)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
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
因此：
基因突变和基因重组为生物进化提供了原始材料，自然选择使种群的基因频率定向改变，决定了生物进化的方向。
墨西哥诞生罕见“斑驴”：腿部有斑纹
长相似驴
1.物种是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”。
物种和种群有哪些区别呢？
四、隔离是物种形成的必要条件
2、物种与种群的区别
⑴、同一物种可以分布在自然界的不同区域，而种群是指一定区域内的同种全部个体的集合。
⑵、种群是物种繁殖和进化的基本单位。
都是一个物种，无论白人黑人、黄种人结婚，都能产生可育的后代。
　马和驴不是一个物种，因为马与驴交配产生的后代骡没有生殖能力。
⑴、全世界的人是一个物种吗？为什么？
⑵、同种生物都能进行交配，那不同种的生物都不能交配吗
⑶、骡是一个新物种吗？为什么？
不是。因为它不能繁殖后代
问题探讨：
2N=64
2N=62
32+31=63
不同物种在自然状态下一般不能交配
无生育能力，没有后代。
自然状态下不能进行基因交流！
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？
生殖隔离
原因是：动物求偶方式不同、繁殖期不同，植物开花季节、花的形态不同，而造成的不能交配等。
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。
例：虎与狮交配的后代——虎狮兽
不同物种个体间因生殖隔离而不能进行基因交流。
概念:指同一物种不同种群间的个体，在自然条件下基因不能自由交流的现象。
地理隔离：
2、隔离的概念和类型
在自然界，同一种生物由于地理上的障碍
而形成不同的种群，使得种群间不能发生
基因交流的现象，叫做地理隔离。
生殖隔离：由于各方面的原因，使亲缘关系接近的类群之间在自然条件下不交配，或者即使能交配也不能产生后代或不能产生可育性后代的现象。
东北虎
华南虎
分布在不同自然区域的种群，由于高山、河流和沙漠等地理上的障碍，使彼此间无法相遇而不能交配
例：东北虎与华南虎
地理隔离：
什么原因造成同一物种分化成不同类型新种？
这说明了什么？
一个种群还是两个种群？
还能发生交配吗？
（三）隔离在物种形成中的作用
物种的形成
长期的地理隔离而达到生殖隔离。
生殖隔离一旦形成，原来属于同一物种的生物就成了不同的物种。
一个鼠种群
被分开隔离
两个鼠种群
长期分开，基因交流能力逐渐丧失
产生隔离
两个鼠物种
一个物种→地理隔离→生殖隔离→新物种
物种形成过程：
隔离形成新物种的原因：
（1）、不同的的种群出现不同的突变和基因重组，使不同种群基因频率的变化不同。
（2）、生存的环境不同，选择的基因不同，使不同种群的基因频率的变化不同。
因此，隔离是物种形成的必要条件。
加拉帕戈斯群岛上的地雀
自然选择1
例：加拉帕戈斯群岛上
几种地雀
地理隔离
生殖隔离
原
种
变异1
变异2
变异类型1
新种1
自然选择2
变异类型2
新种2
基因频率的定向改变
3、隔离在物种形成中的作用：新物种形成。
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。
物种形成的意义：
（1）、增加了生物的类型。
（2）、能适应改变的环境。
注意：有时无需地理隔离也能形成
新物种
在自然界里还存在另一种物种形成方式，它往往只需要几代甚至一代就完成了，而且不需经过地理隔离。例如，多倍体植物的形成就是如此。自然界里几平将近一半的被子植物和某些栽培作物就是这样形成的。
AABBCC（普通小麦）
DD（黑麦）
×
ABC
配子
D
配子
ABCD
（不育）
AABBCCDD（八倍体小黑麦）
（可育）
秋水仙素处理
例：八倍体小黑麦的培育
现代进化论解释物种形成的基本环节
1、突变和基因重组产生进化的原材料
2、自然选择决定生物进化的方向(定向)
3、隔离是物种的形成必要条件
三、共同进化与生物多样性的形成
（一）共同进化
在自然界，一种植物专门由一种昆虫传粉的情形很常见，昆虫传粉的专门化对植物繁衍后代有什么意义？
资料1
：
１.共同进化的资料
捕食者的存在是不是对被捕食者有害无益呢？
捕食
NO！
资料2：
动物学家对生活在非洲大草原奥兰治河两岸的羚羊进行研究时发现，东岸的羚羊群的奔跑速度比西岸的羚羊每分钟竟快13米。为何差距如此之大？
经过观察和科学实验，动物学家终于明白，东岸的羚羊之所以强健，是因为它们附近有一个狼群，生存时时处于危险之中。
捕食者的存在是否对被捕食者有害无益？
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。
“精明的捕食者”策略：
“收割理论”：
捕食者一般不能将所有的猎物吃掉，否则自己也无法生存。
捕食者往往捕食个体数量多的物种，这样就会避免出现一种或几种生物在生态系统中占绝对优势的局面，为其他物种的形成腾出空间有利于增加物种的多样性。
共同进化的含义1：
不同物种间的共同进化
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。
地球形成时原始大气中是没有氧气的，但是随着光合细菌的出现，使得大气中有了氧气
共同进化的含义2：
生物和无机环境间之间的共同进化。
2、共同进化的概念：
3、意义：形成生物的多样性．
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，这就是共同进化。
（二）、生物多样性的形成
1、生物多样性的内容：
⑵、物种多样性
⑴、基因（或遗传）多样性
⑶、生态系多样性
2、形成生物多样性的原因：
进化
3、研究生物进化的主要依据：
化石
化石（是埋藏在地层中的古代生物的遗体、遗迹和遗物，石化后形成的）是研究生物进化最直接的证据
4、生物多样性形成的进化历程
始祖鸟化石
⑴、一些厌氧的单细胞生物
⑴
、主要是一些单细胞生物、环节动物
⑵
、生物大爆发
⑶
、一些海洋植物开始适应陆地生活，主要是蕨类植物。
⑴、三叠纪，开始出现水生爬行动物
⑵、侏罗纪是恐龙的天下，但在白垩纪全部绝灭
⑶、昆虫类也开始繁盛
⑷、白垩纪末期，开始出现被子植物??
哺乳动物出现，随后种类大量增加
两极生态系统：分解者、消费者
开始出现三极生态系统
最早的生物化石－－古细菌（距今35亿年）
①、最早出现的是生活在原始海洋中
一些厌氧的单细胞生物
13亿年前真核生物的红藻化石
34亿年前的古细胞化石
前寒武纪地层中的水母化石
②、古生代的前寒武纪生物：
主要是一些单细胞生物、环节动物、节肢动物等。
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③、古生代的寒武纪
进入早古生代，一些大型的古生物相继出现，如三叶虫、鹦鹉螺等。出现了生命演化史上的第一次繁荣景象。在中国云南澄江发现的寒武纪古生物是最有代表性的寒武纪生物群.
生物大爆发
三叶虫化石
陆地上还是一片荒芜，生物都生活在海洋中。
寒武纪时地球上的生态系统有什么特点？
④、古生代最早登陆的植物
一些海洋植物开始适应陆地生活，主要是蕨类植物。
⑤、中生代生物
三叠纪，开始出现水生爬行动物，如鱼龙、蛇颈龙等；侏罗纪是恐龙的天下，但在白垩纪全部绝灭。发现始祖鸟、中华龙鸟等；昆虫类也开始繁盛；白垩纪末期，开始出现被子植物??
孔龙蛋
恐龙蛋
中生代陆地和海洋中的情况
在中生代的白垩纪全部绝灭。恐龙的绝灭有利于哺乳动物的繁盛，使生物进化翻开了崭新的一页。
恐龙是什么时候灭绝的？恐龙的灭绝对生物多样性会产生怎样的影响？
⑥、新生代少女化石和复原图
哺乳动物出现，随后种类大量增加。
可见，生物的进化历程可概括为：
⑴、原核生物
真核生物；
⑵、无性生殖
有性生殖；
⑶、简单
复杂；
⑷、水生
陆生；
⑸、低等
高等。
有性生殖加速生物的进化
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
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
三
、
共同进化与生物多样性的形成
1、共同进化
含义
不同物种间的共同进化
生物与无机环境之间的相互影响和共同
演变
2、生物多样性的形成
基因多样性
（1）生物多样性的内容
物种多样性
生态系统多样性
（2）生物多样性形成的进化历程
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，由水生到陆生，由低等到高等。
3、生物进化理论在发展
1、马（2N＝64）和驴（2N＝62）杂交能产生后代称骡子，能够正常发育，但不能生育，这种情况称之为
（
）
A、杂交育种
B、人工诱变
C、基因重组
D、生殖隔离
2、产生上述情况的原因主要是
（
）
A、染色体结构发生了变化
B、马和驴的遗传物质有本质区别
C、发生突变
D、减数分裂过程中联会紊乱
D
D
练习
3、以自然选择学说为核心的现代生物进化理论认为,新物种的形成是
A、自然选择的结果
B、突变，选择和遗传的综合作用
C、用进废退的结果
D、突变和基因重组，自然选择及隔离的综合作用
4、下列关于隔离的叙述，不正确的是
A、阻止了种群间的基因交流
B、对所有的物种来说,地理隔离必然导致生殖隔离
C、种群基因库间的差异是产生生殖隔离的根本原因
D、不同的物种之间必然存在着生殖隔离
（D）
（B）