现代生物学导论市公开课一等奖百校联赛特等奖课件.pptx

THNMRYAN当代生物学导论闫永彬Yong-Bin YAN,Ph.D.清华大学 生物科学与技术系13 生物进化生物进化（书上第（书上第1313章）章）第1页THNMRYAN13.1 生命起源与生命自然史生命起源与生命自然史13.2 达尔文及其自然选择学说达尔文及其自然选择学说13.3达尔文进化论发展达尔文进化论发展当代综合进化论当代综合进化论13.4当代综合进化论面临着新挑战当代综合进化论面临着新挑战第2页THNMRYAN13.1 生命起源与生命自然史生命起源与生命自然史几百年前争论几百年前争论“神创论神创论”自然发生说自然发生说宇生论宇生论“天下万物生于有，有生于无天下万物生于有，有生于无”怎样经过试验来处理这个难题？怎样经过试验来处理这个难题？怎样经过试验来处理这个难题？怎样经过试验来处理这个难题？l1717世纪意大利医生世纪意大利医生RediRedi试验试验l1818世纪意大利科学家世纪意大利科学家SpallanzaniSpallanzani试验试验lPasteurPasteur试验试验第3页THNMRYAN生命来自无生命物质生命来自无生命物质化学进化化学进化l1920s,奥巴林和霍尔丹：化学演化期或前生物期1.1.从无机分子生成有机分子从无机分子生成有机分子 l1828年，维勒，氧化铅+铵尿素lMiller试验古老大气环境模拟试验l澳澳 大大 利利 亚亚 陨陨 石石 中中 发发 觉觉(1959)氨氨 基基 酸酸、嘧嘧 啶啶 和脂肪酸和脂肪酸2.2.从有机小分子生成生物大分子从有机小分子生成生物大分子3.3.多分子体系形成和原始生命出现多分子体系形成和原始生命出现4.4.多分子体系生物化学过程进化和自养营养出现多分子体系生物化学过程进化和自养营养出现第4页THNMRYAN生命起源说与生命起源说与RNA worldRNA world蛋白质起源说蛋白质起源说l奥巴林团聚体奥巴林团聚体(coacervate)假说假说(1924)：用蛋白质（白明胶）和多糖用蛋白质（白明胶）和多糖(阿拉伯胶阿拉伯胶)混合得到团聚体混合得到团聚体l福福克克斯斯用用类类蛋蛋白白质质加加热热得得到到微球体微球体第6页THNMRYAN核酸只有在蛋白质（酶）作用下才能合成，核酸只有在蛋白质（酶）作用下才能合成，而蛋白质也只有在其对应核苷酸次序存而蛋白质也只有在其对应核苷酸次序存在条件下才能合成。在条件下才能合成。问题：是经过什么样化学过程才能形成核问题：是经过什么样化学过程才能形成核酸和蛋白质相互依赖多分子体系呢？酸和蛋白质相互依赖多分子体系呢？“蛋鸡悖论蛋鸡悖论”第7页THNMRYAN生命起源说与RNA world核酸起源说遗传学家Muller(代)提出“裸基因说”(naked gene theory):生命发生从基因开始；T.Cech(80年代)发觉含有催化活性RNA -ribozymeH.F.Noller(1992)发觉纯化rRNA有催化肽链合成功效含有催化活性RNA:包含rRNA和tRNA;完成各种功效：自我剪接；催化剪切；多肽合成；催化核苷酸合成等第8页THNMRYANRNAworldRNA既能储存信息，也能催化化学反应既能储存信息，也能催化化学反应 （1）RNA初始序列作为互补序列模板；初始序列作为互补序列模板；（2）互补序列作为模板，合成具初始序列）互补序列作为模板，合成具初始序列RNA分子。分子。RNA在进化上早于在进化上早于DNA：RNA world怎样转化为怎样转化为DNA world基于基于RNA系统系统RNA复制复制基于基于RNA和蛋白质和蛋白质系统系统RNA到蛋白质到蛋白质当代细胞当代细胞DNARNA蛋白质蛋白质生物大分子化学分工与进化生物大分子化学分工与进化DNA较较RNA稳定，有利于遗传稳定性；稳定，有利于遗传稳定性；蛋白质多样性大于蛋白质多样性大于RNA,有利于反应复杂性进化有利于反应复杂性进化第9页THNMRYAN 生物进化是生物与其生存环境相互作用过程中，其遗传系统随时间而发生一系列不可逆改变，并造成对应表型改变。在大多数情况下，这种改变造成生物总体对其生存环境相对适应。13.2 生物进化第10页THNMRYAN13.2.1生物进化研究内容及方法论（了解）生物进化研究内容及方法论（了解）生物进化主要研究内容生物进化主要研究内容 1.1.研究进化过程（将进化作为一个历史过程来研究）研究进化过程（将进化作为一个历史过程来研究）进化事实和证据进化事实和证据 生物界连续性（系统发生）生物界连续性（系统发生）生物界不连续性（物种形成和灭绝）生物界不连续性（物种形成和灭绝）进化速度和方向（趋势）进化速度和方向（趋势）2.2.研研究究进进化化机机制制和和原原因因（将将进进化化作作为为进进行行中中过过程程来来研研究究）遗传遗传 变异变异 进化原因（内因、外因）进化原因（内因、外因）第11页THNMRYAN13.2.2达尔文自然选择学说达尔文自然选择学说遗传与变异遗传与变异变异是随机产生，而非按需要向一定方向发生变异是随机产生，而非按需要向一定方向发生繁殖过剩繁殖过剩一对家蝇繁殖一年，若每代一对家蝇繁殖一年，若每代1000个卵，假如后代个卵，假如后代不死亡，后代能够把整个地球覆盖不死亡，后代能够把整个地球覆盖2.54cm之厚。之厚。生存斗争生存斗争适者生存适者生存第12页THNMRYAN13.2.2达尔文自然选择学说达尔文自然选择学说自然选择过程即生存斗争与适者生存过程自然选择过程即生存斗争与适者生存过程达尔文理论将遗传和适应分开，遗传问题达尔文理论将遗传和适应分开，遗传问题由生物去做；然后生物无方向变异由自然进行由生物去做；然后生物无方向变异由自然进行适应性选择，所以经自然选择保留下来生物按适应性选择，所以经自然选择保留下来生物按照与环境相适应方向发展。照与环境相适应方向发展。生物多样性来自环境对变异适应性选择和长久生物多样性来自环境对变异适应性选择和长久积累。积累。第13页THNMRYAN隔离在物种形成中作用隔离在物种形成中作用 地理隔离地理隔离 生殖隔离生殖隔离 隔离作用是预防种群杂交隔离作用是预防种群杂交第14页THNMRYAN13.3达尔文进化论发展达尔文进化论发展当代综合进化论当代综合进化论（modernsynthesis）种群而非个体是生物进化单元；种群而非个体是生物进化单元；种群种群是指一个地域中某一物种全体组员能经过有是指一个地域中某一物种全体组员能经过有性生殖而交流基因群体。性生殖而交流基因群体。基因库基因库（genepool）：一个种群全部个体所带有）：一个种群全部个体所带有全部基因（包含全部等位基因）总和，就是一个全部基因（包含全部等位基因）总和，就是一个基因库。基因库。第15页THNMRYAN基因型频率基因型频率（genotypicfrequency）：在）：在一个种群内，由同源染色体同一位点上等位基一个种群内，由同源染色体同一位点上等位基因所组成不一样基因型所占百分比，就是基因因所组成不一样基因型所占百分比，就是基因型频率。型频率。基因频率基因频率（genefrequency）：一个种群内）：一个种群内某一等位基因占它全部等位基因总数百分比，某一等位基因占它全部等位基因总数百分比，即为该基因频率。即为该基因频率。第16页THNMRYAN 40只鸟组成群体，其中基因型只鸟组成群体，其中基因型AA为为4只只Aa为为16只只aa为为20只只假假如如发发生生基基因因流流有有4只只基基因因型型为为aa鸟鸟迁迁出出，4只只基基因因型型为为AA鸟鸟迁迁入入，请请问问新新群群体体等等位位基基因因a频率将是多少？频率将是多少？（a）20%；（b）50%；（c）60%；（；（d）40%；第17页THNMRYAN13.3.1Hardy-Weinberg(哈迪哈迪-温伯格温伯格)定律定律定律内容定律内容一个有性生殖自然种群中，在符合以下五一个有性生殖自然种群中，在符合以下五个条件情况下：个条件情况下：种群大；种群大；随机交配；随机交配；没有突变发生；没有突变发生；没有新基因加入；没有新基因加入；没有自然没有自然选择选择。各等位基因和基因型频率将在世代遗传中。各等位基因和基因型频率将在世代遗传中保持稳定不变。保持稳定不变。第18页THNMRYANHardy-Weinberg定律数学表示式：定律数学表示式：(pq)2p22pqq21p：等位基因：等位基因A频率；频率；q：等位基因：等位基因a频率；频率；p2：基因型：基因型AA频率；频率；2pq：基因型：基因型Aa频率；频率；q2：基因型基因型aa频率。频率。第19页THNMRYAN 人人白白化化病病取取决决于于隐隐性性基基因因a，假假设设调调查查发发觉觉每每10000人人中中有有一一个个白白化化病病患患者者，问问Aa人人数数是多少。是多少。aa频率：频率：1/10000q2=0.0001p2+2p*sqrt(0.0001)+0.0001=1得到得到q=0.01p=0.992pq=0.0198第20页THNMRYAN13.3.2群体基因频率改变群体基因频率改变1、种群大小影响种群大小影响遗传漂变遗传漂变（geneticdrift）：小种群某一）：小种群某一基因因为某种偶然原因而丢失，引发种群基因基因因为某种偶然原因而丢失，引发种群基因频率改变。频率改变。第21页THNMRYAN建立者效应建立者效应（foundereffect）：）：表示小种群能够造成特殊基因频率。表示小种群能够造成特殊基因频率。比如某一个群中几个或几十个个体迁移到另一个地比如某一个群中几个或几十个个体迁移到另一个地域而定居下来，并与原种群隔离而自行繁衍后代，结果域而定居下来，并与原种群隔离而自行繁衍后代，结果产生与原种群不一样特殊基因频率，新特殊基因频率取产生与原种群不一样特殊基因频率，新特殊基因频率取决于建立者基因频率。决于建立者基因频率。瓶颈效应瓶颈效应（bottleneckeffect）：）：种群个体数量随季节改变，数量降低时期即种群个体数量随季节改变，数量降低时期即瓶颈时期，结果与建立者效应相同。瓶颈时期，结果与建立者效应相同。第22页THNMRYAN2、非随机交配影响；3、突变和新基因加入（新个体迁入）影响；4、自然选择作用在于定向地改变种群基因频率；第23页THNMRYAN13.4 13.4 当代综合进化论发展当代综合进化论发展(了解了解)当代综合进化论难于合了解释生物当代综合进化论难于合了解释生物“大大进化进化”过程过程生物生物“大进化大进化”过程并非过程并非“渐变渐变“和和“匀速匀速”，而是，而是“快速进化快速进化”和和“进化停滞进化停滞”相间相间。第28页THNMRYAN物种物种“大暴发大暴发”和物种集群和物种集群“大绝灭大绝灭”现象现象如奥陶纪末无脊椎动物如奥陶纪末无脊椎动物100多个科大绝灭，鱼类多个科大绝灭，鱼类辐射发生；白垩纪晚期恐龙大绝灭，第三纪早期辐射发生；白垩纪晚期恐龙大绝灭，第三纪早期哺乳动物大发生。哺乳动物大发生。大进化相间发生提醒大进化相间发生提醒：外源性自然选择对：外源性自然选择对进化推进作用是有限和有条件，生物本身可进化推进作用是有限和有条件，生物本身可能存在更为深层进化机制。能存在更为深层进化机制。第29页THNMRYAN分子进化中性学说分子进化中性学说（neutraltheoryofmolecularevolution，1968年，日本遗传学家年，日本遗传学家木村资生木村资生M.Kimura）突变大多是中性，不影响核酸与蛋白质功效；突变大多是中性，不影响核酸与蛋白质功效；中性突变经过随机遗传漂变在群体中得以固定，中性突变经过随机遗传漂变在群体中得以固定，所以自然选择对分子进化不起作用；所以自然选择对分子进化不起作用；进化速率由中性突变发生速率所决定；进化速率由中性突变发生速率所决定；同源生物大分子序列存在相对恒定进化速率同源生物大分子序列存在相对恒定进化速率第30页THNMRYAN生命起源说与生命起源说与RNA worldRNA world生物进化 基本概念基本概念达尔文自然选择学说主要内容达尔文自然选择学说主要内容 当代综合进化论当代综合进化论当代综合进化论当代综合进化论 几个基本概念：几个基本概念：几个基本概念：几个基本概念：种群，基因库，基因型频率，基因频率 哈迪哈迪-温伯格定律内容温伯格定律内容 群体基因频率改变（不满足哈迪群体基因频率改变（不满足哈迪-温伯格定温伯格定律）律）本节重点第31页THNMRYANThanks for your attention!下节内容：生态学基础（书下节内容：生态学基础（书1616章）章）第32页