现代进化理论的内容.pptx

达尔文的自然选择学说指出，在一达尔文的自然选择学说指出，在一种生物的群体中，出现有利变异的个体种生物的群体中，出现有利变异的个体能存活，并且有机会留下自己的后代。能存活，并且有机会留下自己的后代。但是，研究生物的进化，仅研究个但是，研究生物的进化，仅研究个体的表现型是是否与环境相适应是不够体的表现型是是否与环境相适应是不够的，还必须研究的，还必须研究群体群体基因组成的变化。基因组成的变化。这个群体就是这个群体就是种群种群！（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的全部个体全部个体。卧龙自然保护区猕猴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，并通过繁殖将各自的基因通过繁殖将各自的基因传给后代传给后代。思考：思考：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？性状是由基因控制的，性状是由基因控制的，因此研究生物的进化必须研因此研究生物的进化必须研究种群的基因组成和变化。究种群的基因组成和变化。如何分析种群的基因组成和如何分析种群的基因组成和变化？由此人们提出基因库变化？由此人们提出基因库和基因频率的概念。和基因频率的概念。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，某个基因占全部等位基某个基因占全部等位基因数的比率。因数的比率。=纯合体基因型频率纯合体基因型频率+1/2+1/2杂合子基因型频率杂合子基因型频率A%+a%=1 AA%+Aa%+aa%=1AA 30%Aa 60%aa 10%基因频率基因频率=某基因总数某基因总数该基因等位基因的总数该基因等位基因的总数 基因频率的计算基因频率的计算等位基因的频率之和等于等位基因的频率之和等于1 1探究活动遗传平遗传平衡状态衡状态用数学方法讨论基因频率的改变用数学方法讨论基因频率的改变假设讨论题中的群体满足以下五个条件：假设讨论题中的群体满足以下五个条件：昆虫群体昆虫群体数量足够大数量足够大，全部的雌雄个体间都能全部的雌雄个体间都能自由交配自由交配并能产生后代，并能产生后代，没有迁入与迁出没有迁入与迁出，AAAA、AaAa、aaaa三种基因型昆虫的生存能力完全相同三种基因型昆虫的生存能力完全相同（也就是说（也就是说自然选择自然选择对对A A、a a控制的翅型性状控制的翅型性状没有作用没有作用）也也没有基因突变和染色体变异没有基因突变和染色体变异。计算：计算：(1)(1)子一代、子二代、子三代的基因频率与基因型频子一代、子二代、子三代的基因频率与基因型频率率30%30%30%10%36%48%60%40%16%亲代基因型的亲代基因型的频率频率AA(30%)Aa(60%)aa(10%)配子的比率配子的比率A()A()a()a()子代基因型的子代基因型的频率频率AA()Aa()aa()子代种群的基子代种群的基因频率因频率A()a()计算子一代、子二代、子三代的基因频率与基因计算子一代、子二代、子三代的基因频率与基因型频率型频率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A60%a40%36%48%16%60%40%36%16%48%60%40%48%16%60%40%36%（2 2）分析一下各代基因频率与基因型频率相同）分析一下各代基因频率与基因型频率相同吗？吗？遗传平衡公式：哈迪遗传平衡公式：哈迪-温伯格定律温伯格定律群体数量足够大，群体数量足够大，全部的雌雄个体间都能自由交配并能产生后代，全部的雌雄个体间都能自由交配并能产生后代，没有迁入与迁出，没有迁入与迁出，AAAA、AaAa、aaaa三三种种基基因因型型昆昆虫虫的的生生存存能能力力完完全全相相同同（也也就是说自然选择对就是说自然选择对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。这这个个种种群群的的基基因因频频率率（包包括括基基因因型型频频率率）就就可可以以一一代代代代稳定不变，保持平衡。稳定不变，保持平衡。如果一个种群如果一个种群如果一个种群如果一个种群符合下列条件：符合下列条件：遗传平衡公式：哈迪遗传平衡公式：哈迪-温伯格定律温伯格定律（p+q）2=p2+2pq+q2=1A%a%AA%=p2Aa%=2pqaa%=q2卵细胞卵细胞精子精子P（A）q(a)P(A)q(a)pp(AA)pq(Aa)qq(aa)pq(Aa)l伴伴X遗传方面的基因频率计算遗传方面的基因频率计算l这类题目的特殊点是：这类题目的特殊点是：X染色体总数的正确计算，染色体总数的正确计算，因为男性中只有一个因为男性中只有一个X染色体，所以计算男性染色体，所以计算男性X染色体总数时染色体总数时不需要乘以不需要乘以2，这样就能够得出正，这样就能够得出正确的结果。确的结果。有关基因频率的计算有关基因频率的计算l例例7：(2003年年2月南京调研卷月南京调研卷)对某校学生进行色盲遗对某校学生进行色盲遗传病调查研究后发现：传病调查研究后发现：780名女生中有患者名女生中有患者23人、携带人、携带者者52人；人；820名男生中有患者名男生中有患者65人，那么该群体中色盲人，那么该群体中色盲基因的频率是基因的频率是()lA.4.4%B.5.1%C.6.8%D.10.2%l【解析解析】l色盲是伴色盲是伴X染色体隐性遗传，女性色盲患者的基因型是：染色体隐性遗传，女性色盲患者的基因型是：XbXb，女性携带者的基因型是：，女性携带者的基因型是：XBXb，男性色盲患者的基因型是：，男性色盲患者的基因型是：Xb Y。(男性无携带者男性无携带者)l根据题意，根据题意，780名女生中有患者名女生中有患者23人、携带者人、携带者52人，因此女性中人，因此女性中Xb占：占：23252=98；820名男生中有患者名男生中有患者65人，因此男性中人，因此男性中Xb占：占：65lXb基因总数：基因总数：9865163l这样，该校学生中的这样，该校学生中的X染色体总数是：染色体总数是：78028202380，这，这样该群体中色盲基因的频率就是：样该群体中色盲基因的频率就是：163/2380=6.8%。l答案选答案选C(容易会误算成容易会误算成(780820)23200，结果得出，结果得出5.1%这这一错误结论，而选一错误结论，而选B)有关基因频率的计算有关基因频率的计算 满足五个假设条件的种群是理想的种满足五个假设条件的种群是理想的种群，在自然条件下群，在自然条件下,这样的种群是不存在这样的种群是不存在的。这也从反面说明了在自然界中，的。这也从反面说明了在自然界中，种群种群的基因频率的基因频率迟早要迟早要发生变化发生变化，也就是说，也就是说种种群的进化是必然的群的进化是必然的。上上述述计计算算结结果果是是在在满满足足五五个个假假设设条条件件的的基基础础上上计计算算的的，对对自自然然界界的的种种群群来来说说，这这五五个个条条件件都都能能成成立立吗吗？特特别别是是如如果果第第点点假假设设（基基因因A A和和a a都都不不产产生生突突变变,即即没没有有基基因因突突变变和和染染色色体体变变异异。）成成立立这这与与前前面面我我们们所所学学的的基因突变的哪个特性相违背？基因突变的哪个特性相违背？与基因突变的普遍性相违背。与基因突变的普遍性相违背。？影响基因频率的因素：影响基因频率的因素：突变、基因重组、突变、基因重组、自然选择等自然选择等基因频率的改变基因频率的改变生物的进化生物的进化生物进化过程实质：生物进化过程实质：种群基因频率发生变化的过程种群基因频率发生变化的过程突变和基因重组产生进化的原材料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基因突变和染色体变异统称为突变突变。？可遗传的变异的来源有？可遗传的变异的来源有？基因突变与基因频率的改变有什么关系？基因突变与基因频率的改变有什么关系？等位基因是如何产生的呢等位基因是如何产生的呢?基因突变基因突变？自然界中突变的频率很低，能作为进化的原材自然界中突变的频率很低，能作为进化的原材料吗？料吗？2x10410-5108xx=2x107(个个)每一代就会有大量的变异每一代就会有大量的变异取决于生物的生存环境取决于生物的生存环境某海岛上的某海岛上的昆虫出现残昆虫出现残翅和无翅类翅和无翅类型型No!No!变异是不定向的变异是不定向的那那,谁决定的呢谁决定的呢?(黑黑)S基因频基因频率从率从5%95%95%5%长满地衣的树干上的桦尺蠖长满地衣的树干上的桦尺蠖长满地衣的树干上的桦尺蠖长满地衣的树干上的桦尺蠖黑褐色树干上的桦尺蠖黑褐色树干上的桦尺蠖黑褐色树干上的桦尺蠖黑褐色树干上的桦尺蠖英英19世纪曼彻斯特世纪曼彻斯特英英20世纪曼彻斯特世纪曼彻斯特自然选择可以使种群的基因频率定向改变自然选择可以使种群的基因频率定向改变问题：问题：桦尺蠖种群中桦尺蠖种群中s s基因的频率为什么越来越低？基因的频率为什么越来越低？假设：假设：根据前面所学的你能做出假设吗？根据前面所学的你能做出假设吗？探究自然选择对种群基因频率的影响探究自然选择对种群基因频率的影响 现在我们用数学方法来讨论一下桦尺蠖基因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。频率变化的原因。18701870年桦尺蠖的基因型频率为年桦尺蠖的基因型频率为SS 10%SS 10%；Ss 20%Ss 20%；ss 70%ss 70%，在树干变黑这一环，在树干变黑这一环境条件下假如树干变黑不利于桦尺蠖的生存，使境条件下假如树干变黑不利于桦尺蠖的生存，使得种群中浅色个体每年减少得种群中浅色个体每年减少10%10%，黑色个体每年增，黑色个体每年增加加10%10%，以后的几年内，桦尺蠖种群每年的基因型，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？频率与基因频率是多少呢？第第1 1年年第第2 2年年第第3年年第第4年年基因基因型频型频率率SS10%10%11.5%11.5%Ss20%20%22.9%22.9%ss70%70%65.6%65.6%基因基因频率频率S20%20%23%23%s80%80%77%77%70.7%26%29.2%14.7%56.1%60.9%26.1%73.9%29.3%13.1%升高升高降低降低变异是变异是不不定向定向的的自然自然选择选择不利变异被淘汰不利变异被淘汰,有有利变异逐渐积累利变异逐渐积累种群的基种群的基因频率发因频率发生生定向定向改改变变生物朝生物朝一定方一定方向向缓慢进化缓慢进化自然选择决定生物进化的方向自然选择决定生物进化的方向1 1、物种的概念：、物种的概念：指能够在自然状态下相互交配并且产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称为一个物种，简生可育后代的一群生物称为一个物种，简称称“种种”。一个生物一个生物“种种”或或“物种物种”与种群有何区别？与种群有何区别？物种可以分布在不同的自然界的不同区域，物种可以分布在不同的自然界的不同区域，只有在可以发生随即交配、繁衍，使基因能够世只有在可以发生随即交配、繁衍，使基因能够世代传的一定区域内的同种全部个体的集合才是一代传的一定区域内的同种全部个体的集合才是一个个种群种群。自然界的物种实际上是以一个个自然界的物种实际上是以一个个种群种群存在的，存在的，种群种群是物种繁衍、进化的基本单位。是物种繁衍、进化的基本单位。3 3、地理隔离、地理隔离:不同物种之间一般是不能不同物种之间一般是不能够相互交配的，即使交配成够相互交配的，即使交配成功，也功，也不能够产生可育的后不能够产生可育的后代代，这种现象叫生殖隔离。，这种现象叫生殖隔离。2 2、生殖隔离：、生殖隔离：东北虎和华南虎之东北虎和华南虎之间存在什么隔离？间存在什么隔离？由于地理上的障碍使得同由于地理上的障碍使得同种生物的不同种群间种生物的不同种群间不能够不能够发生基因交流发生基因交流的现象。的现象。4 4、隔离在物种形成中的作用、隔离在物种形成中的作用隔离隔离 不同种群间的个体，在自然条件下不能发不同种群间的个体，在自然条件下不能发生生基因交流基因交流的现象。的现象。地理隔离地理隔离生殖隔离生殖隔离长期长期加拉帕戈斯群岛的地雀加拉帕戈斯群岛的地雀 由于地理隔离而形成生殖隔离，形成了不由于地理隔离而形成生殖隔离，形成了不同的物种。同的物种。其过程十分缓慢其过程十分缓慢!物种形成的比较常见的方式：物种形成的比较常见的方式：不同小岛上的植被不同，不同小岛上的植被不同，果实大小不同所致。果实大小不同所致。自然选择自然选择2 2自然选择自然选择1 1地理地理隔离隔离物种形成的比较常见的方式：物种形成的比较常见的方式：原原种种变异变异1 1变异变异2 2基因频率的定向改变基因频率的定向改变变异变异类型类型1 1变异变异类型类型2 2新物种新物种新物种新物种生殖生殖 隔离隔离隔离隔离是物种形成的是物种形成的必要条件必要条件。1 1、突变和基因重组突变和基因重组产生进化的原材料产生进化的原材料2 2、自然选择自然选择决定生物进化的方向决定生物进化的方向(定向定向)3 3、隔离隔离导致物种的形成导致物种的形成 在自然界，一种植物专在自然界，一种植物专门由一种昆虫传粉的情形很门由一种昆虫传粉的情形很常见，昆虫传粉的专门化对常见，昆虫传粉的专门化对植物繁衍后代有什么意义？植物繁衍后代有什么意义？.共同进化共同进化捕食者捕食者的存在的存在是不是是不是对被捕对被捕食者有食者有害无益害无益呢？呢？捕捕食食共同进化的含义共同进化的含义1：不同物种间的共同进化不同物种间的共同进化根瘤菌：根瘤菌：与豆科植物共生，与豆科植物共生，形成根瘤并固定空气形成根瘤并固定空气中的氮气供植物营养中的氮气供植物营养的一类杆状细菌。的一类杆状细菌。地球形成地球形成时原始大气时原始大气中是没有氧中是没有氧气的，但是气的，但是随着光合细随着光合细菌的出现，菌的出现，使得大气中使得大气中有了氧气有了氧气共同进化的含义共同进化的含义2：生物和无机环境间也存在共同进化。生物和无机环境间也存在共同进化。不同物种之间，生物与无机环境之间在相互不同物种之间，生物与无机环境之间在相互影响中不断进化和发展，这就是影响中不断进化和发展，这就是共同进化共同进化。通过漫长的共同进化过程，地球上不仅出现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系统，也就是形成了生物的多样性综上所述：综上所述：2 2、生物多样性的形成、生物多样性的形成（1 1）生物多样性的内容：）生物多样性的内容：物种多样性物种多样性 基因多样性基因多样性生态系多样性生态系多样性化石化石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是研究生物进化最直接的证据接的证据（2 2）生物多样性的形成的进化历程）生物多样性的形成的进化历程最早的生物化石古细菌（距今最早的生物化石古细菌（距今35亿年）亿年）最早出现的生物是哪一类生物？最早出现的生物是哪一类生物？它们生活在什么环境中？它们生活在什么环境中？厌氧的单细胞生物，厌氧的单细胞生物，它们生活海洋中。它们生活海洋中。1313亿年前真核生物亿年前真核生物的红藻化石的红藻化石34亿年前的古细胞化石前寒武纪地层中的水母化石 前寒武纪生物前寒武纪生物寒武纪之前寒武纪之前(前寒前寒武纪武纪)，地球上的生命，地球上的生命都是非常低级的，主都是非常低级的，主要是一些单细胞生物、要是一些单细胞生物、环节动物、节肢动物环节动物、节肢动物等。等。多细胞生物大约是什么时期出现的？多细胞生物大约是什么时期出现的？它们生活在什么环境？它们生活在什么环境？大约是在寒武纪，生活在海洋中。大约是在寒武纪，生活在海洋中。早古生代生物早古生代生物（寒武纪）（寒武纪）进入早古生代，一些大型的古生物相继出现，如三进入早古生代，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的寒武纪生物群.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还是动物？为什么？植物，否则动物登陆后就会饿死。植物，否则动物登陆后就会饿死。一些海洋植物开始适应陆地生活，主要是一些海洋植物开始适应陆地生活，主要是蕨类植物。蕨类植物。陆地上还是一陆地上还是一片荒芜，生物都生片荒芜，生物都生活在海洋中。活在海洋中。寒武纪时地寒武纪时地球上的生态系统球上的生态系统有什么特点？有什么特点？中生代生物中生代生物中生代三叠纪生物复苏中生代三叠纪生物复苏,开始出现水生爬行动物，如开始出现水生爬行动物，如鱼龙、蛇颈龙等；鱼龙、蛇颈龙等；侏罗纪侏罗纪是恐龙的天下，发现始祖鸟、是恐龙的天下，发现始祖鸟、中华龙鸟等，昆虫类也开始繁盛；白垩纪末期也是生物中华龙鸟等，昆虫类也开始繁盛；白垩纪末期也是生物的灭绝时期，但开始出现被子植物的灭绝时期，但开始出现被子植物中生代陆地和海洋中的情况中生代陆地和海洋中的情况始祖鸟始祖鸟新新生生代代少少女女化化石石和和复复原原图图 在白垩纪全部绝在白垩纪全部绝灭。恐龙的绝灭有利灭。恐龙的绝灭有利于哺乳动物的繁盛，于哺乳动物的繁盛，使生物进化翻开了崭使生物进化翻开了崭新的一页。新的一页。恐龙是什么时候恐龙是什么时候灭绝的？恐龙的灭绝灭绝的？恐龙的灭绝对生物多样性会产生对生物多样性会产生怎样的影响？怎样的影响？生物的进化历程可概括为：生物的进化历程可概括为：从原核生物到真核生物，从从原核生物到真核生物，从无性生殖到有性生殖，由简单到无性生殖到有性生殖，由简单到复杂，由水生到陆生，由低等到复杂，由水生到陆生，由低等到高等。高等。3 3、生物进化理论的不断发展、生物进化理论的不断发展生物进化是如此复杂的，现有的进化理生物进化是如此复杂的，现有的进化理论所不能解释的问题比已经解释的问题还要论所不能解释的问题比已经解释的问题还要多，因此现代生物进化理论是不断发展的。多，因此现代生物进化理论是不断发展的。中性进化理论：中性进化理论：“间断平衡学间断平衡学”理论：理论：v_是生物进化的基本单位是生物进化的基本单位v生物进化的实质是生物进化的实质是_v突变和基因重组产生进化的突变和基因重组产生进化的_v_决定生物进化的方向决定生物进化的方向v_是物种形成的必要条件是物种形成的必要条件v共同进化与生物多样性的形成共同进化与生物多样性的形成种群种群原材料原材料自然选择自然选择隔离隔离种群基因频率发生定向改变种群基因频率发生定向改变课堂小结课堂小结课堂小结课堂小结现代生物进化理论的主要内容现代生物进化理论的主要内容现代生物进化理论的主要内容现代生物进化理论的主要内容