现代生物进化理论的内容(上课用).ppt

单击此处编辑母版标题样式,单击此处编辑母版文本样式,第二级,第三级,第四级,第五级,*,第七章 现代生物进化理论,7.2,现代生物进化理论的主要内容,1,幼 虎,把自己想象成虎体内的一个基因。你不仅不愿意自己在虎的后代中消失，而且想让越来越多的虎拥有自己的拷贝。你怎样才能达到这一目的呢？你将选择做什么样的基因？,一个基因所控制的性状对个体生存和繁殖后代的贡献越大,拥有该基因的个体的可能越多,!,当然就会使越来越多的虎拥有自己的拷贝,!,问题探讨,2,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，仅研究个体的表现型是否与环境相适应是不够的，还必须研究,群体,基因组成的变化。,这个群体就是,种群！,3,一、种群基因频率的改变与生物进化,种群是生物进化的基本单位,突变和基因重组产生进化的原材料,自然选择决定生物进化的方向,隔离导致物种形成,4,（一）种群是生物进化的基本单位,1,、种群概念：,生活在,一定区域,的,同种生物,的,全部个体,。,卧龙自然保护区 猕猴,5,判断下列是否属于种群,（,1,）一个池塘中的全部鱼,（,2,）一个池塘中的全部鲤鱼,（,3,）两个池塘内的全部青蛙,（,4,）一片草地上的全部植物,（,5,）一片草地上的成年梅花鹿,庙里的一群和尚也属于种群吗？,否,是,否,否,否,6,2,、种群的特点：,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,。,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。,7,思考：,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？,8,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。,9,3,、基因库：,一个种群,中,全部个体,所含有的,全部基因,。,这些金鱼各自有自己的基因，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。,10,4,、基因频率：,在一个种群基因库中，某个基因占全部等位基因数的比率。,基因频率,该基因的总数,该等位基因的总数,11,例,1:,如某昆虫种群中决定翅色为绿色的基因为A，决定翅色为褐色的基因为a，,从种群中随机抽出,100,个个体，测知基因型为,AA,、,Aa,和,aa,的个体分别是,30,、,60,和,10,个。那么,A,和,a,的基因频率是多少,?,解,:,A,基因的基因频率为,:,a,基因的基因频率为：,基因频率,=,某基因的数目,该基因的等位基因的总数,纯合子频率,+1/2,杂合子频率,40%,30/100100%,+1/260/100100%=60%,10/100100%,+1/260/100100%=40%,A%=,100%,2AA,Aa,2(AA,Aa,aa),a%=,100%,=60%,2aa,Aa,2(AA,Aa,aa),100%,A%=,a%=,基因频率,=,12,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。,解,:,100%,52,15,11,200,2,200,Xb,%=,=6%,XB,%=16%,=94%,13,14,亲代基因型,的频率,AA(30%),Aa60%),aa(10%),配子的比率,A(),A(),a(),a(),子代基因型,频率,AA(),Aa(),aa(),子代基因频率,A(),a(),30%,30%,30%,10%,36%,48%,16%,60%,40%,p+q=1,(p+q),2,=p,2,+2pq+q,2,=1,AA=p,2,Aa=2pq aa=q,2,P,表示基因,A,的频率，,q,表示基因,a,的频率,15,卵子,a 40%,A 60%,精子,A 60%,a 40%,AA,36%,Aa,24%,24%,Aa,aa,16%,16,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%,40%,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？,16%,60%,36%,48%,40%,16%,60%,36%,48%,40%,16%,60%,17,由此可见，如果满足上述五个条件，则亲代和子代每一种基因的频率都不会改变，到再下一代也是如此，也就是说基因频率可以代代保持稳定不变。这就是,哈,迪,温伯格平衡,，也叫遗传平衡定律。它是指在一个,极大的随机交配,的种群中，在,没有突变、选择和迁移,的条件下，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,。,18,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。,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？特别是如果第点假设（,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。,19,如果该种群出现新的突变型，也就是产生新的等位基因（,A,2,），种群的基因频率会变化吗？基因,A,2,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,A,2,的频率是增加还是减少，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。,20,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。,通过讨论基因频率的变化可以认识到，自然界中种群的基因频率一定会发生变化，也就是说种群的进化是必然的。,21,（二）突变和基因重组产生生物进化的原材料,基因突变和染色体变异统称为,突变,。,基因突变在自然界是普遍存在的，因此基因突变产生,新的等位基因,，这就可能使种群的基因频率发生变化。,不可遗传变异,可遗传变异,基因突变,基因重组,染色体变异,变异,22,自然界中生物的自然突变频率很低，而且一般对生物体是有害的。为什么还能够改变种群中的基因频率呢？,种群是由许多个体组成的，每个个体的每一个细胞内都有成千上万个基因，这样，每一代就会产生大量的突变。,23,例如：一个果蝇约有,10,4,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,10,8,个个体），那么每一代出现基因突变数是多少呢？,2 10,4,10,5,个体,10,8,种群,=2 10,7,1,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,24,突变的有害还是有利也不是绝对的，这往往取决于生物的生存环境。,25,基因重组,基因突变,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,不定向,的,形成了,进化的原材料,不能决定生物进化的方向,26,人类把鲫鱼的后代培育成金鱼，实质就是通过选择改变基因频率。从图中看显然红色基因的频率显著提高了。,27,长满地衣的树干上的桦尺蠖,黑褐色树干上的桦尺蠖,自然选择对种群基因频率的影响,英,19,世纪曼彻斯特,英,20,世纪曼彻斯特,自然选择可以使种群的基因频率定向改变,问题：,桦尺蠖种群中,s,基因的频率为什么越来越低？,假设：,根据前面所学的你能做出假设吗？,探究,28,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%,13.1%,升高,26%,60.9%,26.1%,73.9%,14.6%,29.3%,56.1%,29.3%,70.7%,降低,29,提示：假设第,1,年种群个体数为,100,个，当黑色（表现型）个体每年增加,10%,时，基因型为,SS,（黑色）个体第,2,年将会增加到,11,个，基因型为,Ss,（黑色）个体第,2,年将增加到,22,个，基因型为,ss,（浅色）个体第,2,年将减少到,63,个。第,2,年种群个体总数为,96,个，,基因型,SS,的频率是,1196=11.5%,；,基因型,Ss,的频率是,2296=22.9%,；,基因型,ss,的频率是,6396=65.6%,30,(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。,有影响。,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。,31,（三）自然选择决定了生物进化的方向,突变和基因重组为生物进化提供了原材料，自然选择可以使基因频率发生定向改变，导致生物朝着一定的方向不断进化。,原因：淘汰不利变异基因，积累有利变异基因。,结果：使基因频率定向改变。,32,课后练习,（,P118,）,基础题,1.C,。,2.C,。,3.C,。,4.,突变和基因重组产生进化的原材料。如果没有突变，就不可能产生新的等位基因，基因重组也就没有意义，生物就不可能产生可遗传的变异，也就不可能进化。,拓展题,1.,如选择育种和杂交育种。,2.,如果气候等其他条件也合适，并且这个种群具有一定的繁殖能力，该种群的个体数会迅速增加。否则，也可能仍然处于濒危状态甚至绝灭。,33,二、隔离与物种的形成,34,1,、物种的概念：,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，简称“种”。,一个生物“种”或“物种”与种群有何区别？,物种,是生物的种类,可以分布在自然界的不同区域；,而,种群,是,一定区域内的,全部,同种个体的集合。,如：鲫鱼是一个,物种，,湘江中的鲫鱼是一个,种群。,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。,35,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。,同样，所有的马是一个物种，所有的驴也是一个物种。但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。,全世界的人都是一个物种吗？,马跟驴是一个物种吗？,36,3,、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。,如季节隔离；不亲合性；杂种不活；杂种不育等。,2,、生殖隔离：,东北虎和华南虎之间存在什么隔离？,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。,374,、隔离在物种形成中的作用,隔离,不同种群间的个体，在自然条件下不能发生,基因交流,的现象。,38,资料分析,39,1.,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.,不一样。因为突变是随机发生的。,3.,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.,不会。因为个体间有基因的交流。,40,地理隔离,生殖隔离,长期,加拉帕戈斯群岛的地雀,由于地理隔离而形成生殖隔离，形成了不同的物种。,其过程十分缓慢,!,物种形成的比较常见的方式：,不同小岛上的植被不同，果实大小不同所致。,41,自然选择,2,自然选择,1,地理隔离,物种形成的比较常见的方式：,原种,变异,1,变异,2,基因频率的定向改变,变异类型,1,变异类型,2,新物种,新物种,生殖 隔离,42,地理隔离,阻断基因交流,在不同的突变基因重组和自然选择作用下,基因频率向不同方向发生改变,种群的基因库出现差异,差异进一步加大,生殖隔离,新物种形成,43,地理隔离,是形成物种的,量变,阶段，,生殖隔离,是形成物种的,质变,阶段，,隔离,是物种形成的,必要条件,。,不同物种间都存在着生殖隔离,物种的形成必须经过,生殖隔离,，但不一定要经过地理隔离。,44,旁栏思考题,（,P118,）,最先在裸露的岩石上生长的植物往往是地衣，地衣的出现促进岩石的分解，形成土壤，为苔藓植物的生长创造条件。,45,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,3,、,隔离,导致物种的形成,46,课后练习,（,P121,）,基础题,1.,（,1,）；（,2,）；（,3,）。,2.,生活在峡谷北侧的种群发生了突变，由于突变的随机性，同样的突变没有发生在峡谷南侧的种群中。由于这两个种群被河流隔开，彼此没有交配的机会，也就是没有基因的交流，所以两个种群发生明显的分化，有可能演变成两个物种。,47,拓展题,雄虎和雌狮杂交生出的后代是虎狮兽，雄狮和雌虎杂交生出的后代是狮虎兽。目前还没有虎狮兽和狮虎兽交配并生出可育后代的证据。,对于让虎和狮杂交的做法，有专家认为这在科学研究上价值不大，但是在商业上具有一定价值。有专家认为，对待野生珍稀动物，人类最应当做的是进行保护，让它们自然繁殖，而不是人为改变其自然繁殖体系。,48,技能训练,（,P122,）,1.,假说甲：红褐色鱼和金黄色鱼起源于同一种灰色鱼。假说乙：湖,中原来只有红褐色鱼，湖,中原来只有金黄色鱼，发洪水时，这两个湖中的鱼发生混杂在一起。,2.,假说甲没有考虑到隔离在物种形成中的作用，也没有考虑洪水的作用。,3.,这一证据支持假说乙。,4.,如果红褐色鱼和金黄色鱼不能杂交，或杂交后不能产生可育后代，说明它们不是一个物种。,49,三、共同进化与生物多样性的形成,50,51,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？,.,共同进化,52,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。,53,资料：,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。,54,捕食者的存在是不是对被捕食者有害无益呢？,捕食,55,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：,捕食者一般不能将所有的猎物吃掉，否则自己也无法生存。,“,收割理论,”,：,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,56,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,进而出现好氧生物。,共同进化的含义,2,：,生物和无机环境间也存在共同进化。,57,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,。,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,综上所述：,58,2,、生物多样性的形成,（,1,）生物多样性的内容：,物种多样性,基因多样性,生态系统多样性,59,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接的证据,（,2,）生物多样性的形成的进化历程,60,最早的生物化石古细菌（距今,35,亿年）,最早出现的生物是哪一类生物？,它们生活在什么环境中？,厌氧的单细胞生物，它们生活海洋中。,61,13,亿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,前寒武纪生物,寒武纪之前,(,前寒武纪,),，地球上的生命都是非常低级的，主要是一些单细胞生物、环节动物、节肢动物等。,62,多细胞生物大约是什么时期出现的？它们生活在什么环境？,大约是在寒武纪，生活在海洋中。,63,早古生代生物,（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,.,64,65,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。,一些海洋植物开始适应陆地生活，主要是蕨类植物。,66,陆地上还是一片荒芜，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？,67,中生代生物,中生代三叠纪生物复苏,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，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的灭绝时期，但开始出现被子植物,。,68,中生代陆地和海洋中的情况,69,70,始祖鸟,71,恐龙是在中生代后期绝灭的。,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？,72,新生代少女化石和复原图,73,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,。,74,3,、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。,中性进化理论：,“,间断平衡学”理论：,75,课后练习,（,P126,）,基础题,1.,（,1,）；（,2,）,；（,3,）,;,2.C,。,3.,有性生殖的出现，使基因重组得以实现，增加了生物变异的多样性，因而使生物进化的速度明显加快。,拓展题,1.,假如那样，生物界纷繁复杂的现象就很难用统一的观点和理论来解释，作为生物学基本观点之一的进化观点将难以建立，生物学就不可能形成现在这样一个科学的框架体系，学习生物学将缺少基本观点和方法的指导和统领。,76,2.,生态指的是生物与环境的相互关系，进化指的是生物界的历史演变；如果把进化看做由各种生物表演的一部历史剧，那么，上演这部历史剧的舞台就是生物与环境之间复杂的相互关系。物种进化的表演受舞台背景的制约，舞台背景也要与上演的内容相协调。,77,自我检测,（,P129,）,一、概念检测,判断题,1.,。,2.,。,3.,。,4.,。,选择题,1.A,。,2.C,。,画概念图,78,二、知识迁移,1.,这两个种群属于同一个物种，因为未出现生殖隔离。,2.,按照达尔文的自然选择学说，可以做如下解释：昆虫在繁殖过程中会产生各种可遗传的变异，其中就有抗药性强的变异。在未使用杀虫剂时，抗药性强的变异不是有利变异，这样的个体在生存斗争中不占优势；使用杀虫剂以后，抗药性弱的个体大量死亡，抗药性强的个体有机会产生更多的后代，一段时间以后，杀虫剂的杀虫效果就会下降。,79,三、技能应用,中间体色可能与环境色彩较接近，这样的个体不容易被捕食者发现，生存并繁殖后代的机会较多，相应的基因型频率较高。经过长期的自然选择，导致中间体色个体较多。,四、思维拓展,1.,不一定。进化过程中出现的新物种，有些是靠开辟环境中新的生存位置来生存和繁衍的，不一定就比原来的物种适应能力更强。例如，海洋中的生物登陆后，形成许多新物种，开辟了新的生存空间，但是不能说这些新物种比海洋藻类的适应能力强。,80,2.,与同种或类似的野生种类相比，家养动物的变异往往更多，这与人类根据自身的需要，采取的杂交育种等措施有关。,3.,假如达尔文接受了孟德尔的理论，他可能会摒弃获得性遗传的观点，对遗传和变异的原因做出较为科学的解释。,81,