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七章二节进化论主要内容


第二节 现代生物进化理论的主要内容

一、种群基因频率的改变与生物进化 1.种群是生物进化的基本单位
生活在一定区域的同种生物的全部个体叫做

种群

种群的特点:种群中的个体可以彼此交配,并通过 繁殖将各自的基因传给后代。

基因库:一个种群中全部个体所含有的全部 基因,叫做该种群的基

因库。
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例。 A(a)的频率 = A(a)的个数/基因A和a总数 A频率 + a频率 = 1 某种基因的基因频率=某种基因的纯合体频率+ 1/2杂合体频率 基因型频率=该基因型个体数/该种群个体总数

已知某昆虫翅的绿色由显性基因A控制,褐色由

隐性基因a控制。现从该种群中随机抽取100个个体,
测得基因型为AA、Aa、aa的个体数分别是30、60、10

个。求该种群基因A和a的频率。
100个个体基因的总数是200个 A的频率 = (30×2 + 60 )/ 200 = 60% a的频率 = (60 + 10×2 )/ 200 = 40% 或a的频率 = 1 – 60% = 40%

问题:若干代以后,该种群的基因频率会不会发生 改变?(填下表)。

0.3 0.6 0.1 AA_______ Aa________ aa______ 0.3 0.3 0.3 0.1 0.36 0.48 a 0.16 配子的比率 A________ A ____ a_______ ____ 0.4 0.6
P基因型频 率 F基因型频 AA______ Aa_________ aa______ 如果该种群是一个非常大的群体,各雌雄个体 率 之间可以自由交配的话,就有下列 9种交配方式 : F 基因频率 A _________ a ________

问题:从上表数据可知,后代的基因频率不变, 事实可能吗?

×

F1

0.3AA

×0.6Aa ×0.1aa ×0.3AA × ×0.1aa ×0.3AA ×0.6Aa

AA 0.09 0.09

Aa 0.09 0.03 0.09 0.18 0.03 0.03 0.03

aa

0.6Aa

0.09 0.09

0.09 0.03

0.1aa

×

0.03 0.01

F1的基因型频率 AA=0.36、Aa=0.48、aa=0.16

用数学方法讨论基因频率的变化 ——遗传平衡定律 如果一个种群能保证下列五个条件: ①该种群非常大;

②所有的雌雄个体都能自由交配;
③没有迁入和迁出; ④自然选择对不同表现型的个体没有作用; ⑤每对基因不发生突变,并且携带每对基因的染色体 不发生变异。 这个种群的基因频率

就可以一代代稳定不变,保持平衡。这就是遗传平

衡定律,也称 哈代—温伯格平衡。

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 。
即: AA的基因型频率=p2; aa的基因型频率=q2; Aa的基因型频率=2pq。

1、某工厂有男女职工各200名,对他们进行调查时发 现,女性色盲基因的携带者为15人,患者5人,男性 患者11人,那么这个群体中色盲基因的频率是多少?

6%

(15+5×2+11)/(200女×2+200男× 1)

2、一种蛾中控制浅颜色的等位基因是隐性的,控制 深颜色的等位基因是显性的。假设一个种群中有640 只浅色的蛾和360只深色的蛾,群体呈遗传平衡,那 么有多少只杂合子的蛾? 320只 因,aa=q2=640/(640+360)=0.64→a=q=0.8 又因q+p=1,则A=p=1-q=1-0.8=0.2 →Aa=2pq=2×0.8×0.2=0.32 →Aa的个体数=0.32×(640只+360只)=320只

3、在一个种群中随机抽出一定数量的个体,其 中基因型AA的个体占24%,基因型Aa的个体占 72%,基因型aa的个体占4%,那么基因A和a的频 率分别为( D ) A、24% C、57% 72% 43% B、36% D、60% 64% 40%

提示:

50%Aa→50%(1/4AA 1/2Aa →12.5%AA 12.5%aa

1/4aa)

4、在某植物种群中随机抽样调查得知,其中基因 型为AA的个体占30%,基因型为aa的个体占20%, 则:该种群中基因A和a的基因频率依次是

55% 和45%。
若该植物自交,后代中基因型为AA、aa的个体分 别占 42.5% 和 32.5% 此时,基因A和a的基因频 率依次 是 55% 和 45% 。根据现代生物进化理 论,你认为该植物在这两年中是否发生了进 没有进化 。由此可知,生物进化的实质 化? 是: 基因频率的改变 。

2.突变和基因重组产生进化的原材料
达尔文指出:可遗传的变异是生物进化的原材料。 可遗传的变异来源于基因突变、基因重组和染色体变 异(其中基因突变和染色体变异统称突变)。 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。
基因重组 多种多样 突变 新的等位基因 的基因型 种群中出现大量 变异是不定向的 可遗传的变异 形成了进化的原材料,不能决定生物进化的方向

基因突变频率很低,且大多是有害的。但种群个
体数是很多的,而每一个个体又有许多的基因,这样

每一代就会产生大量的突变。
例1:一个约有108个个体的果蝇种群,每个果蝇个体 约有104对基因,假定基因的突变频率都是10-5。这样 该种群每一代出现的基因突变数是: 2× 104 × 10-5 × 108 = 2× 107(个突变基因)

变异的害和利往往取决于生物的生存环 境,因此自然选择是定向。
例2:昆虫的有翅,如果突变成无翅,一般来说 是有害的,但在经常刮大风的海岛上,则可能是有利 的变异。

某海岛上的昆虫出 现残翅和无翅类型

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。

英19世纪曼彻斯特

英20世纪曼彻斯特

桦 尺 蠖 S(黑色) 基因频率: 5%以下 95%以上

桦 尺 蠖

由于突变和基因重组,桦尺蠖形成了不同的体色。

探究阅读教材116~117页“自然选择对种群基因频
率的影响”,并进行分析讨论相关问题。

假设由于环境改变(变黑),桦尺蠖的灰色不适应
环境而被淘汰,基因s频率不断降低,黑色适应 环境,生存的几率增大,通过自然选择使基因S 的频率升高。

计算假如种群中浅色个体每年减少10%,黑色个体
每年增加10%。第2-10年间,该种群每年的基 因型频率和每年的基因频率分别是多少。

计算2—6年间,SS、Ss、ss三种基因型个体的相对数量变化 相对 个体 数 基因型 年份
第 1 年 第 2 年 第 3 年 第 4 年 第 5 年 第 6 年

SS

10

11

12.1 13.3 14.6 16.1

Ss ss

20
70

22
63

24.2 26.6 29.3 32.2
56.7 51 45.9 41.3

计算SS、Ss、ss基因型频率及S、s基因频率
该基因型个体数 ① 基因型频率 = ×100% 种群个体总数

2 ? SS相对个体数 ? Ss相对个体数 ② S基因频率 = ×100% 2 ? 种群个体总数
③ s基因频率 = 1-S基因频率

将计算结果记录到下表
年份

频率
类别 基 因 型 频 率 基 因 频 率

第1年 第2年 第3年 第4年 第5年 第6年

SS

10%

11.5%

13%

14.6% 16.2%

18%

Ss
ss

20%
70%

22.9%
65.6%

26%
61%

29.2% 32.4%

36%

56.1% 51.1% 46.1%

S
s

20%
80%

23%
77%

26%
74%

29.3% 32.6% 35.9%
70.7% 67.4% 64%

讨论1:树干变黑会影响桦尺蠖种群中浅色个体的出 生率吗?为什么?
会,因为浅色不适应环境,在未产卵生殖之前 就有大量的个体可能被天敌所捕食,从而使其生殖

率下降。 讨论2:在自然选择过程中,直接受选择的是基因 型还是表现型?为什么?
是表现型。例如,天敌看到的是桦尺蠖的体色

而不是控制体色的基因。

3.自然选择决定生物进化的方向 在自然选择的作用下,种群的基因频率会 发生定向改变,导致生物朝着一定的方向不断 进化。 在自然选择的作用下,具有有利变异的个 体有更多的机会产生后代,种群中相应的基因 频率会不断提高;相反,具有不利变异的个体 留下后代的机会少,种群中相应的基因频率会 下降。 生物的变异是不定向的,自然选择是定向的。

种群中产生的变异是( 不定向 )的,经过长期 的自然选择,其中不利变异被不断淘汰,有利变异逐 渐( 积累 ),从而使种群的基因频率发生( 定向 ) 改变,导致生物朝向一定方向进化。可见,生物进化 的方向是由( 自然选择 )决定的。自然选择方向是 ( 定向 )的。

小结:
种群是生物进化的单位,也是生物繁殖的 单位。 影响基因频率的因素:
基因突变、基因重组和自然选择。

生物进化的实质就是:

种群基因频率发生定向变化的过程。

二、隔离与物种的形成 问题: 曼彻斯特地区的桦尺蠖的基因频率发生了很 大的改变,但是否形成了新的物种?为什么?
它们仍是同一个种,因未形成生殖隔离,还有 基因交流。

1、物种的概念
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”。

物种是生物学的概念; 物种是一个分类单位(是指在形态上相似的生 物个体的总和); 物种是一个遗传单位(是指一个具有共同基因 库的,与其他类群有生殖隔离的类群); 物种是一个生态单位(每个物种都占有一定的 区域)。
一个种群是同一物种,一个物种可以形成多个种群。

不同物种之间一般是不能相互交配的,即使交配 成功,也不能产生可育的后代,这种现象叫生殖隔离。

马和驴 是不是 一个物 种?

不是。因为马与驴交配产生的后代骡没有生殖能力。

同一个物种因地理因素分成许多不同的种群, 它们之间因不能相遇而相互不能进行基因交流,这

种现象称地理隔离。 例一个山谷中的一个鼠群被一条大河分成两个 地理隔离 。经过长时间以后, 种群,这种现象称_________ 大河干涸后,这两个种群再重新相遇时,却出现了 很大的差异,即形成了两个不同的物种,它们之间 已经形成了生殖隔离,此时它们之间还能进行自由 不能 。 交配吗?_____

东 北 虎
由于地理隔离形成了两个不同虎亚种。

华 南 虎

注:不同种群之间一旦产生生殖隔离,就不会有基 因交流了,于是就形成了两个不同的种。

1、蒙古丽亚人 (黄种人) 2、高加索人 (白种人) 3、尼格罗人 (黑种人) 4、澳大利亚人 (棕种人)
任何一个人种都 没有专有的基因, 各人种之间没有不 可逾越的界线,没 有生殖隔离。





地理环境不同产生的亚种。

2、隔离在物种形成中的作用
隔离 地理隔离 (形成新的亚种) 生殖隔离 (形成新的物种)

经过长期的地理隔离,不同种群在形态特征、 生活习性上有了显著的差异,若再次相遇仍能交配 和繁育后代,这样的不同种群称之为亚种。如东北 虎和华南虎,狼与狗属于不同的亚种。 在自然界中,新物种的形成往往要有( 隔离 )的 发生,隔离是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。

加拉帕戈斯群岛一的几种地雀 地理隔离导 致生殖隔离 较常见。 新物种形成 的标志: 生殖隔离 南 美 洲 地 雀

地理隔离

突变、基因重组、 生殖隔离 自然选择

新物种

资料分析 阅读教材120页“资料分析”并讨论: 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的突变情况是一样的吗?

为什么?
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。

物种形成:

某物种 地理 隔离 ①变异后改变的基因频率互不影响

某物种种群间的基因频率向不同的方向发展 ②不同环境的不同自然选择 种群间的基因库明显不同 生殖隔离 新物种

不定向变异 新物种 原 始 祖 先 地理隔离 生殖隔离

新物种 定向自然选择

物种形成的形式:
渐变式:是新种形成的主要形式。 继承式。 分化式。 爆发式:异源多倍体形成。 如普通小麦是自然形成的异源六倍体。

小结

以自然选择学说为核心的现代生物 进化理论的基本观点
种群

(1)生物进化的基本单位

种群基因频率的改变。 生物进化的实质 突变和基因重组—产生生物进化的原材 (2)新物 料。(内因) 种形成的三 自然选择—使种群的基因频率发生定向 个基本环节 的改变,(决定进化方向)。(外因) 隔离——新物种形成的必要条件。 (地理隔离是外因,生殖隔离是内因)

现代生物进化理论的基本内容也有四点: 1、种群是生物进化的单位; 2、突变和基因重组产生进化的原材料; 3、自然选择改变基因频率; 4、隔离导致物种形成。

回答下列问题: 以(自然选择学说 )为核心的现代生物进化理 论,其基本观点是(种群)是生物进化的基本单位, 生物进化的实质在于种群( 基因频率 )的改变。 (突变和基因重组 )、( 自然选择 )及 ( 隔离 )是物种形成过程的三个基本环节,通过它
们的综合作用,种群产生分化,最终导致新物种的形 成。在这个过中,( 突变和基因重组)产生生物进 化的原材料,( 自然选择 )使种群的基因频率定 向改变并决定生物进化的方向,( 隔离)是新物种形 成的必要条件。

END

1.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? 2.捕食者的存在是否对被捕食者有害无益?为什么? 3.什么是“精明的捕食者”策略?

三、共同进化与生物多样性的形成

1.共同进化
问题Ⅰ 根据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?
有关系,他们相互选择,共同进化。 问题Ⅱ 捕食者的存在对被捕食者的进化有什么

意义吗? 促进被捕食者种群的进化。

问题Ⅲ 生物的进化与环境的进化有什么关系吗?
生物的进化可以改变环境,而环境的改变又可 促进生物的进化。 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,这就是 共同进化。 生物进化的过程实际上是生物与生物、生物与 无机环境之间共同进化的过程,进化的结果导致生 物多样性的形成。

2.生物多样性的形成
基因多样性

生物多样性的三个层次

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 之后的20 亿年 15亿年前 5.7~5亿
出现古细菌 海洋中有少量的 蓝藻和细菌 海洋中出现真核 生物 海洋中无脊椎动 最早的生物化石 两极生态系统(只有 生产者和分解者) 出现有性生殖,进化速 度明显加快 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

年前

物物种大爆发

4亿年前

植物登陆(主要是蕨类) 随后出现了原始的两栖类 裸子植物和被子植物扮

改变了陆 地环境 逐渐形成了复

中生代→ 演了生产者中的主角, 新生代 鸟类、哺乳类等成为地 球上占优势的动物类群 简单→复杂 总的进化趋势 水生→陆生 低等→高等

杂多样的陆地
生态系统

1.有学者认为,突变大多是中性的(对生物体无益也
无害),自然选择对这些基因不起作用,这些基因经

2.生物进化理论在发展

过长期积累,导致种群间遗传物质出现较大的差别。
所以决定生物进化的方向是中性突变的积累,而不是 自然选择。 2.根据很多物种是在短时间内迅速形成的现象,有人

提出物种形成并不是渐变的过程,而是种群长期稳定
与迅速形成物种交替出现的过程。 以自然选择为核心的进化理论更为大多数学者所接受。


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