生物的進化(上課用)

1、第第7章章 現代生物進化理論現代生物進化理論 拉馬克：用進廢退？拉馬克：用進廢退？ 達爾文：物競天擇？達爾文：物競天擇？進化論創(chuàng)立的背景 人們普遍信仰基督教-自然神學 世界上各色的物種都是由上帝創(chuàng)造的, 不同的環(huán)境會有不同的物種并且兩者達到了完善、完美、和諧、適應狀態(tài), 物種不變。 達爾文鐘愛的妻子以及達爾文生命的早期都是虔誠的信徒。貝格爾號航?？疾熵惛駹柼柡胶？疾?收集第一手資料收集第一手資料實例解讀拉馬克的觀點實例解讀拉馬克的觀點 洞穴中的魚為什么常常是盲目的？洞穴中的魚為什么常常是盲目的？ 祖先生活在黑暗的環(huán)境中祖先生活在黑暗的環(huán)境中眼睛沒用眼睛沒用逐漸逐漸 退化退化盲目盲目遺傳給下一代

2、遺傳給下一代 長頸鹿只有長頸鹿只有7個頸椎，為什么頭頸特別長？個頸椎，為什么頭頸特別長？ 祖先生活在食物貧乏的環(huán)境中祖先生活在食物貧乏的環(huán)境中必須伸長頭頸必須伸長頭頸頭頸經常使用頭頸經常使用變長了變長了遺傳給下一代遺傳給下一代通過實例解讀達爾文的進化論通過實例解讀達爾文的進化論 長頸鹿只有長頸鹿只有7個頸椎，為什么頭頸特別長？個頸椎，為什么頭頸特別長？ 長長頸頸鹿鹿祖祖先先大量大量后代后代過度過度繁殖繁殖自然選擇自然選擇缺乏食缺乏食物環(huán)境物環(huán)境頭頸較頭頸較長個體長個體得以生得以生存繁殖存繁殖頭頸頭頸較長較長個體個體差異差異頭頸頭頸稍短稍短遺傳積累遺傳積累逐代選擇逐代選擇現現代代長長頸頸鹿鹿物種

3、起源物種起源達爾文的進化學說達爾文的進化學說 生物都有繁殖過剩的傾向生物都有繁殖過剩的傾向（一條鯡魚約產卵一條鯡魚約產卵30萬粒，一株煙草約結種子萬粒，一株煙草約結種子36萬粒萬粒） 由于生存空間和食物的有限而進行生存斗爭由于生存空間和食物的有限而進行生存斗爭（實際上能夠發(fā)育成為成體的是很小的一部分實際上能夠發(fā)育成為成體的是很小的一部分） 個體的性狀不同，個體對環(huán)境的適應能力有差異。個體的性狀不同，個體對環(huán)境的適應能力有差異。 那些具有有利變異的個體將存活下來，并繁殖后代，那些具有有利變異的個體將存活下來，并繁殖后代，不具有有利變異的個體就被淘汰不具有有利變異的個體就被淘汰 經過長期的自然選擇

4、，微小的變異就得到積累而成為經過長期的自然選擇，微小的變異就得到積累而成為顯著的變異，由此可能導致新物種的形成。顯著的變異，由此可能導致新物種的形成。例：按照達爾文的自然選擇學說進行評價，因果關系例：按照達爾文的自然選擇學說進行評價，因果關系正確的敘述是（正確的敘述是（ ）A.A.因長期不同眼睛，生活在地穴中的盲螈失去了視覺因長期不同眼睛，生活在地穴中的盲螈失去了視覺B.B.因長期舔食樹縫中的螞蟻，食蟻獸的舌很長因長期舔食樹縫中的螞蟻，食蟻獸的舌很長C.C.因長期的相互選擇，狼與鹿的奔跑速度都很快因長期的相互選擇，狼與鹿的奔跑速度都很快D.D.因生物對環(huán)境具有適應力，春小麥連年冬種就可因生物對

5、環(huán)境具有適應力，春小麥連年冬種就可 變成冬小麥變成冬小麥自然選擇學說的主要內容自然選擇學說的主要內容過度繁殖過度繁殖生存斗爭生存斗爭遺傳和變異遺傳和變異適者生存適者生存 達爾文把達爾文把適者生存，不適者被淘汰適者生存，不適者被淘汰的過程叫做的過程叫做自然選擇自然選擇。生物的繁殖能力總是大大地超過環(huán)境生物的繁殖能力總是大大地超過環(huán)境的承載能力的承載能力生物個體之間的相互斗爭，以及生物生物個體之間的相互斗爭，以及生物與無機自然條件之間的斗爭的現象。與無機自然條件之間的斗爭的現象。生物的變異有的是有利于生存的，有生物的變異有的是有利于生存的，有的是不利于生存的。變異可以遺傳。的是不利于生存的。變異可

6、以遺傳。經生存斗爭，凡是生存下來的生物個經生存斗爭，凡是生存下來的生物個體都是對環(huán)境能適應的，而被淘汰的體都是對環(huán)境能適應的，而被淘汰的生物都是對環(huán)境不適應的。生物都是對環(huán)境不適應的。對自然選擇學說的評價對自然選擇學說的評價能夠科學的解釋生物進化的原因，以及能夠科學的解釋生物進化的原因，以及生物的多樣性和適應性，被恩格斯列為生物的多樣性和適應性，被恩格斯列為1919世紀自然科學的三大發(fā)現之一。世紀自然科學的三大發(fā)現之一。達爾文發(fā)表達爾文發(fā)表物種起源物種起源時，還沒有遺時，還沒有遺傳學的理論。因此，自然選擇學說傳學的理論。因此，自然選擇學說對遺傳對遺傳和變異的本質和變異的本質等問題，等問題，不能

7、做出科學的闡不能做出科學的闡述述。問問1、進化是好事還是壞事？對誰而、進化是好事還是壞事？對誰而言？言？問問2、進化的研究單位是個體還、進化的研究單位是個體還是群體？是群體？現代生物進化理論現代生物進化理論綜合進化論綜合進化論涉及的概念：涉及的概念：種群、物種、基因庫、基因頻率、基因型頻率、種群、物種、基因庫、基因頻率、基因型頻率、隔離、地理隔離、生殖隔離隔離、地理隔離、生殖隔離 、多樣性、統(tǒng)一性、多樣性、統(tǒng)一性1.1.種群是生物進化的單位種群是生物進化的單位 為什么種群是生物進化的單位？為什么種群是生物進化的單位？辨析概念辨析概念:1.一個池塘中的全部魚一個池塘中的全部魚2.一個池塘中的全部

8、鯉魚一個池塘中的全部鯉魚3.一片草地中的全部生物一片草地中的全部生物4.一片草地中全部蒲公英一片草地中全部蒲公英什么是種群？什么是種群？定義：生活在同一地點、同種生物全部個體的總和定義：生活在同一地點、同種生物全部個體的總和情景：情景： 某種昆蟲的個體一般不具抗藥性某種昆蟲的個體一般不具抗藥性aaaa。偶然出現一個。偶然出現一個抗藥性的變異個體抗藥性的變異個體AaAa，在使用殺蟲劑過程中，具有抗，在使用殺蟲劑過程中，具有抗藥性變異的個體能適應環(huán)境而生存。藥性變異的個體能適應環(huán)境而生存。問題問題: :1.1.這個有利變異的個體能永久的生存下去嗎？這個有利變異的個體能永久的生存下去嗎？2.2.有利

9、變異的基因有利變異的基因A A，怎樣才能世代傳遞下去？，怎樣才能世代傳遞下去？3.3.即使即使AaAa個體能夠繁殖，后代都是抗藥性的嗎？個體能夠繁殖，后代都是抗藥性的嗎？分析：分析：有利變異的基因只有在群體中，通過生殖才能世代延有利變異的基因只有在群體中，通過生殖才能世代延續(xù)。一個個體適應能力多強，如果他沒將基因傳遞給續(xù)。一個個體適應能力多強，如果他沒將基因傳遞給后代，它對進化沒有意義。另外后代，它對進化沒有意義。另外AaAa個體個體通過有性生殖通過有性生殖產生的后代，還會出現產生的后代，還會出現aaaa個體。個體。強化概念：強化概念：種群是進化單位、繁種群是進化單位、繁殖單位殖單位問：生物進

10、化的實質是什么？問：生物進化的實質是什么？問：這兩個種群變的是什么？問：這兩個種群變的是什么？基因庫和基因頻率基因庫和基因頻率 基因庫：基因庫： 一個種群中全部個體所含有的全部基因。一個種群中全部個體所含有的全部基因。只要這個種群不消亡，基因庫就能得以保持和發(fā)展。只要這個種群不消亡，基因庫就能得以保持和發(fā)展。 基因頻率：基因頻率： 指某個基因在整個種群基因庫中占全部等位基因指某個基因在整個種群基因庫中占全部等位基因 數的比例。數的比例。（1）通過種群不同基因型的個體數計算基因頻率）通過種群不同基因型的個體數計算基因頻率例例1：從某種群中隨機抽取：從某種群中隨機抽取100個個體，個個體， 測知基

11、因型測知基因型AA、Aa、aa的個體的個體 分別為分別為30、60和和10，則，則A和和a的的 基因頻率分別是多少？基因頻率分別是多少？A=（302+60）（2100）a= （102+60）（2100）如何計算基因頻率？如何計算基因頻率？每個個體每個個體含含2個基因個基因（2）通過種群中不同基因型頻率計算基因頻率）通過種群中不同基因型頻率計算基因頻率例例2 2：某種群中，基因型為：某種群中，基因型為AAAA的個體占的個體占18%18%，AaAa的個體的個體占占78%78%，aaaa的個體占的個體占4%4%，求，求A A和和a a的基因頻率。的基因頻率。A=（18%+1/278%）a= （4%

12、+1/278%）如何計算基因頻率？如何計算基因頻率？純合子基因型頻率加上純合子基因型頻率加上1/21/2雜合子基因型頻率之和雜合子基因型頻率之和如何計算基因頻率？如何計算基因頻率？例例3 3：某工廠有男女職工各：某工廠有男女職工各200200名，對他們進行調查時名，對他們進行調查時發(fā)現，女性色盲基因攜帶者為發(fā)現，女性色盲基因攜帶者為1515人，患者人，患者5 5人，男性人，男性患者患者1111人。那么這個群體中色盲基因的頻率為？人。那么這個群體中色盲基因的頻率為？ 15 + 52 + 112002 + 200Xb =Xb =Xb + XB Xb 基因頻率是否發(fā)生變化？基因頻率是否發(fā)生變化？假設

13、：假設：某種群所有個體全是某種群所有個體全是AAAA，有，有20%20%個體基因型由個體基因型由 AAAA突變成突變成AaAa。假設隨機交配。假設隨機交配計算：計算：F F1 1、F F2 2、F F3 3的基因頻率、基因型頻率的基因頻率、基因型頻率100%0%0%100%0%0%100%20%80%20%0%90%10%90%10%81%18%1%90%10%90%10%81%18%1%90%10%90%10%81%18%1%90%10%90%10%通過數學計算討論種群中基因型頻率和基因頻率的變化通過數學計算討論種群中基因型頻率和基因頻率的變化結果：結果：一個種群基因頻率，在上下代是穩(wěn)定不變

14、的。一個種群基因頻率，在上下代是穩(wěn)定不變的。質疑質疑：這種現象在自然界的種群中會發(fā)生嗎？：這種現象在自然界的種群中會發(fā)生嗎？ 分析：分析：樺尺蠖樺尺蠖種群中種群中S與與s基因頻率變化的原因？基因頻率變化的原因？18501850年前年前 s95% s95% ，S5% S5% 18981898年后年后 s5%s95%S95%2.2.生物進化實質是基因頻率的變化過程生物進化實質是基因頻率的變化過程 問：哪些因素會影響基因頻率的變化？問：哪些因素會影響基因頻率的變化？問：生物進化的實質？問：生物進化的實質？結論：結論：自然選擇對種群基因頻率有影響，自然選擇對種群基因頻率有影響，自然選擇的本質是影響種群

15、的基因頻率，自然選擇的本質是影響種群的基因頻率，使種群的基因頻率朝著一定的方向進化。使種群的基因頻率朝著一定的方向進化。影響基因頻率變化的因素影響基因頻率變化的因素質疑：質疑：還有哪些因素影響基因頻率的變化呢？還有哪些因素影響基因頻率的變化呢？回憶：回憶：已經學習的知識：可遺傳的變異已經學習的知識：可遺傳的變異拓展：拓展：基因遷移、遺傳漂變、不隨機交配基因遷移、遺傳漂變、不隨機交配影響基因頻率的因素哈迪哈迪溫伯格定律（遺傳平衡定律）溫伯格定律（遺傳平衡定律）1908年年 保持以下條件：保持以下條件： 種群較大種群較大隨機交配隨機交配無突變發(fā)生無突變發(fā)生無基因遷移無基因遷移無自然選擇無自然選擇若

16、種群中一等位基因為若種群中一等位基因為A A和和a a，設設p p為為A A基因頻率，基因頻率，q q為為a a基因頻率，基因頻率， （p pq q）= A% + a% =1= A% + a% =1則則 （p+qp+q）2 2 = p= p2 2+2pq+q+2pq+q2 2 =1 =1又因為在一種群中又因為在一種群中AA%+Aa%+aa%=1AA%+Aa%+aa%=1；則則 AA% = pAA% = p2 2 = A%= A%A%A% aa% = q aa% = q2 2 = a%= a%a%a% Aa% =2pq = 2 Aa% =2pq = 2A%A%a%a%結論：結論：基因頻率和基因型

17、基因頻率和基因型頻率逐代不變頻率逐代不變3.3.可遺傳的變異是生物進化的原材料可遺傳的變異是生物進化的原材料問題：問題：可遺傳的變異可以改變基因頻率，改變遺傳可遺傳的變異可以改變基因頻率，改變遺傳 平衡，這種改變與進化有什么關系？平衡，這種改變與進化有什么關系？分析：分析：突變突變新基因，有性生殖新基因，有性生殖新基因型和表現型新基因型和表現型結論：結論：可遺傳的變異不定性，不能決定進化的方向，可遺傳的變異不定性，不能決定進化的方向， 是生物進化的原材料。是生物進化的原材料。3.3.可遺傳的變異是生物進化的原材料可遺傳的變異是生物進化的原材料問題：問題：基因突變頻率低，能作為進化的原材料嗎？基

18、因突變頻率低，能作為進化的原材料嗎？計算：計算：果蠅約有果蠅約有2 210104 4個基因，每個基因的突變頻率個基因，每個基因的突變頻率 都是都是1010-5-5，一個果蠅種群約有，一個果蠅種群約有10109 9個果蠅，每一個果蠅，每一 代出現的基因突變個體數是多少？代出現的基因突變個體數是多少？結果：結果： 2 210107 7結論：結論：基因突變頻率低，種群是進化的單位。種群內基因突變頻率低，種群是進化的單位。種群內 有許多個體；每個個體的每一個細胞內有很多有許多個體；每個個體的每一個細胞內有很多 基因；因此每一代會產生大量的突變，可以作基因；因此每一代會產生大量的突變，可以作 為進化的原

19、材料。為進化的原材料。3.3.可遺傳的變異是生物進化的原材料可遺傳的變異是生物進化的原材料問題：問題：基因突變多數對生物有害，對進化有意義嗎？基因突變多數對生物有害，對進化有意義嗎？分析：分析：經常刮大風的海島上，無翅（殘翅）或翅膀經常刮大風的海島上，無翅（殘翅）或翅膀 非常發(fā)達的昆蟲特別多的原因非常發(fā)達的昆蟲特別多的原因結論：結論：突變的有利和有害并不是絕對的，它取決于突變的有利和有害并不是絕對的，它取決于 生物的生存環(huán)境生物的生存環(huán)境3.3.可遺傳的變異是生物進化的原材料可遺傳的變異是生物進化的原材料問題：問題：基因重組不能產生新的基因，能作為進化的基因重組不能產生新的基因，能作為進化的

20、原材料嗎？原材料嗎？分析：分析：基因重組的含義，通過基因重組如何產生基因重組的含義，通過基因重組如何產生 新基因型，新的表現型新基因型，新的表現型結論：結論：基因突變產生的等位基因，通過基因重組，基因突變產生的等位基因，通過基因重組， 可以形成多種多樣的基因型，從而使種群可以形成多種多樣的基因型，從而使種群 中出現大量的可遺傳變異。中出現大量的可遺傳變異。4.4.自然選擇決定生物進化的方向自然選擇決定生物進化的方向 進化的方向？進化的方向？5.5.隔離與物種的形成隔離與物種的形成 什么是物種？什么是物種？ 物種是如何形成的？物種是如何形成的？ 物種形成與進化的關系？物種形成與進化的關系？什么是

21、物種？什么是物種？ 邁爾（邁爾（Mayr, E. Mayr, E. ，19821982）給物種下的定義是：）給物種下的定義是： 物種是由種群所組成的生殖單元（和其它單元在生物種是由種群所組成的生殖單元（和其它單元在生殖上隔離著），它在自然界中占有一定的生境地位。殖上隔離著），它在自然界中占有一定的生境地位。 有兩個特征：一個是生境占有（分布在一定的自然有兩個特征：一個是生境占有（分布在一定的自然區(qū)域）；另一個是生殖隔離（自然狀態(tài)下能夠相互區(qū)域）；另一個是生殖隔離（自然狀態(tài)下能夠相互交配和繁殖產生后代）交配和繁殖產生后代） 教材：把能夠在自然狀態(tài)下相互交配并且產生可育教材：把能夠在自然狀態(tài)下相互

22、交配并且產生可育后代的一群生物稱為一個物種。后代的一群生物稱為一個物種。驢驢騾騾馬馬騾子是不育的，騾子是不育的，馬和驢是兩個物種馬和驢是兩個物種物種物種1物種物種2種群種群2種群種群1基因交流基因交流基因交流基因交流生殖隔離生殖隔離種群：同地、同種生物。種群：同地、同種生物。生活區(qū)域：同一地點生活區(qū)域：同一地點物種：可交配、產生可育后代物種：可交配、產生可育后代 一群生物。一群生物。生活區(qū)域：一定自然區(qū)域生活區(qū)域：一定自然區(qū)域 物種物種無時空之制約。種群無時空之制約。種群指一定時空范圍指一定時空范圍 之內的同種生物。這個時空范圍，又往往與研究者之內的同種生物。這個時空范圍，又往往與研究者 的研

23、究范圍有關。的研究范圍有關。物種是如何形成的？物種是如何形成的？問題：問題：（曼）樺尺蠖沒有形成新物種的原因是什么？（曼）樺尺蠖沒有形成新物種的原因是什么？分析分析： 加拉帕戈斯群島生活的加拉帕戈斯群島生活的13種地雀種地雀（地理位置、生活環(huán)境、產生的變異情況、自然選擇情況、基因庫變化情況）（地理位置、生活環(huán)境、產生的變異情況、自然選擇情況、基因庫變化情況）物種是如何形成的？物種是如何形成的？總結：總結：異地物種的形成方式異地物種的形成方式（這種形成新物種的方式就是（這種形成新物種的方式就是“適應輻射適應輻射”，就是，就是“趨異進化趨異進化”）地理隔離基因無法交流種群種群1變異種群種群2物種物

24、種1出現生殖隔離物種物種2基因頻率定向改變較長進化過程較長進化過程種群種群1物種物種種群種群2亞種亞種1亞種亞種2（經過長期地理隔離而達到生殖隔離）（經過長期地理隔離而達到生殖隔離） 認同：認同：隔離在物種形成過程中重要作用隔離在物種形成過程中重要作用 隔離是物種形成的重要條件隔離是物種形成的重要條件隔隔 離離 隔離：不同種群間的個體，在自然條件下基因隔離：不同種群間的個體，在自然條件下基因 不能自由交流的現象不能自由交流的現象 地理隔離：同種生物由于地理上的障礙而分成不同地理隔離：同種生物由于地理上的障礙而分成不同 種群，使種群間不能發(fā)生基因交流的現象。種群，使種群間不能發(fā)生基因交流的現象。

25、 物種形成的量變階段物種形成的量變階段 生殖隔離：不同物種之間一般不能交配，及時交配生殖隔離：不同物種之間一般不能交配，及時交配 成功，也不能產生可育后代的現象。成功，也不能產生可育后代的現象。（生態(tài)隔離、季節(jié)隔離、行為隔離、機械隔離、配子隔離；雜種不活、雜種不育、雜種敗育（生態(tài)隔離、季節(jié)隔離、行為隔離、機械隔離、配子隔離；雜種不活、雜種不育、雜種敗育） 物種形成的質變階段物種形成的質變階段同地物種的形成同地物種的形成分析異源多倍體的形成過程分析異源多倍體的形成過程P: 小麥小麥 x 黑麥黑麥 6N 2NF1： 4N（不育）（不育） 秋水仙素處理秋水仙素處理 8N（八倍體小黑麥）（八倍體小黑麥

26、）（新物種（新物種） （可育、穗大粒重、抗病性強、營養(yǎng)品質好（可育、穗大粒重、抗病性強、營養(yǎng)品質好 ）不通過地理隔離不通過地理隔離直接產生新物種直接產生新物種（二）生物進化與生物多樣性的形成（二）生物進化與生物多樣性的形成提示一：提示一： 從物種與物種之間以及生物與環(huán)境之間兩個角度從物種與物種之間以及生物與環(huán)境之間兩個角度理解協(xié)同進化。理解協(xié)同進化。（1）物種之間的協(xié)同進化：）物種之間的協(xié)同進化： 由于物種之間生態(tài)關系的牽制作用，由于物種之間生態(tài)關系的牽制作用， 如：草原上捕食者獅子和被捕食者斑馬之間；如：草原上捕食者獅子和被捕食者斑馬之間； 傳粉昆蟲和被傳粉的植物之間。傳粉昆蟲和被傳粉的植物

27、之間。（2）生物與無機環(huán)境的協(xié)同進化：）生物與無機環(huán)境的協(xié)同進化： 把整個生物圈看成一個整體，通過分析寒武紀生把整個生物圈看成一個整體，通過分析寒武紀生物大爆發(fā)使學生理解生物與環(huán)境的協(xié)同進化關系。物大爆發(fā)使學生理解生物與環(huán)境的協(xié)同進化關系。 協(xié)同進化的資料（協(xié)同進化的資料（2 2）協(xié)同進化的資料（協(xié)同進化的資料（1） 達爾文發(fā)現一種蘭花長著細長的達爾文發(fā)現一種蘭花長著細長的花矩，花矩的頂端貯存著花蜜，可以花矩，花矩的頂端貯存著花蜜，可以為傳粉的昆蟲提供食物。為傳粉的昆蟲提供食物。 他認為這種花的形成絕不是偶然的，他認為這種花的形成絕不是偶然的，肯定存在這樣的昆蟲，它們生有同樣肯定存在這樣的昆蟲

28、，它們生有同樣細長的吸管似的口器，可以從花矩中細長的吸管似的口器，可以從花矩中吸到花蜜。否則這種花就不能很好地吸到花蜜。否則這種花就不能很好地完成傳粉，這一物種也就不可能存在。完成傳粉，這一物種也就不可能存在。5050年后，研究人員發(fā)現了這樣的蛾類年后，研究人員發(fā)現了這樣的蛾類昆蟲。昆蟲。協(xié)同進化的資料（協(xié)同進化的資料（3 3） 動物學家對生活在非洲大草原奧蘭治河兩岸的羚羊動物學家對生活在非洲大草原奧蘭治河兩岸的羚羊進行研究時發(fā)現，東岸的羚羊群的奔跑速度比西岸進行研究時發(fā)現，東岸的羚羊群的奔跑速度比西岸的羚羊每分鐘竟快的羚羊每分鐘竟快1313米。為何差距如此之大？米。為何差距如此之大？ 經過觀察和科學實驗，動物學家終于明白，東岸的經過觀察和科學實驗，動物學家終于明