河南科技大學(xué)生態(tài)學(xué)課件生物種及其變異與進(jìn)化

1、第四章 生物種及其變異(biny)與進(jìn)化4.1 生物種的概念4.2 物種的遺傳變異與選擇(xunz)4.3 物種形成7/21/20221第四章 生物種及其變異與進(jìn)化共四十九頁(yè)生物(shngw)多樣性簡(jiǎn)介遺傳多樣性，物種(wzhng)多樣性，生態(tài)系統(tǒng)多樣性7/21/20222第四章 生物種及其變異與進(jìn)化共四十九頁(yè)遺傳(ychun)多樣性7/21/20223第四章 生物(shngw)種及其變異與進(jìn)化共四十九頁(yè)7/21/20224第四章 生物(shngw)種及其變異與進(jìn)化共四十九頁(yè)7/21/20225第四章 生物(shngw)種及其變異與進(jìn)化共四十九頁(yè)7/21/20226第四章 生物(shngw)種

2、及其變異與進(jìn)化共四十九頁(yè)7/21/20227第四章 生物種及其變異(biny)與進(jìn)化共四十九頁(yè)物種(wzhng)多樣性7/21/20228第四章 生物種及其變異(biny)與進(jìn)化共四十九頁(yè)7/21/20229第四章 生物種及其變異(biny)與進(jìn)化共四十九頁(yè)7/21/202210第四章 生物種及其變異(biny)與進(jìn)化共四十九頁(yè)7/21/202211第四章 生物(shngw)種及其變異與進(jìn)化共四十九頁(yè)生態(tài)系統(tǒng)(shn ti x tn)多樣性7/21/202212第四章 生物種及其變異(biny)與進(jìn)化共四十九頁(yè)7/21/202213第四章 生物(shngw)種及其變異與進(jìn)化共四十九頁(yè)4.1 生

3、物(shngw)種的概念有生命的自然萬(wàn)物以物種（species）的形式存在，我們對(duì)生物多樣性的認(rèn)識(shí)就是從認(rèn)識(shí)物種開(kāi)始的。 林奈認(rèn)為(rnwi)，物種是由形態(tài)相似的個(gè)體組成，同種個(gè)體可自由交配，并能產(chǎn)生可育的后代，異種雜交則不育。 達(dá)爾文打破了物種不變的觀點(diǎn)，認(rèn)為一個(gè)物種可變?yōu)榱硪晃锓N，種間存在不同程度的親緣關(guān)系。 7/21/202214第四章 生物種及其變異與進(jìn)化共四十九頁(yè)美國(guó)生物進(jìn)化學(xué)家、哈弗大學(xué)教授E. Mayr（1982）提出生物學(xué)種的概念。物種是由許多群體組成的生殖單元(dnyun)（與其它單元(dnyun)生殖上隔離），它在自然界中占有一定的生境位置。 4.1 生物(shngw)種的

4、概念Ernst Mayr（1904-2004） 7/21/202215第四章 生物種及其變異與進(jìn)化共四十九頁(yè)種的性狀可分為兩類：基因型（genotype）和表型（phonotype），基因型是種的遺傳本質(zhì)，即生物性狀表現(xiàn)(bioxin)所必須具備的內(nèi)在因素；表型為與環(huán)境結(jié)合后實(shí)際表現(xiàn)(bioxin)出的可見(jiàn)性狀。一個(gè)種的性狀隨環(huán)境條件而改變的程度稱作該種的可塑性（plasticity）。植株的高低、葉子的大小、分支的多少等，屬于非遺傳性變異。另一類變異來(lái)自基因型的改變，主要是通過(guò)“突變”與基因的重組實(shí)現(xiàn)，這類變異是可以遺傳的。如果變異朝一個(gè)方向繼續(xù)變化，則導(dǎo)致種的分化。 4.1 生物(shng

5、w)種的概念7/21/202216第四章 生物種及其變異與進(jìn)化共四十九頁(yè)生物種的特點(diǎn)：由內(nèi)聚因素(生殖、遺傳、生態(tài)、行為、相互(xingh)識(shí)別系統(tǒng))聯(lián)系起來(lái)的個(gè)體的集合；可隨時(shí)間進(jìn)化改變的個(gè)體集合，是進(jìn)化的單位；生態(tài)系統(tǒng)的功能單位。4.1 生物(shngw)種的概念7/21/202217第四章 生物種及其變異與進(jìn)化共四十九頁(yè)4.2.1 基因、基因庫(kù)和基因頻率4.2.2 變異、自然選擇和遺傳漂變4.2.3 遺傳瓶頸和建立者效應(yīng)(xioyng)4.2.4 表型的自然選擇類型4.2 種群的遺傳、變異(biny)與自然選擇7/21/202218第四章 生物種及其變異與進(jìn)化共四十九頁(yè)4.2.1 基因(

6、jyn)、基因(jyn)庫(kù)和基因(jyn)頻率重要概念(ginin)：基因型（genotype）：決定特定性狀的同源染色體上的基因組合?；驇?kù)（gene pool）：種群內(nèi)存在的所有基因組和等位基因?；蝾l率（gene frequency）：種群中不同基因所占的比例。7/21/202219第四章 生物種及其變異與進(jìn)化共四十九頁(yè)重要概念與理論：基因型頻率（genotypic frequency）：種群(zhn qn)內(nèi)每個(gè)基因型所占的比例。Hyrdy-Weinberg law：指在一個(gè)巨大的、個(gè)體交配完全隨機(jī)、沒(méi)有其它因素的干擾（如突變、選擇、遷移、漂變等）的種群中，基因頻率和基因型頻率將世代保

7、持穩(wěn)定不變。 4.2.1 基因(jyn)、基因(jyn)庫(kù)和基因(jyn)頻率7/21/202220第四章 生物種及其變異與進(jìn)化共四十九頁(yè)變異（variation）遺傳物質(zhì)的變異：基因突變（gene mutation）和染色體突變（chromosome mutation）基因表達(dá)(biod)的蛋白質(zhì)(酶)的變異表現(xiàn)型數(shù)量性狀的變異地理變異漸變?nèi)?(cline)地理亞種 (subspecies)4.2.2 變異(biny)、自然選擇和遺傳漂變7/21/202221第四章 生物種及其變異與進(jìn)化共四十九頁(yè)基因突變(j yn t bin)染色體上某一基因座內(nèi)部發(fā)生了化學(xué)性質(zhì)的變化，與原來(lái)基因形成對(duì)性關(guān)

8、系?；蛲蛔兪悄柛?910年首先(shuxin)肯定的，基因突變?cè)谧匀唤缰袕V泛地存在。 玉米子粒7個(gè)基因的自然突變率基 因 表現(xiàn)的性狀 測(cè)定配子數(shù) 觀察到的突變數(shù) 每百萬(wàn)個(gè)配子 中平均突變率 R 子 粒 色 554,786 273 492.0 I 抑制色素的形成 265,391 28 106.0 Pr 紫 色 647,102 7 11.0 Su 非 甜 粒 1,678,736 4 2.4 Y 黃 胚 乳 1,745,280 4 2.2 Sh 飽 滿 粒 2,469,285 3 1.2 Wx 非 糯 性 1,503,744 0 0 7/21/202222第四章 生物種及其變異與進(jìn)化共四十九頁(yè)

9、染色體突變(tbin)黒腹果蠅(u yn)突變體觀察7/21/202223第四章 生物種及其變異與進(jìn)化共四十九頁(yè)表現(xiàn)型數(shù)量性狀(xngzhung)的變異7/21/202224第四章 生物(shngw)種及其變異與進(jìn)化共四十九頁(yè)Cepaea nemoralis 7/21/202225第四章 生物種及其變異(biny)與進(jìn)化共四十九頁(yè)地理(dl)變異美洲豹蛙漸變(jinbin)群 7/21/202226第四章 生物種及其變異與進(jìn)化共四十九頁(yè)島嶼灰狐（Urocyon littoralis），是一種小型狐貍，生活在加利福尼亞州海峽(hixi)群島的六個(gè)島嶼。島嶼灰狐是美國(guó)最小的狐貍。島嶼灰狐有六個(gè)亞種

10、，每個(gè)亞種生活在一個(gè)島，例如圣克魯茲島嶼灰狐生活在圣克魯茲島。示地理(dl)亞種 7/21/202227第四章 生物種及其變異與進(jìn)化共四十九頁(yè)自然選擇（natural selection）出自物種起源（the Origin of Species)，亦稱“自然淘汰”。由于對(duì)食物和空間的競(jìng)爭(zhēng)，以及對(duì)捕食者的作用，可影響某一種群的組成，結(jié)果那些(nxi)對(duì)周圍發(fā)生有利變異的生物存活下來(lái)，不利變異的則被消滅。達(dá)爾文把這種生存斗爭(zhēng)中，適者生存、不適者被淘汰的過(guò)程，叫做自然選擇。4.2.2 變異(biny)、自然選擇和遺傳漂變7/21/202228第四章 生物種及其變異與進(jìn)化共四十九頁(yè)7/21/20222

11、9第四章 生物種及其變異(biny)與進(jìn)化共四十九頁(yè)7/21/202230第四章 生物(shngw)種及其變異與進(jìn)化共四十九頁(yè)自然選擇(zrnxunz)適合度（fitness）：不同基因型在同一種環(huán)境條件下存活的百分率。種群中存活和生殖最有效的個(gè)體（即具有最高適合度的）將比適合度低的個(gè)體，貢獻(xiàn)更多的后裔給以后的世代。比如說(shuō)孔雀的某個(gè)基因型AA比Aa能產(chǎn)生更鮮艷的羽毛，那么擁有前者的基因型就能吸引(xyn)到更多的雌性孔雀，產(chǎn)生更多的后代，且由于后代具有AA基因型，更有利于生存。那么就說(shuō)AA的適合度比Aa大。7/21/202231第四章 生物種及其變異與進(jìn)化共四十九頁(yè)自然選擇(zrnxunz)適

12、合度W = 基因型個(gè)體生育力m基因型個(gè)體存活率l選擇系數(shù)（selective coefficlency）：不同個(gè)體在同一種(y zhn)環(huán)境條件下被淘汰掉的百分率。 選擇系數(shù)s=1-相對(duì)適合度w7/21/202232第四章 生物種及其變異與進(jìn)化共四十九頁(yè)遺傳漂變（genetic drift）S. Wright于1930年提出，由于某種隨機(jī)因素，某一等位基因的頻率在群體（尤其是在小群體）中出現(xiàn)世代傳遞的波動(dòng)現(xiàn)象?；?jyn)頻率的隨機(jī)變化，僅偶然出現(xiàn)，在小種群中更明顯。自然選擇和遺傳漂變是兩種進(jìn)化動(dòng)力。4.2.2 變異(biny)、自然選擇和遺傳漂變7/21/202233第四章 生物種及其變異

13、與進(jìn)化共四十九頁(yè)7/21/202234第四章 生物(shngw)種及其變異與進(jìn)化共四十九頁(yè)7/21/202235第四章 生物種及其變異(biny)與進(jìn)化共四十九頁(yè)4.2.3 遺傳瓶頸和建立(jinl)者效應(yīng)遺傳瓶頸（bottle neck）：種群(zhn qn)數(shù)量急劇下降導(dǎo)致基因頻率變化和總遺傳變異的下降，經(jīng)過(guò)瓶頸后的結(jié)果或滅絕或逐步恢復(fù)。建立者效應(yīng) (founder effect)：以一個(gè)或幾個(gè)個(gè)體為基礎(chǔ)就可能在空白生境中建立一個(gè)新種群（建立者種群），遺傳變易和特定基因在新種群中的呈現(xiàn)將完全依賴這幾個(gè)移植者的基因型。建立者種群基因庫(kù)與母種群分離，并且地域不同，選擇壓力不同，之間差異越來(lái)越大

14、。7/21/202236第四章 生物種及其變異與進(jìn)化共四十九頁(yè)7/21/202237第四章 生物(shngw)種及其變異與進(jìn)化共四十九頁(yè)4.2.4 表型的自然選擇(zrnxunz)穩(wěn)定(wndng)選擇（stabilizing selection）定向選擇（directional selection）分裂選擇（disruptive selection）7/21/202238第四章 生物種及其變異與進(jìn)化共四十九頁(yè)穩(wěn)定選擇的例子：在近幾個(gè)世紀(jì)內(nèi)，人類的身高、體重等都有所增長(zhǎng)，然而嬰兒的出生體重平均值卻保持不變，約為3.3 kg。出生體重在平均值附近的嬰兒的死亡率是最低的。定向選擇的例子：人工選擇；

15、引入澳大利亞的歐洲野兔（Orytolagus cuniculus）。分裂選擇的例子：在經(jīng)常刮大風(fēng)的島嶼上，無(wú)翅或翅特別強(qiáng)健的昆蟲(chóng)個(gè)體比那些中間型個(gè)體生存機(jī)會(huì)更大些。前者不會(huì)飛，后者有能力抵御(dy)大風(fēng)，而中間型個(gè)體則容易被大風(fēng)吹到海里。4.2.4 表型的自然選擇(zrnxunz)7/21/202239第四章 生物種及其變異與進(jìn)化共四十九頁(yè)自然選擇的生物學(xué)單位配子選擇(xunz)（gamete selection）親屬選擇（kin selection）群體選擇（group selection）性選擇（sexual selection）4.2.4 表型的自然選擇(zrnxunz)7/21/202

16、240第四章 生物種及其變異與進(jìn)化共四十九頁(yè)4.3 物種(wzhng)形成5.3.1 物種形成及其過(guò)程地理物種形成學(xué)說(shuō)（geographical theory of speciation）：地理隔離獨(dú)立進(jìn)化(jnhu)生殖隔離機(jī)制的建立5.3.2 物種形成的方式異域性物種形成（allopatric speciation）鄰域性物種形成（parapatric speciation ）同域性物種形成（sympatric speciation）7/21/202241第四章 生物種及其變異與進(jìn)化共四十九頁(yè)異域性物種(wzhng)形成7/21/202242第四章 生物(shngw)種及其變異與進(jìn)化共四十

17、九頁(yè)鄰域(ln y)性物種形成7/21/202243第四章 生物(shngw)種及其變異與進(jìn)化共四十九頁(yè)同域性物種(wzhng)形成7/21/202244第四章 生物(shngw)種及其變異與進(jìn)化共四十九頁(yè)適應(yīng)(shyng)輻射適應(yīng)輻射（adaptive radiation）:由一個(gè)共同祖先起源，在進(jìn)化過(guò)程中分化為各種類型，適應(yīng)多種生活方式。生物進(jìn)化史上曾發(fā)生過(guò)多次適應(yīng)輻射。哺乳類發(fā)生過(guò)3次適應(yīng)輻射。最后一次發(fā)生在新生代（約在0.6-0.7億年前），從原始的食蟲(chóng)類分化出包括(boku)靈長(zhǎng)類在內(nèi)的胎盤(pán)哺乳類。7/21/202245第四章 生物種及其變異與進(jìn)化共四十九頁(yè)夏威夷的管舌雀 7/21/202246第四章 生物(shngw)種及其變異與進(jìn)化共四十九頁(yè) 東非的麗魚(yú) 7/21/202247第四章 生物種及其變異(biny)與進(jìn)化共四十九頁(yè)加拉帕戈斯島的地雀 7/21/202248第四章 生物(shngw)種及其變異與進(jìn)化共四十九頁(yè)內(nèi)容摘要第四章 生物種及其變異與進(jìn)化。第四章 生物種及其變異與進(jìn)化。1/22/2022