现代生物进化理论的主要内容

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？你将选择做哪一种基因？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!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！（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。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？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。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。3、基因库：一个种群中全部个体所含有的全部基因。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例: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%=30/100×100%+1/2×60/100×100%=60%=10/100×100%+1/2×60/100×100%=40%A%=×100%2×AA＋Aa2(AA＋Aa＋aa)a%=×100%=60%2×aa＋Aa2(AA＋Aa＋aa)×100%新代基因型的频率AA(30%)Aa(60%)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=p2+2pq+q2=1AA=p2Aa=2pqaa=q2P表示基因A的频率，q表示基因a的频率亲代子一代子二代子三代基因型频率AA30%Aa60%aa10%基因频率A60%a40%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%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。这就是哈代－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。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⑤点假设（⑤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。如果该种群出现新的突变型，也就是产生新的等位基因（A2），种群的基因频率会变化吗？基因A2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A2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。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。影响种群基因频率变化的根本原因是什么？变异变异的类型有那些？不能遗传的变异可遗传的变异基因突变基因重组染色体变异2.种群基因重组的结果：产生更多变异(基因型)、不定向（二）突变和基因重组产生生物进化的原材料1.基因突变的特点：普遍性，随机性，低频性，多害少利性，不定向性3.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。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。此外，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。例如：一个果蝇约有104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108个个体），那么每一代出现基因突变数是多少呢？2×104×10－5个体×108种群=2×1071．种群中突变的特点：突变数很大、随机、不定2．种群基因重组的结果：产生更多可遗传变异、不定向结论：突变和基因重组产生进化的原材料基因重组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。长满地衣的树干上的桦尺蠖黑褐色树干上的桦尺蠖探究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？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SS10%；Ss20%；ss70%，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SS10%11.5%Ss20%22.9%ss70%65.6%基因频率S20%23%s80%77%13.1%升高26%60.9%26.1%73.9%14.6%29.3%56.1%29.3%70.7%降低(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。（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。某工厂有男女职工各200名，对他们进行调查时发现，女性色盲基因携带者为15人，女性患者1人，男性患者14人，这个群体中色盲基因的频率应为（）。A、15%B、3.88%C、5.17%D、10.3%色盲（b）基因频率＝15＋2＋14200×2＋200＝5.17％C×100%已知人眼中的褐色（A）对蓝色(a)是显性。在一个有30000人的人群中，蓝眼人有3600人，褐眼的有26400人，其中纯合体有12000人。那么，在这个人群中A和a基因频率分布为（）A.0.64和0.36B.0.36和0.64C.0.50和0.50D.0.82和0.18在某一种群中，已调查得知，隐性性状者（等位基因用A、a表示）占16%，那么该性状的AA、Aa基因型个体出现的频率分别为（）A.0.36、0.48B.0.36、0.24C.0.16、0.48D.0.48、0.36AA据调查，某校学生中基因型的比例为XBXB（42.32%）XBXb（7.36%）XbXb（0.32%）XBY（46%）XbY（4%），则该地区XB和Xb的基因频率分别是（）A.6%、8%B.8%、92%C.78%、92%D.92%、8%D某常染色体隐性遗传病在人群中的发病率为1%,色盲在男性中的发病率为7%.现有一对表现型正常的夫妇,妻子为该常染色体遗传病致病基因和色盲致病基因携带者.那么他们所生小孩同时患上述两种遗传病的概率是（）A.1/88B.1/22C.7/2200D.3/800A在一个足够大的种群中，A的频率0.4，a的频率是0.6，若各种条件稳定不变，则该种群中AA、Aa、aa的基因型频率各是。该种群中所有成熟个体自由交配一次，产生的后代个体中A的频率是，a的频率是。0.16、0.48、0.360.40.6某岛屿上存在着尺蛾的两个变种，该地区原为森林，后建设成工业区。下表为该地区不同时期的两个变种尺蛾的数量比。这些变产生的原因是()A．灰尺蛾迁离，黑尺蛾迁入B．工业煤烟使灰尺蛾变成黑尺蛾C．自然选择作用D．人工选择的作用7.用现代生物进化理论分析解释狼的进化过程。(1)狼群中存在不同类型的个体，如有跑得快的，有跑得慢的。它说明生物具有______的特性，而这种特性是生物进化的。(2)随着环境的改变，食物稀少，跑得快、凶猛的狼才能获得食物生存下去。这样，食物、环境对狼起了______作用，而这种作用是______的，它决定着生物进化的______。森林时期工业时期灰蛾黑蛾灰蛾黑蛾99%1%1%99%C变异原材料选择方向定向的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，使基因能够世代传得一定区域内的同种全部个体的集合才是一个种群。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。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？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。4、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。资料分析：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。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。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(定向)3、隔离导致物种的形成1、关于物种的叙述，错误的是：A