2-7.2生物必修2课堂教学课件—现代生物进化理论的主要内容2

第2节现代生物进化理论的主要内容高中生物必修2※第7章现代生物进化理论2012年12月2020/9/2——种群基因频率的改变与生物进化——隔离与物种的形成——共同进化与生物多样性的形成三个方面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!（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？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亲代基因型的频率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。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。表面看，自然选择是对一个个生物个体的选择，实质上是对个体所包含的变异进行选择。从现代分子遗传水平看，自然选择实质上是对变异所对应的基因的选择，从而改变着群体中不同基因的基因频率。所以，生物进化的过程的实质是种群基因频率发生变化的过程。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、不定向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。（一）物种的概念世界各地的人虽然各有不同，但他们之间可以彼此通婚，并且产生可育的后代。因此，全世界的人在生物学上属于同一个物种——智人。物种是有一定形态结构特征和生理特性，并且有一定自然分布区域的生物类群，他们中的各个体之间可以正常交配并繁衍出有生殖能力的后代。（异种间存在生殖隔离）例：马与驴的生殖隔离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。“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，使基因能够世代传的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。•地理隔离——是指分布在不同自然区域的种群由于高山、河流、沙漠等地理上的障碍，使彼此间无法相遇而不能交配。如东北虎与华南虎。•生殖隔离——是指种群间的个体不能自由交配，或者交配后不能产生出可育后代。如动物因求偶方式不同、繁殖期不同，植物因开花季节、花的形态不同，而造成的不能交配等都属于生殖隔离。（二）隔离的概念与作用•隔离—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。东北虎与华南虎东北虎和华南虎分别生活在我国的东北地区和华南地区，这两个地区之间的辽阔地带就起到了地理隔离的作用。经过长期的地理隔离，这两个种群之间产生了明显的差异，成为两个不同的虎亚种。地理隔离达尔文地雀生殖隔离地理隔离导致生殖隔离自然选择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1新物种2生殖隔离（三）物种的形成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。（三）物种的形成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？(一)共同进化资料：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。捕食者的存在是不是对被捕食者有害无益呢？捕食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。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共同进化的含义2：生物和无机环境间也存在共同进化。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。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：2、生物多样性的形成（1）生物多样性的内容：物种多样性生态系多样性化石——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。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。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。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.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。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？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中生代陆地和海洋中的情况始祖鸟新生代少女化石和复原图在白垩纪全部绝灭。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？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。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：……