1、第第7章章 现代生物进化理论现代生物进化理论 拉马克：用进废退？拉马克：用进废退？达尔文：物竞天择？达尔文：物竞天择？进化论创立的背景 人们普遍信仰基督教-自然神学 世界上各色的物种都是由上帝创造的,不同的环境会有不同的物种并且两者达到了完善、完美、和谐、适应状态,物种不变。达尔文钟爱的妻子以及达尔文生命的早期都是虔诚的信徒。贝格尔号航海考察贝格尔号航海考察-收集第一手资料收集第一手资料实例解读拉马克的观点实例解读拉马克的观点 洞穴中的鱼为什么常常是盲目的？洞穴中的鱼为什么常常是盲目的？祖先生活在黑暗的环境中祖先生活在黑暗的环境中眼睛没用眼睛没用逐渐逐渐 退化退化盲目盲目遗传给下一代遗传给下一
2、代 长颈鹿只有长颈鹿只有7个颈椎，为什么头颈特别长？个颈椎，为什么头颈特别长？祖先生活在食物贫乏的环境中祖先生活在食物贫乏的环境中必须伸长头颈必须伸长头颈头颈经常使用头颈经常使用变长了变长了遗传给下一代遗传给下一代通过实例解读达尔文的进化论通过实例解读达尔文的进化论 长颈鹿只有长颈鹿只有7个颈椎，为什么头颈特别长？个颈椎，为什么头颈特别长？长长颈颈鹿鹿祖祖先先大量大量后代后代过度过度繁殖繁殖自然选择自然选择缺乏食缺乏食物环境物环境头颈较头颈较长个体长个体得以生得以生存繁殖存繁殖头颈头颈较长较长个体个体差异差异头颈头颈稍短稍短遗传积累遗传积累逐代选择逐代选择现现代代长长颈颈鹿鹿物种起源物种起源达
3、尔文的进化学说达尔文的进化学说 生物都有繁殖过剩的倾向生物都有繁殖过剩的倾向（一条鲱鱼约产卵一条鲱鱼约产卵30万粒，一株烟草约结种子万粒，一株烟草约结种子36万粒万粒）由于生存空间和食物的有限而进行生存斗争由于生存空间和食物的有限而进行生存斗争（实际上能够发育成为成体的是很小的一部分实际上能够发育成为成体的是很小的一部分）个体的性状不同，个体对环境的适应能力有差异。个体的性状不同，个体对环境的适应能力有差异。那些具有有利变异的个体将存活下来，并繁殖后代，那些具有有利变异的个体将存活下来，并繁殖后代，不具有有利变异的个体就被淘汰不具有有利变异的个体就被淘汰 经过长期的自然选择，微小的变异就得到积
4、累而成为经过长期的自然选择，微小的变异就得到积累而成为显著的变异，由此可能导致新物种的形成。显著的变异，由此可能导致新物种的形成。例：按照达尔文的自然选择学说进行评价，因果关系例：按照达尔文的自然选择学说进行评价，因果关系正确的叙述是（正确的叙述是（）A.A.因长期不同眼睛，生活在地穴中的盲螈失去了视觉因长期不同眼睛，生活在地穴中的盲螈失去了视觉B.B.因长期舔食树缝中的蚂蚁，食蚁兽的舌很长因长期舔食树缝中的蚂蚁，食蚁兽的舌很长C.C.因长期的相互选择，狼与鹿的奔跑速度都很快因长期的相互选择，狼与鹿的奔跑速度都很快D.D.因生物对环境具有适应力，春小麦连年冬种就可因生物对环境具有适应力，春小麦
5、连年冬种就可 变成冬小麦变成冬小麦自然选择学说的主要内容自然选择学说的主要内容过度繁殖过度繁殖生存斗争生存斗争遗传和变异遗传和变异适者生存适者生存 达尔文把达尔文把适者生存，不适者被淘汰适者生存，不适者被淘汰的过程叫做的过程叫做自然选择自然选择。生物的繁殖能力总是大大地超过环境生物的繁殖能力总是大大地超过环境的承载能力的承载能力生物个体之间的相互斗争，以及生物生物个体之间的相互斗争，以及生物与无机自然条件之间的斗争的现象。与无机自然条件之间的斗争的现象。生物的变异有的是有利于生存的，有生物的变异有的是有利于生存的，有的是不利于生存的。变异可以遗传。的是不利于生存的。变异可以遗传。经生存斗争，凡
6、是生存下来的生物个经生存斗争，凡是生存下来的生物个体都是对环境能适应的，而被淘汰的体都是对环境能适应的，而被淘汰的生物都是对环境不适应的。生物都是对环境不适应的。对自然选择学说的评价对自然选择学说的评价能够科学的解释生物进化的原因，以及能够科学的解释生物进化的原因，以及生物的多样性和适应性，被恩格斯列为生物的多样性和适应性，被恩格斯列为1919世纪自然科学的三大发现之一。世纪自然科学的三大发现之一。达尔文发表达尔文发表物种起源物种起源时，还没有遗时，还没有遗传学的理论。因此，自然选择学说传学的理论。因此，自然选择学说对遗传对遗传和变异的本质和变异的本质等问题，等问题，不能做出科学的阐不能做出科
7、学的阐述述。问问1、进化是好事还是坏事？对谁而、进化是好事还是坏事？对谁而言？言？问问2、进化的研究单位是个体还、进化的研究单位是个体还是群体？是群体？现代生物进化理论现代生物进化理论综合进化论综合进化论涉及的概念：涉及的概念：种群、物种、基因库、基因频率、基因型频率、种群、物种、基因库、基因频率、基因型频率、隔离、地理隔离、生殖隔离隔离、地理隔离、生殖隔离、多样性、统一性、多样性、统一性1.1.种群是生物进化的单位种群是生物进化的单位 为什么种群是生物进化的单位？为什么种群是生物进化的单位？辨析概念辨析概念:1.一个池塘中的全部鱼一个池塘中的全部鱼2.一个池塘中的全部鲤鱼一个池塘中的全部鲤鱼
8、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种群？什么是种群？定义：生活在同一地点、同种生物全部个体的总和定义：生活在同一地点、同种生物全部个体的总和情景：情景：某种昆虫的个体一般不具抗药性某种昆虫的个体一般不具抗药性aaaa。偶然出现一个。偶然出现一个抗药性的变异个体抗药性的变异个体AaAa，在使用杀虫剂过程中，具有抗，在使用杀虫剂过程中，具有抗药性变异的个体能适应环境而生存。药性变异的个体能适应环境而生存。问题问题:1.1.这个有利变异的个体能永久的生存下去吗？这个有利变异的个体能永久的生存下去吗？2.2.有利变异的基因有利变异的基因A A
9、，怎样才能世代传递下去？，怎样才能世代传递下去？3.3.即使即使AaAa个体能够繁殖，后代都是抗药性的吗？个体能够繁殖，后代都是抗药性的吗？分析：分析：有利变异的基因只有在群体中，通过生殖才能世代延有利变异的基因只有在群体中，通过生殖才能世代延续。一个个体适应能力多强，如果他没将基因传递给续。一个个体适应能力多强，如果他没将基因传递给后代，它对进化没有意义。另外后代，它对进化没有意义。另外AaAa个体个体通过有性生殖通过有性生殖产生的后代，还会出现产生的后代，还会出现aaaa个体。个体。强化概念：强化概念：种群是进化单位、繁种群是进化单位、繁殖单位殖单位问：生物进化的实质是什么？问：生物进化的
10、实质是什么？问：这两个种群变的是什么？问：这两个种群变的是什么？基因库和基因频率基因库和基因频率 基因库：基因库：一个种群中全部个体所含有的全部基因。一个种群中全部个体所含有的全部基因。只要这个种群不消亡，基因库就能得以保持和发展。只要这个种群不消亡，基因库就能得以保持和发展。基因频率：基因频率：指某个基因在整个种群基因库中占全部等位基因指某个基因在整个种群基因库中占全部等位基因 数的比例。数的比例。（1）通过种群不同基因型的个体数计算基因频率）通过种群不同基因型的个体数计算基因频率例例1：从某种群中随机抽取：从某种群中随机抽取100个个体，个个体，测知基因型测知基因型AA、Aa、aa的个体的
11、个体 分别为分别为30、60和和10，则，则A和和a的的 基因频率分别是多少？基因频率分别是多少？A=（302+60）（2100）a=（102+60）（2100）如何计算基因频率？如何计算基因频率？每个个体每个个体含含2个基因个基因（2）通过种群中不同基因型频率计算基因频率）通过种群中不同基因型频率计算基因频率例例2 2：某种群中，基因型为：某种群中，基因型为AAAA的个体占的个体占18%18%，AaAa的个体的个体占占78%78%，aaaa的个体占的个体占4%4%，求，求A A和和a a的基因频率。的基因频率。A=（18%+1/278%）a=（4%+1/278%）如何计算基因频率？如何计算基
12、因频率？纯合子基因型频率加上纯合子基因型频率加上1/21/2杂合子基因型频率之和杂合子基因型频率之和如何计算基因频率？如何计算基因频率？例例3 3：某工厂有男女职工各：某工厂有男女职工各200200名，对他们进行调查时名，对他们进行调查时发现，女性色盲基因携带者为发现，女性色盲基因携带者为1515人，患者人，患者5 5人，男性人，男性患者患者1111人。那么这个群体中色盲基因的频率为？人。那么这个群体中色盲基因的频率为？15+52+112002+200Xb =Xb =Xb+XB Xb 基因频率是否发生变化？基因频率是否发生变化？假设：假设：某种群所有个体全是某种群所有个体全是AAAA，有，有2
13、0%20%个体基因型由个体基因型由 AAAA突变成突变成AaAa。假设随机交配。假设随机交配计算：计算：F F1 1、F F2 2、F F3 3的基因频率、基因型频率的基因频率、基因型频率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%通过数学计算讨论种群中基因型频率和基因频率的变化通过数学计算讨论种群中基因型频率和基因频率的变化结果：结果：一个种群基因频率，在上下代是稳定不变的。一个种群基因频率，在上下代是稳定不变的。质疑质疑：这种现象
14、在自然界的种群中会发生吗？：这种现象在自然界的种群中会发生吗？分析：分析：桦尺蠖桦尺蠖种群中种群中S与与s基因频率变化的原因？基因频率变化的原因？18501850年前年前 s95%s95%，S5%S5%18981898年后年后 s5%s95%S95%2.2.生物进化实质是基因频率的变化过程生物进化实质是基因频率的变化过程 问：哪些因素会影响基因频率的变化？问：哪些因素会影响基因频率的变化？问：生物进化的实质？问：生物进化的实质？结论：结论：自然选择对种群基因频率有影响，自然选择对种群基因频率有影响，自然选择的本质是影响种群的基因频率，自然选择的本质是影响种群的基因频率，使种群的基因频率朝着一定
15、的方向进化。使种群的基因频率朝着一定的方向进化。影响基因频率变化的因素影响基因频率变化的因素质疑：质疑：还有哪些因素影响基因频率的变化呢？还有哪些因素影响基因频率的变化呢？回忆：回忆：已经学习的知识：可遗传的变异已经学习的知识：可遗传的变异拓展：拓展：基因迁移、遗传漂变、不随机交配基因迁移、遗传漂变、不随机交配影响基因频率的因素哈迪哈迪温伯格定律（遗传平衡定律）温伯格定律（遗传平衡定律）1908年年 保持以下条件：保持以下条件：种群较大种群较大随机交配随机交配无突变发生无突变发生无基因迁移无基因迁移无自然选择无自然选择若种群中一等位基因为若种群中一等位基因为A A和和a a，设设p p为为A
16、A基因频率，基因频率，q q为为a a基因频率，基因频率，（p pq q）=A%+a%=1=A%+a%=1则则 （p+qp+q）2 2=p=p2 2+2pq+q+2pq+q2 2=1=1又因为在一种群中又因为在一种群中AA%+Aa%+aa%=1AA%+Aa%+aa%=1；则则 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%结论：结论：基因频率和基因型基因频率和基因型频率逐代不变频率逐代不变3.3.可遗传的变异是生物进化的原材料可遗传的变异是生物进化的原材料问题：问题：可遗传的变异可以改变基
17、因频率，改变遗传可遗传的变异可以改变基因频率，改变遗传 平衡，这种改变与进化有什么关系？平衡，这种改变与进化有什么关系？分析：分析：突变突变新基因，有性生殖新基因，有性生殖新基因型和表现型新基因型和表现型结论：结论：可遗传的变异不定性，不能决定进化的方向，可遗传的变异不定性，不能决定进化的方向，是生物进化的原材料。是生物进化的原材料。3.3.可遗传的变异是生物进化的原材料可遗传的变异是生物进化的原材料问题：问题：基因突变频率低，能作为进化的原材料吗？基因突变频率低，能作为进化的原材料吗？计算：计算：果蝇约有果蝇约有2 210104 4个基因，每个基因的突变频率个基因，每个基因的突变频率 都是都
18、是1010-5-5，一个果蝇种群约有，一个果蝇种群约有10109 9个果蝇，每一个果蝇，每一 代出现的基因突变个体数是多少？代出现的基因突变个体数是多少？结果：结果：2 210107 7结论：结论：基因突变频率低，种群是进化的单位。种群内基因突变频率低，种群是进化的单位。种群内 有许多个体；每个个体的每一个细胞内有很多有许多个体；每个个体的每一个细胞内有很多 基因；因此每一代会产生大量的突变，可以作基因；因此每一代会产生大量的突变，可以作 为进化的原材料。为进化的原材料。3.3.可遗传的变异是生物进化的原材料可遗传的变异是生物进化的原材料问题：问题：基因突变多数对生物有害，对进化有意义吗？基因
19、突变多数对生物有害，对进化有意义吗？分析：分析：经常刮大风的海岛上，无翅（残翅）或翅膀经常刮大风的海岛上，无翅（残翅）或翅膀 非常发达的昆虫特别多的原因非常发达的昆虫特别多的原因结论：结论：突变的有利和有害并不是绝对的，它取决于突变的有利和有害并不是绝对的，它取决于 生物的生存环境生物的生存环境3.3.可遗传的变异是生物进化的原材料可遗传的变异是生物进化的原材料问题：问题：基因重组不能产生新的基因，能作为进化的基因重组不能产生新的基因，能作为进化的 原材料吗？原材料吗？分析：分析：基因重组的含义，通过基因重组如何产生基因重组的含义，通过基因重组如何产生 新基因型，新的表现型新基因型，新的表现型
20、结论：结论：基因突变产生的等位基因，通过基因重组，基因突变产生的等位基因，通过基因重组，可以形成多种多样的基因型，从而使种群可以形成多种多样的基因型，从而使种群 中出现大量的可遗传变异。中出现大量的可遗传变异。4.4.自然选择决定生物进化的方向自然选择决定生物进化的方向 进化的方向？进化的方向？5.5.隔离与物种的形成隔离与物种的形成 什么是物种？什么是物种？物种是如何形成的？物种是如何形成的？物种形成与进化的关系？物种形成与进化的关系？什么是物种？什么是物种？迈尔（迈尔（Mayr,E.Mayr,E.，19821982）给物种下的定义是：）给物种下的定义是：物种是由种群所组成的生殖单元（和其它
21、单元在生物种是由种群所组成的生殖单元（和其它单元在生殖上隔离着），它在自然界中占有一定的生境地位。殖上隔离着），它在自然界中占有一定的生境地位。有两个特征：一个是生境占有（分布在一定的自然有两个特征：一个是生境占有（分布在一定的自然区域）；另一个是生殖隔离（自然状态下能够相互区域）；另一个是生殖隔离（自然状态下能够相互交配和繁殖产生后代）交配和繁殖产生后代）教材：把能够在自然状态下相互交配并且产生可育教材：把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。后代的一群生物称为一个物种。驴驴骡骡马马骡子是不育的，骡子是不育的，马和驴是两个物种马和驴是两个物种物种物种1物种物种2种群
22、种群2种群种群1基因交流基因交流基因交流基因交流生殖隔离生殖隔离种群：同地、同种生物。种群：同地、同种生物。生活区域：同一地点生活区域：同一地点物种：可交配、产生可育后代物种：可交配、产生可育后代 一群生物。一群生物。生活区域：一定自然区域生活区域：一定自然区域 物种物种无时空之制约。种群无时空之制约。种群指一定时空范围指一定时空范围 之内的同种生物。这个时空范围，又往往与研究者之内的同种生物。这个时空范围，又往往与研究者 的研究范围有关。的研究范围有关。物种是如何形成的？物种是如何形成的？问题：问题：（曼）桦尺蠖没有形成新物种的原因是什么？（曼）桦尺蠖没有形成新物种的原因是什么？分析分析：加
23、拉帕戈斯群岛生活的加拉帕戈斯群岛生活的13种地雀种地雀（地理位置、生活环境、产生的变异情况、自然选择情况、基因库变化情况）（地理位置、生活环境、产生的变异情况、自然选择情况、基因库变化情况）物种是如何形成的？物种是如何形成的？总结：总结：异地物种的形成方式异地物种的形成方式（这种形成新物种的方式就是（这种形成新物种的方式就是“适应辐射适应辐射”，就是，就是“趋异进化趋异进化”）地理隔离基因无法交流种群种群1变异种群种群2物种物种1出现生殖隔离物种物种2基因频率定向改变较长进化过程较长进化过程种群种群1物种物种种群种群2亚种亚种1亚种亚种2（经过长期地理隔离而达到生殖隔离）（经过长期地理隔离而达
24、到生殖隔离）认同：认同：隔离在物种形成过程中重要作用隔离在物种形成过程中重要作用 隔离是物种形成的重要条件隔离是物种形成的重要条件隔隔 离离 隔离：不同种群间的个体，在自然条件下基因隔离：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不能自由交流的现象 地理隔离：同种生物由于地理上的障碍而分成不同地理隔离：同种生物由于地理上的障碍而分成不同 种群，使种群间不能发生基因交流的现象。种群，使种群间不能发生基因交流的现象。物种形成的量变阶段物种形成的量变阶段 生殖隔离：不同物种之间一般不能交配，及时交配生殖隔离：不同物种之间一般不能交配，及时交配 成功，也不能产生可育后代的现象。成功，也不能
25、产生可育后代的现象。（生态隔离、季节隔离、行为隔离、机械隔离、配子隔离；杂种不活、杂种不育、杂种败育（生态隔离、季节隔离、行为隔离、机械隔离、配子隔离；杂种不活、杂种不育、杂种败育）物种形成的质变阶段物种形成的质变阶段同地物种的形成同地物种的形成分析异源多倍体的形成过程分析异源多倍体的形成过程P:小麦小麦 x 黑麦黑麦 6N 2NF1：4N（不育）（不育）秋水仙素处理秋水仙素处理 8N（八倍体小黑麦）（八倍体小黑麦）（新物种（新物种）（可育、穗大粒重、抗病性强、营养品质好（可育、穗大粒重、抗病性强、营养品质好）不通过地理隔离不通过地理隔离直接产生新物种直接产生新物种（二）生物进化与生物多样性的
26、形成（二）生物进化与生物多样性的形成提示一：提示一：从物种与物种之间以及生物与环境之间两个角度从物种与物种之间以及生物与环境之间两个角度理解协同进化。理解协同进化。（1）物种之间的协同进化：）物种之间的协同进化：由于物种之间生态关系的牵制作用，由于物种之间生态关系的牵制作用，如：草原上捕食者狮子和被捕食者斑马之间；如：草原上捕食者狮子和被捕食者斑马之间；传粉昆虫和被传粉的植物之间。传粉昆虫和被传粉的植物之间。（2）生物与无机环境的协同进化：）生物与无机环境的协同进化：把整个生物圈看成一个整体，通过分析寒武纪生把整个生物圈看成一个整体，通过分析寒武纪生物大爆发使学生理解生物与环境的协同进化关系。
27、物大爆发使学生理解生物与环境的协同进化关系。协同进化的资料（协同进化的资料（2 2）协同进化的资料（协同进化的资料（1）达尔文发现一种兰花长着细长的达尔文发现一种兰花长着细长的花矩，花矩的顶端贮存着花蜜，可以花矩，花矩的顶端贮存着花蜜，可以为传粉的昆虫提供食物。为传粉的昆虫提供食物。他认为这种花的形成绝不是偶然的，他认为这种花的形成绝不是偶然的，肯定存在这样的昆虫，它们生有同样肯定存在这样的昆虫，它们生有同样细长的吸管似的口器，可以从花矩中细长的吸管似的口器，可以从花矩中吸到花蜜。否则这种花就不能很好地吸到花蜜。否则这种花就不能很好地完成传粉，这一物种也就不可能存在。完成传粉，这一物种也就不可
28、能存在。5050年后，研究人员发现了这样的蛾类年后，研究人员发现了这样的蛾类昆虫。昆虫。协同进化的资料（协同进化的资料（3 3）动物学家对生活在非洲大草原奥兰治河两岸的羚羊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的羚羊每分钟竟快1313米。为何差距如此之大？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。存时时处于危险之
29、中。捕食者的存在是不是对被捕食者有害无益呢？捕食者的存在是不是对被捕食者有害无益呢？协同进化的资料（协同进化的资料（4 4）生物圈的进化生物圈的进化环境环境变化变化生物生物进化进化出现出现臭氧层臭氧层有氧有氧环境环境产生氧气产生氧气无氧无氧环境环境厌氧厌氧生物生物需氧需氧生物生物陆生陆生生物生物光合光合生物生物共同进化（协同进化）共同进化（协同进化）不同物种之间，不同物种之间，生物与无机环境之生物与无机环境之间在相互影响中不间在相互影响中不断进化和发展。断进化和发展。通过漫长的共同进通过漫长的共同进化过程，地球上形化过程，地球上形成了千姿百态的物成了千姿百态的物种，多种多样的生种，多种多样的生
30、态系统。态系统。古古生生物物 解释解释 生物的多样性、统一性生物的多样性、统一性 与适应与适应 灭绝生物灭绝生物 生物进化理论生物进化理论 神创论神创论拉马克的拉马克的“用进废退用进废退”学学说说达尔文的达尔文的“自然选择自然选择”学学说说 现代生物进化理论现代生物进化理论1.任何一种进化理论都有其进步意义任何一种进化理论都有其进步意义2.任何一种理论都还不可能全面的解释地球上所有生物的进化方式任何一种理论都还不可能全面的解释地球上所有生物的进化方式3.生物进化的理论是不断发展的，现代生物进化理论是对其他进化学说的总结和发展生物进化的理论是不断发展的，现代生物进化理论是对其他进化学说的总结和发展影响遗传平衡的因素有哪些呢？影响遗传平衡的因素有哪些呢？突变 基因迁移 遗传漂变 非随机交配 自然选择小结小结 _是生物进化的基本单位；是生物进化的基本单位；生物进化的实质在于种群生物进化的实质在于种群_的改变；的改变；_产生生物进化的原材料；产生生物进化的原材料；_决定生物进化的方向；决定生物进化的方向；_是新物种形成的必要条件；是新物种形成的必要条件；_是不定向的，是不定向的，_是定向的。是定向的。种群种群基因频率基因频率突变和基因重组突变和基因重组自然选择自然选择生殖隔离生殖隔离自然选择自然选择变异变异
