进化论是生物学中最大的统一理论

“进化论是生物学中最大的统一理论”。生命科学各个层次的研究以及各分支学科体系的建立无不以生物进化的理论为其指导思想，它又同时吸收与综合生物学各学科的研究成果。另一方面，现代的进化论已不仅仅是一种思想理论，对生物进化的研究已成为一个专门的学科领域，即研究生物进化的历史过程、进化的原因、进化机制、进化速率、进化趋向、物种的形成和绝灭、系统发生以及适应的起源等内容的进化生物学（evolutionarybiolo-gy）。有自己的拷贝!多的虎拥有自己的拷贝!幼虎达尔文的自然选择学说指出，达尔文的自然选择学说指出，在一种生物的群体中，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。能存活，并且有机会留下自己的后代。但是，研究生物的进化，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还必须研究群体基因组成的变化。群体基因组成的变化的，还必须研究群体基因组成的变化。种群！这个群体就是种群！（一）种群是生物进化的基本单位种群概念：1、种群概念：生活在一定区域的同种生物的全部个体。生活在一定区域的同种生物的全部个体。一定区域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）否是否否否种群的特点：2、种群的特点：种群中的个体并不是机械地集合在一起，种群中的个体并不是机械地集合在一起，而是彼此可以交配可以交配，而是彼此可以交配，并通过繁殖将各自的基因传给后代。传给后代。思考：同前一年的蝗虫种群相比，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？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？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。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。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。基因库：3、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。所含有的全部基因4、基因频率：基因频率：在一个种群基因库中，在一个种群基因库中，某个基因占全部等位基因数的比率。等位基因数的比率。该基因的总数基因频率＝基因频率＝该等位基因的总数如某昆虫种群中决定翅色为绿色的基因为A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，100个个体色为褐色的基因为a，从种群中随机抽出100个个体，测知基因型为AAAa和aa的个体分别是30、60和10个AA、的个体分别是30知基因型为AA、Aa和aa的个体分别是30、60和10个。那的基因频率是多少?么A和a的基因频率是多少?解:某基因的数目基因频率=基因频率=×100%该基因的等位基因的总数=纯合子频率+1/2杂合子频率纯合子频率+1/2杂合子频率+1/2A基因的基因频率为:基因的基因频率为:A%=2×AA＋Aa×＋2(AA＋Aa＋aa)＋＋×100%=60%=30/100×+1/2×60/100×=30/100×100%+1/2×60/100×100%=60%a基因的基因频率为：基因的基因频率为：a%=2×aa＋Aa×＋×100%=40%2(AA＋Aa＋aa)＋＋=10/100×+1/2×60/100×=10/100×100%+1/2×60/100×100%=40%新代基因型的频率配子的比率子代基因型频率子代基因频率AA(30%)Aa(60%)aa(10%)A(30%)A(30%)a(30%)a(10%)AA(36%)A(60%)Aa(48%)aa(16%)a(40%)P表示基因A的频率，q表示基因a的频率p+q=1(p+q)=p2+2pq+q2=12AA=p2Aa=2pqaa=q2中的群体满足五个条件满足五个条件的情况下在讨论题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？各代基因频率与基因型频率相同吗？由此可见，如果满足上述五个条件，子三代由此可见，如果满足上述五个条件，则亲代亲代子一代子二代 和子代每一种基因的频率都不会改变，36%和子代每一种基因的频率都不会改变，到再下一36%36%AA30%代也是如此，代也是如此，也就是说基因频率可以代代保持稳基因型48%48%Aa60%定不变。这就是哈代48%哈代－温伯格平衡，定不变。这就是哈代－温伯格平衡，也叫遗传平频率16%16%16%衡定律。它是指在一个极大的随机交配的种群中，极大的随机交配的种群中衡定律。它是指在一个极大的随机交配的种群中，aa10%没有突变、选择和迁移的条件下的条件下，在没有突变、选择和迁移的条件下，种群的基因60%60%60%A60%基因频率和基因型频率可以世代相传不发生变化不发生变化，频率和基因型频率可以世代相传不发生变化，保频率a40%40%40%40%持平衡。持平衡。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？算的，对自然界的种群来说，这五个条件都能成立吗？基因A都不产生突变,特别是如果第⑤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。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？基因突变的哪个特性相违背？满足五个假设条件的种群是理想的种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在自然条件下,这也从反面说明了在自然界中，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，迟早要发生变化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。进化是必然的群的进化是必然的。与基因突变的普遍性相违背。与基因突变的普遍性相违背。如果该种群出现新的突变型，如果该种群出现新的突变型，也就是产生新的等位基因（），种群的基因频率会生新的等位基因（A2），种群的基因频率会变化吗？基因A的频率可能会怎样变化？变化吗？基因2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。率发生变化。基因A的频率是增加还是减少，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。往往取决于生物生存的环境。通过讨论基因频率的变化可以认识到，识到，自然界中种群的基因频率一定会发生变化，会发生变化，也就是说种群的进化是必然的。必然的。生物进化的过程实质上就是种群基因频率发生变化的过程。基因频率发生变化的过程。影响种群基因频率变化的根本原因是什么？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？变异的类型有那些？不能遗传的变异基因突变可遗传的变异基因重组染色体变异（二）突变和基因重组产生生物进化的原材料1.基因突变的特点基因突变的特点：1.基因突变的特点：随机性，低频性，普遍性，随机性，低频性，多害少利性，多害少利性，不定向性2.种群基因重组的结果：2.种群基因重组的结果：种群基因重组的结果产生更多变异(基因型)产生更多变异(基因型)、不定向3.基因突变和染色体变异统称为突变基因突变和染色体变异统称为突变。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，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，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。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，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。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？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，此外，突变的有害还是有利也不是绝对的，对的，这往往取决于生物的生存环境。生物的生存环境。例如：一个果蝇约有10对基因，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因的突变率都是10－5，若有一个中等数量的果蝇种群（约有10个个体），），那么每一代出现基因突种群（约有108个个体），那么每一代出现基因突变数是多少呢？变数是多少呢？2×104×10－5×108=2×107×个体种群1．种群中突变的特点：突变数很大、随机、不定种群中突变的特点： 突变数很大、随机、种群基因重组的结果：产生更多可遗传变异、2．种群基因重组的结果：产生更多可遗传变异、不定向结论：结论：突变和基因重组产生进化的原材料突变新的等位基因基因重组多种多样的基因型变异是不定向的变异是不定向的不定向种群中出现大量可遗传的变异形成了进化的原材料,形成了进化的原材料,不能决定生物进化的方向进化的原材料人类把鲫鱼的后代培育成金鱼，实质就金鱼，是通过选择改变基因频率。变基因频率。从图中看显然红色基因的频率显著提高了。率显著提高了。探究自然选择对种群基因频率的影响黑褐色树干上的桦尺蠖长满地衣的树干上的桦尺蠖英20世纪曼彻斯特世纪曼彻斯特英19世纪曼彻斯特世纪曼彻斯特问题：桦尺蠖种群中s基因的频率为什么越来越低？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？假设：根据前面所学的你能做出假设吗？自然选择可以使种群的基因频率定向改变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年桦尺蠖的基因型频率为SS化的原因。1870年桦尺蠖的基因型频率为SS10%；Ss20%；70%，20%；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，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，10%，10%，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？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年年年基因型频率基因频率SSSsssSs10%10%20%20%70%70%20%20%80%80%11.11.5%22.22.9%65.6%65.23%23%77%77%第3年年13.1%26%60.9%26.1%73.9%第4年年14.6%29.3%56.1%29.3%70.7%……升高降低(1)在这个探究实验中根据上面的数据分析，(1)在这个探究实验中根据上面的数据分析，变黑的环在这个探究实验中根据上面的数据分析境对桦尺蠖产生了什么样的影响？变黑的环境对桦尺蠖境对桦尺蠖产生了什么样的影响？浅色个体的出生率有影响吗？浅色个体的出生率有影响吗？变黑的环境使控制浅色的s基因频率减少,S基变黑的环境使控制浅色的s基因频率减少,S基,S因频率增加许多浅色个体可能在没有交配、许多浅色个体可能在没有交配、产卵前就已被天敌捕食自然选择使基因频率定向改变。自然选择使基因频率定向改变。(2)在自然选择中，直接受选择的是基因型还是表现型？(2)在自然选择中，直接受选择的是基因型还是表现型？在自然选择中天敌看到的是桦尺蠖的体色（表现型）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结论：（三）自然选择决定了生物进化的方向原因：淘汰不利变异基因，积累有利变异基因。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。结果：使基因频率定向改变。突变和基因重组为生物进化提供了原材料，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，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。定的方向不断进化。某工厂有男女职工各200名某工厂有男女职工各200名，对他们进行调查时200发现，女性色盲基因携带者为1515人女性患者1发现，女性色盲基因携带者为15人，女性患者1男性患者1414人这个群体中色盲基因色盲基因的频人，男性患者14人，这个群体中色盲基因的频率应为（率应为（C）。A、15%B、B、3.88%C、C、5.17%15＋2＋14＋＋D、D、10.3%×100%色盲（基因频率＝色盲（b）基因频率＝200×2＋200×＋＝5.17％％已知人眼中的褐色（）对蓝色(a)是显性是显性。已知人眼中的褐色（A）对蓝色是显性。在一个人的人群中，有30000人的人群中，蓝眼人有人的人群中蓝眼人有3600人，褐眼的有人26400人，其中纯合体有人其中纯合体有12000人。那么，在这个人群人那么，基因频率分布为（中A和a基因频率分布为（