生物化学016学习.pptx

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1、1一、达尔文和他的自然选择理论二、基因频率和自然选择的作用普通生物学 第二部分 个体生物学 第十六章 生命进化第1页/共63页2一、达尔文和他的自然选择理论 神创论：生物在某一时刻一次形成，其 后不变 进化的思想：一个物种是从另一个物种 演化而来的。达尔文、物种起 源普通生物学 第二部分 个体生物学 第十六章 生命进化第2页/共63页3（一）达尔文和物种起源（二）自然选择学说 1 1、遗传 2 2、变异 3 3、繁殖过剩 4 4、生存斗争 5 5、适者生存普通生物学 第二部分 个体生物学 第十六章 生命进化第3页/共63页4（一）达尔文和物种起源 1.简介：1831-18361831-1836

2、年，达尔文乘“贝格尔号”作5 5年环球探险航行。观察采集标本 加拉帕戈斯群岛：海龟、地雀分布在各小岛上，种类多，相似而不相同 推断：生物由共同的祖先种分化出来 神创论解释不了这些现象 马尔萨斯人口论普通生物学 第二部分 个体生物学第4页/共63页5 繁殖力极强 而数量稳定 食物有限 生存斗争 适者生存，不适者淘汰 18591859年，达尔文出版物种起源，提出生物进化的见解 旧约-神创论普通生物学 第二部分 个体生物学第5页/共63页6（二）自然选择学说 1 1、遗传 普遍特征，物种稳定存在的基础 2 2、变异 普遍存在、随机产生 可遗传的变异 染色体畸变和基因突变 基因重组（有无限变异的可能性

3、）不遗传的变异(达尔文学说中指)普通生物学 第二部分 个体生物学第6页/共63页73 3、繁殖过剩 -极强的生殖力 一对家蝇 每代产卵10001000个，每世代为1010天 繁殖一年 可把地球覆盖2.542.54厘米厚 大象 (繁殖很慢 )一头雌象一生产仔6 6头 活100100岁 750750年后可有149149万头子孙 事实上，自然界各种生物的数量在一定时期内部保持相对稳定，为什么？普通生物学 第二部分 个体生物学第7页/共63页84 4、生存斗争 定义：为争取食物和生存场所而进行的种内斗争、种间斗争 分类 种内斗争：争夺食物和交配权 种间斗争：争夺食物和生存空间 意义 通过生存斗争，有些

4、生物活下来了，有许多生物被淘汰或消灭了普通生物学 第二部分 个体生物学第8页/共63页95 5、适者生存 生存斗争的结果就是适者生存 选择：有适应性变异的个体被 保留下来 淘汰：不具适应性变异的个体被 消灭普通生物学 第二部分 个体生物学第9页/共63页10 二、基因频率和自然选择的作用（一）基因库（二）哈迪温伯格定律（三）基因频率的改变（四）物种和物种的形成（五）适应和进化形式（六）进化理论的发展普通生物学 第二部分 个体生物学第10页/共63页11（一）基因库 种群 定义：在一定的地域中，一个物 种的全体成员构成一个种群 特征：种群内的雌雄个体能通过有性生殖而实现基因的交流 举例：一个湖泊

5、中的所有鲤鱼、田螺普通生物学 第二部分 个体生物学第11页/共63页12 基因库：一个种群全部个体所带有的全部基因的总和 研究意义：了解生物进化的机制 群体或种群的进化普通生物学 第二部分 个体生物学第12页/共63页13（二）哈迪温伯格定律 1918年，哈迪和温伯格分别提出基因频率稳定性的见解l概念：一个有性生殖的自然种群符合以下5个条件，保持基因平衡：种群大 种群中个体间的交配随机 没有突变发生；没有新基因的加入 (见下一页)普通生物学 第二部分 个体生物学第13页/共63页14 没有自然选择 举例(书上)意义：上述条件永远不能满足 基因频率发生改变 从反面证明进化必然发生普通生物学 第二

6、部分 个体生物学第14页/共63页15 种群大小 概率：数量足够大 稳定 种群数量小 基因频率波动 出现以下的情况：遗传漂变 建立者效应 瓶颈效应普通生物学 第二部分 个体生物学第15页/共63页16 遗传漂变 定义：小的群体 因偶然机会，而非选择 基因频率发生变化的现象 举例：某一个基因的频率为0.02，有100万个体 有2万个个体有此基因 有50个个体 仅有1个含此基因 偶然死亡或无机会和异性个体交配 在F1代中该基因消失 仅剩纯合子个体普通生物学 第二部分 个体生物学第16页/共63页17 建立者效应 定义：小种群造成特殊的基因频率。某种群中的少数个体 迁移到它处定居 有些等位基因没带出

7、 导致与种群的基因频率有差异 通过自然选择 形成新品种或新种普通生物学 第二部分 个体生物学第17页/共63页18 瓶颈效应 定义：很多生物，特别是动物，春季繁殖 夏季数量多 冬季寒冷和缺少食物大量死亡 其数量形成瓶颈模式 (瓶颈部分为冬季数量减少时期)普通生物学 第二部分 个体生物学第18页/共63页19 举例 (P452)第一年夏季 第二年夏季 第三年夏季 基因频率2%3%0%说明：上例可以看出瓶颈效应所带来 的基因频率的改变有实际意义：(见下一页)普通生物学 第二部分 个体生物学第19页/共63页20 农药选择压 杀虫剂杀死敏感性个体 F1代抗 性基因频率增加 冬季寒冷选择压 寒冷杀死抗

8、性个体F1代抗性基因频率下降。只要该种群不形成抗性纯合系，则停止用药几年后，抗药性基因频率就恢复到原来的水平。经常换农药就是这个道理。普通生物学 第二部分 个体生物学第20页/共63页21 不随机交配 动物中极常见 涉及行为（与植物不同）突变和新基因的加入 没有新基因加入是可能的 种群迁入影响基因频率的稳定 突变的速度 很低 人：10万个基因，出生时2个突变；突变：随机、无方向性，仅是选择的材料 如突变被选择，基因频率就增加。普通生物学 第二部分 个体生物学第21页/共63页22 自然选择的作用 自然选择引起基因频率改变 多基因性状的选择 自然选择的类型 选择压普通生物学 第二部分 个体生物学

9、第22页/共63页23 自然选择引起基因频率改变 P454 图16-5 选择或淘汰某些基因 例:假设基因选择压为0.001（1000:999）即(AA+Aa)：aa=1000：999 频率为0.00001的显性基因 23400世代 基因频率为 0.99 23 400个世代在地质年代上是很短的 假设生物一年繁殖一代 23400年就可使物种发生基本改变。普通生物学 第二部分 个体生物学第23页/共63页24 选择压高 短时期形成新品种 金黄葡萄球菌存在抗性基因抗 青霉素，选择压强,几个世代后 纯合 无法控制病菌 因此不可滥用抗生素，且要经常更换 抗生素种类 普通生物学 第二部分 个体生物学第24页

10、/共63页25 多基因性状的选择 P456 P456 图16-8 表现型 分布频率：15个基因，每个1%频率 它 们 同 存 于 一 个 生 物 体 的 几 率：1/1030 生物中不可能出现 人工育种：一定选择压 基因频率改变 新的基因组合 新表现型 例如：玉米含油量5%15%普通生物学 第二部分 个体生物学第25页/共63页26 自然选择的类型 定向性选择 极端类型 如：抗性选择 含油量选择 英国椒花蛾：19世纪中叶以前带斑点 的灰白色，发现第一只暗黑色椒花蛾 19世 纪 末，则 98%为暗黑色 稳定性选择 中间类型 如：新生儿体重(4.5-8.52-11)2-11)：六斤左 右存活率最高

11、 中断性选择 两极端类型 如：白足鼠：长尾、短尾保留，淘汰中间类型普通生物学 第二部分 个体生物学第26页/共63页27 选择压 定义：两个相对性状间，一个性状被选择生存的 优势。或说两个基因频率间，一个比另一 个更能生存的优势。特点：相对性：依环境而变。综合性：综合后有利 +选择压 基因被选择 综合后不利 选择压 基因被淘汰 举例：雄鸭的艳丽羽毛；镰刀型贫血病与 疟疾图16-116-1 图16-216-2普通生物学 第二部分 个体生物学第27页/共63页28（四）物种和物种的形成 物种 种群 隔离在物种形成中的作用 异地物种形成和同地物种形成 渐变群 多倍体普通生物学 第二部分 个体生物学第

12、28页/共63页29 物种：分类单位，客观存在 定义：形态上类似，彼此能够交配，要求类似环境条件的生物个体的总称 现代遗传学：一个具有共同基因库的，与其他类群有生殖隔离的类群 根据：有无生殖隔离 但根据形态特征进行物种鉴定不但有效，且方便：化石（古生物）只进行无性生殖的生物 、细菌等原核生物 思考：个体能代表一个物种吗？普通生物学 第二部分 个体生物学第29页/共63页30 种群 定义：同一物种的一群个体 个体间交配 保持同一个基因库 特点：同一物种的种群间 地理隔离 不同物种的种群间 生殖隔离 同种种群间消除隔离 互相交配 基因交流普通生物学 第二部分 个体生物学第30页/共63页31 隔离

13、在物种形成中的作用 隔离 小种群 基因频率改变(由于遗传漂变)形成新种(由于不同的选择压)地理隔离和生殖隔离 交配前生殖隔离和交配后生殖隔离普通生物学 第二部分 个体生物学第31页/共63页32 地理隔离和生殖隔离 选择地理隔离生殖隔离，原因：建立者效应:被分开种群的基因频率，不完全相同的 突变:随机进行 不同选择压、不同选择方向 分布环境有差异 对种群的不同选择方向和选择压力 不同种群保留不同基因 积累差异 形成新种普通生物学 第二部分 个体生物学第32页/共63页33 交配前生殖隔离和交配后生殖隔离 交配前生殖隔离：因种种原因不能实现交配的 生态隔离:相隔远，例如西方悬铃木在美国，而东方悬

14、铃木在地中海东部 栖息地隔离:相隔近，例如两种蟾蜍，分别在河流和浅池沼 季节性隔离:两种松树，一种在二月传粉，而另一种则在四月传粉 行为隔离:求偶行为不同的动物 形态隔离：主要是生殖器官形态不同，这在昆虫中比较常见普通生物学 第二部分 个体生物学第33页/共63页34 交配后生殖隔离：交配后合子不能发育或能发育 但不能产生健康而有生殖力的后代 配子隔离:可交配、受精，但不发生受精作用，在不同种的果蝇间可见 发育隔离:可受精，但胚胎发育不正常，出生前死亡，像山羊和绵羊杂交 杂种不活:杂种在可生殖前死亡，如烟草种间 杂种不育:马、驴骡 杂种的选择性消除:保留两亲本，消除杂种普通生物学 第二部分 个

15、体生物学第34页/共63页35 异地物种形成和同地物种形成 异地物种形成:地理隔离 生殖隔离，形成物种的主要方式 同地物种形成:无地理隔离，仅有生殖隔离，少见 突变个体和野生型占据不同生态位 自然选择消除杂种 形成两个新种 特点：渐进式 时间久(万年或十万年以上的时间).普通生物学 第二部分 个体生物学第35页/共63页36 渐变群 定义：两极端位置间的种群不能交配的现象 特点：地理分布广 相邻种群间能交配 若消除中间类群 出现生殖隔离 必然形成新种 举例：美洲的豹蛙，从美国的东北部一直到南端都有分布普通生物学 第二部分 个体生物学第36页/共63页37 多倍体 产生新物种的另一种形式；只经过

16、一、两代 就产生新，称为爆发式。特点：动物界 少发生 植物界 较普遍 40%以上的被子植物是多倍体。类型：同源多倍体 异源多倍体 普通生物学 第二部分 个体生物学第37页/共63页38 同源多倍体：较少见，如月见草 人工培育：西瓜（2n=22）秋水仙素处理茎尖 染色体加倍 形成四倍体（同源多倍体）四倍体 杂交 三倍体无籽西瓜 二倍体普通生物学 第二部分 个体生物学第38页/共63页39 异源多倍体：常见，如小麦，小黑麦。一粒小麦（14）X 山羊草（14）杂种不育 染色体加倍 二粒小麦（28）X 另一种山羊草（14）杂种不育 染色体加倍 小麦（42）黑麦（2n=14）X 小麦（6n=42）杂种

17、4n=（7+21）秋水仙 素染色体加倍 小黑麦（8n=56）普通生物学 第二部分 个体生物学第39页/共63页40（五）适应和进化形式 适应 协同进化（共进化）趋同进化和趋异进化 适应辐射普通生物学 第二部分 个体生物学第40页/共63页41 适应 图16-15A、B、C、D、特点：自然选择的结果，无意识，与人不同。生物经自然选择有对环境的适应能力 表现：形态：花色 生理：出汗 行为：装死、放墨汁 单个基因 个别器官 多个基因 整个生物体普通生物学 第二部分 个体生物学第41页/共63页42 类型 花对于昆虫采粉的适应 保护色 恶臭 警戒色 拟态普通生物学 第二部分 个体生物学第42页/共63

18、页43 花对于昆虫采粉的适应 蜜蜂：花黄色、蓝色，无红色花，有 香味，有结构停靠 图16-3 蜂鸟：红色、黄色花，无香味，无停靠结构 蛾：白色和淡色，有香味。夜间活动 蝇：臭味，颜色暗淡。靠味觉寻找食物普通生物学 第二部分 个体生物学第43页/共63页44 保护色 特点：体色 环境色泽 举例：椒花蛾、变色龙躲避天敌。恶臭 举例：黄鼠狼普通生物学 第二部分 个体生物学第44页/共63页45 警戒色 特点：体色 -环境颜色 吓唬捕食者 举例：毛毛虫（昆虫幼虫）、真菌 拟态016-4 特点：形态 有抵抗力的物种 以假乱真 举例：蜜蜂、土蜂、马蜂有毒刺普通生物学 第二部分 个体生物学对比鲜明第45页/

19、共63页46 协同进化（共进化）定义：生物互相适应的现象 举例 花和传粉动物：双方都有利，各取 所需 捕食者与被捕食者：后者不可能被 吃光，否则前者也无法生存 寄生虫与寄主：不可对寄主太有害普通生物学 第二部分 个体生物学第46页/共63页47 趋同进化和趋异进化 趋同进化：定义：相同环境、选择压的不同生物 功能相同或相似的形态结构。举例：鱼、海豚(鱼类)和鲸(哺乳类)流线型体型和鳍 有利于水中运动 仙人掌科植物和大戟科植物 外形相似 有利于沙漠生活普通生物学 第二部分 个体生物学第47页/共63页48 趋异进化：定义：不同环境、选择压的同一物种 功能相异的结构 举例：第四纪更新世时冰川活动

20、，棕熊 北极熊：白色、肉食、足底刚毛 棕熊：以植物为主要食物普通生物学 第二部分 个体生物学第48页/共63页49 适应辐射 定义：一个物种适应多种不同环境 分化成多个不同的种 形成一个同源的辐射状进化系统 原因：物种 -新环境：选择压小，生态位多 举例：达尔文-加拉帕戈斯群岛 -地雀-10-10多种-占据不同生态位普通生物学 第二部分 个体生物学 迁移第49页/共63页50 三大适应辐射 生物进化史上出现的三次大的生物适应辐射 脊椎动物由水生到陆生 爬行动物的出现 哺乳动物的出现普通生物学 第二部分 个体生物学第50页/共63页51（六）进化理论的发展 综合进化论对达尔文学说的修改 分子进化

21、和中性学说 渐变式进化和跳跃式进化 物种绝灭和灾变普通生物学 第二部分 个体生物学第51页/共63页52 综合进化论对达尔文学说的修改 达尔文式的进化：积累微小变异 -渐变式 非达尔文式的进化：其它方式普通生物学 第二部分 个体生物学第52页/共63页53 综合进化论主要作了以下修改：进化：非个体，是种群 自然选择来自：非繁殖过剩和生存斗争，是不同基因型有差异的延续 变异类型：可遗传的与不可遗传的。达尔文无此区分。普通生物学 第二部分 个体生物学第53页/共63页54 分子进化和中性学说 19681968年，日本人木村资生提出：生物进化的动力是中性突变在自然群体中进行随机“遗传漂变”，而与自然

22、选择无关。中性突变 遗传漂变是分子进化的基本动力 分子进化速率普通生物学 第二部分 个体生物学第54页/共63页55 中性突变 无好处、无害处，自然选择对它们不起作用。同义突变 非功能性突变 不改变功能的突变普通生物学 第二部分 个体生物学第55页/共63页56 同义突变 原因：遗传密码子的简并性。举例：UUUUUU CCC CCC 脯氨酸 CCU CCU 苯丙氨酸 UUC CCAUUC CCA CCG CCG 非功能性突变 DNADNA中的不转录序列，如高度重复序列。不改变功能的突变 原因：结构基因的突变，但功能不变 举例：如细胞色素C C、血红蛋白普通生物学 第二部分 个体生物学第56页/

23、共63页57 遗传漂变是分子进化的基本动力 综合进化论：遗传漂变对进化有作用，但比选择小得多 中性学说：自然选择对中性突变不起作用，不是 进化的动力 进化的动力是遗传漂变。即：突变大 多在种群中随机地被固定或消失普通生物学 第二部分 个体生物学第57页/共63页58 分子进化速率 特点：同种大分子在不同生物中的进化速率相同 举例：血红蛋白的链，从鱼到马和从马到人，进化速率基本一致分子进化的速率与种群的大小、生殖力和寿命没有关系，不受环境因素的影响 结论：分子进化是随机发生的，而不是选择的结果普通生物学 第二部分 个体生物学第58页/共63页59补充：中性突变也取决于环境的变化。如两种同工酶 3

24、3 33 3333 4444 血红蛋白的链，第六位的谷氨酸被 缬氨酸取代后，出现镰刀形贫血病 木村也承认生物表现型，即形态、行为和生态性状是自然选择的结果普通生物学 第二部分 个体生物学第59页/共63页60 渐变式进化和跳跃式进化 渐进式进化 达尔文学说和综合进化论都赞同 鸟和人的起源可以证明之 跳跃式进化 -可能 大突变：调节基因 果蝇的HOMHOM基因，它们控制着形体建成普通生物学 第二部分 个体生物学第60页/共63页61 物种绝灭和灾变 渐进式进化的前提：地球历史是渐变的 地球历史上可能出现过灾变，如：陨石碰撞 导致气候剧烈变化 引起物种灭绝(如恐龙灭绝可能是此缘故)；极少数活下来的物种通过适应辐射 产生新物种 进化发生普通生物学 第二部分 个体生物学第61页/共63页62END第62页/共63页63感谢您的观看！第63页/共63页