§7—2 现代生物进化理论的主要内容
【问题探讨】自私的基因
你看过《自私的基因》这本书吗?作者为什么用这样的标题呢?基因是没有欲望的,但用拟人化的方式思考问题,有时却是有用的。
虎有成千上万个基因,有的决定牙齿的锐利程度,有的决定肌肉的粗壮程度……
讨论:把自己想像成虎体内的一个基因。你不仅不愿意在虎的后代中消失,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?
生活在一定区域的同种生物的全部个体。
§7—2 现代生物进化理论的主要内容
·种群基因频率的改变与生物进化
*种群是生物进化的基本单位:
⑴种群:
种群中的个体,并非机械地集合在一起,而是彼此可以交配,并通过繁殖将各自的基因传给后代。
种群在繁衍过程中,个体有新老更替,基因却代代相传。
§7—2 现代生物进化理论的主要内容
·种群基因频率的改变与生物进化
*种群是生物进化的基本单位:
⑴种群:
⑵种群的基因库:
一个种群中全部个体所含有的全部基因,构成该种群的基因库。
§7—2 现代生物进化理论的主要内容
·种群基因频率的改变与生物进化
*种群是生物进化的基本单位:
⑴种群:
⑵种群的基因库:
⑶基因频率:
在一个种群基因库中,某个基因占全部等位基因的比率,叫基因频率。
从一昆虫种群中随机抽取100个个体,测得基因型为AA(绿翅)、Aa(绿翅)和aa(褐翅)的个体分别为30、60和10个。则:
A基因的频率:
2×显性纯合子数+杂合子数
A基因数÷该对基因总数
A基因的数量:
2×隐性纯合子数+杂合子数
a基因的数量:
a基因的频率:
a基因数÷该对基因总数
思考:
这一种群繁殖若干代后,其基因频率会不会发生改变呢?
=2×30+60=120个
=120÷200=60%
=2×10+60=80个
=80÷200=40%
§7—2 现代生物进化理论的主要内容
·种群基因频率的改变与生物进化
*种群是生物进化的基本单位:
⑴种群:
⑵种群的基因库:
⑶基因频率:
思考与讨论 用数学方法讨论基因频率的变化
1.假设上述昆虫种群非常大,所有的雌雄个体间都能自由交配并产生后代,没有迁入和迁出,自然选择对翅色这一相对性状没有作用,基因A和a都不产生突变。根据分离定律计算:
⑴该种群产生的 A 配子
和a配子的比率各是多少?
A配子的频率:___。
a配子的频率:___。
从一昆虫种群中随机抽取100个个体,测得基因型为AA(绿翅)、Aa(绿翅)和aa(褐翅)的个体分别为30、60和10个。则:
在一个种群基因库中,某个基因占全部等位基因的比率,叫基因频率。
30%
30%
30%
10%
60%
40%
§7—2 现代生物进化理论的主要内容
·种群基因频率的改变与生物进化
*种群是生物进化的基本单位:
⑴种群:
⑵种群的基因库:
⑶基因频率:
思考与讨论 用数学方法讨论基因频率的变化
1.假设上述昆虫种群非常大,所有的雌雄个体间都能自由交配并产生后代,没有迁入和迁出,自然选择对翅色这一相对性状没有作用,基因A和a都不产生突变。根据分离定律计算:
⑵子代基因型的频率各
是多少?
从一昆虫种群中随机抽取100个个体,测得基因型为AA(绿翅)、Aa(绿翅)和aa(褐翅)的个体分别为30、60和10个。则:
在一个种群基因库中,某个基因占全部等位基因的比率,叫基因频率。
30%
30%
30%
10%
36%
48%
16%
§7—2 现代生物进化理论的主要内容
·种群基因频率的改变与生物进化
*种群是生物进化的基本单位:
⑴种群:
⑵种群的基因库:
⑶基因频率:
思考与讨论 用数学方法讨论基因频率的变化
1.假设上述昆虫种群非常大,所有的雌雄个体间都能自由交配并产生后代,没有迁入和迁出,自然选择对翅色这一相对性状没有作用,基因A和a都不产生突变。根据分离定律计算:
⑶子代种群的基因频率
各是多少?
从一昆虫种群中随机抽取100个个体,测得基因型为AA(绿翅)、Aa(绿翅)和aa(褐翅)的个体分别为30、60和10个。则:
在一个种群基因库中,某个基因占全部等位基因的比率,叫基因频率。
30%
30%
30%
10%
36%
48%
16%
60%
40%
§7—2 现代生物进化理论的主要内容
·种群基因频率的改变与生物进化
*种群是生物进化的基本单位:
⑴种群:
⑵种群的基因库:
⑶基因频率:
思考与讨论 用数学方法讨论基因频率的变化
1.假设上述昆虫种群非常大,所有的雌雄个体间都能自由交配并产生后代,没有迁入和迁出,自然选择对翅色这一相对性状没有作用,基因A和a都不产生突变。根据分离定律计算:
⑷将计算结果填入表中。
想一想,子二代、子三代及
若干代后,种群的基因频率
会和子一代一样吗?
从一昆虫种群中随机抽取100个个体,测得基因型为AA(绿翅)、Aa(绿翅)和aa(褐翅)的个体分别为30、60和10个。则:
在一个种群基因库中,某个基因占全部等位基因的比率,叫基因频率。
30%
30%
30%
10%
36%
48%
16%
60%
40%
§7—2 现代生物进化理论的主要内容
·种群基因频率的改变与生物进化
*种群是生物进化的基本单位:
⑴种群:
⑵种群的基因库:
⑶基因频率:
思考与讨论 用数学方法讨论基因频率的变化
2.上述计算是建立在五个假设条件的基础上的。对自然界的种群来说,这五个条件都成立吗?你能举出哪些实例?
3.若该种群出现新的突变
型(基因型为A2a或A2A2),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?
从一昆虫种群中随机抽取100个个体,测得基因型为AA(绿翅)、Aa(绿翅)和aa(褐翅)的个体分别为30、60和10个。则:
在一个种群基因库中,某个基因占全部等位基因的比率,叫基因频率。
30%
30%
30%
10%
36%
48%
16%
60%
40%
§7—2 现代生物进化理论的主要内容
·种群基因频率的改变与生物进化
*种群是生物进化的基本单位:
*突变和基因重组产生进化的原材料:
可遗传变异
染色体变异
基因重组
基因突变
突变
可遗传的变异是生物进化的原材料。没有可遗传的变异,生物就不可能进化。
⑴可遗传变异:
§7—2 现代生物进化理论的主要内容
·种群基因频率的改变与生物进化
*种群是生物进化的基本单位:
*突变和基因重组产生进化的原材料:
思考 种群中能否产生大量的突变
我们知道,生物自发突变的频率很低。但是别忘了,种群是由许多个体组成的。每个个体的每一个细胞中,都有成千上万个基因。这样,每一代就会产生大量的突变。
例如,果蝇约有104对基因,假定每个基因的突变率都是10-5,对于一个中等大小的果蝇种群(约有108个个体)来说,每一代将出现多少个基因突变?
2×104×10-5×108=2×107(个)
⑴可遗传变异:
⑵种群中能产生足够多的突变:
§7—2 现代生物进化理论的主要内容
·种群基因频率的改变与生物进化
*种群是生物进化的基本单位:
*突变和基因重组产生进化的原材料:
⑴可遗传变异:
⑵种群中能产生足够多的突变:
⑶突变的有利或有害取决于环境:
§7—2 现代生物进化理论的主要内容
·种群基因频率的改变与生物进化
*种群是生物进化的基本单位:
*突变和基因重组产生进化的原材料:
⑴可遗传变异:
⑵种群中能产生足够多的突变:
⑶突变的有利或有害取决于环境:
⑷重组使种群出现大量的可遗传变异:
资料 基因重组使种群出现大量的可遗传变异
在突变过程中产生了许多相应的等位基因。通过有性生殖过程中的基因重组,可以形成多种多样的基因型,从而使种群出现大量的可遗传变异。
例如,人有23对染色体,即使每对染色体只含有一对杂合的等位基因,仅仅通过自由组合,就会产生出223(8 388 608)种不同类型的配子,这样,一个新生儿就有323(94 143 178 827)种可能的基因型。
§7—2 现代生物进化理论的主要内容
·种群基因频率的改变与生物进化
*种群是生物进化的基本单位:
*突变和基因重组产生进化的原材料:
⑴可遗传变异:
⑵种群中能产生足够多的突变:
⑶突变的有利或有害取决于环境:
⑷重组使种群出现大量的可遗传变异:
⑸突变和重组提供进化的原材料:
突变和基因重组都是随机的、不定向的,只能提供进化的原材料,而不能决定进化的方向。
§7—2 现代生物进化理论的主要内容
·种群基因频率的改变与生物进化
*种群是生物进化的基本单位:
*突变和基因重组产生进化的原材料:
*自然选择决定生物进化的方向:
探究 自然选择对种群基因频率变化的影响
·提出问题:
英国曼彻斯特地区有一种桦尺蠖,它们夜间活动,白天
栖息在树干上。杂交实验表明,桦尺蠖的体色受一对等位基
因S和s控制。黑色(S)对浅色(s)是显性。
在19世纪中叶以前,桦尺蠖几乎都是浅色型的,该种群
中S基因的频率很低,在 5% 以下。到了20世纪中叶,黑色型
的桦尺蠖却成了常见的类型,S基因的频率上升到95%以上。
19世纪时,曼彻斯特地区的树干上长满了地衣。后来,
随着工业的发展,工厂排出的煤烟使地衣不能生存,结果树
皮裸露并被熏成黑褐色。
桦尺蠖种群中s(浅色)基因的频率为什么越来越低呢?
§7—2 现代生物进化理论的主要内容
·种群基因频率的改变与生物进化
*种群是生物进化的基本单位:
*突变和基因重组产生进化的原材料:
*自然选择决定生物进化的方向:
探究 自然选择对种群基因频率变化的影响
·提出问题:
·作出假设:
根据前面所学知识作出假设:__________
_________________________
_______________。
树干变黑后,浅色型的桦尺蠖容易被天敌(鸟)发现和捕食,浅色个体逐年减少,导致种群中s基因的频率逐年降低
§7—2 现代生物进化理论的主要内容
·种群基因频率的改变与生物进化
*种群是生物进化的基本单位:
*突变和基因重组产生进化的原材料:
*自然选择决定生物进化的方向:
探究 自然选择对种群基因频率变化的影响
·提出问题:
·作出假设:
·制定并实施探究方案:
⑴创设数字化的问题情景:假设 1870年,桦尺蠖种群的基因型频率如下:SS10%,Ss20%,ss70%,S基因的频率为20%。
在树干变黑这一环境条件下,
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4.4%,黑色个体每年增加4.4%。
在第 2~10 年间,该种群每年的
基因型频率、基因频率是多少?
§7—2 现代生物进化理论的主要内容
·种群基因频率的改变与生物进化
*种群是生物进化的基本单位:
*突变和基因重组产生进化的原材料:
*自然选择决定生物进化的方向:
探究 自然选择对种群基因频率变化的影响
·提出问题:
·作出假设:
·制定并实施探究方案:
⑴创设数字化的问题情景:
⑵计算:将计算结果填入表中。
68.3%
71.2%
74.1%
31.7%
28.8%
25.9%
52.4%
56.8%
61.2%
31.7%
28.8%
25.9%
15.9%
14.4%
12.9%
§7—2 现代生物进化理论的主要内容
·种群基因频率的改变与生物进化
*种群是生物进化的基本单位:
*突变和基因重组产生进化的原材料:
*自然选择决定生物进化的方向:
探究 自然选择对种群基因频率变化的影响
·提出问题:
·作出假设:
·制定并实施探究方案:
⑴创设数字化的问题情景:
⑵计算:
⑶调整:根据计算结果,对
环境的选择作用的大小进行适当
调整,比如,把浅色个体每年减
少的数量百分比定高些,重新计
算种群基因型频率和基因频率的
变化,与步骤⑵所得数据比较。
53.3%
60.0%
66.7%
46.7%
40.0%
33.3%
30.0%
40.0%
50.0%
46.7%
40.0%
33.3%
23.3%
20.0%
16.7%
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·种群基因频率的改变与生物进化
*种群是生物进化的基本单位:
*突变和基因重组产生进化的原材料:
*自然选择决定生物进化的方向:
探究 自然选择对种群基因频率变化的影响
·提出问题:
·作出假设:
·制定并实施探究方案:
·分析结果、得出结论:
分析计算结果,是否支持
你作出的假设,得出结论。
§7—2 现代生物进化理论的主要内容
·种群基因频率的改变与生物进化
*种群是生物进化的基本单位:
*突变和基因重组产生进化的原材料:
*自然选择决定生物进化的方向:
探究 自然选择对种群基因频率变化的影响
·提出问题:
·作出假设:
·制定并实施探究方案:
·分析结果、得出结论:
·讨论:
⑴树干变黑会影响桦尺蠖
种群中浅色个体的出生率吗?
为什么?
⑵在自然选择过程中,直
接受选择的是基因型还是表现
型?为什么?
§7—2 现代生物进化理论的主要内容
·种群基因频率的改变与生物进化
*种群是生物进化的基本单位:
*突变和基因重组产生进化的原材料:
*自然选择决定生物进化的方向:
具有有利变异的个体有更多的机会产生后代,种群中相应基因的频率会提高;反之,留下后代的机会少,相应基因的频率会下降。
在自然选择的作用下,种群的基因频率会发生定向改变,导致生物朝着一定的方向不断进化。
§7—2 现代生物进化理论的主要内容
·种群基因频率的改变与生物进化
*种群是生物进化的基本单位:
*突变和基因重组产生进化的原材料:
*自然选择决定生物进化的方向:
【基础1】下列生物群体中属于种群的是 ( )
A.一个湖泊中的全部鱼 B.一个森林中的全部蛇
C.卧龙自然保护区中的全部大熊猫 D.一间屋中的全部蟑螂
C
C
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*种群是生物进化的基本单位:
*突变和基因重组产生进化的原材料:
*自然选择决定生物进化的方向:
【基础3】一种果蝇的突变体在21℃的气温下,生存能力很差,但是,当气温上升到25.5℃时,突变体的生存能力大大提高。这说明 ( )
A.突变是不定向
B.突变是随机发生的
C.突变的有害或有利取决于环境条件
D.环境条件的变化对突变体都是有害的
C
【基础4】如果没有突变,进化还能够发生吗?为什么?
§7—2 现代生物进化理论的主要内容
·种群基因频率的改变与生物进化
*种群是生物进化的基本单位:
*突变和基因重组产生进化的原材料:
*自然选择决定生物进化的方向:
【拓展1】举出人为因素导致种群基因频率定向改变的实例。
【拓展2】如果将一个濒临绝灭的生物的种群释放到一个新环境中,那里有充足的食物,没有天敌,这个种群将发生怎样的变化?请根据所学知识作出预测。
§7—2 现代生物进化理论的主要内容
·种群基因频率的改变与生物进化
·隔离与物种的形成
指能够在自然状态下相互交配,并产生可育后代的一群生物。种与种之间存在生殖隔离。
生殖隔离:不同物种之间,一般是不能相互交配的,即使交配成功,也不能产生可育的后代。
地理隔离:同一种生物由于地理上的障碍而分成不同的种群,使得种群间不能发生基因交流的现象。
*物种(种)的概念:
×
§7—2 现代生物进化理论的主要内容
·种群基因频率的改变与生物进化
·隔离与物种的形成
*物种(种)的概念:
*隔离在物种形成中的作用:
隔离:不同种群间的个体,在自然条件下基因不能自由交流的现象。
隔离是物种形成的必要条件:长期的地理隔离→种群的基因库间形成明显差异→逐步出现生殖隔离,形成新物种。
§7—2 现代生物进化理论的主要内容
·种群基因频率的改变与生物进化
·隔离与物种的形成
*物种(种)的概念:
*隔离在物种形成中的作用:
隔离是物种形成的必要条件:长期的地理隔离→种群的基因库间形成明显差异→逐步出现生殖隔离,形成新物种。
资料分析 隔离在物种形成中的作用
达尔文在环球考察中观察到,在加拉帕戈斯群岛生活着13种地雀。
这些地雀的喙差别很大,不同种之间存在生殖隔离。而在辽阔的南
美洲大陆上,却看不到这13种地雀的踪影。
加拉帕戈斯群岛位于南美洲附近的太平洋中,由13个主要岛
屿组成,这些与南美洲大陆的距离在160~950km之间。不同岛屿
的环境有较大差别,如岛的低洼地带,布满棘刺状的灌丛;而
在只有大岛上才有的高地,则生长着茂密的森林。
这些岛屿是500万年前由海底火山喷发后形成的,比南美洲大陆的形成晚得多。因此,可以推测这些地雀的共同祖先来自南美洲大陆,以后在各个岛屿上形成不同的种群。
讨论1:设想南美洲大陆的一种地雀来到加拉帕戈斯群岛后,先在两个岛屿上形成两个初始种群。这两个种群的个体数量都不多。它们的基因频率一样吗?
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。
§7—2 现代生物进化理论的主要内容
·种群基因频率的改变与生物进化
·隔离与物种的形成
*物种(种)的概念:
*隔离在物种形成中的作用:
隔离是物种形成的必要条件:长期的地理隔离→种群的基因库间形成明显差异→逐步出现生殖隔离,形成新物种。
资料分析 隔离在物种形成中的作用
达尔文在环球考察中观察到,在加拉帕戈斯群岛生活着13种地雀。
这些地雀的喙差别很大,不同种之间存在生殖隔离。而在辽阔的南
美洲大陆上,却看不到这13种地雀的踪影。
加拉帕戈斯群岛位于南美洲附近的太平洋中,由13个主要岛
屿组成,这些与南美洲大陆的距离在160~950km之间。不同岛屿
的环境有较大差别,如岛的低洼地带,布满棘刺状的灌丛;而
在只有大岛上才有的高地,则生长着茂密的森林。
这些岛屿是500万年前由海底火山喷发后形成的,比南美洲大陆的形成晚得多。因此,可以推测这些地雀的共同祖先来自南美洲大陆,以后在各个岛屿上形成不同的种群。
讨论2:不同岛屿上的地雀种群,产生突变的情况一样吗?
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。
§7—2 现代生物进化理论的主要内容
·种群基因频率的改变与生物进化
·隔离与物种的形成
*物种(种)的概念:
*隔离在物种形成中的作用:
隔离是物种形成的必要条件:长期的地理隔离→种群的基因库间形成明显差异→逐步出现生殖隔离,形成新物种。
资料分析 隔离在物种形成中的作用
达尔文在环球考察中观察到,在加拉帕戈斯群岛生活着13种地雀。
这些地雀的喙差别很大,不同种之间存在生殖隔离。而在辽阔的南
美洲大陆上,却看不到这13种地雀的踪影。
加拉帕戈斯群岛位于南美洲附近的太平洋中,由13个主要岛
屿组成,这些与南美洲大陆的距离在160~950km之间。不同岛屿
的环境有较大差别,如岛的低洼地带,布满棘刺状的灌丛;而
在只有大岛上才有的高地,则生长着茂密的森林。
这些岛屿是500万年前由海底火山喷发后形成的,比南美洲大陆的形成晚得多。因此,可以推测这些地雀的共同祖先来自南美洲大陆,以后在各个岛屿上形成不同的种群。
讨论3:对不同岛屿上的地雀种群来说,环境的作用有没有差别?这对种群基因频率的变化会产生什么影响?
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。
§7—2 现代生物进化理论的主要内容
·种群基因频率的改变与生物进化
·隔离与物种的形成
*物种(种)的概念:
*隔离在物种形成中的作用:
隔离是物种形成的必要条件:长期的地理隔离→种群的基因库间形成明显差异→逐步出现生殖隔离,形成新物种。
资料分析 隔离在物种形成中的作用
达尔文在环球考察中观察到,在加拉帕戈斯群岛生活着13种地雀。
这些地雀的喙差别很大,不同种之间存在生殖隔离。而在辽阔的南
美洲大陆上,却看不到这13种地雀的踪影。
加拉帕戈斯群岛位于南美洲附近的太平洋中,由13个主要岛
屿组成,这些与南美洲大陆的距离在160~950km之间。不同岛屿
的环境有较大差别,如岛的低洼地带,布满棘刺状的灌丛;而
在只有大岛上才有的高地,则生长着茂密的森林。
这些岛屿是500万年前由海底火山喷发后形成的,比南美洲大陆的形成晚得多。因此,可以推测这些地雀的共同祖先来自南美洲大陆,以后在各个岛屿上形成不同的种群。
讨论4:如果这片海域只有一个小岛,还会形成这么多种地雀吗?
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。
§7—2 现代生物进化理论的主要内容
·种群基因频率的改变与生物进化
·隔离与物种的形成
*物种(种)的概念:
*隔离在物种形成中的作用:
隔离是物种形成的必要条件:长期的地理隔离→种群的基因库间形成明显差异→逐步出现生殖隔离,形成新物种。
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。
实例:
被子植物的出现为传粉昆虫的形成创造了条件,后者又成为食虫鸟类繁盛的前奏。
你还能举出其他例子吗?
物种形成本身意味着生物类型的增加。同时,也意味着生物能够以新的方式利用环境条件。
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·隔离与物种的形成
技能训练 分析图解
某研究小组研究了某地的两个湖泊。这一地区有时会发洪水。每个湖中生活着两种相似的鱼:红褐色的和金黄色的。他们不清楚这两种鱼之间的关系,于是作出两种假设,如图所示。
1.在假说甲和假说乙中,湖泊Ⅰ和湖泊Ⅱ中的两种鱼的祖先各是哪种鱼?
2.关于红褐色鱼和金黄色鱼种群的形成,假说甲和假说乙的主要区别是什么?
3. DNA 分析表明,湖泊Ⅰ中红褐
色鱼与湖泊Ⅱ中的红褐色鱼亲缘关系
最近,这一证据支持哪种假说?
4.什么证据可以帮助你确定湖泊
Ⅰ中的红褐色鱼和金黄色鱼不是一个
物种?
§7—2 现代生物进化理论的主要内容
·种群基因频率的改变与生物进化
·隔离与物种的形成
§7—2 现代生物进化理论的主要内容
·种群基因频率的改变与生物进化
·隔离与物种的形成
【基础1】判断下列表述是否正确。
⑴发生在生物体内的基因突变,有可能使种群的基因频率发生改变 ( )
⑵两个种群间的生殖隔离一旦形成,这两个种群就属于两个物种
( )
⑶物种大都是经过长期的地理隔离,最后出现生殖隔离而形成的
( )
√
√
√
§7—2 现代生物进化理论的主要内容
·种群基因频率的改变与生物进化
·隔离与物种的形成
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·种群基因频率的改变与生物进化
·隔离与物种的形成
§7—2 现代生物进化理论的主要内容
·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
*共同进化:
资料1 大彗星兰与巨蛾
达尔文曾发现一种兰花长着细长的花矩,花矩的顶端贮存着花蜜,可以为传粉的昆虫提供食物。达尔文认为,这种花的形成绝不是偶然的,肯定存在着
这样的昆虫,它们生有同样细长的吸管似的口器,可以从花矩中吸
到花蜜。否则,这种花就不能很好地完成传粉,这一
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