必修2遺傳與進化

第4章

生物進化第2節生物進化理論在不斷發展本節重點1、達爾文自然選擇學說的要點2、現代進化理論的基本內容觀看視頻《生物進化》生物是怎樣進化的？為期五年的航海考察期間，達爾文注意到生物界普遍存在著的變異現象導致了個體間的差異，有些變異使得個體在特定環境下具有生存或繁殖的優勢。例如，加拉帕戈斯海鬣蜥的尾扁而長，有利于游泳，這與生活在島內和南美洲大陸上的蜥蜴不同長頸鹿的脖子很長，有利于取食高處的桉樹葉子；有些動物的體色存在差異，有利于在不同環境條件下的隱蔽等。生物普遍具有產生大量后代的能力。即便是繁殖率很低的大象，理論上也可以在700年左右由一對繁殖成擁有一千多萬只的龐大種群。體長不足10cm的蝗蟲在幾代之內就可以繁殖到“遮天蔽日”，所到之處寸草不留，給農業生產造成巨大災難。達爾文從經濟學家的研究中獲得靈感，推論：由于任何給定環境中的資源是受限的，生物大量繁殖會導致生存斗爭，使得每一代中僅有一部分能生存下來。這種斗爭包括種間斗爭、種內斗爭以及生物與無機環境之間的斗爭。在漫長的時間跨度中，適應環境的性狀得到積累，使生物表現出適應性。達爾文從農作物和家畜育種經驗中進一步認識到，人工選擇包含兩個必需要素：變異和遺傳。個體間的變異，如玉米穗有大有小、奶牛的產奶量有多有少，可讓育種者挑選最佳的性狀特征作為繁殖后代的良種；且這種性狀要能從親代傳遞給子代，即具有遺傳性。達爾文認為在自然界中也存在著選擇機制，即自然選擇。在自然選擇過程中，適應環境條件的變異類型具有較大的生存和繁殖機會，而不適應環境條件的變異類型則被淘汰。達爾文推斷：相對于人工選擇能在較短的時間周期內發揮作用，自然選擇則是一個漫長的過程。有利變異和不利變異是相對的。翅已經退化的昆蟲作為一種“有利變異”被保留下來。如果環境發生改變或者個體遷移到新的環境，原來的有利變異可能會變成不利變異，自然選擇會重新發生。例如，在內陸，長翅的昆蟲具有較強的飛行能力，有利于它們的覓食和躲避天敵。而在遠離大陸的科格倫島上，由于經常刮海風，使得有翅昆蟲在飛翔時容易被吹離海島而死亡；無翅或翅不發達的昆蟲緊緊趴在巖石上，反而不容易被風吹走，獲得了更多的生存機會。久而久之，在科格倫島的特定環境下，在長期的生存斗爭中，各種生物都經歷著一輪又一輪的自然選擇，最終可形成適應不同環境的變異類型，并進一步形成不同的物種，同時，達爾文還明確提出了生物有共同的起源、達爾文自然選擇學說的要點可歸納為哪四點？適者生存自然選擇使得能夠適應環境的變異個體生存下來；個體可遺傳的變異是生物進化的內在因素，變異和遺傳過度繁殖生存斗爭過度繁殖使得生存斗爭加劇，自然選擇是生物進化的外在因素。物種有形成也有滅絕等基本思想，生物是不斷變化的、現代進化理論以達爾文“自然選擇”為核心，綜合了現代遺傳理論等，為生物進化提供了科學解釋，其主要觀點如下：在《物種起源》發表后不久，孟德爾發表了關于分離定律和自由組合定律的論文，在一定程度上詮釋了遺傳和變異的規律，但當時并沒有得到應有的認可和關注。直到20世紀中葉，進化論與遺傳學、生態學等學科融合、交叉，形成了現代綜合進化理論，簡稱現代進化理論。某種基因型（如AA）在所有基因型（AA、Aa和aa）中所占比例稱為基因型頻率；種群是生物進化的基本單位種群內的個體能通過交配等形式進行繁殖，從而將基因傳遞給后代。種群中某種等位基因形式（如A）在所有等位基因形式（A和a）中所占的比例稱為等位基因頻率，簡稱基因頻率；某個相對性狀中某種表型（如紅花）在該相對性狀所有表型（紅花和白花）中所占比例稱為表型頻率。種群是指生活在同一區域內同一物種個體的集合在不考慮基因突變、選擇、遷移等事件的前提下，從本質上解釋了突變和選擇對進化的作用。種群的基因頻率、基因型頻率和表型頻率都不會發生改變。這種理想中的種群被稱為遺傳平衡種群（遵循遺傳平衡定律）。但事實上，在自然界中，種群中的基因突變和選擇是必然發生的，個體的遷移也會發生。這就會導致種群原有的遺傳平衡被打破，使基因頻率和基因型頻率發生改變。這種基于基因頻率和基因型頻率的分析方法，是衡量種群進化的量化指標，在同一種群中，個體攜帶的該物種特定基因基本相同，但基因突變和染色體變異等都可能導致個體的某些性狀發生可遺傳的變異。基因突變具有多方向性，會導致多種等位基因形式的產生，進而產生新的基因型，并有可能導致該性狀的表型發生可遺傳的變異；染色體自由組合以及交叉互換可引起非等位基因的重新組合，增加了基因型的種類數；染色體變異也可能產生新的表型。這些可遺傳變異極大地豐富了自然選擇的基本素材自然選擇主導進化的方向如果長期不斷地噴灑農藥，就可能使得這個地塊中的種群朝著抗藥性不斷增強的方向改變。通常，同一物種可能分布在不同地域構成不同的種群。由于地域的環境不同，使得具有相同基因型的個體面臨不同的環境條件。在不同環境下，這些個體的適應性存在差異，受到選擇的機會就存在差異，從而使種群向著不同方向進化。例如：在不噴灑農藥的地塊里，具有抗藥性的昆蟲（RR或Rr）與不具有抗藥性的昆蟲（rr）的生長和繁殖能力可能接近，這一種群可能就會維持著某個特定的基因頻率和基因型頻率不變；但在噴灑農藥的地塊里，只有具有抗藥性的昆蟲才可能存活，抗藥性基因頻率上升，農藥噴灑就改變了種群的遺傳結構。從而造成進化方向或者進化速率的改變。除基因突變、自然選擇之外，種群中個體的遷入和遷出、偶然交配等因素也會影響種群的基因頻率和基因型頻率，隔離可能導致新物種的形成無法進行交配或授粉，從而失去了基因交流的機會，稱為地理隔離。或者由于遷徙等，原來屬于同一種群的個體可能被大山、河流、海峽和沙漠等地理障礙隔開，由于大陸板塊漂移、河流改道等地質活動的發生，最終形成新的種群。這些新種群間存在地理障礙，地理隔離會產生怎樣的影響？地理隔離阻止了基因交流，在不同環境條件的自然選擇下，種群可能獨立地朝著不同的方向進化。導致它們喪失相互交配的能力，或者無法形成可育后代，這標志著新物種的形成。經過長期的進化過程，不同種群中個體的遺傳組成、機體形態結構、生理功能等方面可能會發生不可逆的改變，本堂小節1、達爾文自然選擇學說的4個要點變異和遺傳、過度繁殖、生存斗爭和適者生存3、現代進化理論的4條基本內容種群是生物進化的基本單位可遺傳的變異為自然選擇提供了豐富素材4、可遺傳的變異包括什么？基因突變、基因重組和染色體變異自然選擇主導進化的方向隔離可能導致新物種的形成5、地理隔離的意義？地理隔