32物种遗传进化.ppt
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1、第三章 种群生态学,3.2节 物种遗传+进化,种群及其基本特征,物种遗传、进化及生活史,种内与种间关系,上次课知识点回顾:,定义:环境容纳量(K)。综合题:描述种群增长的模型及其基本内容;自然种群数量变化的几种形式;调节种群数量变动的几种学说?,第二节 物种的遗传与进化(自学),2.1 物种的概念2.2 物种进化及其动力2.3 物种形成2.4 生活史对策,世界和中国物种估计数和已知数统计表,2012年,科学家从200个候选动植物里挑选出了10种最具代表性的新物种,其中包括在雨天打喷嚏的塌鼻猴、蓝色狼蛛、只在晚上开花的兰花物种等等。为纪念“现代生物分类学之父”卡罗勒斯林奈,每年科学家都会评选出十
2、种新发现的物种代表。,只在夜晚开花的兰花:科学家在巴布新几内亚发现了这一兰花新成员。据悉,兰花家族成员共有大约2.5万种,但目前发现的在夜晚开花的品种就只有这一种,它只在夜间展开花瓣,并在白天凋谢,而且开花时间只持续一夜。研究人员认为,这种兰花之所以在夜间开花是为了吸引类蠓蝇授粉。,仙掌滇虫(Dianiacactiformis),古生物学家在五亿二千多万年前化石中发现了这种叶足动物,其有可能是当前很多昆虫的共同祖先。,全球十大活化石物种,腔棘鱼当之无愧是十大活化石物种之首,这种鱼类被认为在白垩纪末期就已从地球上灭绝,但在1938年之后,非洲多个国家陆续报道称发现了腔棘鱼。,科学家认为拉帕尔马巨
3、蜥从1500年就已灭绝,但是2007年在加那利群岛上有人真实拍摄到了拉帕尔马巨蜥。,百慕大海燕是夜晚在地面筑巢的海鸟,科学家认为在330年前就已消失,然而在1951年却又重新发现18对。,南秧鸟是新西兰南部岛屿本土生活的一种不会飞行的鸟类,在1898年最后4个标本制作完成之后,科学家认为南秧鸟已从地球上灭绝了。后来在1948年在蒂阿瑙湖再次发现南秧鸟。,中国活化石,物种 species林奈 Carolus Linnaeus(1707-1778)达尔文Charles Darwin(1808-1882)Mayr生物学物种观现代观点形态学特征生态学特征遗传学特征进化特征,2.1 物种的概念(Defi
4、nition of species),物种是由形态相似个体组成,同种个体可自由交配,并产生可育后代,异种杂交则不育。物种识别:依据形态标准和繁殖标准。,(一)林奈物种观形态学物种(Morphospecies),林奈是瑞典植物学家、冒险家;1707年出生于瑞典,父亲是一位牧师,小时候就表现出对植物的异常爱好;1727年起,林奈先后进入龙得大学和乌普萨拉大学学习;1732年,随探险队来到瑞典北部拉帕兰地区进行考察,发现了100多种新植物,发表在拉帕兰植物志中;1735年,林奈周游欧洲各国,在荷兰取得了医学博士学位,在此期间他的学术思想成熟,并出版了自然系统;1738年回到母校乌普萨拉大学任教,于1
5、778年去世。,林奈最主要的成果是建立了人为分类体系和双名制命名法。植物的常用名由两部分组成,前者为属名,后者为种名,第三个字母是定名者姓氏的缩写。双名制和植物分类法被各国植物学家所接受,他的工作促进了植物学的发展。,步入芒果世界,形态学标准局限性:彼此间形态上差异较大的同种个体有可能归入不同物种。形态结构上相似的异种个体有可能归入同一物种。物种不是个固定的静止的单位,而是进化过程中的一个动态实体(随着环境变化的渐变群)。此外,物种是与其他物种存在着亲缘关系的。,(二)达尔文物种观,将亲缘关系密切的一群个体统称为物种特点:打破了物种不变的观点,认为物种具有可变性问题:物种是客观存在的,并不是人
6、可以随意划分的。物种间的亲缘关系不应过分强调而忽略不同物种间的明显的差异。,(三)Mayr物种观生物学物种,物种是由许多群体组成的生殖单元(与其他生殖单元隔离),它在自然界中占有一定的生境位置(Mayr,1982)。将生殖隔离作为区分物种的重要标准,美丽的蝴蝶标本怎样知道你们之间是否存在生殖隔离呢,恐龙-化石,生物种的特点,生物种是自然界真实的存在,不是按任意给定的特征划分的逻辑的类,而是由内聚因素(生殖、遗传、生态、行为、相互识别等)联系起来的个体的集合;生物种是一个可随时间进化改变的个体的集合;生殖隔离和进化是导致物种之间表型分异的原因;生物种是生态系统中的功能单位,不同物种因其不同的适应
7、特征而在生态系统中占据不同的生态位,物种是维持生态系统能流、物流和信息流的关键。,一般的物种的概念:物种指的是基本特征相似,并能在彼此间相互交配产生可育后代的个体集合。,2.2 物种进化及其动力,大猩猩是人类的近亲,与人类相比,大猩猩骨骼结构上稍显驼背一些,人类和它们之间具有95%基因是一致的。,人类一半以上的DNA基因与来自西大西洋的月鱼相一致。虽然月鱼也吃其他鱼类,但是它没有牙齿,只能靠嘴吸食被猎杀鱼类的肉。,鲸鱼的进化,新西兰大蜥蜴是迄今世界上DNA分子进化最快的物种,2.2.1 一些基本概念2.2.2 遗传变异 进化的源泉2.2.3 自然选择 进化主要驱动力2.2.4 遗传漂变,2.2
8、.1 遗传学基本概念,关于基因和染色体基因(Gene)等位基因(Allele)同源染色体位点 纯合、杂合显性基因共显性基因隐性基因,基因型(Genotype)和表现型(Phenotype)基因型:决定特定性状的同源染色体上的基因组合;表现型:由遗传基因的表达与环境共同作用所决定的生物个体的外在形态结构。基因型频率(genotypic frequency)和基因频率(gene frequency)基因型频率:种群内每个基因型所占的比率;基因频率:在种群中不同基因所占的比例。,表现型:黄花:红花1:1基因频率:A=50%;a50%;基因型频率:AA=50%;aa=50%。,表现型:黄花基因频率:A
9、=50%;a50%;基因型频率:AA=0%;Aa=100%;aa=0%。,表现型:黄花:红花3:1基因频率:A=50%;a50%;基因型频率:AA=25%;Aa=50%;aa=25%。,Hardy-Weinberg Law(哈温定律)英国数学家哈代(Hardy,G.H.)和德国医生温伯格(Weinberg,W)于1908年和1909年各自独立提出了关于种群内基因频率和基因型频率变化的定律:,假设条件是:生物进行有性繁殖且随机交配 种群之间不存在个体的迁移或基因交流;种群足够大 没有自然选择、突变和迁移,在一个巨大、个体完全随机交配、没有其他因素的干扰(如突变、选择、迁移、漂变等)的种群中,基因
10、频率和基因型频率将世代保持稳定不变。这种状态称为种群的遗传平衡状态。如果没有其他别的过程干扰基因平衡,则随即交配将使这个基因型频率在世世代代中保持不变,这样的种群可称为基因平衡种群。,基因频率的改变,根据哈-温定律,显然影响基因频率变化的因素如下:突变 遗传漂变(genetic drift)种群大小的作用 建立者效应(founder effect)瓶颈效应(bottle neck effect)自然选择 迁移活动 非随机交配,2.2.2 遗传变异进化的源泉,(1)变异的种类遗传物质的变异:染色体突变和基因突变基因表达的蛋白质(特别是酶)的变异表现型的数量性状变异(具有一定连续性),基因突变实例
11、,镰刀型细胞贫血症,发病原因:病人的血红蛋白亚基N端的第六个氨基酸残基是缬氨酸(vol),而不是正常的谷氨酸残基(Ghe)。,镰刀型细胞贫血症,缺氧时,红细胞变成镰刀型,血液的粘性增加,引起红细胞的堆积,导致各器官血流的阻塞而出现脾脏肿大,四肢的骨骼、关节疼痛,血尿和肾功能衰竭等症状,病重时,红细胞破裂产生溶血现象,引起严重贫血而造成死亡。,正常型红细胞,镰刀型红细胞,基因表达的蛋白质的变异,蛋白变异(转基因表达)的应用,研究目的和意义,实验结果,蛋白质变异的影响,表型的数量形状变异,刘定富,等.遗传学报,1987,14(1):31-36.,(2)变异的主要来源 突变基因突变是生物变异的主要原
12、因,是生 物进化的主要因素。突变的作用是增加种群变异性的总量染色体变异(染色体重复、易位、缺失)染色体数目变异(整倍性或非整倍性)染色体结构变异(例如同工酶)基因重组:有性繁殖、多倍化 基因流:杂交、迁入和迁出,变异无处不在,六条腿的牛,八条腿的青蛙,有害的突变,四条腿的鸭子,连体鳄鱼,不可能出现的变异(网友PS图),基因突变的特点:,(1)随机性:指基因突变的发生在时间上、发生这一突变的个体上、发生突变的基因上,都是随机的;(2)稀有性:突变是极为稀有的,野生型基因以极低的突变率发生突变;(3)可逆性:突变基因又可通过突变而成为野生型基因,这一过程称为回复突变。正向突变率总是高于回复突变率;
13、(4)少利多害性:一般基因突变会产生不利的影响,被淘汰或死亡,但有极少数基因突变会使物种增强适应性;(5)不定向性:基因突变无规章可循。,基因突变的应用:,(1)诱变育种:通过诱发使生物产生大量而多样的基因突变,从而可以根据需要选育出优良品种,这是利用基因突变的有用一面;(2)害虫防治:用诱变剂处理雄性害虫使之发生致死的或条件致死的突变,然后释放这些雄性害虫,便能使它们和野生的雄性害虫相竞争而产生致死的或不育的子代;(3)诱变物质的检测:多数突变对于生物本身来讲是有害的,人类的癌症的发生也和基因突变有密切的关系,因此环境中的诱变物质的检测已成为公共卫生的一项重要任务。,检测方法,种群内的遗传变
14、异通常用多态座位比例和每个座位的平均杂合度来度量。形态学技术多态现象分子标记凝胶电泳分离技术 等位酶分析 蛋白质水平 DNA序列分析 DNA水平,丁虹.遗传,1992,14(2):4-7.,分子标记的技术RFLP(限制片断长度多态性DNA)PCR(聚合酶链式反应)RAPD(随机扩增多态性DNA)DAF(DNA扩增指纹分析)AP-PCR(任意引物聚合酶链式反应)STS(特定序列位点)AFLP(扩增片断长度多态性DNA)ISSR(微卫星标记),种子种群ISSR扩增产物,2.2.3 自然选择进化主要驱动力,(1)自然选择自然选择只能出现在具有不同存活和生育能力的、遗传上不同的基因型个体之间。,自然选
15、择在下列情况下不能发生:个体或群体之间没有形态、生理、行为和生态特征 上的差异或区别,即没有在存活能力和生育能力上存有差别;不同基因型个体在存活能力和生育能力上有区别,但这种区别与基因没有联系;基因型不同的个体具有相同的存活和生育能力时,自然选择也不会发生,一般称这样的选择为中性的。,物种的自然选择,选择系数(selective coefficient):s=1-相对适合度适合度(fitness):以基因型个体的平均生殖力(m)乘以存活率(l)计算而来。计算:Wml适合度是分析估计生物所具有的各种特征的适应性,及其在进化过程中继续往后代传递的能力的常用指标。相对适合度:wW/Wmax,(2)评
16、价自然选择的强度,0 20 40 60 80 100,0 20 40 60 80 100,2.01.91.81.71.61.51.4,1.00.90.80.70.60.50.40.30.20.10,A基因频率 种群增长因子,世代,世代,AA纯合个体具最高适合度的假设条件下,种群中A基因频率和种群指数增长因子随世代的变化,适合度高的,在基因库中的基因频率将随世代而增大。,预测值,观察值,隐性基因频率,果蝇试验种群的进化。隐形致死基因随时代而逐渐减少,0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10世代,(3)表型的自然选择类型,按表型的自然选择模式分:稳定选择(stabilizing selecti
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