5.2 适应是自然选择的结果课件-2024-2025学年高一下学期生物浙科版（2019）必修2

第五章 生物的进化 第二节 适应是自然选择的结果 刘瑶瑶 116办公室 1 P127 1831年，达尔文乘“贝格尔”号巡洋舰进行环球考察。在离厄瓜多尔海岸950 km的加拉帕戈斯群岛上，达尔文考察了那里的仙人掌树、26种陆栖的鸟、巨大的陆龟、鬣蜥等生物。他发现群岛上的这些生物原来属于南美大陆类型，而且没有不能越过海洋而迁徙的动物。 达尔文认为群岛上这些特有的生物都是从南美大陆迁徙而来的，但是随后发生了变异，适应了所在岛屿的食物和生活环境。随着时间的推移，经过若干世代，一个生物种群的适应性是如何形成的呢？ 2 种群内普遍存在着变异 生活在一定自然区域的同种生物地全部个体。 ②种群是物种繁衍、进化的基本单位 1 种群 一个种群由不同年龄、不同性别的个体组成，彼此可以相互交配。 判断下列例子是不是一个种群 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 ④一片草地上的成年梅花鹿 ⑤一个菜市场所有的白菜 一片森林中的全部山毛榉 一片树林中的全部猕猴 一片池塘里的全部鲤鱼 种群的三个要素 3 红眼 白眼 P127 种群内普遍存在着变异 在达尔文看来，在种群的不同个体之间普遍存在着变异，这些个体间的变异可以表现在各种性状中，而且至少一部分变异是可以遗传的。 达尔文将个体间存在可遗传的变异视为自然选择的前提，形成适应的前提。 4 P127 种群内普遍存在着变异 生物通过突变可以产生新基因，通过基因重组产生形形色色的基因型。 一个特定基因在染色体上的位置称为基因座位。 每种生物的个体平均约有 10%的基因座位是杂合的。 一个物种可能平均有 30%左右的座位上有不同的等位基因。 一个种群中往往有成千上万的基因座位中有两个或两个以上不同的等位基因 5 P128 种群内普遍存在着变异 ①一对等位基因，可能形成 种不同的基因型： ②两对等位基因（A和a、B和b），可以形成 种不同的基因型： ③n对等位基因，可以形成 种不同的基因型。 3n 3 9 AA、Aa、aa； AABB、AABb、AAbb、AaBB、AaBb、Aabb、aaBB、aaBb、aabb； 种群内普遍存在变异， 在有性生殖生物的种群中，除了同卵孪生兄弟（姐妹）外，每个个体在遗传上都是独特的、有差异的。 6 P128 优势性状的个体在特定环境中具有生存和繁殖的优势 鳕鱼的产卵量每年大约是500万粒。如果鳕鱼所产的卵全部能孵化长大成鱼，那么不出6年整个 大西洋就会被鳕鱼塞满。 母象每四年产一仔，妊娠期长达22个月，因此平均一只母象一生中也就生育几只小象。即使这样，在南非克鲁格国家公园，从1917年 到1968年，象的数量增加了近60倍。 生物具有非常强的繁殖能力，如果生物的生育不受限制，即使繁殖较慢的生物，也会在不太长的时间内，产生大量的后代，从而占满整个地球。但事实确实每种生物生存下来的很少，是为什么呢？ 7 P128 优势性状的个体在特定环境中具有生存和繁殖的优势 达尔文自然选择学说： 过度繁殖→生存斗争→遗传变异→适者生存 生物赖以生存的食物和空间是有一定限度的，因此任何生物在生活过程中都必须为生存而斗争。 生物与生物之间会争夺食物、空间、配偶，生物要与干旱、寒冷等恶劣环境进行斗争。 优势性状的个体 8 P128 优势性状的个体在特定环境中具有生存和繁殖的优势 具有优势性状的个体，更容易获得食物和空间，获得更多的生存和繁殖的机会。 在缺乏青草的环境下，长颈鹿种群中头和颈比较长的个体更容易获得高处的树叶，从而生存下来并繁衍后代。 在经常刮海风的海岛上，翅膀不强壮的昆虫容易被刮到海里淹死，失去生存和繁衍的机会。 9 P128 自然选择导致生物更好地适应特定的生存条件 生物特有的一种现象。生命的结构及功能、行为、生活方式使该生物适合在一定环境条件下生存和延续。 适应： 1、普遍性；2、相对性 特点： 仙人掌的针形叶 莲的有孔变态茎 鸭趾间的蹼 10 P128 自然选择导致生物更好地适应特定的生存条件 拟态是指一种生物在形态、行为等特征上模拟另一种生物，从而使一方或双方受益的生态适应现象。 叶尾壁虎 警戒色是指某些有恶臭和毒刺的动物和昆虫所具有的鲜艳色彩和斑纹。 保护色是指动植物把体表的颜色改变为与周围环境相似。 毒蘑菇 变色龙 11 P128 自然选择导致生物更好地适应特定的生存条件 家养生物中普遍存在着变异，而且很多变异有遗传倾向。人类不能创造变异，也不能防止变异的产生。但是，人们可以利用这些变异材料，通过选择的方法培育新的品种 人工选择 微小变异积累为显著变异，培育出新品种 挑选合乎要求的变异个体，淘汰其他 生物普遍存在变异 人们根据自己的需要 数代选择，所需变异被保存 12 P129 自然选择导致生物更好地适应特定的生存条件 自然选择 微小变异积累为显著变异 新的类型、新的物种产生 适者生存，不适者淘汰 生物普遍存在变异 影响存活与繁殖，生存斗争 数代选择，有利变异被保存 达尔文认为，自然选择是进化的一个重要动力和机制。 13 P129 自然选择VS人工选择 自然选择 人工选择 选择对象 选择次数 结果 有利于生存、繁殖的性状 人们需要的性状 数代选择，所需变异被保存积累 产生新类型、新物种 产生新品种 变异是不定向的，选择是定向的 实例？ 14 P130 19世纪英国工业革命之前 灰色桦尺蠖占优势 20世纪英国工业革命之后 黑色桦尺蠖占优势 它们的存活率有了差别，自然选择就发挥了作用。 自然选择的方向 发生了变化 “工业黑化现象” —自然界中收集到的第一个自然选择的实例 自然选择导致生物更好地适应特定的生存条件 15 P130 工业革命之前 灰色桦尺蠖占优势 黑色桦尺蠖占优势 工业革命之后 随着工业革命的进行，黑色蛾逐渐取代了灰色蛾。这是一种适应性进化，这种进化性变化是自然选择所造成的。 长满地衣的灰色树干 灰色桦尺蛾多 控制灰色的基因频率高 环境污染的黑色树干 黑色桦尺蛾多 控制黑色的基因频率高 生物并不是直接把性状传递给后代，而是传递？ 自然选择导致生物更好地适应特定的生存条件 特定环境选择和保留了特定表型的个体 什么是基因频率？ 16 P131 自然选择导致生物更好地适应特定的生存条件 基因库：一个生物种群的全部等位基因的总和 一对等位基因A，a分别控制豌豆的紫色和白色性状： 在一个全部由白花豌豆组成的种群中，A基因频率：________，a基因频率：________ ， 在一个完全由杂合的紫花豌豆组成的种群中，A基因频率：________，a基因频率：________ ， 在一个完全由纯合的紫花豌豆组成的种群中，A基因频率：________，a基因频率：________ ， 基因频率：在种群中，某一个等位基因的数目占这个基因可能出现的 所有等位基因总数的比例 基因频率= 某基因的数目 该基因的等位基因的总数 × 100% 0 100% 50% 50% 100% 0 17 P131 自然选择导致生物更好地适应特定的生存条件 基因型频率：每种基因型个体数占种群总个体数的比例 基因型频率= 某基因型个体总数 种群全部个体数 × 100% 基因库：一个生物种群的全部等位基因的总和 基因频率：在种群中，某一个等位基因的数目占这个基因可能出现的 所有等位基因总数的比例 基因频率= 某基因的数目 该基因的等位基因的总数 × 100% 18 P131 自然选择导致生物更好地适应特定的生存条件 例：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，测知基因型为AA、Aa和aa的个体分别是30、60和10个。那么A和a的基因频率是多少？ 方法一：概念法 A基因频率为: a基因频率为： = 40% A% = ×100% 2×AA＋Aa 2(AA＋Aa＋aa) a% = = 60% 2×aa＋Aa 2(AA＋Aa＋aa) ×100% 基因频率= 某基因的数目 该基因的等位基因的总数 × 100% 19 P131 自然选择导致生物更好地适应特定的生存条件 方法二：通过基因型频率计算 A基因频率 = AA的基因型频率+1/2Aa基因型频率 = AA：30% Aa：60% aa：10% a基因频率 = aa的基因型频率+1/2Aa基因型频率 = 30%+1/2×60%= 60% 10%+1/2×60%= 40% 在种群中，一对等位基因的 基因频率之和等于1， 基因型频率之和也等于1。 例：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，测知基因型为AA、Aa和aa的个体分别是30、60和10个。那么A和a的基因频率是多少？ 20 P131 自然选择导致生物更好地适应特定的生存条件 A的基因频率p= a的基因频率q= 2d + h 2N = D+1/2H = R+1/2H D(AA)= d N H(Aa)= R(aa)= h N r N 2r + h 2N 若基因只在X染色体上， 那基因频率怎么计算？ 假设一个种群中有一对等位基因A和a， 基因A的频率为p，基因a的频率为q，则 p+q=1。 由这对等位基因构成的基因型有3种，即AA、Aa、aa， 对应基因型的个体数目分别为d、 h、 r，则种群总个体数目N=d+h+r 21 P131 自然选择导致生物更好地适应特定的生存条件 基因频率= (1) 常染色体或X、Y染色体的同源区段上 (2) X染色体的非同源区段上 基因频率= × 100% 某基因的总数 该对等位基因的总数 × 100% 某基因的总数 雌性个体数×2 +雄性个体数 =总个体数×2 22 牛刀小试 例题. 据调查，某校学生中基因型的比例为XB XB（42.32%） XB Xb （7.36%） XbXb （0.32%） XBY （46%） Xb Y（4%），则该地区 XB和 Xb 的基因频率分别是（ ） A.6%、8% B.8%、92% C.78%、92% D.92%、8% D 繁殖过程新老种群在基因组成上有变化吗？ 23 P132 自然选择导致生物更好地适应特定的生存条件 计算随机交配三代，各世代的基因型频率和基因频率 1870年的英国曼彻斯特地区，某桦尺蠖种群的基因型频率如下： AA=10%，Aa=20%，aa=70%，其中A基因频率、a基因频率分别是？ 假设一个种群保证下列五个条件： ①该种群非常大； ②所有的雌雄个体都能自由交配； ③没有迁入和迁出； ④自然选择对不同表现型的个体没有作用； ⑤每对基因不发生突变，并且携带每对基因的染色体不发生变异。 24 P132 自然选择导致生物更好地适应特定的生存条件 计算随机交配三代，各世代的基因型频率和基因频率 基因型频率 基因频率 X(AA) Y(Aa) Z(aa) p(A) q(a) 亲代 0.1 0.2 0.7 子一代 子二代 子三代 0.2 0.8 0.04 0.32 0.64 0.2 0.8 0.04 0.32 0.64 0.2 0.8 0.04 0.32 0.64 0.2 0.8 p+q=1 AA%= Aa%= aa%= p2 2pq q2 1870年的英国曼彻斯特地区，某桦尺蠖种群的基因型频率如下： AA=10%，Aa=20%，aa=70%，其中A基因频率、a基因频率分别是？ 25 P131 遗传平衡定律/哈迪-温伯格定律 英国剑桥大学数学家哈迪和德国医生温伯格分别在 1908 年和 1909 年发现了这样的规律：在一个大的随机交配的种群里，基因频率和基因型频率在没有迁移、突变、选择的情况下，世代相传不发生变化。这就是遗传平衡定律，也称哈迪-温伯格定律。 设 A 的基因频率为 p ， a 的基因频率为 q ；则 p + q = 1 ，且： aa 基因型频率 AA 基因型频率 Aa 基因型频率 ( p + q )2 = p2 + 2pq + q2 若一个种群内的生物体随机交配，则基因频率、基因型频率均不变 自交, （纯合子增加，杂合子减少） 则基因频率不变，基因型频率改变 26 P132 遗传平衡定律/哈迪-温伯格定律----改变种群基因频率的因素 许多因素能够打破平衡使种群基因频率发生变动。 1.突变 2.基因迁移 3.遗传漂变 4.非随机交配 5.自然选择 27 P132 1.突变：具有多方向性 2.基因迁移 随着某些个体单向地迁入或迁出，种群将会获得或丢失一些等位基因，于是种群的基因频率发生一些变动。种群之间的双向迁移，即种群间互有迁入和迁出，会引起种群间遗传差异的减少，种群内变异量增大。 遗传平衡定律/哈迪-温伯格定律----改变种群基因频率的因素 28 P133 3.遗传漂变 在一个比较小的种群中，一起偶然的事件往往可以引起种群基因频率发生较大的变化。而在一个大的种群中，不会使基因频率发生很大的变化。(例如某隐性个体死亡) 4.非随机交配 种群内雌、雄个体相互交配往往不是随机的，或者说，种群中所有雄性个体和所有雌性个体交配的机会并不是相等的，进一步会影响下一代种群基因库的基因频率和基因型频率。 遗传平衡定律/哈迪-温伯格定律----改变种群基因频率的因素 种群越小，影响越大 29 P133 5.自然选择：定向进行 在种群中，个体之间普遍存在着可遗传的变异。假如在一定条件下，不同基因型控制的表型对个体的存活和繁殖有着不同的影响和作用。 遗传平衡定律/哈迪-温伯格定律----改变种群基因频率的因素 30 P133 自然选择导致生物更好地适应特定的生存条件 自然选择不仅淘汰不利变异，而且能使有利变异积累起来。 金黄色葡萄球菌 青霉菌 青霉菌抑菌实验 野生型 金黄色葡萄球菌 0.1单位/cm3 青霉素 个别细菌存活 突变型 具有抗青霉素的突变基因 31 P133 从进化角度解释为什么不能滥用抗生素 1.细菌菌群中为何天然存在抗药性细菌？ 2. 滥用抗生素形成细菌耐药性的原因？ 3. 细菌耐药性的产生属于人工选择还是自然选择？ 属于哪种变异类型？ 生物普遍存在变异 定向选择作用，抗药性变异经过遗传逐代积累 自然选择 基因突变 32 P134 重新审视达尔文的自然选择学说 利用达尔文学说对长颈鹿进化进行解释： ⑴原始的长颈鹿产生大量后代； ⑵后代中存在个体差异，有的颈和前肢较长，有的则较短； ⑶在缺乏青草时期，颈和前肢长些的个体，在生存斗争中容易得到食物而生存 下来，并且繁殖后代，而颈和前肢较短的个体因缺乏食物而被淘汰； ⑷数代选择下去，经过漫长的年代，就在自然界形成现在这样的长颈鹿。 过度繁殖 遗传变异 （可遗传变异是自然选择的前提） 生存斗争 适者生存 （适应是自然选择的结果） 局限：不能科学解释遗传变异的本质及自然选择如何对可遗传的变异起作用 意义：科学解释了生物进化的原因， 解释了生物的多样性和适应性都是自然选择的结果 33 P134 现代生物进化理论 到20世纪30年代， 生物进化过程中的遗传和变异——从性状水平深入到分子水平。 自然选择的作用——从以生物个体为单位发展到以种群为基本单位。 在群体中，通过生殖，有利变异的基因可以延续下去，这样就形成了以自然选择学说为基础的现代生物进化理论，从而极大地丰富和发展了达尔文的自然选择学说。 34 P134 自然选择学说和现代生物进化理论 适者生存 过度繁殖 大量个体 资源有限 可遗传变异 自然选择 生存斗争 现代生物进化理论 个体→种群 达尔文的自然选择学说 性状→基因 1.进化的基本单位： 2.进化的前提或原材料： 3.进化的动力和机制： 4.进化的实质与标志： 5.进化的方向： 可遗传变异 选择（自然选择） 种群 种群基因频率发生改变 定向，由选择决定生物进化的方向 P135 35 P135 现代生物进化理论 物种的区分标准 ——有无生殖隔离 加拉帕戈斯群岛 地雀 基因频率的改变一定会形成新物种吗? 新物种是怎样形成的? × 种群基因频率的改变，一定进化，但不一定形成新物种。 即进化不一定导致新物种的形成。 ☆隔离导致新物种的形成。 36 P135 加拉帕戈斯群岛的地雀 37 P135 加拉帕戈斯群岛的地雀的演变 资料：加拉帕戈斯群岛是太平洋中靠近南美洲的一群火山岛，群岛上有13种地雀， 这13种地雀具有共同的特性：羽毛颜色均为暗色，形态相似，最明显的区别是喙部的形状和大小各异，但都与南美大陆的种类相似。 这13种地雀是 怎么形成的? 38 P135 加拉帕戈斯群岛地雀的演变 加拉帕戈斯群岛的各岛屿之间的间隔大多数情况下比不列颠海峡还要宽一些，这个距离对地雀这样的小鸟来说可以称为地理隔离因素。 当某些地雀个体从一个岛屿借助大风迁徙到另一个岛屿时，可能会遇到和原先岛屿上不同的食物资源。由于岛屿上的生物较少，很少有其他鸟类和它们竞争，地雀在新的岛屿上有较多的机会发生变异来适应新的食物，形成新的物种。经过反复的迁徙和多次的物种形成过程，形成了13种适应不同食物的地雀。 随着时间的推移，种群间的遗传差异积累，最后达到种群间完全的生殖隔离。当它们再度相遇时，已经不能相互交配。这时，新的物种就形成了。 地理隔离：同种生物由于地理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。 39 P135 异地物种形成过程 环境隔离因素，如地理隔离 无法进行基因交流 一个初始种群 多个种群 自然选择、突变、 遗传漂变等 种群间的遗传差异积累 异地的物种形成 生殖隔离 是物种形成的必要条件， 也是物种形成的标志。 渐进的物种形成方式 ——因长期的地理隔离导致的生殖隔离 40 P136 物种形成过程 1.地理隔离一定会导致生殖隔离吗？ 2.生殖隔离的出现一定要经过地理隔离吗？ 对于二倍体亲本，四倍体植物已是一种新的物种。 这个新物种是在亲本物种所在地区产生的，即所谓同地的物种形成，而且是在一次有性生殖过程中形成的。 地理隔离不是物种形成的必要条件 通过染色体变异的方式形成新物种多见于植物 41 P136 同地的物种形成 1.特点：不经过地理隔离，时间短。 2.同地的物种形成是在一次有性生殖过程中形成的 产生配子时 秋水仙素 或低温处理 二倍体植物 二倍体配子 自花授粉，二倍体雌雄配子融合 四倍体合子 四倍体的植株 发育形成 生殖隔离√ 42 P136 现代生物进化理论 基因突变 产生 新的 等位基因 基因重组 多种多样的基因型 种群中出现大量 可遗传变异 自然选择 适应环境的有利变异 不适应环境的不利变异 积累 种群中某种基因型的个体被保留 种群基因频率发生改变 种群基因库 出现差异 积累 不同的新品种 产生 生殖隔离 新物种 包括 适者生存 不适者淘汰 导致 导致 形成 差异变大 形成 打破种的界限 积累 导致 进化的重要动力和机制 自然选择和适应的前提 生物进化的实质 适应是自然选择的结果 物种形成的必要条件和标志 43 随堂检测 下列情形下，桦尺蠖种群中控制黑色的A和控制灰色的a基因频率如何变化？ 1、有10%的个体基因型由AA突变成Aa 2、黑色蛾更容易被雌蛾所吸引，产生更多的后代 3、在一个小的种群中，偶然事件导致浅色蛾大量死亡 4、由于工业减碳，森林环境变得越来越好，吸引了大批灰色蛾的迁入 5、由于工业污染，树干黑化不利于灰色桦尺蠖的生存，种群中灰色个体每年 减少10% 突变 基因迁移 遗传漂变 非随机交配 自然选择 44 随堂练习 1.关于自然选择，以下说法正确的是(　　　) A.自然选择的直接对象是具有不同基因型的个体 B.自然选择是生物进化的唯一因素 C.自然选择导致生物的不定向变异积累成定向变异 D.自然选择作用于存活率和繁殖率有差异的个体 D 45 随堂练习 例题2. 某社区全部人口刚好男女各400人，居委会进行红绿色盲普查，发现女性中有10人患色盲，12名未生育女性是红绿色盲基因携带者，18名色觉正常妇女的儿子患色盲，男性中共有22人不能区分红色和绿色。那么，这个群体中红绿色盲的基因频率为( 　　) A．7.5% B．6% C．5.6% D．8.1% B 46 Thank you for listening！ Lavf58.20.100 $$