进化生物学概述.ppt

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1、进化生物学概述TaxonomyTaxonomy vs. vs. SystematicsSystematicsBlackwelder(1967)Mason(1950)Simpson(1961)Heywood(1973)Stusessy(1990)Juddetal.(1999)Haslop-Harrison(1953)Lawrence(1951)Ross(1974)Stace(1980,1989)especiallyinN.Amer SystematicsSystematicsThestudyofthediversityoforganism.-Mayr,E.1969.Principles of S

2、ystematic Zoology.McGraw-Hill,NewYork.Thescientificstudyofthekindsanddiversityoforganismsandofanyandallrelationshipsamongthem.-SimpsonGG.1961.Principles of Animal Taxonomy.ColumbiaUniv.Press,NewYork.Thesciencededicatedtodiscovering,organizing,andinterpretingbiologicaldiversity.-Systematics Agenda 20

3、00(1994)进化生物学进化生物学分分类类Classification系统发育系统发育Phylogeny进进化化Evolution系统和进化生物学的基本内容系统和进化生物学的基本内容进化生物学进化生物学基本研究内容基本研究内容进化生物学进化生物学 分类分类(Classification)provideaconvenientmethodofidentificationandcommunication 系统发育重建系统发育重建(Phylogeny)detectevolutionatwork,discoveringitsprocessesandinterpretingitsresults 进化的过

4、程和机制进化的过程和机制(Evolution)provideaclassificationwhichasfaraspossibleexpressesthenaturalrelationshipsoforganism-what?-how?-why?why ?进化生物学进化生物学进化生物学进化生物学 进化生物学是研究生物进化的科学，包进化生物学是研究生物进化的科学，包括进化的过程、原因、机制、速率和方向等。括进化的过程、原因、机制、速率和方向等。人类认识自然的本能追求人类认识自然的本能追求 生物多样性的保护和利用生物多样性的保护和利用自然（生命）科学的基础自然（生命）科学的基础农林业持续发展的基础

5、农林业持续发展的基础人类的衣食住行人类的衣食住行社会社会( (政治、外交、法律）政治、外交、法律）重要性和意义重要性和意义系统和进化生物学系统和进化生物学 进化的基本概念进化的基本概念进化生物学进化生物学进化是居群遗传组成的变化。进化是居群遗传组成的变化。- Grant 1991:30进化是地球上生命的变化。进化是地球上生命的变化。 -NAC 生物进化是生物与其生存环境相互作用过程中，生物进化是生物与其生存环境相互作用过程中，其遗传系统随时间而发生一系列不可逆的改变，并其遗传系统随时间而发生一系列不可逆的改变，并导致相应表型的改变。导致相应表型的改变。 生物进化是由大量证据证明的事实生物进化是

6、由大量证据证明的事实 生物进化的解释有多种多样生物进化的解释有多种多样 进化论及其发展进化论及其发展生物进化及其理论生物进化及其理论进化生物学进化生物学 达尔文的自然选择理论达尔文的自然选择理论 中性突变中性突变-随机漂变理论随机漂变理论 综合进化理论综合进化理论 生物进化理论的主要学派生物进化理论的主要学派进化生物学进化生物学What is Natural Selection?Charles DarwinAlfred Russell WallaceCharlesDarwin达尔文达尔文（1809-1882）The Struggle for existencewObservation 1:Po

7、pulationssizeswouldincreaseexponentiallyifallindividualsbornsurvived.wObservation 2:Mostpopulationsarestableinsize.wObservation 3:Notwoindividualsinapopulationareexactlythesame.wObservation 4:Muchofthisvariationisheritable 生命是进化来的；生命是进化来的； 生物进化是逐渐和连续的，不存在不连续变异或生物进化是逐渐和连续的，不存在不连续变异或突变；突变； 生物之间都有一定的亲缘

8、关系，有着共同的祖先生物之间都有一定的亲缘关系，有着共同的祖先一元论；一元论； 自然选择是生物进化的根本动力自然选择是生物进化的根本动力(机制机制)。 达尔文自然选择理论达尔文自然选择理论进化生物学进化生物学 突变大多是突变大多是“中性中性”的，对生物个体的生存既无害也无利的，对生物个体的生存既无害也无利； 中性突变是通过随机的中性突变是通过随机的“遗传漂变遗传漂变”在群体中固定下来，在群体中固定下来，在分子水平上的进化不依赖于自然选择；在分子水平上的进化不依赖于自然选择； 进化的速率有中性突变的速率所决定，对于所有生物几乎进化的速率有中性突变的速率所决定，对于所有生物几乎是恒定的；是恒定的；

9、 决定生物大分子进化的主要因素是突变压和机会。决定生物大分子进化的主要因素是突变压和机会。 中性突变中性突变-随机漂变理论随机漂变理论(Kimura,1968)进化生物学进化生物学 用孟德尔定律来解释遗传变异的性质和机制；用孟德尔定律来解释遗传变异的性质和机制； 用群体遗传学方法来研究进化的机制（理论和实验群用群体遗传学方法来研究进化的机制（理论和实验群体遗传学），通过对微观进化过程和机制的研究来认识体遗传学），通过对微观进化过程和机制的研究来认识宏观进化；宏观进化； 接受了达尔文进化论的核心部分接受了达尔文进化论的核心部分自然选择，并有所自然选择，并有所发展。发展。综合进化理论综合进化理论（

10、Dobzhansky,Mayr,Simpson,Stebbins）进化生物学进化生物学综合进化理论综合进化理论（Dobzhansky,Mayr,Simpson,Stebbins）进化生物学进化生物学进化进化 = = 遗传变异遗传变异 + + 变异的不均等传递变异的不均等传递 + + 物种形成物种形成 突变突变 重组重组 基因流基因流 选择选择 遗传漂变遗传漂变 隔离隔离 进化生物学的基本研究内容进化生物学的基本研究内容进化进化 = = 遗传变异遗传变异 + + 变异的不均等传递变异的不均等传递 + + 物种形成物种形成 突变突变 重组重组 基因流基因流 选择选择 遗传漂变遗传漂变 隔离隔离群体

11、水平群体水平个体水平个体水平物种水平物种水平进化生物学进化生物学 进化的源泉进化的源泉遗传变异遗传变异 进化的动力进化的动力I选择选择 进化的动力进化的动力II遗传漂变遗传漂变 进化的保障进化的保障隔离与物种形成隔离与物种形成 进化生物学的基本研究内容进化生物学的基本研究内容 进化生物学进化生物学 突变突变-遗传变异的根本来源遗传变异的根本来源 染色体畸变染色体畸变 基因突变基因突变 重组重组-遗传变异的主要成分遗传变异的主要成分 基因流基因流进化的源泉进化的源泉遗传变异遗传变异进化生物学进化生物学重重组组重组在决定进化的速率重组在决定进化的速率和方向上所起的作用等于或和方向上所起的作用等于或

12、大于突变的作用。大于突变的作用。 -Stebbins1950:122进化生物学进化生物学重组的威力重组的威力 1990年，人类中已检测出年，人类中已检测出2000个个RFLP多态位点。如果按多态位点。如果按每个位点只有每个位点只有2个等位基因，人类可能的基因型组合个等位基因，人类可能的基因型组合=3200，即：，即：10,000,000,000,000,000,000,000,000,000,000,000,000,000,000,000,000,000,000,000,000,000,000,000,000,000,000,000,000,000,000,0002000年地球上的人口年地球上

13、的人口：6,000,000,0002000年地球上年地球上曾经曾经出现过的人口：出现过的人口：13,000,000,000 进化生物学进化生物学 选择及其意义选择及其意义 实验证据实验证据 历史证据历史证据 人工选择证据人工选择证据 选择的类型选择的类型 稳定性、单向性、分裂性、平衡性、性选择稳定性、单向性、分裂性、平衡性、性选择 选择的度量选择的度量进化的动力进化的动力I选择选择进化生物学进化生物学Tanksley&McCouch.1997.Science277:1063-1066栽培作物的遗传基础栽培作物的遗传基础驯化驯化+育种育种 岛屿效应岛屿效应(islandeffect) 瓶颈效应瓶

14、颈效应(bottlenecteffect) 奠基者效应奠基者效应(foundereffect)进化的动力进化的动力II遗传漂变遗传漂变进化生物学进化生物学w遗传漂变：由于某种机会，某一等位基因频率的群体（尤其是在小遗传漂变：由于某种机会，某一等位基因频率的群体（尤其是在小群体）中出现世代传递的波动现象称为遗传漂变（群体）中出现世代传递的波动现象称为遗传漂变（genetic driftgenetic drift），），也称为随机遗传漂变（也称为随机遗传漂变（random genetics driftrandom genetics drift）。这种波动变化导）。这种波动变化导致某些等位基因的消失

15、，另一些等位基因的固定，从而改变了群体致某些等位基因的消失，另一些等位基因的固定，从而改变了群体的遗传结构。在大群体中，不同基因型个体所生子女数的波动，对的遗传结构。在大群体中，不同基因型个体所生子女数的波动，对基因频率不会有明显影响。小群体的人数少，并与总人群相隔离，基因频率不会有明显影响。小群体的人数少，并与总人群相隔离，这种社会和地理因素形成的小群体，这种社会和地理因素形成的小群体，A A基因固定（基因固定（A A1 1），而），而a a基因基因人很少，人很少，a a基因的人如无子女，则基因的人如无子女，则a a基因就会较快在人群中消失，造基因就会较快在人群中消失，造成此小群体中基因频率

16、的随机波动。这种漂变与群体大小有关，群成此小群体中基因频率的随机波动。这种漂变与群体大小有关，群体越小，漂变速度越快，甚至体越小，漂变速度越快，甚至1 12 2代就造成某个基因的固定和另一代就造成某个基因的固定和另一基因的消失而改变其遗传结构，而大群体漂变则慢，可随机达到遗基因的消失而改变其遗传结构，而大群体漂变则慢，可随机达到遗传平衡。传平衡。 一些异常基因频率在小隔离群体中特别高，可能是由于该群体中中一些异常基因频率在小隔离群体中特别高，可能是由于该群体中中少数始祖所具有的基因，由于遗传漂变而逐渐达到较高水平，这种少数始祖所具有的基因，由于遗传漂变而逐渐达到较高水平，这种现象称为建立者效应（现象称为建立者效应（founder effectfounder effect）。例如，太平洋的东卡罗）。例如，太平洋的东卡罗林岛中有林岛中有5 5的人患先天性色盲。据调查，在的人患先天性色盲。据调查，在1818世纪末，因台风侵袭，世纪末，因台风侵袭，岛上只剩岛上只剩3030人，由他们繁殖成今天人，由他们繁殖成今天16001600余人的小群体，这余人的小群体，这5 5的色盲，的色盲，可能只是最初可