生物进化的因素第一节 遗传变异一、达尔文论遗传变异第二节 选择二、现代达尔文主义关于遗传变异
1,变异的原因
2,遗传变异在进化中的意义一、达尔文论人工选择和品种的形成二、达尔文论生存斗争和自然选择三、现代达尔文主义关于自然选择三、遗传变异在群体中保存第一节 遗传变异第一节 遗传变异一、达尔文论遗传变异二、现代达尔文主义关于遗传变异
1,变异的原因
2,遗传变异在进化中的意义三、遗传变异在群体中保存世界上现存的生物种类繁多,大至几十吨的巨鲸,
小至仅有二、三百个核苷酸的类病毒,都有一种不同于非生物的特点 —— 繁殖。物生其类;传种接代,这种一个物种只产生同一物种的后代,这些后代又都继承着上一代的各种基本特征的现象,就是 遗传 。正是因为遗传现象的存在,人类才能保持形态、生理和生化等特征的相对稳定。但是繁殖的结果还有一种可能,
即各种生物所生的后代又不完全象亲代,子代各个体间也不完全一样,这种亲子代间的差异称为 变异 。
引言遗传使物种保持相对稳定;变异则是使物种的进化成为可能,其实质是在环境因素的作用下,机体在各种形态、生理等各方面获得了某些不是来自于亲代的一些新的特征;如果没有 遗传现象,世界上的各个物种就不可能一代 — 代地连续下去;同样,若没有 变异现象 的存在,
地球上的生命只能永远停留在最原始的类型,也不可能构成形形色色的生物界,更不可能有 人类进化的历史 。
所以说遗传与变异的矛盾是 生物发展和变化 的主要矛盾,
在 生物进化过程 中 起决定 作用。对于稳定品种的有机体,
遗传是矛盾的主要方面,变异是次要方面,这样才可保持其特性一定的稳定和相对不变。但有时由于某种原因,
变异会成为主要矛盾,遗传成为次要的,这时有机体的某些特征和特性就会发生改变,从而引起了生物的变化和发展。
遗传和变异的辨证关系
1,变异,子代和亲代之间(世代之间)或同代之间不同个体之间的差异。
变异的原因:① 外界环境条件的影响
② 器官的使用程度(用进废退)
③ 杂交(通过有性生殖)
一、达尔文论遗传变异定向变异,同一祖先的后代向着同一方向发生变异。
不定变异,同样条件下,不同个体发生不同的变异。
相关变异,生物体的各部分器官彼此相互关联,其中一部分器官的形态功能的变化会引起其它器官发生变化。
延续性变异,若某一器官向某一方向发生变异,若引起这种变异的条件不变的话,这个变异会继续发展下去。
按变异有无方向、能否遗传分类达尔文认为,只有遗传变异才能作为进化的材料。
按变异能否遗传遗传变异,由于遗传物质的变化(如基因突变等)所造成的变异,一般是遗传的,这种变异称为遗传变异。
不遗传变异最早记录遗传变异的是赖特,1791年,他在美国马萨诸塞洲的羊群中发现一只短腿长背的公羊。
达尔文记载的安康羊(中)
正常绵羊(左)和短腿安康羊(右)
2,遗传获得性遗传,
反祖性遗传,后代中出现原祖性状。
如:无角绵羊偶而会出现长角的胡萝卜地中会偶而出现普通根式的干、细的胡萝卜。
人类中的毛人,说明人类的祖先身上长满毛。
泛生论,生物体每一个细胞中均有很小的颗粒为泛生子或胚芽,可随血液循环流动,外界环境条件变化时,会引起这些小的颗粒变化,并且小颗粒可随血液循环汇聚到生殖细胞,
传给下一代。
关于获得性状的遗传问题获得性状遗传的概念获得性,指生物在个体发育过程中,因受生活条件改变的影响而发生的适应性变异。这种变异显然是属于环境所引起的表现型的定向变异。这种获得的性状能遗传给后代的观念称为 获得性遗传 。
对获得性状遗传的评述拉马克认为获得的性状可以遗传:
1,一切变异的(获得性状)原因在于环境的影响或器官的用费退;
2,凡两性所共有的获得性状都可遗传给后代;
3,获得性状遗传是普遍适用的法则。
获得性状与进化是否相关?
首先,它对生存、繁衍后代有利。
由于获得性状增强了机体的生存竞争能力,也必然增加遗传变异的机会。 因此,尽管它不直接有利进化,至少也是间接有利。
二、现代达尔文主义关于遗传变异
1,变异的原因,
人工诱变基因突变(根本变异)核苷酸序列的变化 自发突变染色体变异 结构变异:倒位、异位、缺失、重复数目变异:单体、多体、缺体基因重组遗传变异产生的分子机制表现型(改变) == 基因型(改变 ) + 环境条件(改变)
基因突变遗传的变异 (来源) 染色体变异 (诱因)
基因重组染色体变异染色体畸变指染色体数目和结构的改变。
举例一般地说,每个物种的染色体组都是稳定的、内在平衡的,每条染色体都有不可替代的功能。染色体结构和数量的变异,必然导致遗传物质的不平衡,危及生物的生存、生育能力以至产生诸多畸形。从生物进化的角度看,
染色体结构和数目的变异又是造成种群隔离,新种形成的选择泉源和基础,对种群进化具有重要意义。
蚕豆 2n=12 n=6
普通小麦 2n=42 n=21
染色体数目具有稳定性
(一)染色体数目畸变体细胞中染色体数目以正常配子中的染色体数为单位进行增减时,称为整倍体变异。
普通西瓜为二倍体( 2n=22),产生的配子有 11条染色体,n =11。普通西瓜在幼苗期用秋水仙素处理,可以得到四倍体西瓜( 4n =44)。把四倍体作为母本(配子 2n=22),普通二倍体西瓜为父本(配子 n =11),杂交产生三倍体西瓜( 3n =33),三倍体西瓜不能产生可育的配子,不能正常结籽,即为无籽西瓜。
生物个体的体细胞中的染色体数为二倍体配子染色体数的 3倍或大于 3的整倍数时,称该个体为 多倍体
( polyploid),如三倍体西瓜和四倍体西瓜都属于多倍体。染色体数目的整倍性变异,会引起个体性状的变异,
如二倍体、三倍体和四倍体西瓜无论在根茎、叶性状,
还是在产量和品质等性状上,都有明显的差异。
1,整倍体变异
2、非整倍体变异是指体细胞中缺少或增加了一条或几条染色体的变异。
在生物自然进化中,有的生物中非整倍体变异不仅常见,
而且对生物进化还是有意义的。
例如,甘蔗的体细胞核中的染色体数目有 2n=48,56,64,
72,80,96,104,112,118等各种变异类型,
千姿百态的菊花,其染色体组成为 2n=53-67。
在人类的所有染色体中,已知性染色体数目的改变可以引起 性别畸形 。如前面所述,先天性睾丸发育不全综合症 ( XXY),
多 Y个体和 性腺发育不全综合症 ( XO)等,就是这个方面的例子。此外,常染色体数目改变最常见的遗传病是 先天愚型
(Down syndrome),又称 21三体。
(二)染色体结构变异缺失、重复、倒位、易位
(二)染色体结构变异
1,缺失 (deletion),染色体断裂而丢失了一段,其中所含的基因也随之丧失,使生物性状有明显的改变。例如儿童中的猫叫综合症( cat’scry syndrome),患儿哭声象猫叫,两眼距离较远,智力低下,生活力差。这种病就是由于第五对常染色体有一短臂缺失所致。
2,重复 (duplication),染色体增加了片段,重复提供了额外的遗传物质,有可能执行新的功能。
3,倒位 (inversion):染色体片段作 180° 的颠倒,造成染色体上的基因排列顺序改变。
4,易位 (translocation),非同源的染色体间互换染色体片段,
改变了染色体上基因的连锁关系。 染色体结构变异起因于染色体的断裂。在自然条件下,染色体的断裂频率很低。用 X射线,r射线和某些化学试剂处理,可增加染色体断裂和结构改变的频率。
基因突变是染色体的某一个位点上基因的改变。基因突变使一个基因变成它的等位基因,并且通常会引起一定的表现型变化。例如,小麦从高秆变成矮秆,普通羊群中出现了短腿的安康羊等,都是基因突变的结果。
基因突变身體顏色野生型:灰色,符號為 +
突變型:黃色體色 yellow
body color 符號為 y
眼睛顏色野生型,red 眼睛顏色為磚紅色,符號為 +
突變型 白色 white 眼睛顏色為白色,符號為 w
朱紅色
vermilion 眼睛顏色呈現亮紅朱色,
符號為 v
墨黑色
sepia 眼睛顏色呈現墨黑色,
符號為 se
眼睛形狀野生形 飽滿圓形 符號 +
棒狀型 Bar 組成複眼的小眼數目減少,造成眼睛外框變大,符號 B
翅膀形狀野生型 翅膀呈圓卵型,靜止時平放交叉重疊,長度約為腹部長度的兩倍 符號為 +
突變型迷你型 miniature 翅膀長度縮短,約略蓋過腹部尾部,符號 m
捲翅型,Curly 翅膀捲曲,
尾端上翹,符號 Cy
殘翅型,vestigial 翅膀退化殘缺不全,符號 vg
粗短翅型,dumpy,翅膀縮短呈三角形,符號 dp
突變型翅膀橫隔脈野生型,具有橫隔脈,符號 +
突變型,crossveinless 缺橫隔脈,符號 cv
剛毛 Bristle
野生型,頭胸部以及複眼的周圍具有平直,先端略彎的長型粗黑硬毛,符號 +
突變型短剛毛,stubble 剛毛縮短變粗,符號 Sb
突變型 分叉剛毛,forked 剛毛先端分叉彎曲,符號 f
基因突变基因突变是基因分子结构的改变,它包括 DNA上碱基对的改变及碱基对的插入或缺失。
同义突变 (same sense mutation),DNA组成改变了,某一密码子也不同了,但在多肽链中仍插入同一氨基酸的突变。
错义突变 (missense mutation),DNA中碱基替换,使 mRNA 的某一密码子改变,由它编码的氨基酸也不同的突变。
无义突变 (nonsense mutation):碱基替换使 mRNA上的一个密码子变成为 3个终止密码子 UAG,UAA和 UGA中的一个,因而不编码任何氨基酸的现象。
移码突变 (frameshift mutation):在 DNA分子中插入或缺失一个到数个碱基引起的突变称为它会使插入或缺失点以后的所有密码内容改变,从而在翻译水平上引起多肽链的氨基酸顺序也完全改变。
基因突变在生物界中是很普遍的。在自然情况下产生的突变称为 自发突变 (spontaneous mutation)。应用物理和化学因素诱发的突变则称为 诱发突变 (induced
mutation)。应用人工诱变的方法可以培育出生产上需要的各种优良品种,在粮食生产上起着重大作用。
蛋白质 正常 异常氨基酸 谷氨酸 缬氨酸
RNA GAA GUA
CTT 突变 CAT
DNA GAA GTA
镰刀型细胞贫血症病因的图解
2,遗传变异在进化中的意义
① 遗传变异为生物进化提供了有生存价值的材料
②遗传变异为生物进化提供了丰富多样的材料,加大了杂合度。
三、遗传变异在群体中保存一、杂种优势典型的遗传疾病血红蛋白的一种突变,不利于氧气运输非洲携带此基因的有 40%。
此病频率高的地区与疟疾有一定关联。
正常人( HnHn)易得疟疾死亡,镰刀型贫血病( HsHs)
易因贫血死亡,而 HnHs杂合体能够较好生存即不得疟疾,
也不得镰刀型贫血症。镰形的红细胞不利于疟疾寄生。
选择者为疟疾。
举例:镰刀型细胞贫血症种质来源:
以,36天,为母本,恢复系,C57”为父本杂交得到
,76C33”,再以 76C33为母本,,制 7”为父本转育而成。
水稻-中超 123 分蘖弱,耐肥抗倒,
穗大粒多,每穗总粒数 259.5,结实率
83.8%,千粒重
33.8g。 综合性状优良,高产稳产,杂交优势强。 株型理想,综合性状优良,
与培矮 64S、秀立
04A等不育系配组得到中超 123系列组合均 表现出强大的杂种优势 。
二、多样化选择假如一物种面临多种复杂环境,那么突变和选择会使基因库发生分化,于是有许多变异型或等位基因可适应不同的小环境。
如:果蝇生长在较温暖地区,种群中出现较多的乙醇脱氢酶的变异体,它们比生长在较寒冷地区的种群更能抗热。
生长在较复杂的环境里的种群,可通过多样化选择,
保持较高的变异性。
新西兰兔加利福尼亚兔比利时兔公羊兔齐卡肉兔艾哥肉兔肉用品种兔白色獭兔 黑色獭兔红色獭兔 蓝色獭兔青紫蓝獭兔加利福尼亚獭兔皮用品种日本大耳兔花巨兔塞北兔 青紫蓝兔皮肉兼用品种法系安哥拉兔 该兔产于法国,选育历史较长,是目前世界上著名的粗毛型长毛免。我国早在 20年代就开始引进饲养,1980年以来又先后引进了一些新法系安哥拉兔。
日系安哥拉兔英系安哥拉兔该免产于英国,偏向于观赏型和细毛型。
毛用品种三、频率相依选择这是一种保持复等位基因的机制。认为等位基因在种群中的频率受环境变化而有波动。 当它们不适合环境时,高的频率会很快减少,但达到某一最低点时其频率就趋向稳定而不再下降 ;也就是说,环境压力无法对低频率的变异体发生作用,因此有些变异就可得到保留。
如 果蝇的 6种严重缺陷型杂合时表现正常,纯合时才表达,所以在种群中以很低的频率保持下来。