《生物进化》课件.ppt

第十六章 生物进化,生物进化：指生物是由一个共同祖先种分化出来的，它们分别适应了不同的环境而出现了不同的形态和机能上的分化。一、生物进化的证据：1、比较解剖学证据：同源器官：外形和功能不同,内部构造和来源一致；同功器官：如鱼鰭和鲸鰭；痕迹器官：如蛇的四肢痕迹，人的阑尾。2、胚胎学的证据:生物发生律（重演论）：个体发育重 演系统发育。3、细胞遗传学的证据:染色体组型的比较；4、分子水平的证据：免疫学的证据、蛋白质和核酸进化。,表1 抗血清与动物血清的滴定比值（人血清的滴定值为100）动物名称 黑猩猩 大猩猩 长臂猿 狒狒 蜘蛛猴 狐猴 食蚁兽 猪 比值 97 92 79 75 58 37 17 8 表2 各种动物与人血红蛋白链氨基酸组成差异数 动物名称 大猩猩 长臂猿 罗猴 狗 牛 白鼠 袋鼠 鸡 蛙 七鳃鳗 差异数 1 2 8 15 25 27 38 45 67 125,二、生物进化理论：,（一）拉马克学说：用进废退,获得性遗传。例：长颈鹿长脖子的形成;生物中各种痕 迹器官;生活在黑暗中眼的退化等。意义：推翻了物种不变论；否定了上帝 创造生物论。缺陷：缺乏科学的实验证据。,（二）达尔文学说：,遗传；变异；过剩繁殖(过度繁殖)；生存竞争:与无机环境的竞争,种内 竞争和种间竞争；自然选择,适者生存。,（三）现代达尔文主义的进化学说(综合进化论),综合进化论：以达尔文自然选择学说为基础，综合现代基因学说,群体遗传学说及其他分支学科新成就而完善的进化理论。1、认为种群是生物进化的基本单位；2、突变、选择和隔离是物种形成和生物 进化的机制。3、通过基因频率在后代中的变化（即基因库的变化）阐述自然选择的作用，完善了进化机制。,基因频率和自然选择的作用：1、基因库-在一个生物种群中能进行生殖的个 体所含有的全部遗传信息的总和。2、哈迪温伯格定律：一个有性生殖的自然种群，在 符合以下5个条件的情况下，各等位基因的频率和等 位基因的基因型频率在一代一代的遗传中是稳定不变 的，其5个条件是：a.种群足够大；b.种群中个体间的交配是随机的；c.没有突变发生；d.没有新基因加入；e.没有自然选择。事实上，这 5个条件永远不会满足，因而基因频率总是要发生改变的。该定律从反面证明了进化在任何种群中都是必然要发生的。,（四）分子进化的中性学说：,1、突变大多是中性的，如同义突变等，它不影响核酸和蛋白质的功能，对生物体的生存既无害处，也无好处；2、分子进化的速率由中性突变的速率所决 定，也就是由核苷酸和氨基酸的置换率所决定。分子的种类不同，分子的置换率不同，进化的速率也不同；同一分子在不同物种中，分子的置换率相同，进化的速率也相同。,（四）分子进化的中性学说：,3、在分子水平进化上，自然选择不起作用；中性突变由于不承受自然选择的压力，通过随机的遗传漂变在群体中得到固定和逐渐积累，造成种群的分化，从而出现新的物种。遗传漂变-指生物种群因小群体和偶然事件 而造成的基因频率的随机波动。,几种遗传理论的相关性：,以上几种遗传理论都是主张进化，但研究的角度不同。达尔文主义从个体和群体的层次出发，中性学说是从分子的层次出发；前者认为生物进化的主导因素是自然选择，后者则认为是中性突变；前者认为生物进化的速率受环境和生物世代等因素的制约，后者则认为生物的进化速率是一致的，中性突变的速率就是分子进化的速率。中性学说尽管能说明分子进化的某些现象，也只不过是对达尔文进化理论的补充，而不是对达尔文进化理论的否定。,关于分子进化工程：,指在试管内、分子层次上模拟和再现生物自然种群层次上的进化机制。也就是在试管中人工培养条件下实现：分子复制（繁殖）突变 遗传 自然选择 产生最适应所处环境的新类型,感染 Q噬菌体载体 大肠杆菌 分离 74次转移、选择、扩增 变异型QRNA QRNA复制酶（新性状：分子量小了（试管中）17%；复制速度快了1.5倍）分子进化工程举例,三、适应进化 形式：,形态结构：花对于昆虫采粉的适应等；隐蔽色和保护色：如竹节虫等；适应 恶臭：如 蝽蟓、黄鼬等；警戒色：如蛇、蝴蝶的花色等；拟态：如 蜂蝇等。协同进化（共进化）：趋同进化：如鲸与鱼，沙漠中的大戟科植物与仙人掌；趋异进化：如北极熊与棕熊的体色；适应辐射：,进化 形式,四、物种的形成：,生物变异 隔离(地理隔离 生殖隔离)生物进化 物种起源 1、异地物种形成：起因是地理隔离 适应新环境而发展到生殖隔离；2、同地物种形成：因基因突变，新性状适应 不同的生态位，最后到生殖隔离。,适应,五、基因工程：,基因工程：通过重组DNA技术,按人的意志定向改变生物的遗传性状,即在体外将外源DNA(特定基因)经切割和连接,插入到病毒等载体分子中,形成重组DNA分子,然后导入受体细胞中,表达并产生新性状的过程。,（一）基因工程理论上的三大发现:,1、遗传物质DNA的发现:20世纪40年代 2、DNA双螺旋结构和半保留复制机制的 发现:50年代 3、遗传信息传递方式的发现，（即三联 密码子，所有生物的密码子同氨基酸之 间关系相同，且通用）：60年代,（二）基因工程技术上的三大发明:,1、限制性内切酶和DNA连接酶的发现：这是重组DNA的核心技术,使DNA分子 在体外进行切割和连接成为现实。2、基因工程载体的发现:载体指寄主细胞中 具备自我复制能力的DNA分子,它可以让目 的基因连接上来,并带动目的基因大量复制。3、逆转录酶的发现:这是对中心法则的补充,该发现使真核基因制备成为可能。,（三）基因工程的基本内容:,1、从生物有机体的基因组中，分离出带目的基因的DNA片段。2、将带目的基因的外源DNA片段，连接到能自我复制的载体分子上，形成重组DNA分子。3、将重组DNA分子转移到适当的受体细胞内。4、筛选获得了重组DNA分子的受体细胞克隆。5、克隆基因的表达，产生出人类所需要的物质。,1、获得目的基因:,即从生物有机体的基因组中分离出带目的DNA片段。主要四种途径:化学合成基因(常规)；从己构建的基因文库中分离目的基因；通过PCR法(聚合酶链式反应系统)获得目的基因;逆转录法获得目的基因。,2、利用载体获得重组基因:,即依赖于限制性内切酶和DNA连接酶的作用,将带目的基因的外源DNA片段,连接到能自我复制的载体分子上,形成重组的DNA分子。,2、利用载体获得重组基因:,依赖于限制性内切酶和DNA连接酶的作用,将带目的基因的外源DNA片段,连接到能自我复制的载体分子上,形成重组的DNA分子。有四种载体如下：质 粒:游离于细胞质中的环形双链DNA,可以整合到寄主细胞染色体上复制、遗传；噬菌体:细菌病毒的总称,可以克隆更大的DNA片段,感染 效率极高；柯斯质粒:人工构建的含有DNA的cos序列和质粒复制子,兼具以上两种载体的优点(34万bpDNA片段)；YAC载体(酵母人工染色体):承载100万bpDNA片段。,3、重组基因的转移：,即将重组DNA分子转移到适当的受体细胞内。转移的途径：（1）转化 用于原核、酵母等单细胞生物。（2）转导（3）显微注射 用于高等动植物细胞。（4）电穿孔 4、克隆的目的基因在受体细胞中表达：通过受体细胞产生人类所需要的物质(或性状)。,（四）基因工程的应用:,1、生产基因工程药物:如干扰素生产2、制备疫苗:如生产乙肝疫苗3、基因治疗:即用正常基因置换或增补遗传缺陷基因,达到治病目的;4、转基因动物:即把外源基因转入动物受精卵,从而发育出有特色的转基因动物。5、转基因植物:即把外源基因转入植物受精卵,从而发育出有特色的转基因植物。,