清华大学生物学导论第八课：自然选择——宏观生物学

保护色进化的实验
• 进化改变种群中பைடு நூலகம்雀鱼的数量
• 生活在低捕食环境中的孔雀鱼身上斑点多 • 危险环境的选择下，鲜艳的鱼少
三. 综合进化论
1. 什么是综合进化论？ 2. 举例
1. 综合进化论 (Modern Evolutionary Synthesis)
• 用遗传学的观点来解释自然选择 • 整合众多领域
(2). 人类的直立行走
• 人在运动中膝盖容易受伤
4. “自然选择是向着一个目标进行的”
• 为什么错？ • 是一个被动的过程 • 最适的个体是天生的 • 草的进化 • 从开花植物到草
1. 定向选择 2. 稳定选择 3. 多样选择
五. 自然选择的方式
1. 定向选择
• 使整个种群的性状向一个固定方 向移动 – 马的进化
胡椒蛾 (Peppered Moth)
二. 中性进化 (Neutral Evolution)
• 种群中等位基因频率的变化大多数是中性的 • 对生物个体没有好处也没有坏处的突变 • 不受自然选择影响 • 进化是随机的 • 举例：
– 基因漂移
三. 不适应性进化 (Maladaptive Evolution)
(1) 大熊猫的拇指 (2) 人类的直立行走
(1). 大熊猫的拇指
• 籽骨 • 在手、足和膝的肌腱或韧带内有一种结节状的籽骨，形如豆状， 运动时可改变力的方向，又可减少对肌腱的摩擦
大熊猫的拇指
• 其中的5根和人类的手指骨相同，但拇指骨和人类的籽骨相同 • 籽骨其中一个进化成手掌的支撑，帮助其他的手指更好地抓握竹子
1. 适应度 2. 4点现象 3. 达尔文的推论
1. 适应度 (Fitness)
• 是指拥有特定基因型的个体，在存活和繁殖上的成功率或能力
2. 4点现象
(1) 种群中的个体存在差异 (2) 差异能够遗传到子代 (3) 种群产生的后代数量多于存活数量 (4) 存活和繁殖不是随机的
• 人类 • 动物 • 植物
– 遗传学 – 分子生物学 – 进化
孟德尔遗传学解释自然选择
• 可遗传变异在传代中被保留而不是被混合效应所稀释 • 环境不直接作用于遗传变异——不存在获得性遗传 • 突变对适应而言是随机的
• 果蝇代谢的实验
2. 举例
突变 核酸序列的改变
突变产生新的等位基因
突变产生了新蛋白：提 高果蝇代谢速率
在酒精含量高的环境中，代 谢快的果蝇产生更多的后代
内容提要
I. 微观进化的种类 II. 自然选择 III. 自然选择在人类中的体现 IV. 性选择（雌雄淘汰）
微观进化的种类
一．适应性进化 二．中性进化 三．非适应性进化
一. 适应性进化 (Adaptive Evolution)
• 在自然选择的作用下，生物个体的生理或行为等特征，在某个环境下 能够顺利的繁衍并增加数量
推荐视频
• Alexander Tsiaras: Conception to birth – visualized • http://www.ted.com/talks/alexander_tsiaras_conception_to_birt
h_visualized.html
自然选择
2013. 11. 6
3. 达尔文的推论
• 自然选择导致进化
二. 检验自然选择
1. 人工选择 2. 实验室的自然选择 3. 自然界中的自然选择
1. 人工选择 (Artificial Selection)
• 人为控制具有特定性状的个体的 存活和繁殖
• 针对特定性状进行育种，使这些 性状的表现逐渐强化，而人们不 需要的性状则可能逐渐消匿的过 程
– 没有躲避猎杀的性状 • 北极熊
– 没有相应的性状适应北极外的其他环境
3. “自然选择产生完美性状”
• 为什么错？ • 迁徙的燕子 • 适应北方的冬季气候而不用迁徙 • 不同性状之间的“权衡”(Trade-off)
– 可以吃冬天的果实 – 夏天的捕食功能减弱
不完美性状举例——生物学上的应急措施
• 在进化过程中，生物体的生理或 行为给生物体本身带来的坏处多 于好处
• 渡渡鸟 (Dodo) – 气候变化，食物丰富——积 累过多脂肪 – 身体变笨拙——人类猎杀
自然选择
一．符合自然选择的4点现象和推论 二．检验自然选择 三．综合进化论 四．自然选择的理解误区 五．自然选择的方式
一. 符合自然选择的4点现象和推论
2. 实验室中的自然选择
• 果蝇代谢酒精的速率 – 大多数慢 – 10%代谢快
代谢酒精慢
代谢酒精快
2. 实验室中的自然选择
• 果蝇代谢的实验 – 随机分成2组 • 正常环境下 • 高酒精环境下 – 从第1代到第57代
高酒精环境下
正常环境下
实验结果：
57代过后，高酒 精环境下的果蝇都 为酒精代谢快的
经过很多代后，突变后的等 位基因在种群中的比例上升
四. 自然选择的理解误区
• 常见的理解误区： 1. 自然选择=“最适者生存” 2. 自然选择产生新的性状 3. 自然选择产生完美性状 4. 自然选择是向着一个目标进行的
1. “自然选择=最适者生存”
• 为什么错？
2. “自然选择产生新的性状”
• 为什么错？ • 渡渡鸟
(1). 种群中的个体存在差异
(2). 差异能够遗传到子代
• 差异能够遗传给后代——自然选择最有争议的地方 • 孟德尔遗传学解决
(3). 种群产生的后代数量多于存活数量
• 树木的繁殖（种子多，但能长成 树木的少）
• 达尔文观察大象
(4). 存活和繁殖不是随机的
• 能够存活下来的个体繁殖后代不是随机的： • 适应度高
2. 稳定选择
• 某种性状尤其突出 • 举例：
– 新生婴儿的体重
3. 多样选择
• 一个种群中有2个甚至更多性状
自然选择在人类中的体现
一．镰刀型红血球疾病 二．乳糖耐受
一. 镰刀型红血球疾病
1. 镰刀型红血球疾病 2. 疟疾 3. 疟疾和镰刀型红血球疾病的关系
酒精代谢快的果蝇在 种群中的比例
正常环境下 的果蝇种群
高酒精环境下 的果蝇种群
• 果蝇的进化是自然选择的结果 • 高酒精环境下，代谢快的果蝇适应度高——活的时间长——后代多
3. 自然界中的自然选择实验
• 孔雀鱼 (Guppy) 保护色 • 瀑布下游：
– 被捕食率高——土褐色 • 瀑布上游：
– 被捕食率低——艳丽颜色