第3.2章 种群生态学(生活史)

Bottleneck effect
Founder effect
在新建同类群时，由于抽样引起的 等位基因频率的变化
:
=5:1
:
=5:2



两种进化动力的比较

自然选择������
强度决定于选择系数 选择系数的大小决定 于不同基因型个体对 环境适合度（指生物 生存和生殖并将基因 传给后代的能力）的 区别

①地理隔离(geographic isolation)：地理屏障将种
群隔开，基因交流受阻。

②独立进化(independent evolution)：两个地理上
隔离的种群各自独立进化，适应于各自的特殊环境。

③生殖隔离 (reproductive isolation mechanism
自然选择类型(Natural selection types)

作用于表现型特征的自然选择， 按其选择结果可分为三类： 频 稳定选择 率 定向选择 分裂选择 选择前
均数
选 择 压 力
选择后 定向选择 稳定选择 分裂选择
Stabilizing Selection
• Stabilizing selection acts to impede changes in a population by acting against extreme phenotypes and favoring average phenotypes.
第三章 种群生态学
Population Ecology

研究种群与环境相互作用关系的科学 教学重点：

种群及其基本特征 种群数量动态 种群遗传进化及生态适应

种内和种间关系
种群的遗传结构、进化机制和物种形成的研究是 紧密结合种群遗传学的，是当前种群生态学研究 的另一个主要方面。

美国《进化与人类行为》杂志刊登一份研究报 告指出，欧洲人的金色头发原来是基因突变和“女 多男少”现象双管齐下的产物。 约一万年至1.1万年以前，欧洲人头发、眼睛 的颜色都还是深色。 金发的出现源于女性发色的基 因变异。 欧洲男性野外狩猎容易丧命。女性生存几率比 男性更大。结果男性人数减少，女性比例不断增加。 在食物和男性极度匮乏的情况下，显眼的女性金发 碧眼更容易在争夺伴侣时胜出。金发女性易得到生 育机会。因此，虽然金发是基因突变所致，但拥有 金发的人数却得以逐渐增加。 颜色越浅的金发说明古时候当地的女性对男性 的依赖程度就越高。在北欧现象更明显，因为当地 女性独立出外觅食的难度更大，对男性更为依赖。 现如今，金发在欧美似乎已经不那么吃香了。
种群的遗传进化 物种形成 种群的生活史及适应对策
基因库和基因频率(Gene pool and gene frequency)
基因和等位基因(gene and allele ) 基因是带有可产生特定蛋白质遗传密码的DNA片段。在二倍 体生物中，由两个等位基因构成，每一等位基因来自一条同 源染色体。 基因型和表现型(genotype and the phenotype) 个体的遗传结构叫基因型（或遗传型）。 遗传型在个体中的表达叫表现型。 基因组和基因库(genome and gene pool) 一个物种的全部遗传信息的总和称为基因组。 种群中全部个体的所有基因总和称基因库。

遗传漂变：在小种群
中，基因频率因随机 因素而变化。 瓶颈效应和奠基者效 应������ 强度取决于种群大小， 用种群大小倒数表示


������
以相差10倍以上忽略其一
• 物种形成的步骤 • 物种形成的方式
物种形成的步骤(Steps of species formation)

地理物种形成学说认为：物种形成(allopatric speciation) 过程大致分三个步骤：

渐变群(cline)：选择压力地理空间上的连续变化导致基因频率或表 现型的渐变，形成一变异梯度，称为渐变群。 地理亚种(subspecies)：环境选择压力在地理空间上的不连续，或物 种种群隔离，则会形成地理亚种 工业黑化现象(industrial melanism)：桦尺蠖（Biston betularia）在污 染区黑色型占优势，在未污染区则仍以浅色型个体占优势。
Example 2
利用基因型频率求解基因频率
种群中某基因频率=该基因控制的性状纯合体频率＋1/2×杂 合体频率 例2 在一个种群中随机抽取一定数量的个体，其中基因型 AA的个体占12%，基因型Aa的个体占76%，基因型aa的个 体占12%，那么基因A和a频率分别是多少？ A的频率=AA的频率+1/2Aa的频率=12%+1/2×76%=50% a的频率=aa的频率+1/2Aa的频率=12%=1/2×76%=50%
Disruptive Selection
• Disruptive selection creates bimodal distributions by favoring two or more extreme phenotypes over the average phenotype in a population.


基因型频率(Genotype frequency ) N个体，等位基因为A、a，n1个AA，n2Aa，n3aa AA：x=n1/N；Aa：y=n2/N；aa：z=n3/N n1/N+n2/N+n3/N=100% 基因频率 2N配子 A: p= (2n1+n2)/2N = x+1/2y a: q=(n2+2n3)/2N = z+1/2y p+q=1 x1=p02, y1=2p0q0, z1=q02


基因频率和哈温定律(Gene frequency and HardyWeinberg law)
基因频率(gene frequency) : 种群中某一基因出现的频率 哈温定律（Hardy-Weinberg law）：指在一个巨大的、随 机交配和没有干扰基因平衡因素的种群中，基因频率将世 代保持稳定不变。 多形现象(polymorphism)：种群中许多等位基因的存在导 致一种以上的表现型。
基因组(Genome)



自丹麦的学者约翰逊用基因 (gene)这个词来表述孟德尔在 豌豆杂交实验中发现的“性状单位”或“单位因子”以 来 ，基因这个词已被普遍接受和沿用了九十年。其含义 亦随着对遗传物质认识的深化而逐渐具体化。 基因的现代定义可表述为 :遗传信息的结构与功能的单位。 指一段DNA分子 ,也可以是一段RNA分子 (如RNA病毒 )。 基因组(genome)，一个物种的全部遗传信息的总和。既可 以指一套染色体 (单倍体 )，也可以指其中的全部核酸。 ─ 比如人类基因组即指人的 23条染色体 (22条常染色体和 一条性染色体 )或 23条染色体内的全部DNA ,由 23条极 长的DNA分子，总共约3× 1 0 9个核苷酸组成。
※自然选择和遗传漂变是种群进化的两大动力
自然选择和遗传漂变是两 种进化动力。
选择系数 (S) = 1 – 适合度 （W）。
漂变强度：种群大小的倒 数。1/N 适合度(fitness) ：以基因型个
体的平均生殖力乘以存活 率算出。以W表示适合度， m表示基因型个体生育力， l表示基因型个体存活率， W = ml。
Directional Selection
• Directional selection leads to changes in phenotypes by favoring an extreme phenotype over other phenotypes in the population.
种群对自然选择压力时空变化的反应

地理变异(Geographical variation)： 广布种的形态、生 理、行为和生态特征往往在不同地区有显著的差异，称 地理变异。
地理变异反映了物种种群对于环境选择压力空间变化的反应。 环境压力的变化有时是连续的，有时是不连续的，生物的适应性 反应也可分两类，形成渐变群和地理亚种。
进化动力(Evolution forces)

影响基因频率变化的因素如下：

基因突变(genetic mutation) 遗传漂变(genetic drift) 自然选择(natural selection) 迁移活动(migration) 非随机交配(non-random mating )


工业黑化现象
瓶颈效应和奠基者效应

瓶颈效应(bottleneck effect)
—— 由于小样本效应而引起的基因频率变化同样会在种群 大小经历一次锐减后再恢复时出现，这种现象称为∽。 种群数量急剧下降导致基因频率变化和总遗传变异的 下降

奠基者效应 (founder effect)
—— 在新建同类群的时候，由于抽样引起的等位基因频率 的变化。 奠基者种群: 以1个或少数个体在空白生境中建立新种群 奠基者效应: 因选择压力，奠基者种群与母种群之间差异增大
遗传多样性可表现在种群、个体、组织和细胞、分子水平， 最直接的表现形式就是遗传变异水平的高低。 检测遗传多性性的主要方法有：形态学技术；染色体技术； 等位酶技术；DNA技术。

进化在生物学上指不同世代之间外表特征与基因频 率的改变。


进化动力
自然选择类型百度文库
种群对自然选择压力反应的时空变化
瓶颈效应和奠基者效应



Example 1
利用种群中一对等位基因组成的各基因型个体数求解
种群中某基因频率=种群中该基因总数/种群中该对等位基因总数×100% 种群中某基因型频率=该基因型个体数/该种群的个体数×100% 例1 已知人的褐色(A)对蓝色(a)是显性。在一个有3000人的群体中，蓝眼 （aa）的有360人，褐眼（AA, Aa）的有2640人，其中纯体(AA)1200人。 那么，在这个人群中A、a基因频率和AA、Aa、aa基因型频率是多少？ 解：等位基因成对存在，3000个人中共有基因3000×2=6000个，蓝眼 （aa）360含a基因720个；褐眼2640人，纯合体(AA)1200人含A基因2400 个，杂合体(Aa)1440人含（2640-1200）×2=2880个基因，其中A基因 1440个，a基因1440个。则： A的基因频率=（2400+1440）/ 6000=0.64 a 的基因频率=（720+1440）/ 6000=0.36 AA的基因型频率=1200/3000=0.4 Aa的基因型频率=1440/3000=0.48 aa的基因型频率=360/3000=0.12
变异和遗传多样性(Variation and genetic diversity)


变异（variation）和遗传漂变（genetic drift）
变异是指个体或群体之间的形态、生理、行为和生态特征 上的差别和区别，通常指遗传变异。 基因频率在小的种群里随机增减的现象称遗传漂变。



遗传多样性(genetic diversity)
基因组学(Genomics)




1986年美国Johns Hopkins大学著名人类遗传学家和内科 教授McKusick造了基因组学 (Genomics)这个名词 ,意指 从基因组水平研究遗传的学科。 这个词一经提出立刻被广泛接受 ,出现于科学著作乃至大 众传媒。这方面的专业刊物也陆续出现 ,如Genomics, Genome, Genome Research等。 但大量关于基因组研究的论文仍发表于各传统的遗传学刊 物和最有影响的学术刊物,如Science,Nature,Nature Genetics等。 基因组学无疑已成为当前和今后相当长的时期内最活跃和 影响最大的学科之一。


• Hardy Weinberg law states that in a population mating at random in the absence of evolutionary forces, allele frequencies will remain constant.
基因型频率和基因频率计算 (Genotype frequency and gene frequency calculation)