《基础生态学-王艳妮》5. 生物种及其变异与进化
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鸟类的适应辐射
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• 地理亚种 (subspe编c辑ie版s)p的pt 形成
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变异、自然选择和遗传漂变
• 自然选择 (natural selection) –变异、个体间存活能力、生殖能力是自然选择的基础 –适合度、相对适合度和选择系数
• 遗传漂变 (genetic drift) –概念：基因频率在小的种群里随机增减的现象 –遗传漂变的产生
frequency)
• 哈迪-温伯格定律 (Hardy-Weinberg Law)
– 巨大、随机交配、无其它因素干扰的种群
– 基因频率和基因型频率世代保持稳定
– 遗传平衡状态
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基因频率的改变
• 突变 • 遗传漂变
–种群大小的作用 –奠基者效应 –瓶颈效应
• 迁移活动 • 非随机交配 • 自然选择
5.1.5 生物种的特点
• 由内聚因素（生殖、遗传、生态、行为、相互识别系统） 联系起来的个体的集合； •可随时间进化改变的个体集合； •生态系统的功能单位。
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5.2 物种的遗传变异与选择
5.2.1 基因、基因库和基因频率 5.2.2 变异、自然选择和遗传漂变 5.2.3 遗传瓶颈和建立者效应 5.2.4 迁移活动及非随机交配 5.2.5 表型的自然选择类型
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5.3 物种形成 (speciation)
5.3.1 物种形成及其过程
– 地理物种形成学说 • 地理隔离 • 独立进化 • 生殖隔离机制的建立
– 生殖隔离机制的种类
5.3.2 物种形成的方式
– 异域性物种形成 – 邻域性物种形成 – 同域性物种形成 – 适应辐射
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Rio Jurua
虽有基因交流的可能 但生境食物等习性阻止了交流
生境选择差异 食物选择差异 宿主选择差异
独自 进化
形成2个 物种
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适应辐射
• 共同祖先在进化过程中分化为各种类型适应多种生活方式
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如： 分别在 生境、 食性、 取食方式、 取食时间、 取食空间、 取食大小 …… 多方面 产生差异
扩展 分布区
独自 进化
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形成2个 物种
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邻域性物种形成
扩展 分布区
部分的地理隔离 存在基因交流屏障
如生物的运动能力及 繁殖体传播能力差
独自 进化
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生殖隔离
即使相遇 已经不能 相互配育
形成2个 物种
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同域性物种形成
无地理隔离 但生态位产生差异
生殖隔离
即使相遇 已经不能 相互配育
被巴
分西
隔河亚 形两马 成岸逊 遗，河 传绢流 差猴域 异的西
两部 个的
种
群
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异域性物种形成A
大范围地理隔离
地理隔离
生殖隔离
即使相遇 已经不能 相互配育
扩展 分布区
独自 进化 编辑版ppt
形成2个 物种
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异域性物种形成B
处于分布区边缘的小种群因建立者效应产生差异
地理隔离
生殖隔离
即使相遇 已经不能 相互配育
• 自然选择和遗传漂变是进化的动力
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种群增长因子
2.0 1.9 1.8 1.7 1.6 1.5 1.4
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1.0 0.9 0.8 0.7 0.6 0.5 0.4 0.3 0.2 0.1
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世代
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世代
A1基因频率
A1A1纯合个体具最高适合度的假设条件下，
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5.2.1 基因、基因库和基因频率
• 相关概念
– 染色体、同源染色体，基因(gene)、等位基因(allele)、座位 (locus)
– 纯合、杂合，显性、隐性、共显性，多基因形状
• 基因库 (gene pool)：种群内所有个体基因的总和
• 基因频率 (gene frequency) 和基因型频率 (genotypic
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5.2.2 变异、自然选择和遗传漂变
• 变异
–遗传物质的变异Βιβλιοθήκη Baidu
• 基因突变、染色体突变(结构/数量) • 多态座位比例、平均杂合性
–基因表达的蛋白质(酶)的变异
• 凝胶电泳技术识别同工酶(别构酶)
–表现型数量性状的变异
• 形态、结构、功能的差异
多态现象
–地理变异
• 渐变群 (cline)
种群中A1基因频率和种群指数增长因子随世代的变化
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隐
预测值
性
基
因
频
率
观察值
0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 世代
果蝇试验种群的进化。隐编辑形版致ppt死基因随时代而逐渐减少 11
5.2.3 遗传瓶颈和建立者效应
• 遗传瓶颈
– 如果一个种群在某个时期由于环境灾难或过捕等原因数量 急剧下降，就称其经过了瓶颈（bottle neck）
第二部分 种群生态学
5 种群的遗传特征p54
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1
主要内容
5.1 生物种的概念 5.2 物种的遗传变异与选择 5.3 物种形成
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2
5.1 生物种的概念
5.1.1 传统生物学家的物种(species)概念
– 真实存在、形态相似、自由交配、产生可育后代 – 物种不变、种间无亲缘关系
5.1.2 达尔文的物种概念
– 物种可变，强调了个体差异和种间的连续性 – 人为分类单位，亲缘关系密切的个体群
5.1.3 近代的物种概念
– 形态和遗传结构相似的种群构成，与其他物种存在差异
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3
5.1.4 现代的物种概念(Mayr,1982)
• 由许多群体形成的生殖单元(与其他单元生殖上隔离)， 它在自然界中占有一定的生境位置 • 生物种是一组具有相似形态和遗传特性的可以相互交配 的自然种群，它们与其他种群间具有生殖隔离
– 经过瓶颈后的结果
• 建立者效应 (founder effect)
– 建立者种群 – 建立者效应
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建立者效应
: =5:1
: =5:2
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5.2.4 迁移活动及非随机交配
• 迁移活动
– 迁入/迁出导致基因流动，可以改变种群的基因频率； – 有迁入的种群基因频率的变化率＝迁入率×（迁入个体和原
种群个体频率差值）
• 非随机交配
– 自然种群的个体交配几乎总是有选择的，故自然种群的基因 频率很难保持稳定
– 性选择是典型的非随机交配例子
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5.2.5 表型的自然选择
• 表型的自然选择 • 自然选择的生物学单位
• 表型自然选择的种类
–稳定选择 –定向选择 –分裂选择
–个体选择 –配子选择 –亲属选择 –群体选择 –性选择
鸟类的适应辐射
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• 地理亚种 (subspe编c辑ie版s)p的pt 形成
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变异、自然选择和遗传漂变
• 自然选择 (natural selection) –变异、个体间存活能力、生殖能力是自然选择的基础 –适合度、相对适合度和选择系数
• 遗传漂变 (genetic drift) –概念：基因频率在小的种群里随机增减的现象 –遗传漂变的产生
frequency)
• 哈迪-温伯格定律 (Hardy-Weinberg Law)
– 巨大、随机交配、无其它因素干扰的种群
– 基因频率和基因型频率世代保持稳定
– 遗传平衡状态
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基因频率的改变
• 突变 • 遗传漂变
–种群大小的作用 –奠基者效应 –瓶颈效应
• 迁移活动 • 非随机交配 • 自然选择
5.1.5 生物种的特点
• 由内聚因素（生殖、遗传、生态、行为、相互识别系统） 联系起来的个体的集合； •可随时间进化改变的个体集合； •生态系统的功能单位。
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5.2 物种的遗传变异与选择
5.2.1 基因、基因库和基因频率 5.2.2 变异、自然选择和遗传漂变 5.2.3 遗传瓶颈和建立者效应 5.2.4 迁移活动及非随机交配 5.2.5 表型的自然选择类型
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5.3 物种形成 (speciation)
5.3.1 物种形成及其过程
– 地理物种形成学说 • 地理隔离 • 独立进化 • 生殖隔离机制的建立
– 生殖隔离机制的种类
5.3.2 物种形成的方式
– 异域性物种形成 – 邻域性物种形成 – 同域性物种形成 – 适应辐射
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Rio Jurua
虽有基因交流的可能 但生境食物等习性阻止了交流
生境选择差异 食物选择差异 宿主选择差异
独自 进化
形成2个 物种
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适应辐射
• 共同祖先在进化过程中分化为各种类型适应多种生活方式
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如： 分别在 生境、 食性、 取食方式、 取食时间、 取食空间、 取食大小 …… 多方面 产生差异
扩展 分布区
独自 进化
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形成2个 物种
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邻域性物种形成
扩展 分布区
部分的地理隔离 存在基因交流屏障
如生物的运动能力及 繁殖体传播能力差
独自 进化
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生殖隔离
即使相遇 已经不能 相互配育
形成2个 物种
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同域性物种形成
无地理隔离 但生态位产生差异
生殖隔离
即使相遇 已经不能 相互配育
被巴
分西
隔河亚 形两马 成岸逊 遗，河 传绢流 差猴域 异的西
两部 个的
种
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异域性物种形成A
大范围地理隔离
地理隔离
生殖隔离
即使相遇 已经不能 相互配育
扩展 分布区
独自 进化 编辑版ppt
形成2个 物种
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异域性物种形成B
处于分布区边缘的小种群因建立者效应产生差异
地理隔离
生殖隔离
即使相遇 已经不能 相互配育
• 自然选择和遗传漂变是进化的动力
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种群增长因子
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A1基因频率
A1A1纯合个体具最高适合度的假设条件下，
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5.2.1 基因、基因库和基因频率
• 相关概念
– 染色体、同源染色体，基因(gene)、等位基因(allele)、座位 (locus)
– 纯合、杂合，显性、隐性、共显性，多基因形状
• 基因库 (gene pool)：种群内所有个体基因的总和
• 基因频率 (gene frequency) 和基因型频率 (genotypic
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5.2.2 变异、自然选择和遗传漂变
• 变异
–遗传物质的变异Βιβλιοθήκη Baidu
• 基因突变、染色体突变(结构/数量) • 多态座位比例、平均杂合性
–基因表达的蛋白质(酶)的变异
• 凝胶电泳技术识别同工酶(别构酶)
–表现型数量性状的变异
• 形态、结构、功能的差异
多态现象
–地理变异
• 渐变群 (cline)
种群中A1基因频率和种群指数增长因子随世代的变化
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隐
预测值
性
基
因
频
率
观察值
0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 世代
果蝇试验种群的进化。隐编辑形版致ppt死基因随时代而逐渐减少 11
5.2.3 遗传瓶颈和建立者效应
• 遗传瓶颈
– 如果一个种群在某个时期由于环境灾难或过捕等原因数量 急剧下降，就称其经过了瓶颈（bottle neck）
第二部分 种群生态学
5 种群的遗传特征p54
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主要内容
5.1 生物种的概念 5.2 物种的遗传变异与选择 5.3 物种形成
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5.1 生物种的概念
5.1.1 传统生物学家的物种(species)概念
– 真实存在、形态相似、自由交配、产生可育后代 – 物种不变、种间无亲缘关系
5.1.2 达尔文的物种概念
– 物种可变，强调了个体差异和种间的连续性 – 人为分类单位，亲缘关系密切的个体群
5.1.3 近代的物种概念
– 形态和遗传结构相似的种群构成，与其他物种存在差异
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5.1.4 现代的物种概念(Mayr,1982)
• 由许多群体形成的生殖单元(与其他单元生殖上隔离)， 它在自然界中占有一定的生境位置 • 生物种是一组具有相似形态和遗传特性的可以相互交配 的自然种群，它们与其他种群间具有生殖隔离
– 经过瓶颈后的结果
• 建立者效应 (founder effect)
– 建立者种群 – 建立者效应
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建立者效应
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5.2.4 迁移活动及非随机交配
• 迁移活动
– 迁入/迁出导致基因流动，可以改变种群的基因频率； – 有迁入的种群基因频率的变化率＝迁入率×（迁入个体和原
种群个体频率差值）
• 非随机交配
– 自然种群的个体交配几乎总是有选择的，故自然种群的基因 频率很难保持稳定
– 性选择是典型的非随机交配例子
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5.2.5 表型的自然选择
• 表型的自然选择 • 自然选择的生物学单位
• 表型自然选择的种类
–稳定选择 –定向选择 –分裂选择
–个体选择 –配子选择 –亲属选择 –群体选择 –性选择