进化生物学经典数学模型

生物的进化 现代生物进化理论认为： 是生物进化的单位，也是生物繁殖的基本单位。生物进化的实质在于种群 的改变。 是物种形成过程的三个基本环节。其中 产生生物进化的原材料， 使种群的基因频率发生定向改变，从而决定生物进化的方向，隔离导致物种的形成。 种群 基因频率 突变和基因组、自然选择及 隔离 突变和基因重组 自然选择

有关基因频率的计算 1、抽样调查某地100位女性和100位男性发现：女性中有5位色盲患者和20位携带者，男性中有15位色盲患者，则该地色盲基因的频率约是多少？ 5×2 + 20 + 15 100×2 + 100 × 100% = 15%

2、在一个足够大的种群中，A的频率是0. 4，a的频率是0. 6，若各种条件稳定不变，则该种群中AA、Aa、 aa的基因型频率各是 2、在一个足够大的种群中，A的频率是0.4，a的频率是0.6，若各种条件稳定不变，则该种群中AA、Aa、 aa的基因型频率各是 。该种群中所有成熟个体自由交配一次，产生的后代个体中A的频率是 ， a的频率是 。 0.16 0.48 0.36 0.4 0.6

3、已知每10000人中有一个白化病（aa）患者，一对健康夫妻生了一个白化儿子和一个正常女儿，该女儿和一正常的男性结婚，所生子女患白化病的几率是多少？ 1/10000 子女患白化病的几率 = 2 3 × 198 9999 1 4 = 1 303

当存在复等位基因（等位基因2个以上）时 ，如ABO血型的遗传，有IA、IB、i三个复等位基因 4、人的A、B、O血型决定于3个等位基因IA、 IB 、i ，假设某地的人的血型频率为：A型=0.45；B型=0.13；AB型=0.06；O型= 0.36。请推算这一地区人的各等位基因的频率 当存在复等位基因（等位基因2个以上）时 ，如ABO血型的遗传，有IA、IB、i三个复等位基因 p为IA基因频率，q为IB基因频率，r为i基因频率 ： （p+q+r）2 =p2+q2+r2+2pq+2pr+2qr =1 哈迪-温伯格定律

等位基因2个时用数学方程示： 哈迪-温伯格定律 一个有性生殖的自然种群中，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。 （1）种群大 （2）个体间的交配是随机的 （3）没有突变发生（4）没有新基因加入 （5）没有自然选择 等位基因2个时用数学方程示： （p+q）2 = p2+2pq+q2 = 1 返回

影响基因频率的因素 （1）遗传漂变：由于群体较小和偶然事件造成的基因频率的随机增减甚至丢失的现象称为遗传漂变。例如在一个群体中某一基因的频率为2%，则在一个50万个个体的群体中，有这一基因的个体有10000个；假如这一群体只有50个个体，那么只有1个个体有这种基因，这一基因可能由于偶然机会死亡或没有交配而在后代中消失。遗传漂变就是这样产生的，它是群体数量大小引起基因频率改变的一个方式。群体愈大，遗传漂变就愈小。 （2）不随机交配：这是引起哈迪一温伯格平衡改变的最主要因素，例如近亲交配等。 （3）有突变和新基因加入。 （4）自然选择：通过选择淘汰不利基因，积累有利基因，导致种群基因频率改变。

稳定性选择──把趋于极端的变异淘汰掉而保留中间类型的个体，使生物类型具有相对稳定性。这类选择多见于环境相对稳定的群体中。选择的结果将使性状的变异范围不断缩小，群体的基因型组成更趋于纯合。如人类新生儿的体重为平均体重者，其死亡率最低；过轻或过重者死亡率较高。 单向性选择──把趋于某一极端的变异保留下来，淘汰掉另一极端的变异，使生物类型朝向某一变异方向发展。这种选择的结果也会使变异的范围不断缩小，群体基因型组成趋向于纯合。单向性选择多见于环境条件逐渐发生变化的群体中，人工选择大多属于这种类型，即定向选择。 分裂性选择──把一个群体中的极端变异个体按不同方向保留下来，而中间常态型则大为减少的选择。这种类型也是在环境发生变化的群体里进行的。原先较为一致的生态环境分隔为若干次一级的环境，或群体向几种不同地区扩展，都会出现分裂性选择。如美国卡兹基尔山有轻巧型和粗壮型两类狼

物种：形态、生理上类似的，彼此能够交配的，要求类似环境条件具有一定地理分布范围的生物个体的总和，是生物分类的基本单位。遗传变异和环境变化是物种形成的两个基本条件。 （1）鉴定物种的标准 ①形态学标准：主要根据生物形态特征的差异为标准； ②遗传学标准：主要以有无生殖隔离为标准（同一物种的不同种群之间存在地理隔离，不同物种的种群之间存在着生殖隔离）； ③生态学标准：主要以生态要求是否一致为标准； ④生物地球学标准：主要以物种的分布范围为标准。 上述四个标准中最主要的是有无生殖隔离。

物种形成方式 （1）渐变式物种形成 ①异地物种形成：先有地理隔离后有生殖隔离的新种形成方式 。 过程：一个种群由于地理隔离而分成几个小种群，随后它们发生各自不同的突变和重组。 经过自然选择，每一种群中基因频率定向发生变化，于是形成了不同的“地理族”，即亚种，当亚种间产生了生殖隔离时就形成了不同的物种（新种）。 ②同地物种形成：有时没有地理隔离也能产生新物种。 过程：同一环境中生活的种群，产生能适应新的生态位的突变类型，则突变个体和野生种各自发展，通过自然选择最终二种类型间出现了生殖隔离而形成新物种。

（2）爆发式物种形成： 通过染色体加倍形成多倍体而产生新物种（主要见于植物界）。有时通过染色体结构变化或直接杂交也能迅速产生新种。 （3）动植物新种形成方式的区别： 动物结构复杂，具有种类繁多的行为模式。因此，行为隔离在动物物种形成过程中起重要作用。在植物中，营养繁殖很普遍，单性不经交配可长期繁衍后代。杂交所产生的后代即使不育，也可通过营养繁殖而将其遗传型传播到群体中去。另外，植物很容易形成多倍体，如一个同源四倍体植物与另一个同源四倍体植物杂交，就可能形成异源四倍体新种。

隔离的机制： ①合子前隔离： a．生态隔离：二种生物完全可以交配繁殖，但由于生活在不同地区，不可能杂交。 b．栖息地隔离：同一地区生活，但占领不同的栖息地而不能杂交。 c．季节性隔离：生殖季节不同而隔离。 d．行为隔离：求偶或交配行为不同而隔离。 e．形态隔离（机械隔离）：主要是生殖器官形态不同而隔离。 f．配子隔离：可以交配或受粉，但不能受精。 ②合子后隔离： a．发育隔离：可以杂交，可以受精，但胚胎发育不正常，出生前就死亡。 b．杂种不活：杂种可以形成，但在繁殖后代之前死亡。 c．杂种不育：杂种可以成活，但是不育。 d．杂种的淘汰或选择性消除：杂种可以存活，也能繁殖，但在自然选择中易被淘汰而消失。 合子后隔离的生殖浪费大于合子前隔离，自然选择能够促进已被合子后隔离的群体发展合子前隔离。

生物进化的总趋势（遗传变异和自然选择）： （1）无细胞结构到细胞结构；原核细胞到真核细胞；单细胞生物到多细胞生物；由简单到复杂、由低等到高等、由水生到陆生等； （2）厌氧型 兼性厌氧 需氧；异养 自养 （3）无性生殖到有性生殖