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化

高中生物 · 生物的进化:从自然选择到物种形成

Evolution · Natural Selection · Speciation
上一章变异提供了原材料,这一章讲这些变异怎么在自然选择下积累、淘汰,最终形成千姿百态的物种。从拉马克到达尔文,再到现代生物进化理论——进化其实就是种群基因频率的改变。
①
进化理论

拉马克→达尔文

②
自然选择

适者生存

③
基因频率

种群是进化基本单位

④
隔离成种

地理/生殖隔离

开场场景:长颈鹿的脖子为什么那么长?拉马克说“用进废退、越伸越长”,达尔文说“本来就有长有短,树叶高了脖子长的活下来”。后者才是对的:变异先发生,环境只负责选择。

卡必背概念 / 过程
拉马克:用进废退、获得性遗传(早期观点,不科学)
达尔文自然选择学说:过度繁殖→生存斗争→遗传变异→适者生存;变异是不定向的,选择是定向的
现代理论:种群是生物进化的基本单位;进化的实质是种群基因频率的定向改变
基因频率:某个基因占全部等位基因数的比例;突变和基因重组提供原材料,自然选择决定方向
物种:能够在自然状态下相互交配并产生可育后代的一群生物
隔离:地理隔离(隔开)→生殖隔离(不能交配/后代不可育,如马和驴生骡);生殖隔离是新物种形成的标志
共同进化:不同物种之间、生物与环境之间相互影响不断进化;结果是生物多样性
口诀:变异先出现不定向,选择定向留适者;进化就是基因频率变,生殖隔离标志新种成。

义是什么:进化=种群基因频率改变

大白话:不是个体在进化,而是整个种群的基因库在变。长颈鹿群里本来就有脖子长一点、短一点的变异;树叶高了,长脖子的更容易吃到、活下来、留下后代,于是长脖子基因在种群里越占越多。这就是自然选择定向改变基因频率。

新物种怎么形成:同一群被地理障碍(山、河)隔开,两边环境不同、变异和选择方向不同,久了彼此差异大到不能再交配产生可育后代——出现生殖隔离,就成了两个物种。

路怎么想到的:基因频率计算

算基因频率:等位基因 A 的频率 = (AA 个体数×2 + Aa 个体数) ÷ (全部个体数×2)。自然选择使有利变异频率上升、不利下降,久而久之种群就“变了样”。

判断新物种:关键看有没有生殖隔离。骡不可育,说明马和驴是两个物种;东北虎和华南虎只是地理隔离,还没到生殖隔离,仍是同一物种。

核心过程:三道例题

例1:某昆虫种群中 AA=30、Aa=60、aa=10(共100个体),求 A 的基因频率。
审题:基因频率=(AA×2+Aa)/(总数×2)。
逐步:A = (30×2 + 60)/(100×2) = 120/200 = 60%;a = 40%。
例2:工业污染后,浅色桦尺蛾容易被鸟吃掉,黑色个体比例上升。这是怎么回事?
审题:自然选择定向改变基因频率。
逐步:体色变异本来就有(不定向);污染使树干变黑,黑色个体更隐蔽、存活率高,控制黑色的基因频率上升——自然选择是定向的。
例3:马和驴交配生出骡,骡却不能生育,这说明什么?
审题:生殖隔离。
逐步:马和驴能交配但后代(骡)不育,说明二者间存在生殖隔离,是两个不同物种。

用途与案例

医学:抗生素与耐药菌

细菌本来就有抗药性变异;滥用抗生素把不抗药的杀掉,抗药菌活下来大量繁殖——自然选择让耐药菌越来越多。所以要合理用药。

生活:加拉帕戈斯地雀

不同岛上的地雀喙形不同,是同一祖先被地理隔开后、各自适应不同食物,最终形成生殖隔离的经典案例。

展往哪儿长

初中:知道生物会进化。高中:本章进入种群基因频率和物种形成;后面调节、生态、工程都建立在这套生命观上。大学:进化生物学讲中性进化论、分子钟、系统发育树。

拓展:突变是随机、不定向的;自然选择才是定向的,它“挑选”已存在的变异,而不是诱导变异朝需要的方向发生。

防坑警示

别把因果搞反:是先有变异、后被选择,不是环境“诱导”生物产生需要的变异。抗生素不会让细菌“变耐药”,只是把已经耐药的选了出来。另外进化的基本单位是种群,不是个体。

练习

基础:生物进化的实质是什么?

查看解答种群基因频率的定向改变。自然选择使适应环境的基因频率上升。
做对了?很好,下一题/下一章走起。
错了或卡壳?回到本章对应段落,把例题和过程再顺一遍。

进阶:新物种形成的标志是什么?

查看解答出现生殖隔离(不能相互交配,或交配后不能产生可育后代)。
做对了?很好,下一题/下一章走起。
错了或卡壳?回到本章对应段落,把例题和过程再顺一遍。

思考:喷杀虫剂开始效果好,几年后效果变差,为什么?

查看解答虫群本就有抗药性变异;杀虫剂把不抗药的杀死,抗药个体被选择并大量繁殖,种群抗药基因频率上升。
做对了?很好,下一题/下一章走起。
错了或卡壳?回到本章对应段落,把例题和过程再顺一遍。

证教材级补充:现代生物进化理论的核心

要点:种群是进化的基本单位;突变和基因重组产生进化的原材料;自然选择决定生物进化的方向;隔离是物种形成的必要条件;生物进化过程实际上是生物与生物、生物与无机环境共同进化的过程,导致生物多样性。

为什么隔离是必要条件:没有隔离,种群间基因可以自由交流,差异会被“配平”掉;只有地理隔离先把种群分开,两边各自积累不同变异、被不同环境选择,差异大到出现生殖隔离,新物种才真正形成。

拓展例题:蒲公英种群在风大的海岛上,大风把瘦高的吹走,剩下贴地的,这是什么?这是自然选择:风大的环境筛选出贴地(不易被吹走)的变异,使贴地基因频率上升,种群朝贴地方向进化。
做对了?很好,下一题/下一章走起。
错了或卡壳?回到本章对应段落,把例题和过程再顺一遍。
记
小结卡

① 变异不定向、自然选择定向;适者生存。

② 进化=种群基因频率的定向改变,种群是基本单位。

③ 地理隔离→生殖隔离,生殖隔离是新物种形成标志。

费曼学习法:讲给别人听
合上书本,假装对面坐着一个高二的小孩,把这三件事说清楚——说不清楚的地方,就是你没真懂。
  1. 用自己的话讲:用长颈鹿的例子讲清楚:为什么不是“努力伸脖子”而是“长脖子活下来”?
  2. 举个反例:为什么长期用同一种农药会失效?不是虫子学会了,是抗药的被选出来了。
  3. 哪里还卡壳:基因频率计算、地理与生殖隔离区别——哪句要翻书就圈哪里。