初中生物 75 生物进化的原因

陈一男学习网站[ ChenYinan.com ] - 中国细胞生物学学会 - 生物基础

达尔文的自然选择学说

提出背景：达尔文在乘“贝格尔号”舰进行环球航行考察期间，对各地的生物进行了广泛的观察和采集，发现生物在形态、结构、习性等方面存在着广泛的差异，并且这些差异与生物所处的环境密切相关。基于这些观察和思考，达尔文提出了自然选择学说。

主要内容：

过度繁殖：生物普遍具有很强的繁殖能力，能够产生大量的后代。例如，一对家蝇在适宜的条件下，一年可繁殖后代约 9000 亿只。这种过度繁殖的现象导致生物种群数量不断增加，生存资源相对变得紧张。

生存斗争：由于生物的过度繁殖，生物个体之间以及生物与无机环境之间为了获取有限的生存资源，如食物、空间、阳光等，必然会发生激烈的生存斗争。生存斗争包括生物与生物之间的斗争、生物与无机环境之间的斗争。例如，同一片草原上的牛羊之间会竞争食物资源，而草原上的植物会与干旱等环境因素作斗争。

遗传和变异：生物在繁殖过程中会产生遗传和变异现象。遗传使生物的性状能够在后代中保持相对稳定，而变异则使生物的后代出现不同的性状表现。例如，同一株植物的种子所长出的后代，在植株高度、叶片形状等方面可能会存在差异。变异是不定向的，有的变异有利于生物在特定环境中的生存，有的变异则不利于生存。

适者生存：在生存斗争中，具有有利变异的个体容易生存下来，并将有利变异遗传给后代；而具有不利变异的个体则容易被淘汰。经过长期的自然选择，微小的有利变异不断积累，逐渐形成适应特定环境的新的生物类型。例如，在工业污染区，深色的桦尺蛾因与环境颜色相近，更容易躲避天敌，从而生存下来并繁殖后代，而浅色的桦尺蛾则因容易被天敌发现而数量减少。

自然选择的实例

长颈鹿的进化：长颈鹿的祖先个体之间存在着不同的颈长变异，在食物资源相对短缺的环境下，颈长较长的个体能够吃到高处的树叶，获得更多的食物，从而在生存斗争中具有更大的优势，更容易生存下来并繁殖后代。而颈长较短的个体则因无法获取足够的食物，逐渐被淘汰。经过长期的自然选择，颈长的有利变异不断积累，使得长颈鹿的颈越来越长，最终形成了现在我们所看到的长颈鹿。

抗生素与细菌耐药性的产生：在使用抗生素治疗细菌感染的过程中，少数细菌可能会因为基因突变等原因产生对该抗生素的耐药性变异。在抗生素的选择作用下，耐药性细菌能够生存下来并大量繁殖，而非耐药性细菌则被杀死。随着抗生素的广泛使用，耐药性细菌的比例逐渐增加，导致抗生素的治疗效果逐渐降低。这也是自然选择在微观层面的一个典型实例，说明生物的变异和自然选择是不断进行的动态过程。

现代生物进化理论对自然选择学说的补充和完善

种群是生物进化的基本单位：现代生物进化理论认为，种群是生物进化的基本单位，而不是个体。种群是指生活在一定区域内的同种生物的全部个体。种群中的个体通过交配等方式进行基因交流，使种群的基因库得以保持和发展。基因库是指一个种群中全部个体所含有的全部基因。

基因频率和基因型频率：基因频率是指在一个种群基因库中，某个基因占全部等位基因数的比率。基因型频率是指某种特定基因型的个体在种群中所占的比例。通过计算基因频率和基因型频率，可以了解种群的遗传结构及其变化情况。在自然选择等因素的作用下，种群的基因频率和基因型频率会发生改变，从而导致生物进化。

突变和基因重组产生进化的原材料：突变包括基因突变和染色体变异，它们能够产生新的基因和基因型，为生物进化提供了原材料。基因重组则是指在有性生殖过程中，控制不同性状的基因的重新组合，也能够增加种群中基因型的多样性。突变和基因重组都是随机的、不定向的，它们为自然选择提供了丰富的选择对象。

隔离与物种形成：隔离是物种形成的必要条件。隔离包括地理隔离和生殖隔离。地理隔离是指同一种生物由于地理上的障碍而分成不同的种群，使种群间不能发生基因交流的现象。生殖隔离是指不同物种之间一般是不能相互交配的，即使交配成功，也不能产生可育的后代。地理隔离会导致种群基因库的差异逐渐增大，当差异达到一定程度时，就会形成生殖隔离，从而产生新的物种。

生物进化是一个复杂而漫长的过程，自然选择是生物进化的主要动力，而现代生物进化理论则从更微观和宏观的层面进一步解释了生物进化的原因和机制，使我们对生物进化的认识更加全面和深入。