高中生物 36 种群基因组成的变化与物种的形成

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种群基因频率的改变与生物进化

种群是生物进化的基本单位：种群是指生活在一定区域的同种生物的全部个体。种群中的个体并不是机械地集合在一起，而是彼此可以交配，并通过繁殖将各自的基因传递给后代。因此，种群也是生物繁殖的基本单位。

基因库和基因频率：一个种群中全部个体所含有的全部基因，叫做这个种群的基因库。在一个种群基因库中，某个基因占全部等位基因数的比率，叫做基因频率。例如，在一个有100个个体的种群中，AA个体有30个，Aa个体有60个，aa个体有10个，那么A基因的频率为(30×2 + 60)÷(100×2) = 0.6，a基因的频率为(10×2 + 60)÷(100×2) = 0.4。

基因频率的计算方法：

已知基因型个体数：根据上述公式计算，即某种基因的基因频率 = （该基因纯合子个体数×2 + 杂合子个体数）÷（总个体数×2）。

已知基因型频率：设A的基因型频率为p，a的基因型频率为q，则A的基因频率 = p + 1/2×杂合子基因型频率，a的基因频率 = q + 1/2×杂合子基因型频率 。因为p + q = 1，所以可以通过已知的基因型频率求出基因频率。

影响基因频率变化的因素：

突变：基因突变和染色体变异统称为突变。突变产生新的等位基因，这就可以使种群的基因频率发生变化。虽然基因突变的频率很低，但在一个种群中，突变的绝对数量还是较大的，而且突变具有不定向性，能够为生物进化提供原材料。

基因重组：基因重组能够产生多样化的基因组合的子代，不同的基因组合在种群中会有不同的表现型，进而影响个体的生存和繁殖能力，导致基因频率的改变。

自然选择：自然选择对不同表现型的个体具有选择作用，使适应环境的个体生存并繁殖后代，不适应环境的个体被淘汰，从而定向改变种群的基因频率，使生物朝着一定的方向进化。

迁移：如果种群之间存在个体的迁入和迁出，会使种群的基因频率发生改变。迁入会使种群中某基因的频率增加，迁出则会使某基因的频率降低。

隔离与物种的形成

物种的概念：能够在自然状态下相互交配并且产生可育后代的一群生物称为一个物种。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，这种现象叫做生殖隔离。例如，马和驴虽然能够交配产生骡子，但骡子是不育的，所以马和驴属于不同的物种。

隔离及其在物种形成中的作用：

地理隔离：同一种生物由于地理上的障碍而分成不同的种群，使得种群间不能发生基因交流的现象，叫做地理隔离。例如，东北虎和华南虎由于地理隔离，长期生活在不同的地区，它们的基因库存在一定的差异，但还没有形成生殖隔离，仍然属于同一物种。

生殖隔离：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。生殖隔离一旦形成，就标志着新物种的形成。例如，山羊和绵羊虽然同属羊科，但它们之间存在生殖隔离，属于不同的物种。

隔离在物种形成中的作用：地理隔离和生殖隔离是物种形成的必要条件。地理隔离使不同种群的生物在不同的环境条件下生活，自然选择对不同种群基因频率的改变所起的作用就有差别，导致不同种群的基因库出现差异。当种群基因库的差异达到一定程度时，就会出现生殖隔离，形成新的物种。

物种形成的方式

渐变式物种形成：这是物种形成的主要方式，一般经过长期的地理隔离，导致种群基因库的差异逐渐增大，最终形成生殖隔离，产生新物种。例如，加拉帕戈斯群岛上的地雀，由于不同岛屿的环境不同，经过长期的地理隔离和自然选择，不同岛屿上的地雀形成了不同的物种。

爆发式物种形成：在较短时间内，由于染色体加倍等原因，形成新的物种。例如，多倍体植物的形成，二倍体植物在减数分裂过程中，染色体加倍，形成四倍体，四倍体植物与二倍体植物之间存在生殖隔离，从而形成了新的物种。

种群基因组成的变化是生物进化的实质，而物种的形成是生物进化的重要环节。了解种群基因频率的改变以及隔离在物种形成中的作用，有助于我们深入理解生物进化的过程和机制，对于保护生物多样性、研究生物的演化等方面都具有重要意义。

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