《遗传与进化》课件

遗传与进化了解生物如何通过遗传信息传递和自然选择等过程不断适应环境变化和发展进化本节将探讨遗传的基本原理以及推动自然界生物进化的关键机制课程简介课程概述本课程将全面介绍遗传学和进化理论的基础知识,探讨生命的奥秘实验实践通过实验操作,让学生深入了解遗传和进化的机制和规律理论体系系统学习DNA、基因、染色体等遗传要素,以及达尔文进化理论什么是遗传基因传递的传递DNA遗传是指生物将其特征传递遗传信息被编码在DNA分子给后代的过程这些特征包中,通过细胞分裂和繁衍,DNA括外表特征、行为特征以及可以从一代传到下一代生理特征等表现型与基因型表现型是个体可观察到的特征,而基因型是决定这些特征的遗传物质两者相互关联遗传的载体基因-基因是遗传的基本单位和载体它们包含了生物体内所有遗传信息的密码基因存在于核染色体和细胞质中的线粒体和叶绿体中基因通过复制、转录和翻译的过程来控制生物的遗传特性和表现型基因由核酸DNA或RNA组成DNA分子由两条互补的聚核苷酸链组成,每条链由碱基、糖和磷酸组成遗传信息存储在DNA分子的碱基序列中遗传的形式基因遗传细胞质遗传细胞膜遗传遗传的基础是基因,基因位于细胞核除了核基因,细胞质器官如线粒体和细胞膜上的某些蛋白质也可以遗传给内的染色体上基因遗传通过父母双叶绿体也含有自己的遗传物质,可以子代,这种遗传方式被称为细胞膜遗方的遗传物质DNA传给子代进行独立遗传这种遗传方式被称为传这类遗传物质不存在于细胞核或细胞质遗传细胞质内的结构DNADNA分子是由两条互补的聚核酸链组成,呈双螺旋结构DNA分子中包含四种碱基:腺嘌呤A、鸟嘌呤G、胞嘧啶C和胸腺嘧啶T这些碱基通过氢键连接,形成一个具有独特遗传信息的编码系统DNA分子还包含脱氧核糖和磷酸根,共同构成了DNA的三个主要结构单元这种独特的结构使DNA能够存储和传递遗传信息,为生命的持续发展提供了基础的复制DNA解链DNA1DNA双螺旋结构分离引物结合2引物结合到模板DNA上聚合酶合成3DNA聚合酶合成新的DNA链链接和校正4连接新老DNA链,并校正错误DNA复制是生命体维持遗传信息的关键过程通过DNA解链、引物结合、聚合酶合成和链接校正等步骤,可以高度精确地复制DNA分子,传递给子代细胞这确保了生命体能够保持稳定的遗传特征,延续世代转录与翻译基因转录1DNA中的遗传信息被转录为mRNA转运mRNA2mRNA从细胞核运输到细胞质蛋白质翻译3ribosomes根据mRNA序列合成蛋白质基因表达的关键过程包括转录和翻译首先,DNA中的遗传信息被转录为信使RNA（mRNA）mRNA随后从细胞核运输到细胞质,在ribosomes上被翻译成具有特定功能的蛋白质这一过程确保遗传信息得以正确表达基因的表达转录翻译调控机制DNA上的基因会被复制成RNA分子,这RNA分子会被细胞内的机器将其翻译基因表达受到许多调控机制的精细调个过程称为转录转录将遗传信息从成蛋白质这个过程称为翻译,是基因控,包括转录调控、翻译调控和蛋白质DNA传递到RNA表达的最后一步修饰等,确保细胞适时表达所需的蛋白质基因突变定义分类12基因突变是指DNA序列在基因突变可分为点突变、复制过程中发生的错误或插入、缺失和重复等多种变化这些变化可能会影类型每种类型都会产生响基因的结构和功能不同的效果原因结果34基因突变可由内源性因素基因突变可能导致蛋白质如复制错误或外源性因素结构和功能的改变,引发遗如辐射和化学物质等引起传疾病或种群的进化变化基因突变的类型点突变读码位移突变无义突变这种突变是单个碱基的替换、插入或这种突变会改变整个蛋白质序列,通常这种突变会引入提前终止密码子,导致删除,常见于一些遗传病的发生导致蛋白质功能的丧失蛋白质结构和功能的改变基因突变的原因辐射化学物质复制错误生活方式高能量的X射线、γ射线以有毒化学物质如化学药物DNA复制过程中,即便细胞抽烟、饮酒等不健康的生及宇宙射线会直接破坏、农药等会干扰DNA复制修复机制再完善,仍有小概活方式会直接或间接地增DNA分子结构,引发突变过程,导致遗传物质出现错率出现复制错误而引发基加基因突变的风险误因突变染色体的结构染色体是遗传物质DNA的携带者它们由DNA和蛋白质组成,呈杆状结构,在细胞分裂时收缩成明显的染色体每个染色体有两个相同的染色单体,并由着丝粒连接在一起着丝粒是染色体在细胞分裂时移动的结构中心染色体和DNA染色体结构染色体是由DNA和蛋白质组成的,呈线状结构,存在于细胞核中基因信息DNA染色体包含遗传信息的载体DNA,记录了生物体的全部遗传信息染色体个数不同的生物体染色体个数各不相同,如人类有23对染色体减数分裂核心概念1减数分裂是一种特殊的细胞分裂过程,可以将原本的2倍体细胞分裂为4个单倍体细胞这一过程确保了生物体可以保持稳定的染色体数量过程阶段2减数分裂分为前期、中期、后期和末期四个主要阶段,每个阶段都伴随着染色体的独特变化重要意义3减数分裂在有性生殖中扮演关键角色,确保后代拥有正确的染色体数量,维持物种的遗传多样性性染色体和染色体X Y性染色体包括X染色体和Y染色体,决定生物的性别特征性别决定通常情况下,女性拥有两个X染色体XX,而男性拥有一个X染色体和一个Y染色体XY遗传规律性染色体的遗传遵循特定的遗传规律,影响性状的表现基因遗传模式孟德尔遗传定律基因连锁12描述了优性和隐性等基因相互连接的基因常常一起的遗传规律被遗传下来细胞质遗传合并遗传34一些细胞器DNA可以独立不同类型遗传方式可以协于核基因遗传调作用影响表型遗传病的种类单基因遗传病多基因遗传病由单一基因突变导致的遗传病,如血友病、囊性纤维化等表现由多个基因共同作用导致的遗传病,如糖尿病、高血压等症状症状明确且遗传模式清晰复杂,遗传模式不明确染色体异常遗传病线粒体遗传病由染色体结构或数目异常导致的遗传病,如唐氏综合征、克罗林由线粒体DNA缺陷导致的遗传病,如米氏综合征通常表现神经病可能影响多个系统系统和肌肉系统症状遗传病的诊断基因检测生化检查通过分析患者的基因序列,可以确定是否存在导致遗传病的基因突变一些遗传病会引起体内特定化学物质浓度异常,如氨基酸、酶活性等这种分子诊断方法准确可靠,是遗传病诊断的主要手段通过生化检测可以发现这些异常信号影像学检查家族史分析某些遗传病会导致器官形态异常,通过X光、CT、MRI等影像学检查遗传病通常家族遗传,了解家族遗传病史有助于确诊可以发现这些变化,用于诊断遗传病的预防产前筛查基因检测12通过孕期检查如超声和生对有遗传病家族史的人进化筛查,可以及时发现遗传行基因检测,可以诊断和预疾病的风险防潜在的遗传疾病生活方式调整亲属咨询34通过改善饮食、运动习惯专业的遗传咨询师可以为和控制环境因素,可以降低患者家庭提供专业的指导遗传疾病的发病风险和建议什么是进化生物进化适者生存物种分化进化是指生物群落在长期的自然选择进化过程中,适应环境的生物有更大的随着生物适应环境的变化,群体内部会过程中逐渐发生的遗传性改变,最终导机会生存和繁衍后代,这就是达尔文提产生遗传差异,最终导致新的物种的形致新的物种的形成它是生物历史发出的适者生存原理成,这就是物种分化的过程展的结果进化理论的历史早期进化思想1从古希腊时期开始就有人关注生命的起源和变迁,但缺乏充分的科学依据达尔文的贡献219世纪时,达尔文通过多年的考察和研究提出了自然选择理论,成为现代进化论的奠基人世纪的进化学20320世纪中期,通过对基因和生物适应性的研究,进化论得以不断完善和发展达尔文的自然选择理论自然选择适应性进化多样性达尔文提出，群体中存在着个体之间的通过自然选择,物种会不断适应环境,产生自然选择作用下,物种会逐渐分化,产生更差异,而这些差异能影响个体的生存和繁越来越有利于生存的特征这个过程就多种类这就是生物界广泛存在的多样衍能力生存能力强的个体，就会留下是进化的本质,也是达尔文的自然选择理性的根源,也是进化的重要表现之一更多后代,从而使有利于生存的特征在种论的核心群中逐渐增多无性生殖与有性生殖无性生殖有性生殖无性生殖是一种简单的繁衍方式,不需要两个生物体参与有性生殖需要两个生物体参与,其中一方提供卵细胞,另一细胞通过自身分裂产生后代,遗传信息完全相同这种方式方提供精子卵细胞与精子结合形成新的个体,具有两个亲通常出现在单细胞生物,可以快速繁衍本的遗传信息这种方式增加了基因重组,产生更多遗传变异物种的起源自然选择地理隔离12达尔文的自然选择理论认为,适应环境的个体更容易存活地理障碍如山脉、海洋等会导致种群分离,形成新的进化和繁衍,从而带来物种的渐进变化路径,最终产生新的物种适应性辐射异地起源34一个物种在适应新环境时,可能会分化出多种新物种,这就一些物种起源于不同地区,但由于气候和地理条件的变迁是适应性辐射而最终相遇并融合物种的分化与隔离地理隔离1由于地理屏障,种群被隔离在不同的区域,无法进行基因交流生境隔离2种群生活在不同的生态环境中,无法进行繁衍交配生殖隔离3由于生物学因素,种群间无法进行有效的交配和生育物种的分化与隔离是进化的重要机制地理隔离、生境隔离和生殖隔离等因素导致种群无法进行基因交流,最终形成新的物种这些分化过程促进了生命的多样性,是自然选择的重要结果进化的证据化石比较解剖学对古生物的研究可以明确地证实不同生物体之间的解剖结构相似生物经历了历史性的进化变迁性表明它们有共同的进化祖先生物地理学分子遗传学生物在地理分布上的规律性模式基因序列的相似性证明了物种间支持了进化论的观点的亲缘关系及进化历程进化的机制自然选择遗传变异基因流动地理隔离达尔文提出的自然选择理DNA突变和基因重组等遗物种间的基因交流有助于山川河流等地理屏障会促论是进化的核心机制有传变异为进化提供了源源维持遗传多样性,增强物种进亚种或新物种的形成,而利于生存和繁衍的个体会不断的原材料不利的变抗应变能力隔离导致的全球气候变化也可能导致被自然选择保留下来,从而异会被淘汰,有利的变异则基因断流则会加速物种分物种分布的重新洗牌使整个物种逐步适应环境会被保留下来化进化的类型渐进式进化间断式进化通过缓慢的变化和自然选择,某些环境改变会导致物种快物种会逐渐适应环境,逐步演速进化,该过程通常伴随着物化这种稳定而持续的进化种分化和大规模灭绝这种过程可以创造出复杂的生物突然的进化变迁可能会造就全新的生命形式共轭进化当两种生物通过互利共生的方式形成密切关系时,它们的进化可能会互相影响和协调发展这种协同进化可促进双方都更好地适应环境物种的保护与濒危濒危物种生物多样性保护可持续发展由于人类活动造成的环境破坏和滥猎,保护濒危物种需要政府、科研机构和通过推行环境友好型的经济和社会发许多珍稀动物正处于濒临灭绝的状态,公众的共同努力,建立自然保护区、限展,减少人类活动对生态环境的破坏,实需要制定有效的保护措施制狩猎和非法交易等措施现人与自然和谐共处。