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AP生物知识点之进化相关概念梳理

来源:原创作品 | 2019-12-10245

虽然我们常常都在嘲讽21世纪是生物学的世纪,但是有句俗话说得好,“生物学得好,走遍天下都不怕。”小伙伴们如果生物学得好,以后可以转医学。所有在美国要学医学的,本科学生物是最火的选择之...

虽然我们常常都在嘲讽21世纪是生物学的世纪,但是有句俗话说得好,“生物学得好,走遍天下都不怕。”小伙伴们如果生物学得好,以后可以转医学。所有在美国要学医学的,本科学生物是最火的选择之一;或者,学好了生物,然后申请个PhD,很容易就可以让自己在学位上碾压别人。再不济,也可以保证自己不被民科所哄骗嘛。

那么,帮助学生在本科去学生物的利器——AP生物,不知道大家又准备得怎么样了呢?2016年的AP考试也只有1个月就要考试了,小伙伴们已经将各种知识点都掌握好了么?

No?还没有,没关系,现在开始学习还来得及呢!今天,我就在这里给小伙伴们梳理一下进化Evolution相关的一些知识点。

一张图解读生物进化

进化,看起来是一个很简单的东西,实则不然。大家在高中阶段所学习到的生物知识内,进化确实是一个很简单的知识点。但是在2016年的AP生物考试中,根据College Board放出来的考试范围,进化构成了4个考试的Big Ideas之一。同时,在其它3个Big Ideas里面,也还在反复强调各种东西都证明了生物进化理论的正确性。


在第一个Big Idea里面,集中需要掌握的,就是进化方面的知识。那么整体来看,又有哪些东西需要掌握呢?进化这个Big Idea可以分成4个单元,如下图所示:


上图就很好的解释了在进化这一块我们需要掌握些什么:具体的知识内容有点小多,限于篇幅,我们不可能在一篇文章内全部提到。所以在这里,我们主要给大家一起梳理一下这部分的重要概念。当大家把这些基本概念给弄清楚后,一些比较复杂的问题相信大家也就能够迎刃而解了。

什么叫基因频率(allele frequency)?

群体内某个等位基因占总基因的比例。

什么叫等位基因(allele)?

在同源染色体上出现在相同的位置上,控制相对性状的一对基因。在杂合子(heterozygote,一对同源染色体上的等位基因不一样)中表现出现性状的基因叫做显性基因(dominant gene),没表现出来性状的基因叫做隐性基因(recessive gene)。


如何计算基因频率(allele frequency)?

使用概率学知识计算即可。求出该群体内所有该基因的个数,然后除以总数。如果用p来表示显性基因的频率,q来表示隐性基因的频率,那么总有p+q=1,即显性等位基因频率和隐性等位基因频率合到一起等于总数。那么由此可以得出
p2+q2+2pq=1。即显性纯合子频率加上隐性纯合子频率加上杂合子频率等于总体1。其中,p2表示现行纯合子频率,q2表示隐性纯合子频率,2pq表示杂合子的频率。这些二倍体的频率计算方式分别是p*p, q*q, 2*q*p。


什么叫进化(Evolution)?

进化是以群体为单位的,不以个体为单位。某个种群内基因频率的改变叫做进化。


什么导致了进化?

对有限生存资源的争夺造成了拥有不同基因的同种生物不同个体繁殖成功率(reproductive success)的不一样,从而导致了不同基因遗传下去的概率不一样,最终导致了进化。同时,对于数量较小的群体来说,偶然因素也会导致进化。如 遗传漂变(Genetic Drift)等。


什么是遗传漂变(genetic drift)?

遗传漂变是指当一个族群中的生物个体的数量较少时,下一代的个体容易因为有的个体没有产生后代,或是有的等位基因没有传给后代,而和上一代有不同的等位基因频率。一个等位基因可能(在经过一个以上的世代后)因此在这个族群中消失,或固定成为唯一的等位基因。这种现象就叫“遗传漂变”。

关键词:种群数量小,偶然事件。


进化朝哪个方向进行?

朝着适应环境的方向进行,因为适者生存。能适应环境的个体有更大概率将自己的基因遗传下去,所以适应环境的基因会被选择出来,而不适宜环境的基因会被选择掉。


所有基因都能够被自然选择影响吗?

不是的,只有能影响到繁殖成功率的基因才能被自然选择。比如有种生物平均5岁繁殖,而某个基因决定了这种生物会在7岁的时候暴毙而亡,那么,虽然这个基因会影响这个生物生存,但是因为7岁发病在5岁繁殖之后,它不会影响到繁殖,所以这个基因也就不会被自然选择所影响。


什么时候基因频率稳定不再变化?

当生物群体满足了哈迪-温伯格平衡(Hardy-Weinberg Equilibrium)的时候基因频率会趋于稳定。但是哈迪温伯格平衡通常是种理想情况,在现实中很难成立。

哈迪-温伯格平衡的条件是什么?

有5个条件:大种群数量;没有迁徙;没有净突变;所有个体随机交配;没有自然选择。

(1) a large population size, (2) absence of migration, (3) no net mutations, (4) random mating, (5) absence of selection.


一个群体内基因种类越多越好还是越少越好?

基因种类越多越好。也就是说基因多样性(genetic diversity)越高越好。当一个种群内基因多样性很高的时候,不管环境怎么变,群体内总有个体能适应这种环境,这样,就保证了种群能最大程度的存活下来。当基因多样性很低的时候,一旦环境变化为不适宜这个种群的时候,就只会有很少个体,或者说没有个体能适宜环境,这个种群就无法存活下来了。


基因多样性来自哪里呢?

突变是基因多样性来源的一种主要方式。除此之外,还有基因的分离和自由组合(gene segregation and independent assortment),基因重组(gene recombination)、转化(transformation)、转导(transduction)、接合(conjugation)、转座(transposition)等;


我想让某个基因朝想要的方向去突变,可以吗?

做不到。基因突变的几大特征:随机性(random)、无方向性(non-directional)、多害少利性(mostly harmful)、低频性(of low frequency)等。其中的随机性和无方向性说明了基因突变是无法控制方向的。


那我想通过突变和进化的方式让农作物变高产,怎么办呢?

先通过伽马辐射(γ ray)等方式增大基因突变的概率,然后从中选出来变高产了的个体,再不断繁殖并筛选,直到得到能拥有稳定高产的群体就可以了。一切想让作物朝着高产方向去突变的都是不可能的,我们只能让作物随机突变,然后通过人工筛选的方式来选出能高产的个体。


现在这么多的生物都来自于哪里啊?

现存于世的生物(古生菌archaea等生物除外)几乎都来自同一个起源。很多证据都支持了这个观点:所有生物的密码子(codon)都是相同的,都使用核酸(nucleic acid)作为遗传物质,除病毒外都具有细胞结构,生物和生物之间还有着很多其他类似的结构等,这都说明了生物有着共同起源,是通过进化形成的现存各种生物群体。


生物还在进化吗?

是的!也许你感觉不到,但生物始终没有停止过进化的脚步。过去没有,现在没有,将来也没有。生命不息,进化不止。


好的,那么我们今天的概念梳理就到这里结束了。AP生物的学习最重要的就在于对各个方面基本知识点的掌握。能够掌握好这些基本知识点,题目再怎么变都不会有问题的。所以,大家如果想要学习AP生物的话,建议大家按照先学习并掌握知识点,然后再刷题归纳总结的方式进行。我相信,只要努力,每一个人都是能够考到5分的。


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