A-level 生物学/核心概念/分类、选择和进化
动物被分类成不同的组，这种分类被称为分类学。这种分类是通过观察不同生物之间的同源特征来进行的，寻找两种动物进化而来的类似的潜在设计形式。一个物种的生物将具有许多同源特征，并从共同祖先进化而来，并归类到同一个属。马、斑马、驴都属于马属。属然后被归类到科，科被归类到目，目被归类到纲，纲被归类到门，门被归类到界。以下是细菌大肠杆菌的完整分类。
| 界 | 原核生物界 |
|---|---|
| 门 | 变形菌门 |
| 纲 | γ-变形菌纲 |
| 目 | 肠杆菌目 |
| 科 | 肠杆菌科 |
| 属 | 大肠杆菌属 |
| 种 | 大肠杆菌 |
这种分类反映了这种细菌的进化史，所有变形菌门的动物都有一个共同的祖先，这种进化史被称为系统发育。
五界是；
- 原核生物界
- 原生生物界
- 真菌界
- 植物界
- 动物界
原核生物的特征与其他四界相比如下。
- 原生生物 - 简单的真核生物，其中许多是单细胞的，可能是自养的（一种能够利用光能或化学能从无机碳源中捕获能量的生物）或异养的（一种需要供应有机分子作为其碳源的生物）。它们大多数生活在水生环境中或潮湿的环境中，如土壤。
- 真菌 - 简单的真核生物，异养地获取食物，它们有细胞壁，但它们含有几丁质等物质，不像植物那样含有纤维素。有些是单细胞的。
- 植物 - 通过光合作用获取食物的多细胞真核生物。它们有叶绿体和充满纤维素的细胞壁。
- 动物 - 异养地获取食物的多细胞真核生物。没有细胞壁，没有叶绿体，也没有大的液泡。
| 原核生物 | 真核生物 | |
|---|---|---|
| 典型生物 | 细菌、古细菌 | 真菌、植物、动物 |
| 典型尺寸 | ~ 1-10 µm | ~ 10-100 µm（精子细胞，除了尾部，更小） |
| 核类型 | 没有真正的核 | 有双层膜的真正核 |
| DNA | 环状（通常） | 与组蛋白相关的线性分子（染色体） |
| RNA-/蛋白质合成 | 在细胞质中偶联 | RNA合成在核内 蛋白质合成在细胞质中 |
| 核糖体 | 更小（18 nm）或 70s | 更大（22 nm）或 80s |
| 细胞质结构 | 很少结构 | 由内膜系统和细胞骨架高度构建 |
| 线粒体 | 没有 | 一个到几千个（尽管有些缺乏线粒体） |
| 叶绿体 | 没有 | 存在于藻类和植物中 |
| 组织 | 通常是单细胞的 | 单细胞、菌落、具有专门细胞的更高级的多细胞生物 |
| 细胞分裂 | 二分裂（简单分裂） | 有丝分裂（分裂或出芽） 减数分裂 |
遗传变异是由以下原因造成的：
- 突变
- 生物之间的随机交配
- 随机受精
- 减数分裂过程中同源染色体染色单体之间的交换
后三个因素重新排列种群中的等位基因，使后代的组合不同于它们的父母，也不同于其他个体 - 表型变异。然而，突变可以产生完全新的等位基因，可能是由于 DNA 复制过程中的错误产生了新的碱基序列。这很可能是镰状细胞性贫血发生的原因，是由于基因突变。它需要一段时间才能显现出来，因为它通常是隐性的（因为如果它不是隐性的，它通常会在受体能够遗传下去之前杀死受体）
发生在生殖器官中的突变可以遗传给配子，因此将遗传给由两个配子形成的受精卵。
兔子是过度繁殖如何导致问题的一个典型例子 - 它们每年可能产生 50 个后代，如果这些后代都存活下来 - 可能是由于缺乏天敌和大量食物，那么它们的数量将会激增。在这种情况下，1859 年的澳大利亚，在被引入后，它们严重影响了绵羊的可用食物量。通常，它们的大多数后代会在繁殖之前死亡。
环境因素会发挥作用，控制它们的数量。生物因素是指捕食者，或一般来说是由其他生物引起的因素。非生物因素是非生物成分，如供水。如果这些因素的压力足够大，那么种群数量就会下降。
粘液瘤病被引入以控制兔子数量，并因过度拥挤而得到帮助（其他疾病也很容易传播）。
并非所有动物都是平等的。上面提到的兔子中，有些会出生时就具有更高的生存机会，这是由于遗传变异。例如，毛色会影响兔子是否能够生存 - 例如，生活在白雪覆盖地区的兔子的白色毛皮能够很好地生存，而黑毛皮的兔子则无法很好地生存，很可能很快被吃掉。这被认为是白毛皮兔子的选择优势，这种兔子更有可能生存下来并传递其基因。这就是所谓的自然选择。
大多数情况下，稳定选择是现状 - 自然选择只起到保持事物不变的作用。可以（和确实）影响这一点的是新的环境因素或新的等位基因。因此，适者生存。
如果环境发生变化，无论是缓慢还是快速，例如全球变暖，那些毛发稀疏（或没有）并且具有良好止血系统的动物能够生存到繁殖年龄，因此构成这些变化的等位基因更有可能被传递下去，随着时间的推移，几乎所有物种都会拥有这些等位基因。
随机突变通常会导致生物体死亡，或使其更不适应周围环境。然而，偶尔突变会导致物种具有遗传优势，例如导致飞蛾具有更隐蔽身体的等位基因突变，从而使它们能够更好地融入周围环境，生存更长时间，从而繁殖更多。伦敦工业革命期间就发生过这种精确变异的例子。在工业革命发生之前，胡椒蛾主要为白色带有黑色斑点，因为这最有利于融入树木上的地衣，然而，随着越来越多的污染被排放到空气中，树木变黑了。这意味着主要为白色的飞蛾很容易被鸟类发现并被吃掉；而胡椒蛾，由于基因突变使得它们主要为黑色，现在得以繁衍。这个等位基因将比非伪装翅膀的等位基因传递得更多，因此进化发生了。自然选择让一些等位基因比其他等位基因具有更高的生存机会。
这是一个关于进化如何发生的理论，由查尔斯·达尔文和阿尔弗雷德·华莱士于 1856 年提出。
- 观察 1 - 生物产生的后代数量超过了替代父母所需的數量
- 观察 2 - 自然种群在长期内往往保持稳定的规模
- 观察 3 - 给定物种的个体之间存在差异
- 推论 1 - 存在生存斗争
- 推论 2 - 最适应的变异体将被当时的自然条件选择——自然选择。 最好的变异体具有选择优势。
以下是一些关于选择压力如何导致等位基因频率变化，从而导致进化的示例。
当一个人服用抗生素来治疗细菌感染时，对该抗生素敏感的细菌会死亡。 但是，如果存在突变，由于细菌分裂的方式，它提供了对抗生素的抵抗力，它们具有巨大的选择优势。 这种细菌在 24 小时内繁殖到一万亿个，所有都对抗生素具有抵抗力，而没有抵抗力的细菌则被杀死。 我们使用的不同抗生素对细菌施加选择压力。
镰状细胞性贫血是一种疾病，其中产生血红蛋白一部分的等位基因无法正常工作，导致红细胞发生镰状化，而纯合子（拥有该等位基因的两个拷贝）则患有镰状细胞性贫血，通常会导致死亡。 这使他们处于选择劣势——由于他们在繁殖之前就死亡，所以他们不太可能繁殖。 然而，在东非，50% 的婴儿出生为携带者，14% 为纯合子。
其原因是疟疾在这些地区很普遍，而且通常比镰状细胞性贫血更早致死。 这与以下情况相关：杂合镰状细胞性贫血（携带者，只有一个拷贝）比拥有两个健康等位基因的人不太可能患上严重的疟疾。 因此，该等位基因仍然普遍存在，因为杂合携带者更有可能存活到繁殖年龄，因为他们更有可能在疟疾发作时幸存下来。
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人工选择是指人类有目的地对种群施加选择压力，例如现代牛的培育。 由于牛已经驯化了很长时间，因此人们通过选择一些特征，如温顺、生长速度快和产奶量高，对其进行了改良。 这被称为选择性育种，选择赋予这些特征的等位基因，在几代人的时间里，这些等位基因的频率会增加。
物种形成是新物种如何产生的——到目前为止还没有描述。 为了理解新物种是如何产生的，我们必须首先定义物种。 大多数生物学家接受；
- 一群生物，具有相似的形态、生理、生化和行为特征，能够相互交配产生可育的后代，并且在生殖上与其他物种隔离。
本节介绍了两种生物如何变得生殖隔离。
异域物种形成是指地理隔离，也就是说，同一物种的两个群体被一片水域或森林动物被砍伐的森林区域隔开。 该物种在新位置的群体发现选择压力非常不同，导致选择不同的等位基因。 随着时间的推移，这些变化影响了形态、生理、生化和行为特征，以至于原始群体无法与新位置的群体繁殖。 因此，产生了新物种。 物种形成是由于不同栖息地中出现的不同选择压力而发生的。 结果是，随着时间的推移，自然选择会偏爱不同的等位基因，从而导致上述变化。 当两个新物种在生殖上隔离时，已知发生了物种形成。
同域物种形成是新物种在没有原始物种被地理障碍隔开的情况下出现的方式。 这种现象最常见的方式是多倍体。
多倍体生物是指其细胞中含有超过两组完整染色体的生物，它可能是由减数分裂错误引起的，其中一个配子形成两组染色体，一个配子没有染色体。 如果两个这样的配子融合，受精卵将获得 4 组完整的染色体，成为四倍体。 然而，这种四倍体无法与其二倍体亲本繁殖——它的配子将是二倍体，因此如果它们与正常的单倍体配子（例如其二倍体亲本的配子）融合，由于将有 3 组染色体，并且没有办法均匀地分裂它们。 因此，新物种在一代人中就出现了。
自体多倍体，即上面描述的，包含来自同一物种的 4 组染色体。 然而，异源多倍体包含来自一个物种的 2 组染色体和来自另一个密切相关物种的 2 组染色体。 减数分裂更频繁地发生，因为染色体组不完全相同，提供了比自体多倍体尝试减数分裂时更清晰的情况。 因此，它可能能够产生许多配子并且是可育的，并且再一次由于相同的原因，它成为一个新物种。