IB 生物/选修 D - 进化

选修 D.1 地球上的生命起源

D.1.1 概述地球生命起源前期的条件，包括高温、闪电、紫外线穿透和还原性大气。

• 在地球生命起源的早期（太阳系大约在 45.7 亿年前形成），大气中几乎没有氧气（任何氧气都被岩石吸收），因此没有氧气来夺取能量。

形成分子的能量来自闪电、火山活动、陨石撞击、温室气体导致的高温和紫外线辐射。

• 起初，地球很冷，后来由于压实、放射性衰变和陨石撞击产生的热量而熔化。熔化的物质按密度分层，密度最小的物质凝固成薄薄的地壳。现在的各大洲都附着在地壳板块上，这些板块漂浮在地幔上。当地球冷却到足以使大气中的水凝结时，开始下雨，形成了第一批海洋。
• 生命起源前的时代可以追溯到 44 亿年前。已知最早的生命可以追溯到 38 亿年前。

D.1.2 概述米勒和尤里的关于有机物起源的实验。

• 他们通过构建一个装置来模拟早期地球的条件，该装置包含一个模拟原始海洋的加热的水瓶和一个水、氢气、CH₄（甲烷）和 NH₃（氨）的大气。
• 在合成大气中放电以模拟闪电。水被煮沸，同时冷凝器冷却大气，使水和任何溶解的化合物降回到微型海洋中。模拟环境产生了多种氨基酸和其他有机分子，这使他们得出结论：生命起源前有机分子的合成是可能的。
• 然而，甲烷和其他化学物质的浓度问题尚无定论，因此结果的适用性尚不确定。

D.1.3 讨论粘土矿物和 RNA 作为聚合反应中第一个催化剂的假设。

• 聚合物是由类似的结构单元或单体组成的链，通过缩合反应合成（从聚合物中去除 H 和 OH，生成 H₂0）。早期的聚合反应一定是在没有酶帮助的情况下发生的。

粘土通过以下方式提高聚合速度

• 单体与靠近粘土层的带电位点结合，浓缩氨基酸和其他单体
• 粘土结合位点的金属离子催化脱水反应
• 粘土为分子的形成提供更稳定的条件。

RNA 在聚合中的功能

• 有一种叫做核酶的 RNA 可以催化自身的复制。这对于 RNA 和 DNA 的起源以及生命的起源可能至关重要。

D.1.4 讨论 RNA 作为第一个能够复制的分子可能的起源。

• 原始生物体或非生物产生分子的聚集体从环境中积累有机物质，如多肽。然而，它们可能没有复制其特定特征的机制，因此生命无法开始。然而，像 RNA 这样的信息储存机制将使它们能够传递其特征。RNA 可能先于 DNA，因为 DNA 是一个太复杂的分子，不可能在早期的原始生物体中形成。短链的 RNA，或许最重要的是被称为核酶的 RNA，可以复制自身，也可以催化其他反应。然后，当它们与粘土结合时，它们可以根据一定的模式排列核苷酸。因此，RNA 可以复制并传递。这一事实得到了 RNA 在当今细胞生命中在遗传控制方面发挥重要作用的这一事实的支持。

D.1.5 讨论膜和原核细胞的可能起源。

• 活细胞可能先于原始生物体，原始生物体是非生物产生分子的聚集体（群体）。要形成生命，它们需要将自己与周围的水隔开。
• 在存在脂类的情况下，一些原始生物体在摇动时会在原始生物体液滴周围形成分子双层（脂质体）。这类似于现代细胞的脂质双层。脂质体可以破裂、重新形成并与其他脂质体融合，并将它们的内容物混合在一起。在这些液滴内，反应可以被催化，RNA 可以复制自身。
• 最成功的脂质体会将它们的特征传递下去并演变成早期的原核生物。

D.1.6 讨论关于真核细胞起源的内共生理论。

• 真核细胞可能是原核细胞的共生群体，较小的物种生活在较大的原核细胞内部。内共生理论侧重于叶绿体和线粒体的起源。
• 这些生物体（如藻类或呼吸细菌之类的光合原核生物）的祖先最初作为未消化的猎物或内部寄生虫进入宿主细胞。通常，入侵者会被消化，但在这种情况下，它们没有被消化。
• 宿主细胞会允许它们生存并利用它们。这些生物体提供食物和能量。那些吸收了变成叶绿体和线粒体的原核生物的生物体形成了植物，那些没有叶绿体的生物体变成了动物细胞。
• 支持这一理论的证据是
  • 线粒体和叶绿体具有类似细菌的 RNA 和核糖体（70S，而不是真核细胞细胞质中的 80S），使它们能够独立于宿主细胞制造自己的蛋白质和分裂。
  • 线粒体和叶绿体都有双层膜，内层可能是原始细胞的膜，外层是在细胞被吸收时形成的膜。
  • 类囊体类似于蓝细菌中发现的结构。
  • 叶绿体和线粒体与原核生物一样，具有裸露的 DNA。
  • 叶绿素 a 存在于原核生物和真核生物中。
  • 线粒体中的嵴类似于细菌中的间体。

选修 D.2 物种起源

D.2.1 概述拉马克关于通过获得性遗传进化的理论。

• 拉马克关于获得性遗传的理论指出，生物体在其一生中获得的修饰可以遗传给后代。常见的观点是，如果长颈鹿伸长脖子去吃高处的树叶，它可以将长脖子遗传给后代。

D.2.2 讨论获得性遗传的机制及其缺乏证据。

• 没有证据表明获得性遗传是可能的。可以遗传的特征存在于你的基因中。如果你没有出生时就拥有编码某些特征的基因，你就不能将你在一生中获得的特征遗传下去，因为这些特征不会到达生殖细胞。例如：如果你剪掉老鼠的尾巴，它们的后代仍然有尾巴。

D.2.3 解释达尔文-华莱士关于自然选择的进化理论。

• 种群往往会产生比环境所能承载的更多的后代，但种群往往保持稳定
• 在一个物种的生物体之间存在着生存斗争，它们具有不同的特征
• 那些最适应其环境的个体最有可能生存下来
• 只有这些个体将它们的正面特征以基因的形式遗传给它们的后代，这些后代也会生存下来

• 达尔文在乘坐贝格尔号航海时，对加拉帕戈斯群岛上不同类型的雀鸟产生了兴趣。所有鸟类物种都非常相似，就像南美洲大陆上的物种一样，但它们在岛屿之间的大小和喙的形状却有所不同。达尔文发现，这些鸟类以不同的食物为食。它们的喙适应了吃不同类型的树叶、蠕虫和种子以及其他类型的食物。达尔文用“自然选择”的概念解释了他对物种起源的所有观察和想法。这个理论指出，一个物种的巨大多样性确保了种群中的一些成员比其他成员更适应其环境。这些个体更有可能存活到足够长的时间进行繁殖并传递它们适应性强的基因。因此，由于最适合环境（岛屿上的食物）的个体繁殖后代最多，因此种群会随着时间的推移而适应其环境。种群中具有共同基因库的特征（基因）频率的变化就是进化。

D.2.4 讨论其他物种起源理论，包括特殊创造和宇宙胚种论。

• 宇宙胚种论认为，生命起源于宇宙的其他地方，并通过彗星或流星在太空中传播到地球。特殊创造论认为，创造者直接创造了生命。

D.2.5 讨论所有这些理论的证据，以及科学方法在进一步调查中的适用性。

• 宇宙胚种论——从现代陨石中发现了有机化合物和氨基酸。该理论与进化并不冲突，进化一旦生命到达地球就会发生。该理论可以通过在未来寻找地球以外类似于我们自己的生命来检验，但太空旅行尚未足够发展。

• 特殊创造论——该理论的大部分证据都来自宗教信仰。除了缺乏对其他理论的证据外，该理论没有真正的科学证据。该理论无法被观察结果证伪（反驳），不像进化和宇宙胚种论。然而，有些人认为，越来越多的证据表明，生命是由神圣的存在创造的。

• 拉马克理论也缺乏任何支持它的证据。

• 进化符合普遍接受的事实，并得到了 D.3 中讨论的大量证据的支持。它基于被理解的自然过程和规律，这些规律没有被任何当前的观察结果反驳，因此是首选理论。

选项 D.3 进化证据

D.3.1 描述由生物的地理分布（包括胎盘动物、有袋动物和单孔类动物的分布）所显示的进化证据。

• 两个北大陆之间只隔着一片狭窄的海域——白令海峡，在过去的一些时候可以穿越。它们的哺乳动物生命非常相似。三个南大陆相互隔离程度更高，哺乳动物生命的多样性也更大。
• 通过观察大陆漂移的方式，并检查其中的化石，我们可以绘制出不同类型哺乳动物的演化过程。单孔类和有袋动物在 1.65 亿年前冈瓦纳古陆分离之前就已出现，当时三个南大陆尚未分离。胎盘动物（幼崽发育成熟后出生）后来在 1.35 亿年前出现，取代了其他大陆上的几乎所有单孔类（产卵哺乳动物）和有袋动物（出生时幼崽发育不完全，需要进入育儿袋）。
• 澳大利亚与其他大陆分离，因此那里的动物不能再与其他大陆的动物交配，澳大利亚的动物也不能前往其他地方。这就是为什么有袋动物和单孔类动物现在只存在于澳大利亚的原因。有袋动物和单孔类动物进化以适应澳大利亚环境中的生态位，那里没有胎盘动物。这仅仅是因为地理原因，而不是因为澳大利亚不适合胎盘动物。这些观察结果和其他类似的例子是进化理论预期的。

D.3.2 简要概述过去生物遗体的保存方式。

• 对过去进化的研究——系统发育
• 从陆地侵蚀的沙子首先被河流、海洋、沼泽带走，这些颗粒沉积在底部。这些沉积物堆积起来，压缩了更古老的沉积物，形成岩石。死亡的生物被冲进海洋和沼泽，然后与沉积物一起沉到底部。当沉积物在压力下变成岩石时，动物的硬组织可能会作为化石保留下来。矿物质也会渗入生物的软组织，在岩石中留下其形状的石化模型。
• 化石也可以保存在以下地方：
  • 树脂，变成琥珀
  • 冻结在冰或雪中
  • 在无法腐烂的酸性泥炭中

D.3.3 简要概述使用放射性同位素（参照 14C 和 40K）对岩石和化石进行年代测定的方法。

• 化石包含在活生物体中积累的元素的同位素。如果同位素不稳定，它们会随着时间的推移失去质子并衰变。由于每种放射性同位素都有固定的半衰期，因此可以根据衰变反应物和产物的相对浓度来对化石进行年代测定。半衰期是指一定物质样品衰变一半所需的时间。碳-14 的半衰期为 5000 年，因此适用于对不超过 10 万年前的化石进行年代测定。钾-40 的半衰期为 13 亿年，因此适用于长期年代测定。误差小于 10%。

D.3.4 定义半衰期。

• 半衰期——样品衰变一半所需的时间（年）。

D.3.5 根据放射性同位素的简单衰变曲线推断材料的大致年龄。

• 在图上观察原始同位素浓度减半的次数，然后将其乘以半衰期。

D.3.6 用一个例子概述古生物学对进化的证据。

• 在进化过程中，存在着许多与现存物种相似但不同的化石。
• 棘螈化石显示了 3.65 亿年前的一种两栖动物，它有八个手指和七个脚趾，因此与现存生物不同。它有四肢和脊椎，与哺乳动物、爬行动物和两栖动物相似，但也有鱼一样的尾巴和鳃。它生活在水中。它是一个“缺失环节”化石，证明了现存两栖动物和鱼类之间的进化过渡阶段。
• 在马中，它们的脚趾数量从四个减少到一个。从四趾马祖先到现代一趾马的化石序列显示了脚趾数量减少的趋势。
• 在化石记录中，随着时间的推移，我们可以清楚地看到物种的演化过程，从细菌到简单的水生生物，到两栖动物，到昆虫，到爬行动物，最后到哺乳动物。

D.3.7 解释 DNA 和蛋白质结构的普遍性所提供的生物化学证据，证明生物的共同祖先。

• 所有生物都有 DNA，使用相同的 20 种氨基酸，并且使用左旋，而不是右旋的氨基酸。这表明所有生命形式都有一个共同的祖先，它们也这样做。
• 为了进一步确定生物之间的关系，比较 DNA 和蛋白质结构可能会有所帮助。DNA 匹配两个来自不同物种的单链 DNA，并观察一个物种的 DNA 与另一个物种的 DNA 结合得有多紧密。结合越紧密，相似性就越大，物种之间的亲缘关系就越近。
• 大多数生物中最基本的酶具有相似的氨基酸结构。

D.3.8 解释特定分子中的变异如何指示系统发育。

• 蛋白质是由基因决定的。因此，来自不同物种的两种蛋白质的氨基酸序列高度匹配表明，这些蛋白质中的基因是从共享祖先中存在的共同基因进化而来的。

D.3.9 讨论生物化学变异如何用作进化钟。

• 突变是基因结构的随机变化，但它们发生的速率大致可预测。一般来说，共同蛋白质的氨基酸序列之间的差异越大，两个物种在过去拥有共同祖先的时间就越远。例如，大猩猩的血红蛋白与人类血红蛋白只差一个氨基酸，而大象血红蛋白与人类血红蛋白相差 26 个氨基酸。因此，大象作为一个物种与人类的共同祖先分离的时间比大猩猩更早。这样的信息可以帮助将生物体分类到谱系树中，并表明它们拥有共同基因库的时间有多久。
• 首先，检查一种特定的蛋白质，并知道突变以一定的速率发生。计算这种特定蛋白质中存在多少突变，然后计算出生物体已经进化了多少年。例如，如果有 10 个突变，而这种蛋白质每 5000 年发生一次突变，则 10 乘以 5000 等于 50,000 年。

D.3.10 解释同源解剖结构（包括脊椎动物胚胎和五指型四肢）提供的进化证据。

• 进化的转变在化石记录中留下了后裔修饰的迹象。
• 同源解剖结构是检验共同祖先的证据。后裔修饰在同一分类类别中物种之间的解剖学相似性中很明显。例如，哺乳动物的前肢已经进化以适应它们的功能。然而，这些结构之间的相似性表明它们都起源于一个共同的祖先。
• 五指型四肢描述了构成人类、猫、鲸鱼、蝙蝠和其他所有哺乳动物前肢的相同骨骼元素。它们进化出不同的功能，但肢体中骨骼之间的关系非常相似。
• 即使是远缘生物体在胚胎发育中也会经历相似的阶段。它们中的许多在胚胎阶段无法区分，尽管成年后看起来完全不同。所有脊椎动物胚胎都会经历一个阶段，在这个阶段它们会在喉咙两侧长出鳃囊。所有这些都可以用进化轻松解释。

D.3.11 简要概述两个现代观察到的进化例子。一个例子必须是加拉帕戈斯雀鸟喙的大小和形状的变化。

• 1981 年，雀鸟 Geospiza fortis 拥有短而宽的喙，主要以大型坚硬的种子为食。1982-1983 年，厄尔尼诺现象带来大量降雨，导致植被发生变化，在接下来的 5 年里，小型柔软的水果数量大大增加。由于降雨和食物增多，种群数量激增，然后在降雨停止后回落。到 1987 年，它们的喙比以前更长更窄，因为这些喙帮助它们在降雨后的种群减少中生存下来。
• 在 1960 年的欧洲工业地区，更多的瓢虫表现出黑色黑化基因型。黑色吸收更多光，因此黑色瓢虫在阳光照射较少时更容易保持温暖。1960 年以后，随着烟雾水平下降，黑色瓢虫的比例也相应下降，烟雾和黑色蝴蝶从 1980 年起都保持在较低的稳定水平。取而代之的是红色，红色可以警告捕食者，并且更有效地提高了生存率。

选项 D.4 人类进化

D.4.1 说明从界到亚种的完整人类分类。

• 界 - 动物界

• 门 - 脊索动物门

• 纲 - 哺乳纲

• 目 - 灵长目

• 科 - 人科

• 属 - 智人属

• 种 - 智人

• 亚种 - 智人智人

D.4.2 描述将人类定义为灵长类动物的主要身体特征，例如树栖适应性。

• 肩关节可实现三维运动
• 灵巧的双手，具有对生拇指和长手指
• 敏感的指尖，带有指甲
• 眼睛靠得更近，位于面部前方，增强深度感知，出色的眼手协调能力
• 肩关节和头骨为直立姿势而改变
• 父母照料，通常为单胎出生，并对后代进行长期抚育。

D.4.3 讨论解剖学和生化证据，这些证据表明人类是一种双足行走的非洲猿，并已扩散到殖民新地区。

• 人类像猿类一样，会长时间照顾幼崽。后代的青春期也延迟。
• 人类与幼年猿类在身体特征上比成年猿类更相似，因此我们可能是幼态延续的——进化保留了幼年猿类的特征。
• 人类和猿类都拥有灵巧的双手以及相似的髋骨和肌肉。
• 人类和黑猩猩的 DNA 有 98% 完全相同。
• 人们发现了从猿类进化到人类的中间物种的化石。

D.4.4 概述南方古猿化石（包括南方古猿阿法种、南方古猿非洲种和南方古猿粗壮种）以及智人化石（包括能人、直立人、尼安德特人、智人）所阐释的趋势。

南方古猿阿法种：300-390 万年前——猿类脸部

南方古猿非洲种：230-300 万年前——脸部更平坦，更大的臼齿适应植物性饮食

南方古猿粗壮种：140-220 万年前——非常大的臼齿、骨骼和头骨

能人：160-240 万年前——更小的牙齿和下巴适应肉食性饮食，首次使用工具，体型与人类相似

直立人：40-180 万年前——更复杂的工具，肉类成为食物的重要组成部分，牙齿发生改变。

尼安德特人：50 万年前——更大的大脑和骨骼，更大的牙齿和下巴，更短的四肢适应寒冷气候

智人：10 万年前——大脑很大，脸部扁平，牙齿缩小，体格健壮程度降低，有下巴

• 大脑增大，体型更高更直立。
• 脊柱与头骨的连接变得更靠近重心平衡点。
• 骨盆发生变化，以支撑行走时的器官。
• 骨盆更短更宽，以连接行走肌肉。
• 腿部变得更强壮更长，而手臂变得更短更弱。
• 膝盖现在可以完全伸直。
• 脚形成一个更宽的平台，形状更加坚固，没有对生脚趾。

D.4.5 讨论这些物种的可能生态以及可能促使它们起源的生态变化。

• 非洲的气候变得更加干燥，出现稀疏的林地而不是森林。森林的减少促使地面适应性物种的出现，这些物种能够在陆地上长距离移动，并能够携带分散的食物。因此，人类进化出了双足行走的能力。
• 后来，非洲变得更加寒冷，主要是草原。这可能促使了智人属的进化，他们使用工具和群体合作来捕猎大型动物作为食物。

D.4.6 讨论化石记录的不完整性以及由此导致的人类进化方面的不明确性。

• 人类祖先的化石记录是不完整的，因此我们无法确定某些物种何时起源以及何时灭绝。
• 早期的化石记录支离破碎且稀少，因为：它们没有被埋葬，许多被捕食者杀死，骨头散落在各个地方，只有少数死在可以保存遗骸的地方。
• 由于存在“缺失环节”，因此无法保证假设的人类进化过程是准确的。

D.4.7 讨论双足行走和大脑尺寸增加的起源和后果。

• 双足行走——必须适应陆地生活，能够在更远的距离内寻找食物。
• 能够携带食物和水，并能看到灌木丛。
• 大脑尺寸的增加使我们能够制造工具。这使我们能够捕猎大型动物获取肉类，改变了饮食和牙齿结构，臼齿变小。
• 语言成为可能。
• 我们学会了限制环境的影响（例如，衣物、火和住房）。
• 但这代价是更长的发育期和大脑更大的能量消耗。

D.4.8 概述遗传进化和文化进化的区别。

• 文化进化是指物种行为的变化，例如，它们使用的工具、居住地、食物来源等。
• 遗传进化是指物种遗传构成上的变化。
• 文化进化在数百万年的时间里经历了三个主要阶段：游牧时代（狩猎采集）、农业时代（定居）和工业时代。然而，我们并没有在生物学上发生任何重大的改变。我们可能并没有比穴居人更聪明。我们能力的提高是由于我们借鉴了过往的经验。

D.4.9 讨论遗传进化和文化进化在人类进化中的相对重要性。

• 大脑的进化使文化进化得以蓬勃发展。从那时起，文化进化比遗传进化更快地改变了人类。人类的行为和生活方式发生了巨大的变化，而遗传进化却几乎没有发生。我们现在能够改变我们的环境，而不是改变自己以适应环境。然而，最近的研究（Voight 和 Kudaravalli 等人，2006 年）表明，人类实际上正在根据遗传分析，在选择性环境压力下进化。

D.5 选项 - 新达尔文主义

D.5.1 说明突变是基因或染色体的随机变化，但具有可预测的频率。

• 突变是基因或染色体的随机变化，但具有可预测的频率。

D.5.2 以苯丙酮尿症 (PKU) 和囊性纤维化为例说明基因突变，并以克莱恩费尔特综合征为例说明染色体突变。

• PKU 是由基因突变引起的，该突变破坏了分解苯丙氨酸氨基酸的蛋白质。它是由许多可能的隐性等位基因引起的，所有等位基因的频率都很低。这会导致血液中该氨基酸的水平达到毒性水平，从而导致智力障碍和死亡。
• 大多数囊性纤维化病例是由隐性等位基因上的特定突变引起的。突变改变了氨基酸，破坏了体内在上皮细胞中移动氯离子的蛋白质。大量的粘稠粘液会在气道内积聚，导致感染。未经治疗，大多数儿童将在 5 岁之前死亡。
• 克莱恩费尔特综合征是由染色体三体性（非分离）引起的额外 X 染色体造成的。因此，一个人的性别染色体模式为 XXY。这些人具有男性性器官，但睾酮水平低，男性特征减少，睾丸异常小。在进化中并不重要，因为所有人都无法生育。

D.5.3 解释群体内的变异是由减数分裂和受精过程中等位基因的重组造成的。

• 减数分裂包括不同等位基因的独立分配，以及交叉互换。这两个过程使个体产生的基因组合总数非常大，并且通过将基因以新的组合混合在一起，在有性生殖中产生了相当大的变异。
• 在受精过程中，两个物种成员的基因混合在一起，进一步增加了变异性。

D.5.4 说明适应性（或微进化步骤）可能是由于一段时间内群体中某个基因等位基因的频率增加而产生的。

D.5.5 描述一个物种进化成另一个物种的过程，涉及一段时间内群体基因库中许多有利等位基因的积累。

• 进化是指随着时间的推移，群体中可遗传性状的变化，由基因等位基因频率的变化决定。
• 随着时间的推移，这会导致物种形成。

D.5.6 说明物种是指具有共同基因库的潜在交配群体。

• 物种是指具有共同基因库的潜在交配群体。
• 基因库是指一个交配群体中所有基因的总和。

D.5.7 讨论“物种”一词的定义。

• 大多数物种仅通过其物理特征来识别，但有时这些特征不足以识别。
• 准确地说，物种是指能够相互交配并产生可育后代的生物体群。它们具有共同的基因库，并且在生殖上与其他此类群体隔离。
• 这个定义有些含糊，但主要的决定因素是产生可育后代的能力。这就是驴和马是不同物种的原因。它们交配时会产生骡子，但由于它们的染色体不完全匹配，骡子是不能生育的。
  • 然而，一些明显不同的物种可以交配并产生杂交种，例如一些鸭子和植物。
  • 无性生殖的物种无法用这种方式进行分类。
  • 化石无法用这种方式进行分类，因为我们不知道它们是如何繁殖的。
  • 一些物种在身体上几乎完全相同，但无法交配，例如英国的蝙蝠。
  • 环状物种，如北极周围的鲱鸥和小黑背鸥，能够与相邻种群交配，但无法与环状更远端的种群交配。

D.5.8 讨论物种形成的过程，包括迁徙、地理或生态隔离和适应，最终导致基因库的生殖或遗传隔离。

• 随着生物体在地域上分离，无法交配（它们的基因库不混合），这些生物体变得足够不同，无法交配。这些生物体已经变成了不同的物种。
• 地理隔离或生态隔离的两个种群之间的差异是由自然选择造成的。这种物种形成通常是由于遗传变异造成的。它们有不同的栖息地要适应，因此它们以不同的方式进化，最终变得如此不同，以至于无法交配。然后，即使它们没有地理隔离，它们也会发生生殖或遗传隔离。

D.5.9 讨论关于进化速度的想法，包括渐变论和间断平衡论。

• 渐变论认为进化变化以恒定的缓慢速度发生。
• 间断平衡论意味着长时间没有变化，短时间内快速进化。
• 后者越来越被认为比以前认为的更重要。火山爆发、陨石撞击和气候变化会在特定时间加速进化，因为它们会在环境中造成快速变化，需要快速适应才能生存。只有某些物种能够生存和进化。例如，当恐龙灭绝时，所有其他生物的进化路径都突然间断，因为它们能够适应新出现的生态位。

D.6 选项 - 哈迪-温伯格原理

仅限高级

D.6.1 用基因等位基因频率的变化来描述适应性。

• 如果某个等位基因增加了拥有该等位基因的个体的生存和繁殖的机会，那么该等位基因在基因库中的频率将会趋于增加。
• 如果一只蛾子遗传了某个基因的等位基因，使其在深棕色环境中呈现亮粉色，那么它将很容易被发现并被吃掉。这将导致亮粉色等位基因的频率下降。

D.6.2 解释哈代-温伯格方程（p平方 + 2pq + q平方 = 1）是如何推导出来的。

• 在一个存在两个等位基因的种群中，p 代表显性等位基因的频率，q 代表隐性等位基因的频率。因此，等位基因的总频率必须占该种群中该特定基因座上所有基因的 100%。

     p + q = 1

• 当配子结合它们的等位基因形成合子时，AA（A 为显性等位基因）的概率为 p 平方。aa 的概率为 q 平方。Aa 基因型可以通过两种方式产生，具体取决于哪个亲本贡献了显性等位基因。因此，杂合子的频率为 2pq。基因型的频率必须加起来为 1。因此，

     p² + 2pq + q² = 1
     AA +  Aa + aA + aa = 1

D.6.3 使用哈代-温伯格方程计算一个基因的两个等位基因的等位基因、基因型和表型频率。

• 如果一个种群已知遵循哈代-温伯格原理，则哈代-温伯格方程可用于计算未知频率。一个例子是，一个基因控制着品尝苯硫脲 (PTC) 的能力。品尝 PTC 的能力是由显性等位基因 (T) 决定的，而不能品尝 PTC 的能力是由隐性等位基因 (t) 决定的。

     1600 people were tested in a survey. 461 were non-tasters - a frequency of 0.288.
     Their genotype was homozygous recessive (tt).
     If q = frequency of t allele, q squared = .288 so q = .537
     If p = frequency of T allele, p = (1 - q) = .463
     The frequency of homozygous dominants (TT) and heterozygotes (Tt) can be calculated.
     p squared = frequency of homozygous dominants
     p squared = (.463)(.463) = .214
     2pq = frequency of heterozygotes
     2pq = 2 (.463)(.537) = .497 

D.6.4 说明哈代-温伯格原理也可用于计算具有两个等位基因的基因的等位基因、基因型和表型频率。

• 哈代-温伯格原理也可用于计算具有两个等位基因的基因的等位基因、基因型和表型频率。

D.6.5 说明哈代-温伯格原理及其适用的条件。

• 如果一个种群中存在一个基因的两个等位基因，那么将存在三种可能的基因型：两种等位基因的纯合子以及杂合子。种群中这两个等位基因的频率通常用字母 p 和 q 表示。种群中等位基因的总频率为 1.0，因此

     p + q = 1

如果一个种群中存在随机交配，那么遗传两个等位基因中第一个的两个拷贝的概率为 (p)(p)。遗传两个等位基因中第二个的两个拷贝的概率为 (q)(q)。杂合基因型的预期频率为 2pq。总的来说，

     p² + 2pq + q² = 1 

• 如果基因频率发生变化，那么就会发生进化。

D.6.6 描述一个瞬时多态性的例子，以及镰状细胞贫血作为平衡多态性的一个例子。

• 多态性是指两种或多种表型形式以足够高的频率出现，以便于观察到。
• 平衡多态性是指一种多态性，其中特征的频率在一段时间内保持相当稳定。例如，镰状细胞贫血的隐性等位基因在纯合隐性形式中非常有害，因为该个体只有镰刀形红细胞。然而，在杂合形式中，它可以保护个体免受疟疾的侵袭。这就是为什么它继续存在，而不是被淘汰的原因。在暴露于疟疾的种群中，它将增加，直到纯合隐性形式变得过于常见。然后，它将保持平衡频率。
• 瞬时多态性是指频率随着时间推移而发生变化的多态性。例如，如果一个患有较高镰状细胞贫血基因发生率的种群迁移到不再存在疟疾的地方，那么该基因将开始消失，因为对其有利的选择压力消失了，但反对它的压力（纯合形式）仍然存在。随着时间的推移，它的频率将会下降。