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吃客令狐冲

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遗传变异和生物进化【知识结构】重点知识联系与剖析一、遗传的物质基础1.遗传物质的主要载体——染色体染色体在细胞的有丝分裂、减数分裂和受精过程中能够保持一定的稳定性和连续性。这是最早观察到的染色体与遗传有关的现象。染色体的主要成分是DNA和蛋白质。染色体是遗传物质的主要载体,因为绝大部分的遗传物质(DNA)是在染色体上的。也有少量的DNA在线粒体和叶绿体中,所以线粒体和叶绿体被称为遗传物质的次要载体。2.DNA是遗传物质的证据DNA是遗传物质最直接的证据是噬菌体侵染细菌的实验,此外还有细菌转化实验等。详见专题二。3.DNA的结构、复制及基因控制蛋白质的生物合成详见专题二。二、遗传的基本规律与自然选择遗传的基本规律主要有3个:基因的分离规律;基因的自由组合规律;基因的连锁互换规律(不作要求)。1.基因的分离规律基因的分离规律发生在减数分裂的第一次分裂同源染色体彼此分开时,同源染色体上的等位基因也彼此分开,分别分配到两个子细胞中去的遗传行为。对于基因分离的学习重点要掌握和理解其中的比例关系。下面举一个例子加以说明:豌豆的高茎对矮茎是显性,现将纯合的高茎豌豆和矮茎豌豆杂交,得F1全是高茎;F1的高茎豌豆自变得F2。其遗传过程如图8-1所示。其中F2的基因型和表现型的比例必须熟记,并且要理解在F2的高茎豌豆中的纯合体 DD占1/3和杂合体 Dd占 2/3的比例关系。这个比例关系在解遗传题时是非常重要的。F2中的高茎豌豆自交后代和随机亲配后代的基因型和表现型的比例是不一样的。自交的概念是指基因型相同的个体之间相交,杂交一般是指基因型不同的个体之间相交。如果F2的高茎豌豆自交,后代表现型和基因型的比例计算方法见表8-1。表8-1F2高茎中的基因型DD(1/3)Dd(2/3)自交后代的基因型及比例DDDD(1/4)Dd(2/4)Dd(1/4)各自自交后代的表现型及比例高茎高茎高茎矮茎在F3代中的例1/31/4×2/32/4×2/31/4×2/3归类后F3代中的基因型的比例DD:1/2Dd:1/3Dd:1/6归类后F3代中的表现型的比例高茎:5/6矮茎:1/6表8-1中的表现型和基因型的比例关系在解有关人类遗传病系谱的遗传题中得到广泛的应用,详见例题解析。如果F2代的高茎豌豆之间随机交配,就会有4种交配方式如图8-2。计算随机交配后代的基因型和表现型及其比例的常规方法如表8-2。交配方式基因型表现型♀DD(1/3)×♂DD(1/3)DD(1/9)高茎(1/9)♀DD(1/3)×♂Dd(2/3)DD(1/9)、Dd(1/9)高茎(2/9)♀Dd(2/3)×♂DD(1/3)DD(1/9)、Dd(1/9)高茎(2/9)♀Dd(2/3)×♂Dd(2/3)DD(1/9)、Dd(2/9)、dd(1/9)高茎(3/9)、矮茎(1/9)后代基因型和表现型合计DD(4/9)、Dd(4/9)、dd(1/9)高茎(8/9)、矮茎(1/9)随机交配用上述方法计算比较烦,如果用基因频率的方法计算就简单多了。在F1的高茎豌豆中,基因型DD占1/3,Dd占2/3,所以在群体中产生的雌配子有两种D和d,其中D配子的比例为2/3,d配子的比例为1/3;雄配子中D基因的配子比例为2/3,d基因的配子比例为1/3。雌雄配子结合是随机的,可以用一个简单的二项式表示即可,即( D+ d)×( D+ d),展开后三种基因型所占比例为:DD=8/9,Dd=4/9,dd=1/9;表现型的比例为:高茎(Dd,Dd)为 ,矮茎(dd)为1/9。所以自交和随机交配是两个不同的概念。在自然界中的某一生物群体中,种群中每个个体所含有的基因只是种群基因库中的一个组成部分。不同基因在种群基因库所占的比例是不同的。某种基因在某个种群中出现的比例,叫做基因频率。基因频率可通过抽样调节的方法获得。如从某个处于遗传平衡状态的种群中随机抽出100个个体,测知基因型AA、Aa和aa的个体分别为49,42和9个。就一对等位基因来说,每个个体可以看作含有2个基因。那这100个个体共有200个基因,其中A基因有2×49+42=140个,a基因有2×9+42=60个。按基因频率的计算方法,可确定在这个种群中,A基因的基因频率为70%,a基因的频率为30%。如完全随机交配,3种基因型的频率和基因频率不发生变化。在自然界中,一个完全处于遗传平衡状态的种群几乎是不存在的。因为遗传平衡必须符合下列条件:没有基因突变;没有选择压力(生态条件适宜,空间和食物不受限制);种群要足够大;完全随机交配等。这些条件是非常苛刻的,即使在实验条件下也无法满足。当选择对基因发生作用时,基因频率就开始发生变化,从而导致生物的进化。如在上述例子中,假如aa的个体生存能力相对较差,只有约45%的个体能够较好地生存并繁殖后代,则参与繁殖的基因频率已发生变化。即在100个个体中,基因型aa的个体只有约4个个体能够参与繁殖后代,即在100个个体中实际参与繁殖后代个体数只有95个,49个AA,42个Aa和4个aa。那么参与繁殖后代的基因频率为:A基因频率为(2×49+42)/190=73.68%。a基因频率为:(2×4+42)/190=26.32%。假定交配仍然是随机的,其后代基因型的频率为:AA为54.29%,Aa为38.79%,aa为6.92%。由此可见后代基因型的频率已发生变化,aa基因型的频率在下降。如果这种定向选择一直保持下去,基因型a的个体将逐渐被淘汰,在该种群的基因库中aa基因的基因频率将逐渐减少。生物也就发生了定向的进化。2.自由组合规律基因的分离规律是研究一对等位基因控制一对相对性状的问题,基因的自由组合规律是研究2对或2对以上位于不对同源染色体上的等位基因控制2对或3对以上相对性状的问题。自由组合规律的细胞学基础是:在减数分裂第一次分裂过程中,在等位基因分离的同时,非同源染色体上的非等位基因表现为自由组合。在学习基因的自由组合规律时,关键要理解基因自由组合的实质,基因的自由组合是在等位基因分离的基础上,非同源染色体上的非等位基因才表现出自由组合。在许多对性状或等位基因组合在一起时,如果逐对性状或基因考虑,肯定符合基因的分离规律,这是解题的关键。具体实例见例题。自然选择对性状的组合也发生作用,如某种植物花的颜色有红花和白花两种性状,红花对白花是显性,红花对传粉昆虫的吸引力大于白花。大蜜腺对小蜜腺为显性,大蜜腺对传粉昆虫的吸引力大于小蜜腺。这2对相对性状的组合有4种:红花大蜜腺、红花小蜜腺、白花大蜜腺、白花小蜜腺。对传粉昆虫的吸引力:红花大蜜腺最大,红花小蜜腺和白花大蜜腺次之,白花小蜜腺最小。在自然条件下,红花大蜜蜂腺获得繁殖后代的机会最大,经过长期的自然选择,在种群中,红花大蜜腺这种性状组合所占的比例将会越来越大。基因重组虽然没有新的基因产生,但新的基因组合的类型数量却是巨大的,自然选择对不同性状的选择是生物进化的重要原因之一。3.性别决定和伴性遣传性别决定是指雌雄异性的动物决定性别的方式。性别是由染色体决定的。染色体分为两类:一类是与性别决定无关的染色体称为常染色体,另一类是与性别决定有关的染色体称为性染色体。性染色体一般是1对,而常染色体为n-1对。性别决定的方式有两种:一种是XY型性别决定,特点是雌性动物体内有两条同型的性染色体XX,雄性个体内有两条异型的性染色体XY,如哺乳动物、果蝇等。另一种性别决定的方式是ZW型,特点是雌性动物体内有两条异型的性染色体ZW,雄性个体内有两条同型的性染色体ZZ,如家蚕、鸡、鸭等。根据性别决定的原理,不论是哪种性别决定方式,后代的性别比例都是1∶1。性别决定发生在受精的过程中,对人类来说取决于X型精子还是Y型精子与卵细胞结合,受精作用一经完成,性别也就决定了。哺乳动物的性别主要取决于体内性染色体的组成,环境对性别的决定几乎没有影响。但在低等一些的动物体内,如两栖类、爬行类等,性别的决定除与性染色体组成有关外,与环境的变化有一定的关系。如青蛙等低等脊椎动物,即使性染色体组成为XY,但在温度较高的环境中也会发育成雌蛙,在温度较低的环境中,即使性染色体组成为XX,也会发育成雄蛙。也就说低等的脊椎动物染色体对性别的决定不是很强烈的。伴性遗传是指在性染色体上的基因,其遗传方式与性别存在着联系,故称为伴性遗传。在人类中,如果在性染色体上的致病基因是隐性的,发病率男性高于女性。如果在性染色体上的致病基因是显性的,发病率女性高于男性。如果致病基因在Y染色体上,这种病只在男性中发生,女性无此病。具体实例见例题解析。4.人类遗传病的5种遗传方式及其特点人类遗传病的遗传方式主要有5种:常染色体隐性遗传、常染色体显性遗传、伴X染色体隐性遗传、伴X染色体显性遗传和伴Y染色体遗传。这5种遗传方式的遗传特点见表8-3。表8-3遗传病的遗传方式遗传特点实例常染色体隐性遗传病隔代遗传,患者为隐性纯合体白化病常染色体显性遗传病代代相传,正常人为隐性纯合体软骨发育不全症伴X染色体隐性遗传病隔代遗传,交叉遗传,患者男性多于女性色盲、血友病伴X染色体显性遗传病代代相传,交叉遗传,患者女性多于男性抗VD佝偻病伴Y染色体遗传病传男不传女,只有男性患者没有女性患者人类中的毛耳遗传方式除了上述5种外,还有两种遗传方式有必要在这里介绍一下:细胞质遗传和从性遗传。细胞质遗传是由细胞质中的遗传物质控制的性状遗传方式。与核遗传不同,不遵循遗传的基本规律。细胞质基因控制的性状在遗传中,后代总是表现出母本相似的性状。其原因是受精卵细胞质中的遗传物质都是来自卵细胞,即受精卵中的细胞质都是来自母方,父方不提供细胞质中的遗传物质,只提供细胞核中的遗传物质,雄配子对此性状不发生影响。在研究细胞质遗传时,正交和反交的结果是不同的。如果假定甲品种作父本和乙品种作母本相交定为正交,则以乙品种作父本和甲品种作母本相交则为反交,如果正反交结果不同,可判断为细胞质遗传。从性遗传是指由常染色体上基因控制的性状,在表现型上受个体性别影响的现象。如绵羊的有角和无角受常染色体上一对等位基因控制,有角基因H为显性,无角基因h为隐性,在杂合体(Hh)中,公羊表现为有角,母羊则无角,这说明在杂合体中,有角基因H的表现是受性别影响的。见表8-4。这种影响是通过性激素起作用的。基因型公羊的表现型母羊的表现型HH有角有角Hh有角无角Hh无角无角从性遗传和伴性遗传的表现型都同性别有着密切的联系,但它们是两种截然不同的遗传方式,伴性遗传的基因位于性染色体上,而从性遗传的基因位于常染色体上。三、变异变异主要分为两类:可遗传的变异和不可遗传的变异。可遗传的变异是由遗传物质的变化引起的变异;不可遗传的变异是由环境引起的,遗传物质没有发生变化。可遗传的变异的来源主要有3个:基因重组、基因突变和染色体变异。基因重组是指非等位基因间的重新组合。能产生大量的变异类型,但只产生新的基因型,不产生新的基因。基因重组的细胞学基础是性原细胞的减数分裂第一次分裂,同源染色体彼此分裂的时候,非同源染色体之间的自由组合和同源染色体的染色单体之间的交叉互换。基因重组是杂交育种的理论基础。基因突变是指基因的分子结构的改变,即基因中的脱氧核苷酸的排列顺序发生了改变,从而导致遗传信息的改变。基因突变的频率很低,但能产生新的基因,对生物的进化有重要意义。发生基因突变的原因是DNA在复制时因受内部因素和外界因素的干扰而发生差错。典型实例是镰刀形细胞贫血症。基因突变是诱变育种的理论基础。染色体变异是指染色体的数目或结构发生改变。重点是数目的变化。染色体组的概念重在理解。一个染色体组中没有同源染色体,没有等位基因,但一个染色体组中所包含的遗传信息是一套个体发育所需要的完整的遗传信息,即常说的一个基因组。对二倍体生物来说,配子中的所有染色体就是一个染色体组。染色体组数是偶数的个体一般都具有生育能力,但染色体组数是奇数的个体是高度不孕的,如一倍体和三倍体等。在自然界中多倍体的形成主要是受外界环境条件剧烈变化的影响而形成的。因外界条件的剧烈变化导致植物细胞有丝分裂受阻是形成多倍体的关键。多倍体育种就是依据这个原理用人工的方式使植物细胞有丝分裂受阻,达到使其染色体数目加倍的目的,常用的方法是用秋水仙素处理萌发的种子或幼苗。秋水仙素的作用原理是抑制有丝分裂时形成纺缍丝,结果染色体无法移动,细胞不能分裂而染色体数目加倍。单倍体育种是先用人工方法获得单倍体,常用方法是花药离体培养。然后经过人工诱导使其染色体数目加倍。由于加倍的染色体是复制出来的,结果每对染色体上的基因都是纯合的。纯合体自交后代不发生性状分离,所以单倍体育种可以明显地缩短育种的年限。四、生物的进化1.生物进化的理论——达尔文的自然选择学说自然选择的内容主要有4点:过度繁殖、生存斗争、遗传变异、适者生存。关于自然选择的原理重点在于理解。遗传和变异是生物进化的内在因素,变异是自然选择的原始材料。变异是不定向的,而且是普遍存在的。即使环境没有发生变化,变异也会发生。如果环境变化剧烈,变异发生的频率可能高一些,但不能决定变异的方向。环境只是对变异进行选择,这种选择作用是定向的,被选择的变异类型总是对环境适应的,不能适应的类型终将被淘汰,所以生存下来的生物都是对环境适应的,适应是自然选择的结果。自然选择的具体表现形式是生存斗争,生存斗争是生物进化的动力。生物多样性是长期自然选择的结果。地球上的生物生存的环境是多种多样的,在不同的环境中生存的生物,自然选择的方向是不同的。不同的选择方向形成不同的生物类型,最后形成不同的物种。不同的物种,其基因库中的基因组成也是不同的,这就形成了遗传的多样性。所以生物多样性的内容主要包括3个方面:物种的多样性、遗传的多样性和生态环境的多样性,这3个内容之间是互相联系的。保护生物的多样性,首先要保护环境的多样性,环境的多样性是生物多样性存在的前提。2.现代生物进化理论(1)种群是生物进化的单位①种群是生物生存和生物进化的基本单位,一个物种中的一个个体是不能长期生存的,物种长期生存的基本单位是种群。一个个体是不可能进化的,生物的进化是通过自然选择实现的,自然选择的对象不是个体而是一个群体。种群也是生物繁殖的基本单位,种群内的个体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。②基因库和基因频率基因库是指一个种群所含的全部基因。每个个体所含有的基因只是种群基因库中的一个组成部分。每个种群都有它独特的基因库,种群中的个体一代一代地死亡,但基因库却代代相传,并在传递过程中得到保持和发展。种群越大,基因库也越大,反之,种群越小基因库也越小。当种群变得很小时,就有可能失去遗传的多样性,从而失去了进化上的优势而逐渐被淘汰。基因频率是指某种基因在某个种群中出现的比例。基因频率可用抽样调查的方法来获得。如果在种群足够大,没有基因突变,生存空间和食物都无限的条件下,即没有生存压力,种群内个体之间的交配又是随机的情况下,种群中的基因频率是不变的。但这种条件在自然状态下是不存在的,即使在实验条件下也很难做到。实际情况是由于存在基因突变、基因重组和自然选择等因素,种群的基因频率总是在不断变化的。这种基因频率变化的方向是由自然选择决定的。所以生物的进化实质上就是种群基因频率发生变化的过程。③基因频率的计算方法设二倍体生物种群中的染色体的某一座位上有一对等位基因,记作A1和A2。假如种群中被调查的个体有N个,三种类型的基因组成,A1A1、A1A2和A2A2,在被调查对象中所占的个数分别为n1、n2和n3。设:基因A1的频率为p,A2基因的频率为q,则p= ,q= 。基因库和基因频率的知识可与遗传的基本规律相结合,在深刻理解遗传的基本规律的基础上来理解基因库和基因频率的概念就容易得多,也很能够将这部分知识融会贯通。(2)生物进化的原材料——突变和基因重组可遗传的变异是生物进化的原始材料,可遗传的变异主要来自基因突变、基因重组和染色体变异,在生物进化理论中,常将基因突变和染色体变异统称为突变。基因突变是指DNA分子结构的改变,即基因内部脱氧核苷酸的排列顺序发生改变。基因突变是普遍存在的。根据突变发生的条件可分为自然突变和诱发突变两类。不管在什么样的条件下发生突变,都是随机的,没有方向性。染色体变异包括染色体结构的变异和染色体数量的变异,染色体数量的变异又包括个体染色体的增加或减少(非整倍数变化)和成倍地增加或减少(整倍数变化)两种类型。其中染色体结构的变异与非整倍数变异,由于破坏了生物体内遗传物质的平衡,所以一般对生物的生命活动是不利的,有时甚至是致命的,在生物进化过程中的意义不大。但染色体整倍数的变化没有破坏原有遗传物质的平衡,能够加强生物体的某些生命活动,对生物的进化,特别是某些新物种的形成有一定的意义如自然界中多倍物种的形成。基因重组是指染色体间基因的交换和组合。是由于减数分裂过程中,同一个核内染色体复制后发生重组和互换,结果就产生了大量与亲本不同的基因组合的配子类型。又由于在有性生殖过程中,雌雄配子的结合是随机的,进一步增加了后代性状的变异类型。基因重组实际包括了基因的自由组合定律和基因的连锁与互换定律。突变和基因重组都是不定向的,有有利的,也有不利的。但有利和不利不是绝对的,这要取决于环境条件。环境条件改变了,原先有利的变异可能变得不利,而原先不利的变异可能变得有利。等位基因是通过基因突变产生的,并在有性生殖过程中通过基因重组而形成多种多样的基因型,从而使种群出现大量的可遗传变异。变异是不定向的,变异只是给生物进化提供原始材料,不能决定生物进化的方向。生物进化的方向是由自然选择来决定的。(3)自然选择决定生物进化的方向种群中产生的变异是不定向的,经过长期的自然选择,其中的不利变异被不断淘汰,有利变异则逐渐积累,从而使种群的基因频率发生定向的改变,导致生物朝着一定的方向缓慢地进化。引起基因频率改变的因素主要有三个:选择、遗传漂变和迁移。选择即环境对变异的选择,即保存有利变异和淘汰不利变异的过程。选择的实质是定向地改变群体的基因频率。选择是生物进化和物种形成的主导因素,已经发生的变异能否保留下来继续进化或成为新物种的基础必须经过自然选择的考验,则自然选择决定变异类型的生存或淘汰。自然选择只保留与环境相协调的变异类型(有利变异),可见自然选择是定向的。经过无数次选择,使一定区域某物种的有利变异的基因得到加强,不利变异的基因逐渐清除,从而改变了物种在同区域或不同区域内的基因频率(达尔文只是在个体水平上注意到不同性状的保留与否,而不能从分子水平对自然选择的结果加以分析),形成同一区域内物种的新类型或不同区域内同一物种的亚种,或经长期的选择,使基因频率的改变达到生殖隔离的程度,便形成新的物种。选择决定着不同类型变异的命运,也就决定了生物进化与物种形成的方向。遗传漂变是指:如果种群太小,含有某基因的个体在种群中的数量又很少的情况下,可能会由于这个个体的突然死亡或没有交配而使这个基因在这个种群中消失的现象。一般而言,种群越小,遗传漂变就越显著。迁移是指含有某种基因的个体在从一个地区迁移到另一个地区的机会不均等,而导致基因频率发生改变。如一对等位基因A和a,如果含有A基因的个体比含有a基因的个体更多地迁移到一个新的地区,那么在这个新地区建立的新种群的基因频率就发生了变化。(4)隔离导致物种的形成①物种的概念物种是指分布在一定的自然区域,具有一定的形态结构和生理功能,而且在自然状态下能够相互交配和繁殖,能够产生出可育后代的一群生物个体。②隔离在物种形成中的作用隔离是指将一个种群分隔成许多个小种群,使彼此不能交配,这样不同的种群就会向不同的方向发展,就有可能形成不同的物种。隔离常有地理隔离和生殖隔离两种。地理隔离是指分布在不同自然区域的种群,由于地理空间上的隔离即使彼此间无法相遇而不能进行基因交流。一定的地理隔离及相应区域的自然选择,可使分开的小种群朝着不同方向分化,形成各自的基因库和基因频率,产生同一物种的不同亚种。分类学上把只有地理隔离的同一物种的几个种群叫亚种。生殖隔离是指种群间的个体不能自由交配,或者交配后不能产生出可育的后代的现象。一定的地理隔离有助于亚种的形成,进一步的地理隔离使它们的基因库和基因频率继续朝不同方向发展,形成更大的差异。把这样的群体和最初的种群放一起,将不发生基因交流,说明它们已经和原来的种群形成了生殖屏障,即生殖隔离。如果只有地理隔离,一旦发生某种地质变化,两个分开的小种群重新相遇,可以再融合在一起。地理隔离是物种形成的量变阶段,生殖隔离是物种形成的质变时期。只有地理隔离而不形成生殖隔离,只能产生生物新类型或亚种,绝不可能产生新的物种。生殖隔离是物种形成的关键,是物种形成的最后阶段,是物种间真正的界线。生殖隔离保持了物种间的不可交配性,从而也保证了物种的相对稳定性。生殖隔离分受精前隔离和受精后隔离。教材中提到生物因求偶方式、繁殖期、开花季节、花形态等的不同而不能受精属于受精前生殖隔离。胚胎发育早期死亡或产生后代不属于受精后生殖隔离。③物种的形成物种形成的形式是多种多样的,比较常见的方式是经过长期的地理隔离而达到生殖隔离,生殖隔离一经形成,原先的一个物种就演化成的两个不同的物种。这种演化的过程是极其缓慢的。不同物种间都存在生殖隔离,物种的形成必须经过生殖隔离时期,但不一定要经过地理隔离,如在同一自然区域A物种进化为B物种。但是在地理隔离基础上,经选择加速生殖隔离的形成,所以说经地理隔离、生殖隔离形成新物种是物种形成常见的方式。(5)遗传在生殖发育和种族进化中的作用在生物个体发育中,遗传可使子代与亲代相似,从而保持物种的相对稳定性。遗传在种族进化过程中的作用,是在一次次自然选择的基础上,不断积累生物的微小变异成显著有种变异,进而产生生物新类型或新的物种。(6)现代生物进化理论的基本观点种群是生物进化的基本单位,生物进化的实质在于种群基因频率的改变。突变和基因重组、自然选择及隔离是物种形成过程的三个基本环节,通过它们的综合作用,种群产生分化,最终导致新物种的形成。其中突变和基因重组产生生物进化的原始材料,自然选择使种群的基因频率发生定向的改变并决定生物进化的方向,隔离是新物种形成的必要条件。【经典例题解析】例题1 纯种甜玉米和纯种非甜玉米间行种植,收获时发现甜玉米果穗上有非甜玉米籽粒,而非甜玉米果穗上却无甜玉米籽粒。原因是( )A.甜是显性性状 B.非甜是显性性状C.显性的相对性 D.环境引起的变异解析 纯种甜玉米和纯种非甜玉米间行种植就能进行相互传粉、授粉。非甜玉米上结的籽粒都是非甜的,非甜玉米胚珠的胚珠有两种受精的可能:一是自花传粉,得到的纯合非甜玉米籽粒;二是异花传粉,得到杂合的非甜籽粒。由此可确定非甜对甜是显性。甜玉米果穗上结的籽粉有甜的,也有非甜的。甜玉米植物上胚珠的受精也有两种可能:一种是自花授粉,得到的是纯合的甜玉米;另一种是异花传粉授粉,即非甜的花粉传给甜玉米,得到的是杂合的籽粒,表现型为非甜。由此也可以确定非甜对甜是显性。显性的相对性和环境引起的变异这2个选项是不符合题意的。答案 B例题2 (1998年上海高考题)将具有一对等位基因的杂合体,逐代自交3次,在F2代中纯合体比例为( )A. D. C. D.解析 依据分离规律写出杂合体自交3代的遗传图:如图8-3。图8-3纯合体包括显性纯合体和隐性纯合体,根据题意,F3中的纯合体有AA和aa两种,按遗传图推知,F3中纯合体的概率为7/16AA+7/16aa=7/8。杂合体的概率为1/8。据此,推知杂合体自交n代后的杂合体概率为 ,纯合体(AA+aa)的概率为1- 。当n无限大时,纯合体概率接近100%。这就是自花授粉植物(如豌豆)在自然情况下一般为纯合体的原因。答案 B例题3 (1997年上海高考题)有一种雌雄异株的草本经济植物,属XY型性别决定,但雌株是性杂合体,雄株是性纯合体。已知其叶片上的斑点是由X染色体上的隐性基因(b)控制的,某园艺场要通过杂交培育出一批在苗期就能识别雌雄的植株,则应选择;(1)表现型为_______的植株作母本,其基因型为_______。(2)表现型为_______的植株作父本,其基因型为_______。(3)子代中表现为_______的是雌株;子代中表现型为_______的是雄株。解析 由题意该草本植物

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发呆2011

1)生命的起源一、米勒的实验:米勒在他的实验中假设在生命起源之初大气层中只有氰气,氨气和水蒸气等物,其中并没有氧气等,当他把这些气体放入模拟的大气层中并通电引爆后,发现其中产生了些蛋白质,而蛋白质是生命存在的形式,因此他认为生命是从无到有的理论将可确立了。证明生命是进化而来的。但米勒的实验也有很多的疑点,例如所使用的能量大小,不同气体的配合等 虽然都产生了氨基酸、醣类等物质,但仍不能证明这就是生命的起源。因为他所假设的大气层不能证明是原始的大气层,所得的结果就是不确定的。米勒本身也承认他的实验与自然界生命起源相距仍很遥远。并且现代科学发现在火星上有氧气存在却没有生命,那么米勒假设大气层中没有氧气存在故没有生命之说就不成立,因此无法证明生命起源是由单细胞进化而来的。二、DNA的形成:在1953年科学家发现了DNA双螺旋结构之后,解开了遗传基因的秘密。因为基因正是DNA中的一环,由DNA转化为RNA再衍变为氨基酸,而蛋白质即由氨基酸所构成,因此知道这DNA的不同组合产生不同的物质。这转换的过程中又需要很多蛋白质的配合,所以我们可以知道若要DNA自己组合形成一个细胞的可能性微乎其微。生命的基本特性需具有新陈代谢与繁衍的功能,因此更可以确定地说,无机物不可能转变成有机物。一个生命的细胞不可能从无变有。这一定是由神创造而开始的。三、化石中找不到生命进化的证据:如果达尔文的进化论是可信的,一切生命是由无机物到有机物,是由单细胞变为多细胞,进而由低等动物进化到高等动物的话,那么在化石中应可以找到证据,但事实却不是这样。在寒武纪之前也就是大约六亿年之前,地层理根本找不到任何化石,而在寒武纪初期,又发现了很多的化石,这被称为寒武纪生命大爆炸。这一发现是无法以进化论来解释的。因为所有发现的动物化石都没有进化的次序可循。1984年在中国的澄江渠发现的一批化石群更是证实了在寒武纪之前没有任何生命的迹象,并且这群化石也再次证实了这些生物没有所谓的进化痕迹。四、地球的生命来自外星球?一连串的生物化石证明虽然强而有力地证实了达尔文进化论的不确定性,但仍有一群科学家不愿意接受神创造宇宙的信仰,而提出地球的生命是由外星球而来的,可能由陨石带来生命的细胞以致发展到整个地球生命的存在。1996年美国太空总署发表一篇报告说,他们在南极的一颗陨石上发现了一些迹象,显示这陨石来自火星,并在火星可能有生命存在。但是很多科学家也提出疑问:〔1〕这块陨石落在南极已有一万叁千年之久,这陨石上的生命迹象是直接来自火星,还是在落到地球之后的一万叁千年之中的地球上的生物化石呢?〔2〕以目前的研究发现,火星上没有适合生命生存的生态环境。并且,目前科学研究也发现在太阳系的行星中只有地球有适合生命生存的环境。因此,说地球生命是由外星球而来的理论,在目前不能被证实。若在将来即使证实了地球的生命来自外星球,那么外星球的生命又从何而来呢?所以,从根本解释,一切的生命都是来自神的创造,这是不可置疑的。2)宇宙的起源一、宇宙不是永恒的:从上一课热力学的第一、第二定律,我们知道了宇宙不是永恒的,它是有始有终的。宇宙不能自己开始,乃要有一个超自然的力量使它开始,那就是自有永有的神。神创造了宇宙。二、大爆炸理论:所谓大爆炸理论,简单地说就是宇宙开始的时候是由一个火球爆炸而形成的。近代科学研究发现宇宙不是永恒的,而是在不断的膨胀中。宇宙的不平衡现象最早是由一位德国的医生发现的。他在夜空观查星星时发现,每个星球间的距离并没有因为万有引力的关系而彼此靠近。那么,在星球之间必定存在另一种力量抵消了它们彼此之间的万有引力。他就把这现象假设为宇宙在不断地膨胀。后来科学家们又发现了红移现象,就是远距离星球射向地球的光以红光为多,近距离的则以紫光为主。这说明了星球在远离地球。接着爱因斯坦提出了广义相对论,他提出加速度不等于零的理论,其中即包含了宇宙膨胀的学说。1931年,美国天文学家以先进的天文望远镜发现,在银河系外仍有很多银河系,并且在不断地膨胀,这才使得宇宙膨胀的理论得到证实。到了40年代,科学家们预测宇宙是由大爆炸产生的,那么它爆炸之后必定会有残馀物质留在太空之中。这遗留的物质就是电子波〔辐射波〕,其所代表的温度约为零下273度。这假设在当时并没被证实。在60年代时,贝尔实验室的科学家为电讯研究架起天线时发现一直听到噪音,而这噪音所代表的温度为零下260度左右。在此同时普林斯顿大学的物理学家们也在凭理论找寻大爆炸后的馀波,后来这两组工作研究联合表示,这天线所收到的噪音即为大爆炸后的馀波,其温度约为零下270度,这一发表证实了大爆炸的理论。以大爆作为宇宙开始的说法仍需进一步的求证,因为宇宙在大爆炸后如何能维持这么的有次序是没有人能解释的。我们目前只能证实说,宇宙是由创造而来的,不是由进化而来的。宇宙是在不断的膨胀中,其它的学说则仍有待证实。三、大爆炸理论的超然性质:由于大爆炸理论可以解释宇宙的膨胀,并且各样研究的数据都与实际情况相符合,因此大爆炸理论为世人所接受。这理论的观点、推理等包含了许多超自然规律的性质,我们列举如下:1. 宇宙从无变有不符合热力学定律:科学家认为在大爆炸前宇宙是没有物质、能量、时间、空间的,一切都是从无变有的。这不符合热力学的第一定律,因为第一定律是说物质或能量只能由一种形式转换为另一种形式,它不可能从无变有。2. 原始火球熵质最高不符合热力学的第二律:热力学第二定律指出,一个过程的进行在自然情况下是由熵度低的向熵度高的方向发展,即由一个不均衡的状态进入一个均衡的状态,而大爆炸理论是由一个熵度极高的均衡状态发展成不均衡状态,与热力学定律完全相反。3. 宇宙膨胀的速度应保持均衡:因为如果膨胀的速度太慢,万有引力等定律就不能成立 若膨胀得太快,则星球不能存在。科学家们计算出宇宙的膨胀速度应保持在(1/10)的56次方之精确度,并且指出膨胀速度是远超过光速的。根据爱因斯坦的相对论,我们知道光速是一个物质的极限。又根据质能互变原理,当一个物体的速度达到跟光速一样时,它的质能则为无穷大,这是一件不可能的事。并且发现在大爆炸的瞬间宇宙温度为10的32次方摄氏度,在这样的温度下,所有的物质都会被熔解,不可能存在,这些都是在自然情况下无法解释的。4. 大爆炸遗留的微波辐射高度均匀:1992年,美国的太空卫星收集到遗留的微波,发现它们之间的辐射高度是相当均匀的,那么对大爆炸后所产生的元素、物质甚至整个宇宙的不均匀现象无法解释。由上四点,我们已能证明出宇宙有一个开始,且是超自然的开始,这一切是进化论模式所无法解释的。但若用创造论模式则很明显易懂:宇宙是由神所创造,他用他的大能、超自然的大能托住整个宇宙。四、宇宙的起源与科学家的信仰:1. 爱因斯坦理论的反应:当红移现象最早产生的时候,科学家发现了宇宙膨胀理论。进而爱因斯坦的相对论也证实了宇宙膨胀的理论,但爱因斯坦起初不愿承认,而设立了一个宇宙常数。最后他公开承认了宇宙膨胀理论的失误。2. 宇宙衡态论:当宇宙膨胀理论被确定之后,仍有一批科学家提出了宇宙衡态论,即认为宇宙膨胀之后,随时有物质加入,如氧气等,以填补宇宙因膨胀产生的空间,使宇宙的密度不变。他们以此解释宇宙没有一个开始,这是科学家们不愿接受宇宙创造论的辩词。3. 循环论的假说:即一群科学家提出他们接受宇宙膨胀的理论,但他们假设当宇宙膨胀到一个限度时,因万有引力的关系,宇宙又开始收缩,使密度温度升高到原始火球形态,又产生大爆炸,如此不断地重复。因此他们假说宇宙仍是没有开始的。这些假说在热力学中都不能被承认。综合以上的科学证实,有一群科学家说人类不得不承认有神的存在,并称颂神的作为使宇宙一切都这么有次序地运行着。3)生命的起源 地球在宇宙中形成以后,开始是没有生命的。经过了一段漫长的化学演化,就是说大气中的有机元素氢、碳、氮、氧、硫、磷等在自然界各种能源(如闪电、紫外线、宇宙线、火山喷发等等)的作用下,合成有机分子(如甲烷、二氧化碳、一氧化碳、水、硫化氢、氨、磷酸等等)。这些有机分子进一步合成,变成生物单体(如氨基酸、糖、腺甙和核甙酸等)。这些生物单体进一步聚合作用变成生物聚合物。如蛋白质、多糖、核酸等。这一段过程叫做化学演化。蛋白质出现后,最简单的生命也随着诞生了。这是发生在距今大约36亿多年前的一件大事。从此,地球上就开始有生命了。生命与非生命物质的最基本区别是:它能从环境中吸收自己生活过程中所需要的物质,排放出自己生活过程中不需要的物质。这种过程叫做新陈代谢,这是第一个区别。第二个区别是能繁殖后代。任何有生命的个体,不管他们的繁殖形式有如何的不同,他们都具有繁殖新个体的本领。第三个区别是有遗传的能力。能把上一代生命个体的特性传递给下一代,使下一代的新个体能够与上一代个体具有相同或者大致相同的特性。这个大致相同的现象最有意义,最值得我们注意。因为这说明它多少有一点与上一代不一样的特点,这种与上一代不一样的特点叫变异。这种变异的特性如果能够适应环境而生存,它就会一代又一代地把这种变异的特性加强并成为新个体所固有的特征。生物体不断地变异,不断地遗传,年长月久,周而复始,具有新特征的新个体也就不断地出现,使生物体不断地由简单变复杂,构成了生物体的系统演化。 地球上早期生命的形态与特性。地球上最早的生命形态很简单,一个细胞就是一个个体,它没有细胞核,我们叫它为原核生物。它是靠细胞表面直接吸收周围环境中的养料来维持生活的,这种生活方式我们叫做异养。当时它们的生活环境是缺乏氧气的,这种喜欢在缺乏氧气的环境中生活的叫做厌氧。因此最早的原核生物是异养厌氧的。它的形态最初是圆球形,后来变成椭圆形、弧形、江米条状的杆形进而变成螺旋状以及细长的丝状,等等。从形态变化的发展方向来看是增加身体与外界接触的表面积和增大自身的体积。现在生活在地球上的细菌和蓝藻都是属于原核生物。蓝藻的发生与发展,加速了地球上氧气含量的增加,从20多亿年前开始,不仅水中氧气含量已经很多,而且大气中氧气的含量也已经不少。细胞核的出现,是生物界演化过程中的重大事件。原核植物经过15亿多年的演变,原来均匀分散在它的细胞里面的核物质相对地集中以后,外面包裹了一层膜,这层膜叫做核膜。细胞的核膜把膜内的核物质与膜外的细胞质分开。细胞里面的细胞核就是这样形成的。有细胞核的生物我们把它称为真核生物。从此以后细胞在繁殖分裂时不再是简单的细胞质一分为二,而且里面的细胞核也要一分为二。真核生物(那时还没有动物,可以说实际上也只是真核植物)大约出现在20亿年前。性别的出现是在生物界演化过程中的又一个重大的事件,因为性别促进了生物的优生,加速生物向更复杂的方向发展。因此真核的单细胞植物出现以后没有几亿年就出现了真核多细胞植物。真核多细胞的植物出现没有多久就出现了植物体的分工,植物体中有一群细胞主要是起着固定植物体的功能,成了固着的器官,也就是现代藻类植物固着器的由来。从此以后开始出现器官分化,不同功能部分其内部细胞的形态也开始分化。由此可见,细胞核和性别出现以后,大大地加速了生物本身形态和功能的发展。 生命的起源 关于生命起源的问题,很早就有各种不同的解释。近几十年来,人们根据现代自然科学的新成 就,对于生命起源的问题进行了综合研究,取得了很大的进展。 根据科学的推算,地球从诞生到现在,大约有46亿年的历史。早期的地球是炽热的,地球上的一切元素都呈气体状态,那时候是绝对不会有生命存在的。最初的生命是在地球温度下降以后,在极其漫长的时间内,由非生命物质经过极其复杂的化学过程,一步一步地演变而成的。目前,这种关于生命起源是通过化学进化过程的说法已经为广大学者所承认,并认为这个化学进化过程可以分为下列四个阶段。 从无机小分子物质生成有机小分子物质 根据推测,生命起源的化学进化过程是在原始地球条件下开始进行的。当时,地球表面温度已经降低,但内部温度仍然很高,火山活动极为频繁,从火山内部喷出的气体,形成了原始大气(下图)。一般认为,原始大气的主要成分有甲烷(CH4)、氨 原始地球的想象图 (左)原始大气(右)有机物形成 (NH3)、水蒸气(H2O)、氢(H2),此外还有硫化氢(H2S)和氰化氢(HCN)。这些气体在大自然不断产生的宇宙射线、紫外线、闪电等的作用下,就可能自然合成氨基酸、核苷酸、单糖等一系列比较简单的有机小分子物质。后来,地球的温度进一步降低,这些有机小分子物质又随着雨水,流经湖泊和河流,最后汇集在原始海洋中。 关于这方面的推测,已经得到了科学实验的证实。1935年,美国学者米勒等人,设计了一套密闭装置(下图)。他们将装置内的空气抽出,然后模拟原始地球上的大气成分,通入甲烷、氨、氢、水 米勒实验的装置 蒸气等气体,并模拟原始地球条件下的闪电,连续进行火花放电。最后,在U型管内检验出有氨基酸生成。氨基酸是组成蛋白质的基本单位,因此,探索氨基酸在地球上的产生是有重要意义的。 此外,还有一些学者模拟原始地球的大气成分,在实验室里制成了另一些有机物,如嘌识、嘧啶、核糖,脱氧核糖,脂肪酸等。这些研究表明:在生命的起源中,从无机物合成有机物的化学过程,是完全可能的。 从有机小分子物质形成的有机高分子物质 蛋白质、核酸等有机高分子物质,是怎样在原始地球条件下形成的呢?有些学者认为,在原始海洋中,氨基酸、核苷酸等有机小分子物质,经过长期积累,相互作用,在适当条件下(如吸附在粘土上),通过缩合作用或聚合作用,就形成了原始的蛋白质分子和核酸分子。 现在,已经有人模拟原始地球的条件,制造出了类似蛋白质和核酸的物质。虽然这些物质与现在的蛋白质和核酸相比,还有一定差别 ,并且原始地球上的蛋白质和核酸的形成过程是否如此,还不能肯定,但是,这已经为人们研究生命的起源提供了一些线索;在原始地球条件下,产生这些有机高分子的物质是可能的。 从有机高分子物质组成多分子体系 根据推测,蛋白质和核酸等有机高分子物质,在海洋里越积越多,浓度不断增加,由于种种原因(如水分的蒸发,粘土的吸附作用),这些有机高分子物质经过浓缩而分离出来,它们相互作用,凝聚成小滴。这些小滴漂浮在原始海洋中,外面包有最原始的界膜,与周围的原始海洋环境分隔开,从而构成一个独立的体系,即多分子体系。这种多分子体系已经能够与外界环境进行原始的物质交换活动了。 从多分子体系演变为原始生命 从多分子体系演变为原始生命,过是生命起源过程中最复杂和最有决定意义的阶段,它直接涉及到原始生命的发生。目前,人们还不能在实验室里验证这一过程。不过,我们可以推测,有些多分子体系经过长期不断地演变,特别是由于蛋白质和核酸这两大主要成分的相互作用,终于形成具有原始新陈代谢作用和能够进行繁殖的原始生命。以后,由生命起源的化学进化阶段进入到生命出现之后的生物进化阶段。 关于生命起源的化学进化过程的研究,虽然进行了大量的模拟实验,但是绝大多数实验只是集中在第一阶段,有些阶段还仅仅限于假说和推测。因此,在对于生命起源,问题还必须继续进行研究和探讨。 蛋白质和核酸是生物体内最重要的物质。没有蛋白质和核酸,就没有生命。1965年,我国科学工作者人工合成了结晶牛胰岛素(一种含有51个氨基酸的蛋白质)。1981年,我国科学工作者又用人工的方法合成了酵母丙氨酸转运核糖核酸(核糖核酸的一种)。这些工作反映了我国在探索生命起源问题上的重大成就。希望对你有所帮助,祝你成功!

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louisbellen

一切生命形态发生、发展的演变过程。“进化”一词来源于拉丁文evolution,原义为“展开”,一般用以指事物的逐渐变化、发展,由一种状态过渡到另一种状态。1762年,瑞士学者邦尼特最先将此词应用于生物学中。进化思想的发展 古代人们在栽培植物和驯养动物的生产实践中,积累了关于生物的形态、构造和生活习性的知识,注意到生物机体的变化以及生物与环境的关系,逐步形成了朴素的生物进化思想。古希腊的亚里士多德通过对他那个时代有关动物的知识的系统整理,把540种动物按性状的异同分为有血的和无血的两大群,每群之下又分为若干类。他进一步提出生物等级即生物阶梯的观念,认为自然界所有生物形成一个连续的系列,即从植物一直到人逐渐变得完善起来的直线系列。中国战国时期汇集的《尔雅》一书记载了生物类型的变化;汉初的《淮南子》一书,不仅对动植物作了初步分类,而且提出各类生物是由其原始类型发展而来的。近代科学诞生以前,进化思想发展缓慢,当时广为流行的是神创论和物种不变论。这种观点直到18世纪仍在生物学中占统治地位,其代表人物是瑞典植物学家 林耐(1707~1778)。他所提出的分类系统虽然有助于揭示生物物种之间的历史联系,但他却把物种看作是上帝创造的不可改变的产物。随着生产和科学的发展,积累了许多新的与物种不变相矛盾的事实。在大量事实的影响下,甚至像林耐这样坚定的神创论者,在晚年也不得不承认由于杂交的结果能产生新种。和林耐的观点相反,法国学者.布丰(1707~1788)相信物种是变化的,现代的动物是少数原始类型的后代。他把有机体与居住环境联系起来,认为气候、食物和人的驯养等因素可引起动物性状的变异。1809年,另一位法国学者拉马克(1744~1829)在其《动物学哲学》中,用环境作用的影响、器官的用进废退和获得性的遗传等原理解释生物进化过程,创立了第一个比较严整的进化理论。1859年.达尔文发表《物种起源》一书,论证了地球上现存的生物都由共同祖先发展而来,它们之间有亲缘关系,并提出自然选择学说以说明进化的原因,从而创立了科学的进化理论,揭示了生物发展的历史规律。19世纪80年代以来,以A.魏斯曼(1834~1914)为代表的新达尔文主义,把种质论和自然选择学说相结合,丰富了达尔文的进化理论。20世纪30年代以来,以T.杜布尚斯基(1906~1975)等人为代表的综合进化论综合了细胞遗传学、群体遗传学以及古生物学等学科的成就,进一步发展了以自然选择为核心的进化理论。60年代末,日本学者木村资生等人提出中性学说,又在分子水平上揭示了进化的某些特征,补充、丰富了进化论。进化的进步性 地球上的生命,从最原始的无细胞结构生物进化为有细胞结构的原核生物,从原核生物进化为真核单细胞生物,然后按照不同方向发展,出现了真菌界、植物界和动物界。植物界从藻类到裸蕨植物再到蕨类植物、裸子植物,最后出现了被子植物。动物界从原始鞭毛虫到多细胞动物,从原始多细胞动物到出现脊索动物,进而演化出高等脊索动物──脊椎动物。脊椎动物中的鱼类又演化到两栖类再到爬行类,从中分化出哺乳类和鸟类,哺乳类中的一支进一步发展为高等智慧生物,这就是人。生物界的历史发展表明,生物进化是从水生到陆生、从简单到复杂、从低等到高等的过程,从中呈现出一种进步性发展的趋势。一般说来,进化过程的进步具有如下特征:①在生物界的前进运动中,可以看到不同层次的形态结构的逐步复杂化和完善化;与此相应,生理功能也愈益专门化,效能亦逐步增高。②从总体上看,遗传信息量随着生物的进化而逐步增加。③内环境调控的不断完善及对环境分析能力和反应方式的发展,加强了机体对外界环境的自主性,扩大了活动范围。生物进化的道路是曲折的,表现出种种特殊的复杂情况。除进步性发展外,生物界中还存在特化和退化现象。特化不同于全面的生物学的完善化,它是生物对某种环境条件的特异适应。这种进化方向有利于一个方面的发展却减少了其他方面的适应性,如马由多趾演变为适于奔跑的单蹄。当环境条件变化时,高度特化的生物类型往往由于不能适应而灭绝,如爱尔兰鹿,由于过分发达的角对生存弊多利少,以至终于灭绝。对寄生或固着生活方式的适应,也可使机体某些器官和生理功能趋向退化。如有一种深海寄生鱼,雄体寄生在雌体上,雄体消化器官退化,唯有精巢特别膨大,以保证种族繁衍。有些研究者对进化的进步性表示怀疑,认为进步性不是进化的基本特征,也不是进化的本质。科学研究证明,进化不全都引起进步,进化过程中也有退化,但从有机界总的进化过程看,进步性发展是进化的主流和本质。进化的方式 生物界各个物种和类群的进化,是通过不同方式进行的。物种形成(小进化)主要有两种方式:一种是渐进式形成,即由一个种逐渐演变为另一个或多个新种;另一种是爆发式形成,即多倍化种形成,这种方式在有性生殖的动物中很少发生,但在植物的进化中却相当普遍,世界上约有一半左右的植物种是通过染色体数目的突然改变而产生的多倍体。物类形成(大进化)常常表现为爆发式的进化过程,从而使旧的类型和类群被迅速发展起来的新生的类型和类群所替代。渐进进化是达尔文进化论的一个基本概念。达尔文认为,在生存斗争中,由适应的变异逐渐积累就会发展为显著的变异而导致新种的形成。因为“自然选择只能通过累积轻微的、连续的、有益的变异而发生作用,所以不能产生巨大的或突然的变化,它只能通过短且慢的步骤发生作用”。与达尔文的主张相反,早期遗传学家如荷兰的弗里斯等相信,新种可由大的不连续变异即突变直接产生,并把这种方式看作是进化变化的主要源泉,认为自然选择对生物的进化不起积极作用。现代进化论坚持达尔文的渐变论思想和自然选择的创造性作用,强调进化是群体在长时期的遗传上的变化,认为通过突变(基因突变和染色体畸变)或遗传重组、选择、漂变、迁移和隔离等因素的作用,整个群体的基因组成就会发生变化,造成生殖隔离,演变为不同物种。20世纪70年代以来,一些古生物学者根据化石记录中显示出的进化间隙,提出间断平衡学说,代替传统的渐进观点。他们认为物种长期处于变化很小的静态平衡状态,由于某种原因,这种平衡会突然被打断,在较短时间内迅速成为新种。生物的进化既包含有缓慢的渐进,也包含有急剧的跃进;既是连续的,又是间断的。整个进化过程表现为渐进与跃进、连续与间断的辩证统一。

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