2011进化生物学(开卷)试题及答案

重庆师范大学研究生考试（开卷）试题研究生姓名：专业：动物学、生化分子生物学、水生生物学年级：2011级考试科目：进化生物学时间：150分钟一、名词解释：(20分)1、海底“黒烟囱”2、幼态持续3、分子进化4、镶嵌进化5、盖亚假说二、论述红皇后假说的原理。

(10分)三、简述遗传漂变的概念及其在进化中的意义。

(20分)四、试叙述基因组学与非线性分子进化的关系。

(20分)五、谈谈进化生物学理论与你所研究领域的关系。

(30分，不少于1000字)（试题之间不必留答题空白）一、名词解释：(20分)1、海底“黒烟囱”由海底硫化物堆积形成的直立的冒着黑色、白色或黄色烟雾的柱状圆丘，称为硫化物烟囱或海底“黑烟囱”。

在这些烟囱中，约350℃的含矿热液从中喷出，与周围海水混合后，很快产生沉淀变为“黑烟”，沉淀物主要由磁黄铁矿、黄铁矿、闪锌矿和铜－铁硫化物组成。

海底“黑烟囱”的形成主要与海水及相关金属元素在大洋地壳内热循环有关。

2、幼态持续所谓幼态持续（Neoteny），是指个体发育中保留某些幼年时期的特征并使之延长到成年时期的现象，是大脑进化的有效机制。

3、分子进化分子进化（molecular evolution）有两层含义，一是原始生命出现之前的进化，即生命起源的化学演化；二是原始生命产生之后生物在进化发展过程中，生物大分子结构和功能的变化以及这些变化与生物进化的关系。

4、镶嵌进化镶嵌进化（mosaic evolution）是指生物体的不同部分进化速度不均的现象。

其中包括同一生物的不同性状，甚至生活史的不同阶段（如昆虫）。

同时，镶嵌进化也指基因型的不同范围的独立进化。

5、盖亚假说盖亚一词源于希腊文，是大地女神的意思，古希腊人用它来表示大地和大地上所有生命及人类所组成的“大家庭”。

盖亚假说是由英国大气学家拉伍洛克（James E.lovelock）在20世纪60年代末提出的。

该假说认为地表温度、地表沉积物、海水含盐量及大气组成等是由生物生命活动所控制并保持动态平衡，从而使得地球环境维持在适合于生物生存的状态。

包含5个层次的含义：一是认为地球上的各种生物有效地调节着大气的温度和化学构成；二是地球生物影响了环境，而环境又反过来影响着生物进化过程，两者共同进化；三是各种生物与自然界之间主要由负反馈环连接，从而保持地球生态的稳定状态；四是认为大气能保持在稳定状态不仅取决于生物圈，而且在一定意义上也是为了生物圈；五是认为各种生物调节其物质环境，以便创造各类生物优化的生存条件。

二、论述红皇后假说的原理。

(10分)答：自然选择只导致生物当前的适应，进化功能则是潜在的适应或未来的适应能力。

目前有两种假说可以或多或少地解释具有进化功能的遗传结构的进化，即红皇后假说（The RedQueen hypothesis）和物种选择（Species selection）说。

红皇后假说是由美国芝加哥大学进化生物学家范瓦伦（L.van Valen）根据爱丽丝奇遇记中的故事于1973年提出的。

该假说认为，在环境条件稳定时，一个物种的任何进化改进可能构成对其他物种的竞争压力，即使物理环境不变，种间关系也可能推动生物进化。

红皇后假说指出，由于物种间生态关系的牵制作用，物种在其生存期间灭绝的风险是相对恒定的。

这种牵制作用使得物种要获得显著的进化改变特别艰难。

因为两个物种同时都在进化，一个物种要在生态系统中获得有利地位，就要具有较大的进化潜力。

也就是说，眼前的适应并不能保证最后的成功，只有具有较大的进化潜力，才能战胜对方。

这就是红皇后假说的原理。

三、简述遗传漂变的概念及其在进化中的意义。

(20分)答：所谓遗传漂变，是指对于所有有限大小的种群来说，由于种群基因数量有限而导致种群的等位基因频率在世代间发生变化，甚至丢失的现象。

遗传漂变的概念是赖特（S.Wright）于1931年提出的，也称赖特效应、随机漂变或遗传偏离。

遗传漂变一般是在小群体里发生的。

这是因为在一个小群体内与其它群体相隔离，不能充分地进行随机交配，因而在群体内基因不能达到完全自由分离和组合，使等位基因的频率容易产生偏差。

这种偏差不是由于突变、选择等因素引起的，而是由于在小群体内基因分离和组合时产生的抽样误差所引起的。

这样，就将那些中性的或无利的性状在群体中继续保持下来，没有被消灭，这就是遗传漂变产生的原因。

一般地说，一个群体愈小，遗传漂变的作用愈大。

当群体很大时，个体间容易达到充分的随机交配，遗传漂变的作用就消失了。

遗传漂变在生物的进化中起到了一定的作用,许多中性的或不利性状的存在不能用自然选择来解释，可能是遗传漂变的结果。

例如，在人类中不同种族所具有的血型彼此间存在一定差异，而血型这个性状看来并没有任何适应上的意义，可是它同类人猿一样，血型差异一直传下来，可能就是遗传漂变的结果。

另外，小群体的遗传漂变不仅能够改变等位基因频率，还会增加群体内的近交程度。

四、试叙述基因组学与非线性分子进化的关系。

(20分)答：基因组学是一门研究基因组的结构、功能及表达产物的学科。

基因组的产物不仅是蛋白质，还有许多复杂功能的RNA。

基因组学包括三个不同的亚领域，即结构基因组学、功能基因组学和比较基因组学。

非线性分子进化指的是生物大分子（主要指核酸和蛋白质分子）的进化并不是渐进的、匀速的，而是跳跃与停滞相间的。

非线性分子进化主要是从微观层次来研究生物进化的。

在宏观层次，化石资料、新灾变论和间断平衡论等都说明生物进化不是线性渐变的方式，而是一种非线性现象。

这无疑是对达尔文主义和新达尔文主义渐变论的致命打击；但在微观层次，还未取得重大突破，而基因组学的研究给非线性分子进化带来了新的机遇。

尽管古生物学研究已步入对古DNA(ancient DNA)的探索，并认为是从分子水平研究演化生物学的一条重要途径，但是很显然，这方面研究可以说还处于萌芽状态。

随着分子生物学技术的迅猛发展，不同生物的基因组全序列可望在不久的将来会很快地积累成海量数据。

只有通过比较基因组学的成就才能从微观水平对宏观上已取得很大进展的非线性演化生物学进行验证；当然结构生物学的宝贵数据也是重要的验证依据。

同样，演化生物学的发展反过来也作用于基因组学的进一步发展。

目前许多生物化学家、分子生物学家正从演化角度考虑同源基因、副源基因并分析结构功能关系。

分子生物学和演化生物学是统一所有生命科学分支的左右手。

随着分子生物学向基因组学、后基因组学发展，以及演化生物学向非线性分子进化空间发展，在她们的统帅下，生命科学的所有分支必将在新世纪以更大的步伐前进！五、谈谈进化生物学理论与你所研究领域的关系。

(30分，不少于1000字)答：在进化生物学理论中，我认为与我的研究关系较密切的理论是由N.埃尔德雷奇和S.J.古尔德于1972年共同提出的间断平衡论。

间断平衡理论认为：物种形成在相当长的时期内保持稳定，又会在某一时期很短的时间经过骤变形成新的物种，然后又经历一个相当长时间的稳定期。

他们这一观点是根据所发现的大量化石记录提出的，尤其是中国科学院南京地质古生物所1984 年在云南澄江地区发现的动物化石群，又为该学派的理论提供了新的强有力证据。

该理论根据“澄江地区前寒武纪动物大爆发”的事实，在原有研究成果的基础上进一步明确提出了以下生物进化要点：首先是生物进化具有突变性和自发性，即生命系统是一个自组织系统，具有十分复杂的内部结构和很多相似的子系统所组成。

其二是生物进化的过程还包含着许多系统的涨落和外源信息的“感知”和“放大”的作用，并不断的创造出新的自组织模式。

其三是生物进化是一个渐变与突变，偶然和必然互相镶嵌的过程，在进化的某一阶段偶然性可能起支配作用，当生物的基本类型或形态一经确立，必然性又必循之而立。

间断平衡理论中所描述的这种爆发式物种形成或叫快速物种形成方式的分子机制有多倍化，染色体重排等。

在当代，由于基因工程的出现，使人类掌握了这样一种技术。

利用快速物种形成机制，运用基因工程技术，人们借助实验室各种各样的手段，迫使基因发生变异，从而在几天或几周内实现自然界中需要几十年或数百年，甚至更长时间才能达到的结果。

因此，被称为生物进化工程。

如某些细菌经过几十年进化才获得的对抗生素的抗药性，而运用基因重组快速定向进化(分子进化工程)几天内就可以培育出新的超级细菌，现已用于临床使用。

细菌都怕热，而“深海2000”号潜水艇在海洋底热水矿床中采集到的一种能在100 ℃热水中很好生存的超喜热性细菌。

这种细菌产生的酶因其强耐热性而有很高的工业应用价值。

然而，该细菌的培养和酶的直接提取却非常困难。

日本生命科学工业技术研究所运用分子进化工程，尝试将该细菌特定的遗传基因导入容易培养的大肠杆菌中，结果得到了能在95 ℃以上的高温中发挥作用的9 种耐热性酶，这些耐热性酶可用于生物反应器和生物传感器并可延长它们的使用寿命。

又如，利用基因重组技术，快速培育出的家禽，生长速度明显加快，产蛋率增高，营养价值也得到改善。

在植物耐性培育方面分子进化工程也取得了明显成效，生物工程专家在掌握了高表达应激诱导基因转录因子的基础上培育出了高水平的胁迫耐性植物，这种快速定向培育出的并高表达应激应答型转录植物叫拟南芥。

它是由日本农林水研究中心的科学家育成的。

该耐性植物对于燥、低温、高盐三种胁迫都具有高耐性，并能将此耐性遗传给后代。

在药物筛选方面，分子进化工程也取得了若干应用成果。

我们目前所做的研究正是利用爆发式物种形成机制，运用基因工程手段将紫苏中的相关基因ω-3脂肪酸脱氢酶（ω-3 FAD）基因转入低硫苷、低芥酸、高亚油酸的优质甘蓝型油菜中，研究ω-3 FAD基因的生物学功能并分析该基因在非生物学压力（温度、光照）及胁迫信号分子茉莉酸（JA）、水杨酸（SA）等作用下的表达模式及其转录表达调控机制。

以期在短期内创制出富含α-亚麻酸（ALA）、并对逆境胁迫具有较强适应能力的特种油菜品种资源，以此改变油菜油的脂肪酸组成和油菜的抗逆性。

根据间断平衡理论，进化是跳跃与停滞相间，不存在匀速、平滑、渐进的进化，新种的形成是在短时间内突然发生的。

我们的研究就是通过分子进化工程，利用基因转导快速定向进化形成新的油菜品种。

我认为，无论是现代综合进化论，还是点断平衡进化说，它们均是运用大量例证作出的科学结论，已被学术界普遍认同是从不同的角度或侧面揭示了生物进化的机制，尤其是分子进化工程的成功实施，不仅具有理论意义更有巨大的应用价值。

这一切都应看作是对经典达尔文选择论学说的补充和发展，而决不是对它的否定。

即使是快速定向进化形成的生物新类型，它们要得到保存、巩固、仍需要自然条件的选择，需要时间的检验。