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中性演化理論

指数 中性演化理論

中性演化理論全稱為分子演化的中性理論(Neutral theory of molecular evolution),簡稱為中性理論。是日本遺傳學家木村資生在1968年早期所提出的一種演化理論。 這個理論認為在分子遺傳學的層次上,基因的變化大多數是,也就是對生物個體的生殖与生存既沒有好處也沒有壞處的突變。由於中性突變並不受自然選擇影響,而是由中性的突变基因的遗传漂变产生的,因此中性理論也曾被認為是與查爾斯·達爾文的自然選擇論處於競爭狀態。另外木村資生提出突然變異產生的蛋白質和原本的蛋白質之間沒有適應性的差異時的突然變異則稱為中立突然變異的理論。 不過現今的演化生物學家認為,自然選擇理論與中性理論是能夠並立且互補的。例如木村資生本人便曾在1986年說:「此理論並不否認自然選擇對於適應演化上的方向決定」。 中性演化理论承认了多数突变基因为有害基因这一可能性,但是认为由于自然选择的快速移除,对于物种内或物种间,这些基因并不会造成分子层面上持续的重大的改变,因而中性基因的遗传漂变在分子演化中起着更重要的作用。此外,这一理论还认为,最终中性突变能否被遗传是由随机遗传漂变模型所描述的抽烟过程所决定。 Kimura, Motoo.

26 关系: 基因座基因組多态性 (生物学)太田朋子定向選擇丙氨酸分子生物学分子遺傳學分子演化突变等位基因群体遗传学DNA复制適應度遗传密码遗传连锁遗传漂变萊納斯·鮑林表型自然选择根井正利比例氨基酸演化木村資生有效種群大小

基因座

在生物學與演化運算(evolutionary computation)中,基因座(locus),也称为“基因位点”或“位点”,是指染色體上的固定位置,例如某個基因的所在。而基因座上的DNA序列可能有許多不同的變化,各種變化形式稱為等位基因(allele)。基因座在基因組中的排列位置稱為基因图谱(genetic map),基因作圖(Gene mapping)則是測定基因座與特定性狀關係的過程。 二倍體與多倍體細胞的某些染色體上,在同一基因座上有相同的等位基因,這類細胞稱為纯合子/同型合子(homozygous)。若是相同基因座上含有不同的等位基因,則稱作杂合子/異型合子(heterozygous)。.

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基因組

在生物学中,一个生物体的基因组是指包含在该生物的DNA(部分病毒是RNA)中的全部遗传信息,又稱基因體(genome)。基因组包括基因和非編碼DNA。1920年,德国汉堡大学植物学教授汉斯·温克勒(Hans Winkler)首次使用基因组这一名词。 更精确地讲,一个生物体的基因组是指一套染色体中的完整的DNA序列。例如,生物个体体细胞中的二倍体由两套染色体组成,其中一套DNA序列就是一个基因组。基因组一词可以特指整套核DNA(例如,核基因组),也可以用于包含自己DNA序列的细胞器基因组,如粒线体基因组或叶绿体基因组。当人们说一个有性生殖物种的基因组正在测序时,通常是指测定一套常染色体和两种性染色体的序列,这样来代表可能的两种性别。即使在只有一种性别的物种中,“一套基因组序列”可能也综合了来自不同个体的染色体。通常使用中,“遗传组成”一词有时在交流中即指某特定个体或物种的基因组。对相关物种全部基因组性质的研究通常被称为基因组学,该学科与遗传学不同,后者一般研究单个或一组基因的性质。.

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多态性 (生物学)

多态性(polymorphism)在生物学中是指一个物种的同一种群中存在两种或多种明显不同的表型。多态性必须同一时间在同一栖息地中出现。Ford E.B.1965.

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太田朋子

太田朋子(太田 朋子,),日本生物学家,生物统计学家,对分子演化的发展做了卓越的贡献。.

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定向選擇

定向選擇(Directional selection)是天擇的一種形式。 對於一種特徵(性狀)的不同狀態而言,因為不同狀態帶給生物體的適應度(適存度, fitness)有差異,其中一種狀態的適應度較高,具有此狀態的有利個體就能產生較多的子代,造成此狀態的等位基因(allele)便傾向於在族群中增加,並漸漸取代其他等位基因,此過程即稱為定向選擇。 假設,影響一特徵/性狀的等位基因有A1與A2兩種,如果同型合子A1A1的適應度最高,而異型合子A1A2適應度中等,A2A2適應度最低(ω11>ω12>ω22, ω代表適應度),在天擇的影響下,保留A1、並淘汰A2的過程就是定向選擇。若環境維持穩定,A1基因所代表的性狀持續帶給此物種較高的適應度,「有利的」A1基因隨著時間而漸漸散佈到整個族群,基因頻率提高,最後達到穩固(fixation)。 接續上例,適應度較低的A2基因可能會完全消失於族群中,此過程可稱為淨化選擇(purifying selection)。對於一個突變的新基因型,而受到定向選擇而被保留,可稱為正向選擇;反之,有害的基因受到淘汰稱為負向選擇。依照討論的例子,有時負向選擇與淨化選擇意義相同。 定向選擇與平衡選擇(balancing selection)相反,前者只保留有利的基因型,後者會傾向於保留多種基因型。值得考慮的是,不同的環境可能偏好不同的基因型,因此一個等位基因有利或有害,需要參考生物族群的生活環境才能決定。 定向選擇造成的基因頻率變化,由相對的適應度決定,並不會因為此基因是顯性或隱性而受影響。雖然說,被保留的基因達到穩固的時間,會因為此基因是顯性或隱性而有差異:若有利的基因是隱性,則在起始基因頻率很低的狀況下,只有很少的個體是隱性同型合子、很少個體表現出較高的適應度,因此需要累積很多世代才能增加基因頻率。 以族群遺傳學的方法,比較兩世代之間的基因頻率是否有變化,可以推知此基因所影響的性狀是否正在受到天擇的作用。.

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丙氨酸

丙氨酸是一種氨基酸,原文為alanine,常簡寫為ala,在氨基酸序列中可簡寫為A。於1879年首度被分離出來。 鳥類和哺乳類可經由食物中的糖分解所得的丙酮酸合成得到丙氨酸,因此對這些動物來說,丙氨酸為非必需氨基酸。但人體必需的氨基酸之一.

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分子生物学

分子生物学(Molecular biology)是对生物在分子層次上的研究。这是一门生物学和化学之间跨学科的研究,其研究领域涵盖了遗传学、生物化学和生物物理学等学科。分子生物学主要致力于对细胞中不同系统之间相互作用的理解,包括DNA,RNA和蛋白质生物合成之间的关系以及了解它们之间的相互作用是如何被调控的。.

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分子遺傳學

分子遺傳學(Molecular genetics)是生物學中的一個領域,專門在分子層次下研究遺傳學,這一學門使用許多分子生物學與遺傳學的研究方法 。對生物體染色體和基因表達的研究可以深入了解遺傳,遺傳變異和突變。 這在發育生物學的研究和理解和治療遺傳疾病中很有用。.

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分子演化

分子演化是指細胞分子(如DNA、RNA和蛋白質)的序列組成在不同世代間發生改變,或是指研究此現象的學門。此研究領域主要使用演化生物學和族群遺傳學的原理來解釋分子演化的規律,主要的研究主題有點突變的發生率和影響、中性漂變和自然選擇的相對重要性、新基因的起源、複雜性狀的可遺傳性、物種形成的遺傳基礎、發育過程的演化、以及演化力量對基因體及性狀的影響。.

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突变

突变(Mutation,即基因突变)在生物学上的含义,是指细胞中的遗传基因(通常指存在於細胞核中的去氧核糖核酸)发生的改变。它包括单个碱基改变所引起的点突变,或多个碱基的缺失、重复和插入。原因可以是细胞分裂时遗传基因的复制发生错误、或受化学物质、基因毒性、辐射或病毒的影响。 突变通常会导致细胞运作不正常或死亡,甚至可以在较高等生物中引发癌症。但同时,突变也被视为演化的“推动力”:不理想的突变会经天择过程被淘汰,而对物种有利的突变则会被累积下去。中性突變(neutral mutation)对物种沒有影响而逐渐累积,会导致间断平衡。.

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等位基因

等位基因(英语:allele),是染色体内的基因座的可以复制的DNA序列,其在细胞有丝分裂时的染色体上的两个基因座是对应排列的,故在早期细胞遗传学里称其为等位。 在一個生物體裡,某個基因的基因型是由該基因所擁有的一对等位基因所決定。例如在人和其他二倍體生物,也就是每條染色體都有兩套的生物,其等位基因的两个位点決定了該基因的基因型。等位基因两个位点来自父辈和母辈的遗传,其基因型决定了生物的表现型。 生物的表现型由一对等位基因的一个位点决定的,称显性基因;而由两个位点决定的,则称为隐性基因。例如等位基因一个位点的突变,可产生癌基因,而两个位点的突变或丢失,则可导致肿瘤抑制基因,或抑癌基因的突变。这些基因的改变是肿瘤发生的分子基础。.

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群体遗传学

群体遗传学()又稱--遺傳學或種--群遺傳學,是研究在演化动力的影响下,等位基因的分布和改变。演化动力包括自然选择、性選擇、遺傳漂變、突变以及基因流動五种。通俗而言,群体遗传学则是在种群水平上进行研究的遗传学分支。它也研究遗传重组,种群的分类,以及种群的空间结构。同样地,群体遗传学试图解释诸如适应和物种形成现象的理论。 群体遗传学是现代进化综论出现的一个重要成分。该学科的主要创始人是休厄尔·赖特、约翰·伯顿·桑德森·霍尔丹和羅納德·費雪,他们还曾经为的相关理论建立基础。 传统上是高度数学化的学科,现代的群体遗传学包括理论的,实验室的和实地的工作。计算方法常使用,自1980年代发挥了核心作用。.

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DNA复制

DNA复制是指DNA双链在细胞分裂分裂间期进行的以一个亲代DNA分子为模板合成子代DNA链的过程。复制的结果是一条双链变成两条一样的双链(如果复制过程正常的话),每条双链都与原来的双链一样(排除突变等不定因素)。 DNA复制是一种在所有的生物体内都会发生的生物学过程,是生物遗传的基础。对于双链DNA,即绝大部分生物体内的DNA来说,在正常情况下,这个过程开始于一个亲代DNA分子,最后产生出两个相同的子代DNA分子。亲代双链DNA分子的每一条单链都被作为模板,用以合成新的互补单链,这一过程被称为半保留复制。细胞的校正机制确保了DNA复制近乎完美的准确性。 在细胞当中,DNA复制起始于基因组的特殊位点,称为“起始位点”。起始于起始位点的DNA解链和新链的合成会形成复制叉。除了DNA聚合酶外,一些酶通过添加和模板相配的核苷酸来合成新DNA,一些和复制叉连接的其他蛋白对DNA的复制起始和延伸起辅助作用。 DNA复制也可以在体外(即人工地)进行,从细胞中分离的DNA聚合酶和人造的DNA复制引物可以用来启动以已知序列的DNA分子为模板的复制,聚合酶链式反应(PCR)是一种常见的实验室技术,这种采用了循环方式的人工合成,在一个DNA池中扩增出特定的DNA片段。.

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適應度

適應度(英語:Fitness),又可稱適存度或生殖成就,是生物學,特別是群體遺傳學、數理生物學中用來描述擁有某一特定基因型的個體,在繁殖上的成功率或能力。假如帶有不同基因型的個體擁有不同的適應度,那麼這些基因型的比例將會在世代交替之後有所變動。而造成這種比例變動的機制是自然選擇(天擇)。.

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遗传密码

遺傳密碼(英文:Genetic code)是一組規則,將DNA或mRNA序列以三個核苷酸為一組的密碼子轉譯為蛋白質的胺基酸序列,以用於蛋白質合成。幾乎所有的生物都使用同樣的遺傳密碼,稱為標準遺傳密碼;即使是非細胞結構的病毒,它們也是使用標準遺傳密碼。但是也有少數生物使用一些稍微不同的遺傳密碼。朊毒體以蛋白質為遺傳密碼。 密码子简并性是遗传密码的突出特征。 舒建军的遗传密码对称表 提供了可能的密码子-胺基酸关系的新视角, 并解释了密码子简并性遗传密码背后的隐含含义/逻辑。.

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遗传连锁

遗传连锁(Genetic linkage)是指减数分裂期在同一染色体上两个位置靠得很近的基因有着同时被遗传的倾向。若基因所在的基因座相互靠得很近,则在染色体互换过程中它们被分离进入不同染色单体中的可能性较小,并因此得名为遗传性“连锁”。.

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遗传漂变

遗传漂变,或基因漂变,是指种群中基因库在代际发生随机改变的一种现象。由于任何一个个体的生存与繁殖都受到随机因素影响,繁殖过程可看做一种抽样,子代携带的等位基因即是对亲代抽取的一种样本。这一过程中的抽样误差使子代中的等位基因频率与亲代并不相等,尤其是在小种群中。遗传漂变可能改变某一等位基因的频率,甚至致其完全消失,进而降低种群的遗传多样性。一般情况下,种群的生物个体的数量越少,遗传漂变的效应就越强。遗传漂变是生物进化的关键机制之一。 遗传漂变的概念由种群遗传学的奠基人之一休厄尔·赖特在20世纪30年代首次提出。日本科学家木村资生于50年代起,进一步将漂变理论发展完善,并以此为基础提出了中性进化理论。进化生物学界曾对遗传漂变在进化中的作用进行过多次激烈的讨论。20世纪后半叶以来,随着现代进化综论的确立,遗传漂变的重要性逐渐得到了普遍认同。.

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萊納斯·鮑林

萊納斯·卡爾·鮑林(Linus Carl Pauling,),美國化学家,量子化學和結構生物學的先驱者之一。1954年因在化學鍵方面的工作取得诺贝尔化学奖,1963年因反對核彈在地面測試的行動获得1962年度的诺贝尔和平奖,成為获得不同诺贝尔奖项的兩人之一(另一人為居里夫人);也是唯一的一位每次都是独立地获得诺贝尔奖的获奖人。其後他主要的行動為支持維他命C在醫學的功用。鮑林被认为是20世纪对化学科学影响最大的人之一,他所撰写的《化学键的本质》被认为是化学史上最重要的著作之一。他以量子力學入手分析化學問題,結論卻以直觀、淺白的概念重新闡述,即便未受量子力學訓練的化學家亦可利用準確的直觀圖像研究化學問題,影響至為深遠,比如他所提出的許多概念:电负度、共振論、价键理论、混成軌域、蛋白质二級結構等概念和理论,如今已成為化学領域最基础和最广泛使用的觀念。 他晚年过度吹捧营养补充品的药用价值,并提倡使用高剂量的维生素C治疗感冒,给自己的声誉带来了负面影响。.

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表型

表型(Phenotype),又称表現型,对于一個生物而言,表示它某一特定的物理外觀或成分。一個人是否有耳珠、植物的高度、人的血型、蛾的顏色等等,都是表型的例子。 表型主要受生物的基因型和環境影響,表型可分為連續變異或不連續變異的。前者較易受環境因素影響,基因型上則會受多個等位基因影響,如體重、智力和身高;後者僅受幾個等位基因影響,而且很少會被環境改變,如血型、眼睛顏色和捲舌的能力。對於不連續變異,若有兩個生物表現型相同,其基因型未必一樣,這是因為其中一方可能有隱性基因。 表型變異是進化論物競天擇理論成立的重要條件。早期的遺傳學家欠缺分子生物學技術,無從直接觀察DNA構造,生物和其後代的表型就是他們判別其基因型的工具。.

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自然选择

自然选择(natural selection,傳統上也譯為天擇)指生物的遺傳特徵在生存競爭中,由於具有某種優勢或某種劣勢,因而在生存能力上產生差異,並進而導致繁殖能力的差異,使得這些特徵被保存或是淘汰。自然選擇則是演化的主要機制,經過自然選擇而能夠稱成功生存,稱為「適應」。自然選擇是唯一可以解釋生物適應環境的機制。 這個理論最早是由达尔文在1859年出版的《物種起源》中提出,其於早年在加拉巴哥群島觀察了數種動物後發現,島上很少有與鄰近大陸相似的物種,並且還演化出許多獨有物種,如巨型的加拉巴哥象龜,達爾文於開始以為,島上的鷽鳥應與南美洲發現的為同種,經研究,十三種燕雀中只有一種是與其大陸近親類似的,其餘皆或多或少發生了演化現象,他們爲了適應島上的生存環境,改變了鳥喙的大小。.

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根井正利

根井正利(根井正利,),日裔美国生物学家,美国国家科学院院士,中性演化理论的坚定拥护者。现任宾州州立大学的生物学讲席教授和宾夕法尼亚州立大学遗传学研究所的所长。.

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比例

在数学中,比例是兩個非零數量y與x之間的比較關係,記為y:x \; (x, y \in \mathbb),在計算時則更常寫為\frac或y/x。若两个變量的关系符合其中一个量是另一个量乘以一个常数(y.

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氨基酸

胺基酸是生物學上重要的有機化合物,它是由胺基(-NH2)和羧基(-COOH)的官能團組成的,以及一個側鏈连到每一個胺基酸。胺基酸是構成蛋白質的基本單位。賦予蛋白質特定的分子結構形態,使他的分子具有生化活性。蛋白質是生物体內重要的活性分子,包括催化新陳代謝的酶(又称“酵素”)。 不同的胺基酸脱水缩合形成肽(蛋白質的原始片段),是蛋白質生成的前.

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演化

--(evolution),指的是生物的可遺傳性狀在世代間的改變,操作定義是種群內基因頻率的改變。基因在繁殖過程中,會經複製並傳遞到子代。而基因的突变可使性狀改變,進而造成個體之間的遺傳變異。新性狀又會因為物種迁徙或是物種之間的水-平-基因轉移,而隨著基因在族群中傳遞。當這些遺傳變異受到非隨機的自然选择或隨機的遺傳漂變影響,而在族群中變得較為普遍或稀有時,就是演化。演化會引起生物各個層次的多樣性,包括物種、生物個體和分子 。 地球上所有生命的共同起源,約35-38億年前出現,其被稱為最後共同祖先,但是2015年一項在西澳的古老岩石進行的研究中發現41億年前「的行跡」。 新物種(物種形成)、種內的變化()和物種的消失(絕種)在整個地球的不斷發生,這被形態學和生化性狀證實,其中包括共同的DNA序列,這些共同性狀在物種之間更相似,因為它源於最近的共同祖先,並且可以作為進化關係的依據建立生命之樹(系统发生学),其利用現有的物種和化石建立,化石記錄的事物包括由的石墨 、,以至多細胞生物的化石。生物多樣性的現有模式被物種形成和滅絕塑造。據估計,曾經生活在地球上的物種99%以上已經滅絕。地球目前的物種估計有1000萬至1400萬。其中約120萬已被記錄。 物種是指一群可以互相進行繁殖行為的個體。當一個物種分離成各個交配行為受到阻礙的不同族群時,再加上突變、遺傳漂變,與不同環境對於不同性狀的青睞,會使變異逐代累積,進而產生新的物種。生物之間的相似性顯示所有已知物種皆是從共同祖先或是祖先基因池逐漸分化產生。 以自然選擇為基礎的演化理論,最早是由查爾斯·達爾文與亞爾佛德·羅素·華萊士所提出,詳細闡述出現在達爾文出版於1859年的《物種起源》.

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木村資生

木村資生(木村資生,),日本生物学家。他因提出分子水平的中性演化理论和对理论群体遗传学的完善而闻名于科学界。他的《分子演化的中性理论》被认为自达尔文的《物种起源》之后的最伟大的演化理论巨著之一。将木村资生和古斯塔夫·马莱科视为现代演化综论三人(J·B·S·霍尔丹、休厄尔·赖特、罗纳德·费雪)之后最伟大的演化遗传学家。.

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有效種群大小

在群體遺傳學中,美國遺傳學家休厄尔·赖特在兩篇標誌性的論文(Wright 1931, 1938)中引入了有效群體大小(effective population size,又做有效種群大小)這一概念。他定義其爲“在一個理想群体中,在随机遗传漂变影响下,能够产生相同的等位基因分布或者等量的同系繁殖的个体数量。”("the number of breeding individuals in an idealized population that would show the same amount of dispersion of allele frequencies under random genetic drift or the same amount of inbreeding as the population under consideration".)有效群體大小是很多群體遺傳學模型中的基本參量,通常小於絕對的種群大小(N)。參見小種群大小。.

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中性进化理论分子进化的中性学说

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