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群体遗传学

指数 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。.

20 关系: 基因库基因流動布朗运动休厄尔·赖特分子演化现代演化综论种群突变等位基因约翰·伯顿·桑德森·霍尔丹羅納德·費雪物种形成適應遺傳重組遗传学遗传漂变马尔可夫链自然选择有效族群大小性選擇

基因库

#重定向 基因庫.

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基因流動

在群体遗传学中, 基因流动,或称为基因移徙(),是变异基因从一个种群到另一个种群的转移。 如果基因流动的速率足够高,那么两个种群可以看作是拥有一致的基因多样性,因此可以认为是一个种群。 目前已经有足够的证据表明,只需要“一代一个个体迁徙”,就能防止种群的遗传漂变。 基因流动是一个可以用来在不同种群中传递基因多样性重要的机制。 种群个体的迁出或迁入都可能会导致基因频率的变化,改变中群内的基因多样性。 迁移也可能会导致特定物种或种的群基因库中新增变异个体。 高速率的基因流动可以减少两个种群间的基因差异,增加基因一致性。 因此,一般认为基因流动通过结合不同种群的基因库来限制物种分化,以最终防止物种形成。 有许多因素会影响不同种群间基因流动的速率。 基因流动在具有低传播性或低流动性的种群间一般比较慢,这样的基因流动一般发生于分散的栖息地之间,不同的栖息地之间常常相距甚远,这样的种群的规模一般也不大。物种流动性在基因流动中发挥着重要的作用,更容易迁徙的种群更有可能与其他种群进行交流。尽管花粉和种子常常可以移动很长的距离,通常来说,仍然是动物比植物更容易流动。 随着散布距离的降低,基因流动会被阻碍,且更容易发生近亲繁殖(近亲繁殖的程度可以通过测量F得到)。例如,在许多小岛上,由于岛的环境比较孤立,且种群规模较小,岛上的种群就有着更低的基因流动速率。黑脚岩袋鼠就在澳大利亚的海岸线附近的几个岛上有近亲繁殖的种群。 种群十分孤立导致近亲繁殖发生的概率极大。.

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布朗运动

此文是关于布朗运动。对于随机的过程,请参阅 维纳过程。从热力学的角度定义的话,需要参阅热力学温度以及能量均分定理。对于数学模型,请参阅随机游走。 布朗运动(Brownian motion)是微小粒子或者颗粒在流体中做的无规则运动。布朗运动过程是一种正态分布的独立增量连续随机过程。它是随机分析中基本概念之一。其基本性质为:布朗运动W(t)是期望为0、方差为t(时间)的正态随机变量。对于任意的r小于等于s,W(t)-W(s)独立于的W(r),且是期望为0、方差为t-s的正态随机变量。可以证明布朗运动是马尔可夫过程、鞅过程和伊藤过程。 它是在西元1827年英國植物學家罗伯特·布朗利用一般的顯微鏡觀察懸浮於水中由花粉所迸裂出之微粒時,發現微粒會呈現不規則狀的運動,因而稱它布朗運動。布朗運動也能測量原子的大小,因為就是有水中的水分子對微粒的碰撞產生的,而不規則的碰撞越明顯,就是原子越大,因此根據布朗運動,定義原子的直徑為10-8厘米。.

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休厄尔·赖特

休厄尔·格林·赖特(Sewall Green Wright,),美国遗传学家,在遗传理论的发展中做出了重要的贡献,与罗纳德·费希尔和约翰·伯顿·桑德森·霍尔丹并列为群体遗传学的奠基者。 .

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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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现代演化综论

代演化綜論(Modern evolutionary synthesis),也稱為新綜合、現代綜合或是現代達爾文主義。 在1936年和1947年之間產生綜論,反映演變如何進行的共識。起源是達爾文解釋演化的天擇理論,與孟德爾遺傳定律的結合。同時也將基本的孟德爾遺傳學,改造為數學化的群體遺傳學。在很大程度上,綜論仍然是在演化生物學目前的模式。 現代綜合理論將兩個重要發現結合,也就是演化選擇單位(基因)與演化機制(天擇)。也統合了許多生物學的分支,例如遺傳學、細胞學、系統分類學、植物學與古生物學等等。 建立並發展現代綜合理論的科學家,包括了數學家罗纳德·费希尔、生物學家休厄尔·赖特與J·B·S·霍爾丹,以及摩根、费奥多西·多布然斯基、朱利安·赫胥黎、恩斯特·麥爾、乔治·盖洛德·辛普森、等人。.

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种群

种群(英语:Population,或族群)在生物学上,是在一定空间范围内同时生活着的同种生物的全部个体;或者说是有个体组成,能够而且确实进行交配的群体。种群的个体之间一般享有同一个基因库。 它是种群遗传学研究的对象。.

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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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约翰·伯顿·桑德森·霍尔丹

约翰·伯顿·桑德森·霍尔丹 FRS(John Burdon Sanderson Haldane,;通常被称做J.B.S.霍尔丹、霍爾丹,在他的著作中有时也使用J.B.S.;姓或譯作荷頓),, 出生于大不列颠, 是一名遗传学家和进化生物学家。霍尔丹是一名坚定的马克思主义者, 由于对大不列颠政府对于苏伊士运河危机的政策感到不满,离开牛津大学去往印度并成为一名印度公民。霍尔丹同羅納德·費雪和休厄爾·賴特一起被认为是种群遗传学的奠基人。 J.B.S.霍爾丹在1929年發表的一篇關於「生命起源」的文章中提出了「有機物可由無機物形成」的假說,而這個假說已於1924年由俄羅斯科學家亚历山大·伊万诺维奇·奥巴林提出。由於兩人是分別提出相同的假說,並不互相知情,因此後人稱此假說為「歐帕林—霍爾丹假說」。.

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羅納德·費雪

#重定向 羅納德·愛爾默·費雪.

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物种形成

物種形成,又稱為種化,是演化的一個過程,指生物的物種一分為二的過程。 达尔文在《物种起源》中认为自然选择是物种形成的主导因素, 但一直以来认为是物种形成是随机的。直到生殖隔离的概念提出后, 自然选择在物种形成中的作用才重新受到重视。.

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適應

適應指生物族群經過天擇演化後,在生理或行為等層面得到適合在特定環境生存的特徵。適應發生在族群的層次。 適應的對象包括:.

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遺傳重組

遺傳學上的重組是指DNA片段斷裂並且轉移位置的現象,也稱為遺傳重組或是基因重組。发生在减数分裂时非姐妹染色单体上的基因结合。 對原核生物(例如細菌)來說,個體之間可以透過交接,或是經由病毒(例如噬菌體)的傳送,來交換彼此的基因,並且利用基因重組將這些基因組合到本身原有的遺傳物質中。 對於較複雜的生物來說,重組通常是因為同源染色體配對時發生互換,使得同源染色體上的基因在遺傳到子代時,經常有不完全的連鎖。由於重組現象的存在,科學家可以利用重組率來定出基因之間的相對位置,描繪出基因圖譜。.

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遗传学

遗传学是研究生物体的遗传和变异的科学,是生物学的一个重要分支Hartl D, Jones E (2005)。史前时期,人们就已经利用生物体的遗传特性通过选择育种来提高谷物和牲畜的产量。而现代遗传学,其目的是寻求了解遗传的整个过程的机制,则是开始于19世纪中期孟德尔的研究工作。虽然孟德尔并不知道遗传的物理基础,但他观察到了生物体的遗传特性,某些遗传单位遵守简单的统计学规律,这些遗传单位现在被称为基因。 基因位于DNA上,而DNA是由四类不同的核苷酸组成的链状分子,DNA上的核苷酸序列就是生物体的遗传信息。天然DNA以双链形式存在,两条链上的核苷酸互补,而每一条链都能够作为模板来合成新的互补链。这就是生成可以被遗传的基因的复制方式。 基因上的核苷酸序列可以被细胞翻译以合成蛋白质,蛋白质上的氨基酸序列就对应着基因上的核苷酸序列。这种对应性被称为遗传密码。蛋白质的氨基酸序列决定了它如何折叠成为一个三维结构,而蛋白质结构则与它所发挥的功能密不可分。蛋白质执行细胞中几乎所有的生物学进程来维持细胞的生存。DNA上的一个基因的改变可以改变其编码的蛋白质的氨基酸,并可能改变此蛋白质的结构和功能,进而对细胞甚至整个生物体造成巨大的影响。 虽然遗传学在决定生物体外形和行为的过程中扮演着重要的角色,但此过程是遗传学和生物体所经历的环境共同作用的结果。 例如,虽然基因能够在一定程度上决定一个人的体重,人在孩童时期的所经历的营养和健康状况也对他的体重有重大影响。.

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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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马尔可夫链

尔可夫链(Markov chain),又稱離散時間馬可夫鏈(discrete-time Markov chain,縮寫為DTMC),因俄國數學家安德烈·马尔可夫(Андрей Андреевич Марков)得名,为狀態空間中经过从一个状态到另一个状态的转换的随机过程。该过程要求具备“无记忆”的性质:下一状态的概率分布只能由当前状态决定,在时间序列中它前面的事件均与之无关。这种特定类型的“无记忆性”称作馬可夫性質。马尔科夫链作为实际过程的统计模型具有许多应用。 在马尔可夫链的每一步,系统根据概率分布,可以从一个状态变到另一个状态,也可以保持当前状态。状态的改变叫做转移,与不同的状态改变相关的概率叫做转移概率。随机漫步就是马尔可夫链的例子。随机漫步中每一步的状态是在图形中的点,每一步可以移动到任何一个相邻的点,在这里移动到每一个点的概率都是相同的(无论之前漫步路径是如何的)。.

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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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有效族群大小

#重定向 有效種群大小.

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性選擇

性選擇或性擇是一個進化生物學的理論。此理論解釋同一性別的個體(通常是雄性)對交配機會的競爭如何促進性狀的演化。同一物種的兩個性別之間,通常有至少一個性別必須競爭取得有限的交配機會。由於個體間存在可遺傳的差異,造成有的個體在競爭中較為成功,此較成功的個體將此差異給後代,便造成性擇演化。通常雌性在生殖過程中投資較多,因此對交配對象較挑剔,所以性擇是作用在雄性的性狀上,但在性別角色相反的海馬等海龍科魚類上,則是作用在雌性(參見:貝特曼原理)。.

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