进化机制

进化是种群可遗传特征跨代际的变化，由一小部分过程驱动：自然选择、遗传漂变、突变、基因流和重组。

Definition

进化机制是种群层面的过程，它们改变种群在代际间的遗传组成。它们共同解释了适应性变化（由选择驱动）和非适应性变化（由漂变、突变压力和迁移驱动）。

Scope

该领域涵盖了随时间推移改变种群中等位基因和基因型频率的核心力量。它将自然选择视为唯一系统地产生适应的过程，同时还有遗传漂变的随机过程、通过突变引入新变异、基因流和重组的混合效应，以及将它们联系在一起的适应度和适应概念。

Sub-topics

• 适应与适合度
• 遗传漂变与基因流
• 突变与变异
• 自然选择

Core questions

• 哪些过程改变了种群中的等位基因频率，其中哪些过程产生了适应？
• 确定性力量（选择）和随机性力量（漂变）在有限种群中如何相互作用？
• 进化所作用的可遗传变异的最终来源是什么？
• 适应度如何定义和测量，它如何将基因型与进化成功联系起来？

Key theories

自然选择

提高生存和繁殖的可遗传变异会增加频率，从而产生适应；它是唯一能持续构建生物体对环境适应性的机制。

遗传漂变和近中性理论

在有限种群中，等位基因频率会因随机抽样而改变；许多替换是选择中性或近中性的，有效种群大小决定了漂变或选择在变异命运中占据主导地位。

Mechanisms

等位基因频率在每一代都会被四种力量重塑。自然选择根据基因型之间的适应度差异确定性地改变频率。遗传漂变通过配子的随机抽样随机地改变频率，其方差与有效种群大小成反比。突变以较低的每个基因座速率引入新的等位基因，并提供最终的原材料。基因流通过迁移者的交换使种群同质化。重组将现有等位基因重新组合成新的组合。选择与漂变对给定等位基因的相对强度取决于选择系数和有效种群大小的乘积。

Clinical relevance

理解这些机制是许多应用领域的基础，从抗生素和农药抗性管理到保护遗传学，在这些领域中，小的有效种群大小使得漂变和近亲繁殖对濒危物种的生存至关重要。

History

达尔文和华莱士在1858-1859年提出了自然选择，但遗传机制仍然未知。20世纪30-40年代，由费舍尔、赖特和霍尔丹领导的现代综合理论，通过数学群体遗传学将孟德尔遗传学与选择调和。从20世纪60年代起，木村和太田认为，许多分子进化是由作用于中性或近中性突变的漂变控制的，从而将视野拓宽到仅仅选择之外。

Debates

分子进化中的选择与漂变

中性理论和近中性理论认为，大多数分子变异和替换是由漂变而非正向选择控制的；适应性分子进化的程度仍然是活跃争论和通过基因组数据检验的焦点。

Key figures

• Charles Darwin
• Ronald A. Fisher
• Sewall Wright
• J. B. S. Haldane
• Motoo Kimura
• Tomoko Ohta

Seminal works

• futuyma2017
• ridley2004
• ohta1973

Frequently asked questions

自然选择是唯一的进化机制吗？

不是。选择是唯一持续产生适应的过程，但遗传漂变、突变、基因流和重组也会改变种群，并能在不产生适应的情况下驱动进化。

进化的原材料是什么？

突变是所有新的可遗传变异的最终来源；重组和基因流重新排列和重新分配这些变异，但不会产生新的等位基因。