第四章 分子进化概述

什么是分子进化

分子进化是生物进化过程中生物大分子的演变现象，主要包括蛋白质分子的演变、核酸分子的演变和遗传密码的演变。分子进化从组织层次上说是生物组织的基础层次的进化，有两个显著特点：进化速率相对恒定和进化的保守性。

生物大分子进化速率相对恒定是建立分子系统树的理论前提。近年来一些重要的分子系统学研究进展主要有：

1. 分子系统学研究方法的改进：随着分子生物学技术的发展，越来越多的生物大分子被用于分子系统学研究。

2. 分子进化速率在不同物种中的比较：研究表明，不同物种的分子进化速率存在差异，这可能与物种的遗传变异、自然选择等因素有关。

3. 分子进化与生物进化的关系：通过比较不同物种的分子进化速率，可以推断出生物进化的历程和速率，进一步揭示生物进化的机制。

总之，分子进化是研究生物进化的重要手段之一，对于深入了解生物的演化历史和机制具有重要意义。

分⼦进化和分⼦系统学（转载）

分⼦进化和分⼦系统学

12．1 概念

分⼦进化⼀词有两层含义。从⽣命历史看，在前⽣命的化学进化阶段（细胞⽣命出现之前），进化主要表现在分⼦层

次上，即表现在⽣物分⼦的起源 和进化上。换⾔之，从时序上说，分⼦进化是⽣物进化的初始阶段。但从另⼀⾓度来

看，在细胞⽣命出现之后，进化发⽣在⽣物分⼦、细胞、组织、器官、⽣物个 体、种群等各个组织层次上，分⼦进化是

⽣物分⼦层次上的进化。换⾔之，从组织层次上说，分⼦进化是⽣物组织的基础层次的进化。我们通常所说的分⼦进化就

是 指后者。前者通常被称为前⽣命的化学（分⼦）进化。

⼀般⽽⾔，对⾃然现象的认识过程是从⼈类感官所及的层次开始，逐步向微观和宏观两个⽅向扩展。向微观领域的探

索往往出于寻找“深层原因”的动机。对进化原因和进化机制的探索，最终必然深⼊到分⼦层次。

向宏观领域探索则是相反的过程，即⽤已知的低组织层次的知识去认识和解释⾼组织层次现象。

如今，科学家们发现，不同层次的现象遵循不同的规律和不同的法则。低层次的规律并不完全适⽤于⾼层次，⽤⾼层

次的规律解释低层次现象也往往⾏不通。因此，本章讨论的分⼦进化规律和分⼦进化的理论基本上只适⽤于分⼦进化。

12．2 ⽣物⼤分⼦进化的特点

在⽣物⼤分⼦的层次上来观察进化改变时，我们看到的是⼀个很不同于表型进化的过程。根据分⼦进化研究的权威之⼀⽊

村（Kimura，1989）的总结，分⼦进化有两个显著特点，即进化速率相对恒定和进化的保守性。

1．⽣物⼤分⼦进化速率相对恒定

如果以核酸和蛋⽩质的⼀级结构的改变，即分⼦序列中的核苷酸或氨基酸的替换数作为进化改变量的测度，进化时间以年

为单位，那么⽣物⼤分⼦随时间的改变（即分⼦进化速率）就像“物理学的振荡现象”⼀样，⼏乎是恒定的。

通过⽐较不同物种同类（同源的）⼤分⼦的⼀级结构，可以计算出该类分⼦的进化速率。对于某类蛋⽩质分⼦或某个基因

（或核酸序列）来说，其分⼦进化速率可表⽰为氨基酸或核苷酸的每个位点每年的替换数，即

分子进化与系统发育

分子进化与系统发育是现代生物学的重要研究领域之一。它通过研究生物体内的分子结构和遗传信息，来揭示不同物种之间的亲缘关系和进化历程。本文将介绍分子进化与系统发育的基本原理、研究方法和应用。

一、分子进化的基本原理

分子进化是指物种内基因组或蛋白质组的遗传信息发生变化的过程。在分子水平上，进化主要表现为DNA序列的突变和基因组结构的变化。分子进化的基本原理主要包括以下几点：

1. 遗传变异：遗传变异是生物进化的基础，是物种产生多样性的原因。遗传变异可通过突变、基因重组和基因转移等途径实现。

2. 自然选择：自然选择是分子进化过程中的重要机制。根据环境变化和适应性需求，具有更有利基因型的个体会在繁殖中获得更高的生存优势，从而逐渐在种群中占据主导地位。

3. 基因漂变：基因漂变是指随机性的基因频率变异，特别在小种群中影响较大。基因漂变可以导致分子进化的随机性增加，进而导致遗传多样性的减少。

二、分子系统发育的基本原理

分子系统发育是通过比较不同物种的DNA序列或蛋白质结构，构建物种间的进化关系树。它基于分子进化的原理，通过计算相似性或差异性来推断物种的亲缘关系和进化历程。分子系统发育的基本原理主要包括以下几点：

1. 保守性进化：保守性进化是指在漫长的进化历程中，一些基因或蛋白质序列在物种间保持相对稳定的变化。这些保守性的变化为系统发育提供了可比较的基础。

2. 数据分析：分子系统发育的关键步骤是对获得的分子数据进行分析。常用的分析方法包括序列比对、构建进化树和计算进化速率等。

3. 进化树的构建：进化树是分子系统发育的主要结果之一。它通过对不同物种之间的分子差异性进行比较和计算，来揭示它们的亲缘关系和共同祖先。构建进化树的方法主要包括距离法、最大似然法和贝叶斯法等。

三、分子进化与系统发育的研究方法

分子进化与系统发育的研究方法主要包括分子时钟、基因家族分析和基因组学等。

1. 分子时钟：分子时钟是一种基于分子进化速率的方法，用来估计物种的分化时间和进化速度。通过分析物种间的分子差异和时间尺度，可以推断它们的进化历程。

第四章 分子对称性

一、概念及问答题

1、对称操作与点操作

能不改变物体内部任何两点间的距离而使物体复原的操作叫对称操作，对于分子等有限物体，在进行操作时，分子中至少有一点是不动的，叫做点操作

2、旋转轴和旋转操作

旋转操作是将分子绕通过其中心轴旋转一定的角度使分子复原的操作，旋转依据的对称元素为旋转轴，n次旋转轴用Cn表示。

3、对称中心和反演操作

当分子有对称中心i时，从分子中任一原子至对称中心连一直线，将此线延长，必可在和对称中心等距离的另一侧找到另一相同原子。和对称中心相应的操作。叫做反演操作。

4、镜面和反映操作

镜面是平分分子的平面，在分子中除位于镜面上的原子外，其他成对地排在镜面两侧，它们通过反映操作可以复原。反映操作是使分子的每一点都反映到该点到镜面垂线的延长线上，在镜面另一侧等距离处。

5、Cn群

属于这类点群的分子，它的对称元素只有一个n次旋转轴。

6、Cnh群

属于这类点群的分子，它的对称元素只有一个n次旋转轴和垂直于此轴的镜面h。

7、Cnv群

属于这类点群的分子，它的对称元素只有一个n次旋转轴和通过此轴的镜面v。

8、Dnh群

在Cn群中加入一垂直于Cn轴的C2轴，则在垂直于Cn轴的平面内必有n个C2轴得Dn群，在此基础上有一个垂直于Cn轴的镜面h，得Dnh群。

9、在C3V点群中增加h能得到另外的什么群？

得到D3h群。根据组合原理两个夹角为的对称面的交线必为一其转角为2的对称轴，C3V中有三个v面，v与h之间为90度，所以必有三个C2轴垂直于C3轴，构成了D3h群。

10、假定24CuCl原来属于Td群，四个氯原子的标记如图所示，当出现下列情况时，它所属点群如何变化？

a. 1ClCu键长缩短

b. 1ClCu和2ClCu缩短同样长度

c. 12ClCl间距离缩短

答：a. C3V b. C2V c. C2V