一、突变和基因重组产生进化的原材料

从达尔文的自然选择学说可以看出，生物在繁衍后代的过程中，会产生各种各样可遗传的变异，这些可遗传的变异是生物进化的原材料。现代遗传学的研究表明，可遗传的变异主要来自突变(广义的突变包括基因突变和染色体变异)和基因重组。

我们知道，自然界中生物的自发突变频率很低，而且一般对生物体是有害的，那么，它为什么还能够产生生物进化的原材料呢?这是因为虽然对于每一个基因来说，突变率是很低的，但是种群是由许多个体组成的，每个个体的每一个细胞中都有成千上万个基因，这样，每一代就会产生大量的突变。例如，果蝇约有10^4对基因，假定每个基因的突变率都是10^(-5)，对于一个中等数量的果蝇种群(约有10^8个个体)来说，每一代出现的基因突变数将是:2×10^4×10^(-5)×10^8=2×10^7(个)。

此外，突变的有害和有利并不是绝对的，这取决于生物的生存环境。例如，有翅的昆虫中有时会出现残翅和无翅的突变类型，这类昆虫在正常情况下很难生存下去。但是在经常刮大风的海岛上，昆虫的这种突变性状反而是有利的，这是因为这类昆虫不能飞行，就避免被风吹到海里淹死。

在突变过程中产生的等位基因，通过有性生殖过程中的基因重组，可以形成多种多样的基因型，从而使种群出现大量的可遗传变异。由于这些变异的产生是不定向的，因此，突变和基因重组只是产生了生物进化的原材料，不能决定生物进化的方向。

二、是生物进化的基本单位

种群就是指生活在同一地点的同种生物的一群个体。例如，一个池塘中的全部鲤鱼是一个种群，一片草地的所有蒲公英也是一个种群。种群中的个体并不是机械地集合在一起，而是彼此可以交配，并通过繁殖将各自的基因传递给后代。因此，种群也是生物繁殖的基本单位。

一个种群所含有的全部基因，叫做这个种群的基因库。每一个种群都有它自己的基因库，种群中的个体一代一代地死亡，但基因库却在代代相传的过程中保持和发展。

种群中每个个体所含有的基因，只是种群基因库的一个组成部分。不同的基因在种群基因库中所占的比例是不同的。某种基因在某个种群中出现的比例，叫做基因频率。怎样才能知道某种基因的基因频率呢?这往往要通过抽样调查的方法来获得。

例如，从某个种群中随机抽出100个个体，测知基因型为AA、Aa和aa的个体分别是30、60和10个。就一对等位基因来说，每个个体可以看作含有2个基因。那么，这100个个体共有200个基因，其中，A基因有2×30+60=120个， a基因有2×10+60=80个。

于是，在这个种群中，

A基因的基因频率为:120÷200=60%

a 基因的基因频率为:80÷200=40%

在自然界中，由于存在基因突变、基因重组和自然选择等因素，种群的基因频率总是在不断变化的。生物进化的过程实质上就是种群基因频率发生变化的过程。

三、自然选择决定生物进化的方向

英国的曼彻斯特地区有一种桦尺蠖，它们夜间活动，白天栖息在树干上。在自然条件下，桦尺蛾会出现多种变异，如有的触角短些、有的足长些、有的体色深些等。在19世纪中期以前，桦尺蠖几乎都是浅色型的。到了20世纪中期，生物学家们发现，黑色型的桦尺蠖却成了常见类型，这时其他方面的变异仍然存在。杂交实验表明，桦尺蠖的体色受一对等位基因S和s控制，黑色(S)对浅色(s)是显性。在19世纪中期以前，桦尺蠖种群中S基因的频率很低，在5%以下，到了20世纪则上升到95%以上。

这种变化究竟是怎样产生的?

在19世纪时，曼彻斯特地区的树干上长满了地衣，浅色的桦尺蠖栖息在上面不容易被鸟类发现，因此容易生存下来并繁殖后代，种群中s基因的频率也就很高。后来，环境条件发生了变化，随着英国工业的发展，工厂排出的煤烟使地衣不能生存，结果树皮裸露并被煤烟熏成黑褐色。在这种情况下，浅色型个体容易被鸟类捕食，而黑色型的个体由于具有了保护色而容易生存下来。这样，在通过有性生殖产生的后代中，浅色型个体数减少，s基因的频率也随着降低;而黑色型的个体数增多，S基因的频率随着增高。经过许多代以后，黑色型个体就成了常见类型，S基因的频率也达到了95%以上。

通过这个例子可以看出，种群中产生的变异是不定向的，经过长期的自然选择，其中的不利变异被不断淘汰，有利变异则逐渐积累，从而使种群的基因频率发生定向改变，导致生物朝着一定的方向缓慢地进化。因此，生物进化的方向是由自然选择决定的。

除了自然选择以外，还有一些因素也会影响基因频率的变化。例如，在一个种群中，某种基因的频率为2%，如果这个种群有50万个个体，含这种基因的个体就有1万个。如果这个种群只有50个个体，那么就只有1个个体具有这种基因。在这种情况下，可能会由于这个个体偶然死亡或没有交配，而使这种基因在种群中消失。这种现象叫做遗传漂变。一般种群越小，遗传漂变越显著。又如，在一个种群中，如果含有A基因的个体比含有a基因的个体更多地迁移到另一个地区，那么，这个种群中A基因和a基因的频率就会发生相应的变化。可见，遗传漂变和迁移也是造成种群基因频率发生变化的重要原因。

四、隔离导致新物种的形成

曼彻斯特地区的桦尺蠖，虽然种群基因频率发生了很大的变化，但是并没有形成新的物种。那么，什么是物种，新的物种是怎样形成的呢?

在自然界中，新物种的形成要有隔离的存在。隔离就是将一个种群分隔成许多个小种群，使彼此之间不能交配，这样，不同的种群就会向不同的方向发展，才有可能形成不同的物种。隔离的种类很多，常见的有地理隔离和生殖隔离。

自然界中物种形成的方式有多种，经过长期的地理隔离而达到生殖隔离是比较常见的一种方式。

例如，达尔文在加拉帕戈斯群岛发现的地雀就是这样形成的。这些地雀原先属于同一个物种，从南美洲大陆迁来后，逐渐分布到不同的群岛上。各个岛上的地雀被海洋隔开，这样，不同的地雀就可能会出现不同的突变和基因重组，而一个种群的突变和基因重组对另一个种群的基因频率没有影响，因此，不同种群的基因频率就会向不同的方向发展。另外，由于每个岛上的食物和栖息条件等互不相同，自然选择对不同种群基因频率的改变所起的作用就有差别;在一个种群中，某些基因被保留下来，在另一个种群中，被保留下来的可能是另一些基因。

久而久之，这些种群的基因库会变得很不相同，并逐步出现生殖上的隔离。生殖隔离一旦形成，原来属于同一个物种的地雀就成了不同的物种。不过，这种物种形成的过程进行得十分缓慢，往往需要成千上万代，甚至几百万代才能实现。

五、共同进化和生物多样性的形成

不同物种之间、生物与无机环境之间在相互影响中不断进化和发展，这就是共同进化。

例如，某种兰花与吸食花蜜的蛾类的结构相适应;猎豹与斑马、狼与羊等捕食者与被捕食者之间存在相互选择的关系。