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第六章 生物的进化
第4节 协同进化与生物多样性的形成
加拉帕戈斯群岛的地雀是通过长期地理隔离形成新物种，产生生殖隔离的著名实例。
同一物种
地理隔离，阻隔基因交流
突变、基因重组
种群基因库出现明显差异
自然选择，基因频率发生改变
生殖隔离，新物种形成的标志
①突变和基因重组产生进化的原材料
②自然选择导致种群基因频率的定向改变
③隔离是物种形成的必要条件
新物种
地理隔离是形成物种的量变阶段，
生殖隔离是形成物种的质变阶段，
隔离是物种形成的标志，也是必要条件。
二、隔离及其在物种形成的中的作用
2、物种形成的三个环节
② 爆发式
短时间内即可形成，如自然界中多倍体的形成。
① 渐变式（绝大多数）
经过漫长的岁月和许多世代的逐渐演变形成新物种。
种群之间
小种群
基因频率
发生改变
新物种
地理隔离
自然选择
生殖隔离
渐变式物种的形成方式
二、隔离及其在物种形成的中的作用
爆发式物种的形成方式
物种A
杂种植物
异源多倍体
杂交
染色体加倍
物种B
3、物种形成的方式
达尔文曾发现一种兰花长着细长的花距，其底部储存着花蜜。达尔文推测，这种花的形成绝不是偶然的，肯定存在这样的昆虫，它们生有同样细长的吸管似的口器，可以从花距中吸到花蜜。大约50年以后，研究人员果然发现了这样的蛾类昆虫。
讨论1. 达尔文作出上述推测的理由是什么？
兰花的生殖离不开传粉昆虫。如果没有与这种兰花结构相适应的传粉昆虫（靠细长的口器获取花距底部的花蜜），这种兰花就难以完成传粉受精，这个物种也就不存在了。
长距彗星兰
长喙天蛾
【问题探讨】
讨论2. 如果后来未发现这样的蛾类昆虫，是否能说达尔文的推测是错误的？
如果后来未发现这样的蛾类昆虫，达尔文的推测就仅仅是一种猜想，不能被证实。当然，未发现这样的蛾类昆虫，不等于这样的昆虫一定不存在，因此并不能说明达尔文的推测一定是错误的。
一种植物专门由一种昆虫传粉有什么意义？
特定昆虫给特定的植物传粉,这样可以提高传粉的效率,并且昆虫也可得到较多的食物保障有时候也可以提供庇护场所。
【问题探讨】
一、协同进化
注意：①生物与生物之间的协同进化仅发生在不同物种之间，
同种生物之间不存在协同进化。
②无机环境的选择作用可定向改变种群的基因频率，导致生物朝着一定方向进化；生物的进化反过来又会影响无机环境。
（1）定义：
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，这就是协同进化。
一、协同进化
（2）类型：
不同物种之间、生物与无机环境之间
猎豹追捕羚羊
丛林狼捕食老弱兔子，客观上促进了物种的发展
一、协同进化
（2）类型：不同物种之间
种间斗争
猎豹捕食羚羊，客观上促进了双方的发展
动物学家对生活在非洲大草原奥兰治河两岸的羚羊进行研究时发现，东岸的羚羊群的奔跑速度比西岸的羚羊群每分钟竟快13米。为何差距如此之大？
草原上，狼群捕食羚羊，速度慢的羚羊逐渐被狼吃掉，而速度慢的狼，因为不能获得足够的食物，也逐渐被饿死，这样，在狼捕食羚羊的过程中，狼和羚羊的速度都得到了提升。 一般来说，只有动作敏捷、跑得快的捕食者个体才能获得食物，从而生存下来，繁殖后代。因此，羚羊对捕食者种群的进化也起到了促进作用。
种间斗争
【资料分析】
经过观察和科学实验，动物学家终于明白，东岸的羚羊之所以强健，是因为它们附近有一个狼群，生存时时处于危险之中。
捕食者所吃掉的大多是被捕食者中的年老、病弱或年幼的个体，客观上起到了促进种群发展的作用；
“精明的捕食者”策略：
捕食者的存在对被捕食者是有害无益的吗？
【问题探讨】
捕食者往往捕食个体数量多的物种，这样就会避免出现一种或几种生物在生态系统中占绝对优势的局面，为其他物种的形成腾出空间。捕食者的存在有利于增加物种的多样性。 捕食者一般不能将所有的猎物吃掉，否则自己也无法生存。
没有我，你跑不了这么快！
没有我，你也跑不了这么快！
①捕食者对被捕食者的作用：
②捕食者对生物多样性作用：
特定昆虫给特定的植物传粉，这样可以提高植物传粉的效率，并且昆虫也可得到较多的食物。虫媒花与传粉昆虫在相互影响中不断进化和发展 。大王花发出臭味是为了招来苍蝇等腐食动物为其授粉。在这（开花）4-5天中，蝴蝶、蜜蜂都不愿理睬它，大型的动物也会自然回避，而让一些逐臭的昆虫来为它传粉 。
种间互助
大王花和苍蝇
【资料分析】
不同物种之间除了捕食关系，还有什么种间关系？
具有细长花距的兰花和专门为它传粉具有类似吸管口器的蛾、根瘤菌和豆科植物之间属于什么关系？
竞争
寄生
种间互助（互利共生）
农作物与杂草、同食草的羊和牛，属于什么关系？
黏液瘤病毒和兔子、新冠病毒和人类属于什么关系？
一、协同进化
（2）类型：不同物种之间
地球上的原始大气中是没有氧气的，因此，最早出现的生物都是厌氧（进行无氧呼吸）的。最早的光合生物的出现，使得原始大气中有了氧气，这就为好氧生物的出现创造了前提条件。氧气的产生也促使臭氧及臭氧层的形成，臭氧层吸收了大量的紫外线，为陆生生物的出现创造了条件。
一、协同进化
（2）类型：生物与无机环境之间
原始大气
无氧
有氧
无氧呼吸的生物
出现好氧生物
光合作用的生物
最初
生物和无机环境间也存在协同进化。
一、协同进化
（2）类型：生物与无机环境之间
通过漫长的协同进化过程，地球上不仅出现了千姿百态的物种，丰富多彩的基因库，而且形成了多种多样的生态系统，也就是形成了生物的多样性。
一、协同进化
（3）结果：
形成了生物的多样性。
生物多样性
01
02
03
遗传多样性（基因多样性）
物种多样性
生态系统多样性
生物体内决定性状的遗传因子及其组合的多样性。
动物、植物和微生物等生物种类的丰富性。
生物圈内生物环境、生物群落和生态过程的多样性。
长期自然选择、协同进化的结果
一、协同进化
（3）结果：
形成了生物的多样性。
（1）生物多样性的内容：
(三个层次)
遗传多样性
物种多样性
生态系统多样性
根本 原因
组成
组成
蛋白质多样性
决定
变异的不定向性
导致
直接原因
无机环境的多样性
选择
（2）形成生物多样性的原因：
长期自然选择、协同进化的结果
基因多样性
一、协同进化
46亿年前 地球形成
30多亿年前 生命的起源
5.4亿年前 前寒武纪
寒武纪
2.45亿年前
6600万年前
古生代
中生代
新生代
（3）生物多样性的形成历程
二、生物多样性的形成
1. 最早出现的生物是哪一类生物？它们生活在什么环境中？
最早出现的生物是厌氧的单细胞生物，它们生活在原始海洋中。
就目前所掌握的证据来看，最早的生物化石是35亿年前的古细菌化石(图6-14)。在此之后大约20亿年的漫长岁月中，地球上的生物主要是海洋中种数不多的细菌（包括蓝细菌），它们都是原核生物。这一时期的生态系统是只有生产者和分解者的两极生态系统。
【问题探讨】
大约四亿年前，由于造山运动使海洋缩小，陆地扩大，一些海洋植物开始适应陆地生活，形成原始的陆地植物主要是蕨类植物。随后出现适应陆地生活的原始两栖类。生物的登陆改变了陆地的环境。裸子、被子植物先后扮演生产者中的主角，鸟类和哺乳类成为优势动物类群。复杂多样的陆地生态系统逐渐形成。
2.陆生植物和陆生动物的出现谁先谁后？前者为后者提供了什么条件？
先出现植物，后出现动物，否则动物登陆后就会饿死。
【问题探讨】
生产者、分解者两极生态系统 → 生产者、消费者、分解者三极生态系统
3.同今天的地球相比，寒武纪时地球上的生态系统有什么特点？
当时陆地上还是一片荒芜，生物都生活在海洋中。
真核生物出现后，新的繁殖方式有性生殖出现了，实现了基因重组，增加了生物变异的多样性，所以加快了生物进化速度，多细胞植物和动物种类不断增多。寒武纪大爆发：海洋无脊椎动物爆发式形成。大量的动物构成了生态系统的第三极——消费者，生态系统结构更加复杂稳定。
【问题探讨】
4.恐龙大约是什么时候绝灭的？物种绝灭对生物多样性会产生怎样的影响？
三叠纪生物复苏,开始出现海生爬行动物，脊椎动物得到进一步发展；侏罗纪是恐龙的天下，发现始祖鸟、中华龙鸟等，昆虫类也开始繁盛；白垩纪末期也是恐龙的灭绝时期，开始出现被子植物。
【问题探讨】
恐龙是在中生代后期(白垩纪末)绝灭的。物种绝灭对生物多样性的影响是复杂的。恐龙的绝灭有利于哺乳动物的繁盛，使生物进化翻开了崭新的一页。
化石证据
结构上：
古细菌化石
（单细胞生物，约35亿年前）
海绵
（原始多细胞生物，约6亿年前）
呼吸方式：
无氧呼吸
有氧呼吸
光和细菌出现
二、生物多样性的形成
（3）生物多样性的形成历程
生殖方式：
有丝分裂
融合
合子
减数分裂
有丝分裂
大肠杆菌的二分裂
（无性繁殖）
甲藻的生活史
（有性繁殖）
二、生物多样性的形成
（3）生物多样性的形成历程
生态系统结构：
两极生态系统
（生产者、分解者）
三极生态系统
（生产者、消费者、分解者）
二、生物多样性的形成
（3）生物多样性的形成历程
生活方式：
水生
陆生
二、生物多样性的形成
（3）生物多样性的形成历程
恐龙的灭绝
生命进化的历史长河中，生物与其生存环境相互作用，并通过遗传、变异和自然选择不断进化。这期间有的物种出现，而有的物种却被灭绝……
恐龙最早出现在约2.35亿年前的三叠纪时期。自从1989年南极洲发现恐龙化石后，全世界七大洲都已发现了恐龙的遗迹。目前世界上被描述恐龙很可能在1000种以上。恐龙不仅种类多，体形和习性也相差很大。其中较大的，重量可以达到有几十头大象加起来那么大，小的却跟一只鸡差不多。就食性来说，有温顺的草食者和凶暴的肉食者，还有杂食性恐龙。在中生代的地层中，曾发现许多呈现各式各样形状的恐龙化石。在之后的新生代地层中，却完全看不到恐龙化石，由此推知恐龙在中生代结束时（白垩纪末）。
【相关信息】
统治地球达1亿年之久的各种恐龙灭绝了。关于恐龙灭绝的原因目前尚无定论，行星撞击地球、火山大爆发、气候变迁等均有可能。
恐龙的灭绝
【相关信息】
恐龙灭绝为哺乳动类的兴盛腾出了食物和栖息空间，生物的进化也翻开了崭新的篇章。
【相关信息】
人既是进化的产物，也参与进化的过程。人类也是生物进化的产物。大约300万年前，森林古猿的一支离开森林，告别树栖生活，走上了向现代人类进化的漫漫长路。在自然界的生存斗争中，人类凭借非凡的大脑、灵巧的双手和群体的力量，已经拥有了其他生物无可比拟的生存优势，并且对其他物种的进化产生了重要影响，不少物种由于人类活动的影响走向绝灭。我们须臾不能忘记的是，包括人类在内的所有生物都是在相互依存、相互制约中生存和发展的，人类的生存和发展始终受益于生物多样性，保护生物多样性就是保护人类自己。
【相关信息】
地球生命进化史①
地球生命进化史②
（3）生物多样性的形成历程
无机物
有机小分子
有机大分子
生物膜
原核细胞
单细胞真核生物
细菌
蓝细菌
多细胞真核生物
寒武纪生物大爆发
分解者
生产者
有性生殖出现
消费者繁盛
（无脊椎动物）
植物登陆
蕨类植物
动物登陆
两栖类动物
爬行类动物
鸟类
哺乳类
恐龙灭绝
被子植物
裸子植物
人类
二、生物多样性的形成
有化石证据表明在距今约5.3亿年前一个被称为寒武纪的地质历史时期，地球上在2000多万年时间内出现了突然涌现出各种各样的动物，它们不约而同的迅速起源、立即出现。节肢、腕足、蠕形、海绵、脊索动物等等一系列与现代动物形态基本相同的动物在地球上来了个“集体亮相”，形成了多种门类动物同时存在的繁荣景象。
三、生物进化理论在发展
物种大爆发
认为分子水平上的大多数突变是中性或近中性的，自然选择对它们不起作用，这些突变全靠一代又一代的随机漂变而被保存或趋于消失，从而形成分子水平上的进化性变化或种内变异。
三、生物进化理论在发展
中性学说
中性突变理论：决定生物进化的方向是中性突变的逐渐积累，而不是自然选择。
间断平衡学说：物种形成并不都是渐变的结果，而是种群长期稳定与迅速形成新种交替出现的过程。
发展
1.适应是自然选择的结果。
6.生物多样性的形成是协同进化的结果。
5.生物进化的过程实际上是生物与生物、生物与无机环境协同进化的过程。
2.种群 是生物进化的基本单位。
3.突变和基因重组提供进化的原材料
4.自然选择导致种群基因频率的定向改变，进而通过隔离形成新的物种
现代生物进化理论的内容
【知识总结】
现代生物进化理论的内容
1.用一位学者的话说，协同进化就是“生态的舞台，进化的表演”(The ecological theater andevolutionary play)。根据本节所学内容，谈谈你对这句话的理解。
生态指的是生物与环境的相互关系，进化指的是生物界的历史演变；如果把进化看作由各种生物表演的一部历史剧，那么，上演这部历史剧的舞台就是生物与环境之间复杂的相互关系。生物进化的表演受舞台背景的制约，舞台背景也要与上演的内容相协调。
【问题探讨】
2.假如物种之间没有一定的关系(如亲缘关系和相互影响)，也不随时间而改变，那么我们的生物学观点会发生怎样的变化 生物学是更容易学习还是更难学习
假如那样，生物界纷繁复杂的现象就很难用统一的观点和理论来解释，作为生物学基本观点之一的进化观点将难以建立，生物学就不可能形成现在这样一个科学的框架体系，学习生物学将缺少基本观点和方法的指导和统领。
3.我国在修建青藏铁路时，不惜耗资修建了许多高架桥和涵洞。这对保护生物多样性有什么意义 这种做法适合在其他地区推广吗 请综合运用本章各节所学知识，从基因、物种和生态系统三个方面来论证。感兴趣的话，你还可以从经济和社会等角度提出自己的看法。
修建铁路和高速公路时，如果没有修建高架桥和涵洞，就会影响动物的迁移，缩小动物觅食、繁殖等活动的范围，影响植物种子的传播，人为阻断种群中个体间的基因交流，影响生态系统的整体性和生物的协同进化。我国在修建青藏铁路时，不惜耗资修建了许多高架桥和涵洞，体现了我国政府和相关企业对保护生物多样性的重视。这一做法在其他地区也是常见的。当然，修建高架桥和涵洞的具体数量和方式，还要考虑地形、地质、经济和社会等多方面的因素，做到因地制宜。
【问题探讨】
下课休息!

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