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第 四 章 生物的进化
第一节 丰富多样的现存物种来自
共同祖先
地球上纷繁复杂的生物都是从哪里来的？生物为什么会进化？生物是怎样进化的？不断发展的生物进化理论又是如何“进化”的？让我们穿越亿万年的隧道，去探寻生命史的进化轨迹吧。
学习目标
1. 列举生物具有许多共同特征和证明当今生物具有共同祖先的证据。
2. 举例说明种群内普遍存在变异，具有优势性状的个体有生存和繁殖的优势。 3. 阐明自然选择与生物进化的关系，举例说明适应是自然选择的结果。
4. 说明在随机交配的种群中，种群的基因频率和基因型频率的稳定性。
5. 列举导致种群基因频率变化的因素。
6. 列举生物多样性的层次和保护措施。
本章学习应聚焦的关键能力
1. 认识数学方法是解释自然选择使种群基因频率发生变化的重要方法，尝试用数学方法讨论自然选择使种群的基因频率发生变化，学会用数学方法解释生物学问题。
2. 通过收集生物进化理论发展的资料，尝试探讨生物进化观点对人们思想观念的影响，学会关注生物学社会议题，参与讨论并做出理性解释。
当我们参观动物园、植物园和水族馆的时候，当我们在森林、草原和田间散步的时候，当我们泛舟在江河湖海的时候，我们无时无刻不感受着生命世界的奇异与浩瀚，花草树木、鸟兽鱼虫，“万类霜天竞自由”。
从赤道到两极，从深海到高山，从戈壁到森林，到处都有生命的生息繁衍。在这个生机勃勃的生命世界里，有植物、动物、真菌、原生生物、原核生物等几大类生物。已知现存的物种在200万种以上，它们在形态、结构、功能、行为、生活方式等方面都有各自的特点。
在惊叹于地球上生物种类的纷繁复杂、丰富多样之余，我们不禁要问：这么多种生物是毫无关联地自生自灭还是彼此之间有着千丝万缕的联系？如果存在联系，那又是什么贯穿了所有的生命历程？
现在的生物是进化而来的
在科学不发达的时代，人们更多关注的是生物的多样性，是物种之间的界限，很少看到它们之间的相似性。那时，源自 《圣经》 创世故事的“特创论”思想广为流传，禁锢着人们的头脑。按照“特创论”的说教，形形色色的生物物种是由上帝分别创造的；它们是天生完美的，一经创造出来不会再发生改变；不同物种之间没有亲缘关系。
现在的生物是进化而来的
随着科学的发展，人们逐渐认识到生物在多样性中还存在着高度的统一性。“特创论”那种孤立的、静止不变的、彼此没有亲缘关系的观点遭到越来越多的质疑。1809年，法国博物学家拉马克提出地球上的所有生物都不是神创造的，而是由更古老的生物进化来的，生物各种适应性特征的形成是由于“用进废退”和“获得性遗传”。1859 年，英国博物学家达尔文 出版了划时代的著作《物种起源》（Origin of Species），提出了物种
是可变的，所有生物是由共同的祖先进化而来的，为进化论奠定了基础，合理解释了生物的多样性及统一性。
现在的生物是进化而来的
人们可以把任何生物都归到某一个物种 （species） 中去。例如，我们把北京巴儿狗、德国猎犬、澳大利亚牧羊犬、西伯利亚雪橇犬等归入家犬这个物种。物种是生物分类的基本单位，同一物种的个体之间能互相交配并产生有生育能力的后代。不同物种的个体之间则不能互相交配，或者在交配后不能产生有生育能力的后代，它们彼此之间存在着生殖隔离 （reproductive isolation）。
现在的生物是进化而来的
达尔文的进化论认为：物种是可变的，所有生物是由共同的祖先进化而来的。地球上所有生物都由一种或几种原始生命形式转变而来。生命一旦产生，就会在完全自然的情况下，慢慢地发生改变，衍生出各种不同的生物，而且这些物种间的差异还将传给下一代。在这个过程中，如果一些个体产生了有利于自身生存的变异，它们就会比那些不具备有利变异的个体生存能力更强，从而繁殖更多后代。这样一来，有利的性状就不可避免地通过“自然选择”随着时间逐代累积起来。
现在的生物是进化而来的
达尔文曾经驯化了植物、鸽子和狗，经过短短几个世代人工选择性育种，它们在体型上都发生了巨大变异。
在自然状态下，随着时间的推移，由于自然选择等因素的作用，种群可以发生变化。达尔文将进化称为“带有变异的传代”（descent with modification）。进化使一个物种演变为另一个物种。同一物种的不同种群生活在不同的环境中，可以发生不同的变化来适应各自的环境，种群之间发生性状的分歧，一个物种可以发展出多个物种，一种类型可以发展出多种类型。
现在的生物是进化而来的
彼此不同而又相似的物种，由一个祖先物种发展而来，遗传的力量使它们保持某种结构和功能的统一模式。由于所有的动物由一个共同祖先而来，所有的植物由一个共同祖先而来，乃至整个生物界由一个共同祖先而来，生物界既存在着巨大的多样性，又在不同层次上存在着高度的统一性。
生物具有许多共同的特征，多重证据表明当今生物具有
共同祖先
生物界虽然在类型上具有巨大的多样性 （diversity），但在模式上具有高度的统一性 （unity）。每一个或大或小的生物类群，在个体、细胞或生物大分子等层次上，总会在一个或几个层次上存在着统一的模式，它们具有许多共同的特征。多重证据表明，当今生物具有共同的祖先。
生物具有许多共同的特征，多重证据表明当今生物具有
共同祖先
人类能直立行走，脑容量是大猩猩、黑猩猩、猩猩这些大猿的3倍，几乎不用手行走，牙齿、颌骨和咀嚼肌减缩，这些特征把人和大猿区别开来。然而，人体结构和功能与大猿是十分相似的。图 5-1 展示了人和大猩猩的骨骼。人身体上的每一块骨骼，大猩猩身体上都有，只是大小比例有所不同。将人的骨骼和黑猩猩、猩猩、长臂猿的骨骼相比也是如此。这说明人、黑猩猩、大猩猩、猩猩、长臂猿在结构和功能上有统一的模式。
生物具有许多共同的特征，多重证据表明当今生物具有
共同祖先
人的手臂、猫的前肢、鲸的前鳍和蝙蝠的翼手，它们的外形和功能各不相同，却有着相似的结构模式，它们都是由同样类型的骨骼组成，有相似的肌肉和血管。在胚胎阶段，它们都是从相同的组织发育而来。这说明所有脊椎动物之间存在着统一性。
生物具有许多共同的特征，多重证据表明当今生物具有
共同祖先
动物、植物、真菌等的营养方式、生物体结构和功能迥然不同。然而，它们都是由真核细胞组成，它们的细胞结构十分相似。面对一组动物的、植物的或真菌的细胞中内质网的电镜照片，即使是一位有经验的细胞学家也无法分辨出它们。统一的细胞模式将动物、植物、真菌和众多的原生生物联系在一起。这说明所有真核生物之间存在着统一性。
生物具有许多共同的特征，多重证据表明当今生物具有
共同祖先
在生物界，除了真核生物，还有原核生物。真核生物和原核生物的细胞结构虽然有了比较显著的差别，但它们是由相同类型的分子所组成，在分子层次上存在着高度统一性。无论在真核细胞还是在原核细胞中，DNA、RNA、蛋白质等生物大分子的结构单体是相同的，连接方式也是相同的，在细胞中的作用也是相似的。DNA是遗传信息的载体，蛋白质可充当酶的角色，而RNA是“二传手”，将DNA的遗传信息传递给蛋白质，包括人在内的所有生物只用一套基本的遗传密码，在生物遗传这个基本过程中，我们看到了整个生物界高度的统一性。
生物具有许多共同的特征，多重证据表明当今生物具有
共同祖先
化石也为生物来自共同的祖先提供了直接证据。有些化石把两个大的生物类群联系起来，如始祖鸟化石。
生物具有许多共同的特征，多重证据表明当今生物具有
共同祖先
始祖鸟的大小及形状与喜鹊相似，它有着阔和圆的翅膀及长的尾巴，它的羽毛与现代鸟类相似。但是始祖鸟还有一些特征不像现代鸟类，例如，它有细小的牙齿，可以用来捕猎昆虫及其他细小的无脊椎动物。它有骨质的尾巴，它的脚有三趾长爪，而这些特征与恐龙极为相似。所以，始祖鸟将鸟类和爬行类，特别是和恐龙联系起来，证明鸟类是由恐龙的一支进化而来的。
生物具有许多共同的特征，多重证据表明当今生物具有
共同祖先
胚胎学也为所有生物来自共同祖先提供了有力证据。所有脊椎动物的胚胎，在其发育的早期都有这样的一个阶段：有一个相当大的尾，有鳃裂，脑子很小 。
生物具有许多共同的特征，多重证据表明当今生物具有
共同祖先
在成年鱼中仍然保留了鳃，而在其他脊椎动物成体中，鳃消失了。动物的个体发育是按规定的途径一步一步完成的，延续了系统发育的过程，使它们具有一个相似的早期胚胎发育阶段，这是所有脊椎动物从共同祖先进化而来的一个有力的证据。
课外读 · 达尔文的生平及科学活动
达尔文是英国伟大的博物学家，他用毕生的精力从事揭示生物物种起源奥秘的研究工作，成为世界公认的生物进化论的创始人。1809年 2月 12日，达尔文出生在英国一个世代从医的家庭里。祖父是一位著名的医生，而且是早期进化思想的先驱者之一。父亲也是位名医。由于家庭环境的影响，达尔文从小就热爱大自然，对于博物学表现出浓厚的兴趣。
课外读 · 达尔文的生平及科学活动
青少年时代的达尔文，常去郊野捕捉昆虫，收集鸟卵，细心观察各类生物的形态和习性。他对自然界有着浓厚的、多方面的兴趣。他善于观察和研究自然界，对自然界的各种复杂现象喜欢“寻根究底”。他不喜欢学校里一潭死水般的教条式的学习，而希望通过接触实际、不断探索来扩大自己的知识领域。
1825 年，达尔文遵照父亲的意愿，进入爱丁堡大学医学系。但不久他就感到自己对医学毫无兴趣，而是更喜欢研究植物、动物和地质。他的这种表现使他父亲深感不安。1827 年，他父亲又把他送到剑桥大学去学神学。在剑桥大学，达尔文依然把主要精力用于研究自然界。在那里，他曾经跟随几位有名的教授进行有关的科学考察、生物标本收集和地质调查。他在观察和研究自然界的过程中得到了多方面的训练，掌握了一定的野外工作方法，丰富了自己的科学知识。
课外读 · 达尔文的生平及科学活动
1831年，达尔文经一位植物学教授推荐，以博物学家的身份，随英国海军巡洋舰“贝格尔”号，做了历时 5年的环球航行考察。这次航行由英国出发，穿过大西洋到达南美洲，先在南美洲东、西海岸做了长时间的勘测，然后横过太平洋经印度洋，绕过非洲好望角又回到南美洲，再由南美洲渡过大西洋返回英国。环球航行考察是达尔文一生事业的关键，为他后来创建生物进化论奠定了坚实的基础。
课外读 · 达尔文的生平及科学活动
达尔文在参加环球航行以前，持的是“特创论”和“物种不变论”的观点。但是在航行考察中，他逐渐感到大自然所呈现的事实与他原来的观点发生了抵触。在科学事实的冲击和引导下，他开始怀疑“特创论”和“物种不变论”，并且逐渐转变为一位进化论者。在考察中，有三方面的生物学事实对达尔文的影响最大：一是南美洲东海岸自北向南和西海岸自南向北的生物类型逐渐地更替；二是在南美洲发现的巨大动物化石与现在生存的犰狳十分相似，但又不完全相同；三是加拉帕戈斯群岛上有许多独有的物种，它们都是南美大陆型的。回国以后，他整理了自己在航行考察中收集到的资料。1837年3月，当时著名的鸟类学家约翰·古尔德在整理达尔文收集的鸟类标本时告诉达尔文，他在加拉帕戈斯群岛3个不同岛上收集的嘲鸫有着特殊的差异，是3个近似而不同的物种。
课外读 · 达尔文的生平及科学活动
由此，达尔文终于认识到地理的物种形成过程。达尔文深深感到，物种和变种的界限不是那样稳定不变和明确无误的。当年 7 月，达尔文打开了第一本关于“物种演变”的笔记，开始系统地收集进化的证据。经过长达20多年的努力，他在1859年完成并出版了震动学术界的巨著《物种起源》。1868年，他发表了《动物和植物在家养下的变异》。1871年，他又发表了《人类起源及性的选择》。此外，还发表了许多其他重要著作。
1882年4月19日，达尔文在离伦敦约32 km的唐恩村逝世。
达尔文在科学上做出了划时代的贡献，一是因为他参加过多方面的实践活动（其中包括环球航行考察）；二是因为他具有追求真理、勤奋自学、谦虚谨慎、治学严谨、勇于克服困难和坚韧不拔的精神。
一、选择题
1. 达尔文进化论的核心是 （ ）
A. 自然选择
B. 中性学说
C. 获得性遗传
D. 用进废退学说
思考与练习
A
2. 下列各项中，不能用来证明所有生物具有共同祖先的是 （ ）
A. 组成生物体蛋白质的氨基酸有20种
B. 不同物种DNA、RNA的4种核苷酸相同
C. 所有生物体的化学元素组成几乎都相同
D. 各种生物活动主要以ATP为能量载体
思考与练习
A
3. 陆生脊椎动物和人在胚胎发育过程中会出现鳃裂，这说明 （ ）
A. 鳃裂将来发育成肺
B. 胚胎的呼吸依靠鳃裂
C. 胚胎在水环境中发育而成
D. 陆生脊椎动物和人的原始祖先生活在水中
思考与练习
D
二、简答题
1. 二倍体西瓜与四倍体西瓜是同一物种吗？请说明理由。
思考与练习
不是。二倍体西瓜和四倍体西瓜杂交,产生的是三倍体西瓜，三倍体西瓜会发生染色体联会紊乱，不能产生正常的配子，是高度不育的。因此二倍体西瓜和四倍体西瓜之间存在生殖隔离，说明不是同一物种。
二、简答题
2. 列举鱼和蛙在外部形态和生理特征方面的相同点和不同点。
思考与练习
相同点：生活环境都离不开水，都可以在水中游泳，都必须在水中产生卵并繁殖后代；都具有脊椎骨，都属于脊椎动物；都具有皮肤；都进行有氧呼吸;都是变温动物；蛙的幼体与鱼相同，都是用鳃呼吸。
不同点：鱼是用鳍游泳，用鳃呼吸，终生生活在水中。
谢谢观看

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