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第 五 章 生物的进化
第三节 生物多样性为人类生存提供资源与适宜环境
生物多样性是地球生命的基础，也是人类生存和发展的基础。生物多样性不但为人类的衣食住行提供直接来源，而且对于维持生态平衡，维持生物圈的稳态发挥着关键的作用，为全人类带来了难以估量的利益。丧失生物多样性必然引起人类生存与发展的根本危机。什么是生物多样性呢？如何保护生物多样性呢？
生物多样性包括物种多样性、遗传多样性以及生态系统多样性
生物多样性 （biodiversity） 是地球上所有的动物、植物、微生物物种和它们所拥有的全部基因以及它们赖以生存的生态环境的总和。
生物多样性分为物种多样性、遗传多样性和生态系统多样性三个层次，不但包括了自然界中各种各样的生态系统，还包括了地球上数以百万计的动物、植物和微生物物种，以及生物物种体内所包含的全部遗传物质。
生物多样性包括物种多样性、遗传多样性以及生态系统多样性
物种多样性是生物多样性的核心。物种多样性是指地球上动物、植物、微生物等生物种类的丰富程度。
01
物种多样性丰富程度
02
物种总数
03
物种密度
特有种比例
生物多样性包括物种多样性、遗传多样性以及生态系统多样性
遗传多样性是生物多样性的重要组成部分。遗传多样性是指地球上生物所携带的全部遗传信息的总和。这些遗传信息存储在生物个体的基因之中。任何一个物种或一个生物个体都保存着大量的遗传基因，一个物种所包含的遗传基因越丰富，它对环境的适应能力就越强。
生态系统多样性主要是指地球上生态系统组成、功能的多样性以及生态环境的多样性、生物群落的多样性、生态系统类型的多样性等多个方面。
生物多样性包括物种多样性、遗传多样性以及生态系统多样性
遗传多样性决定了物种的多样性，物种的多样性形成了不同的生态系统，生态系统中的生物种类和数量越多，生态系统越稳定，生物圈越稳定。生物的生存依赖于环境，每种生物都生活在一定的生态系统中，当生态系统发生变化，丧失稳态时，必然会影响生物的生存，进而引发物种多样性和遗传多样性的丧失。
遗传多样性
物种多样性
生态系统多样性
根本原因
组成
变异的不定向性
蛋白质多样性
无机环境的多样性
组成
直接原因
决定
导致
直接 选择
基因多样性
生物多样性包括物种多样性、遗传多样性以及生态系统多样性
小资料 · 达尔文观察到的自然选择实例
达尔文在远离大陆的克格伦岛 （位于印度洋的南部） 上，发现这里的昆虫一般呈现出两种类型：许多昆虫不能飞，而少数能飞的昆虫翅膀异常发达。这种两极分化的现象是怎么产生的呢？原来，这个海岛上经常刮暴风，在这样的环境里，只有向这两个相反方向变化的昆虫个体才能生存下来。一个是向着翅膀强大的方向变化，因为翅膀强大的个体，不容易被暴风刮到海里去，因而能生存下来并繁殖后代；另一个是向着翅膀退化的方向变化，翅膀退化后不能飞行的个体，也不致被暴风刮到海里去，因而也能生存下来并繁殖后代。
小资料 · 协同进化、趋同进化与平行进化
生物物种间的相互作用、影响生物进化的现象是非常普遍的。由于食物、生存空间的限制，不同生物物种之间相互竞争是自然的。在生物进化的历史中，确实存在因不同物种间的竞争，出现生物物种在竞争中被淘汰的现象。
小资料 · 协同进化、趋同进化与平行进化
中寒武纪以后海洋中的肉食性的头足类动物和鱼类的兴盛，使得作为它们的捕食对象的节肢动物三叶虫大量消失并最终走向灭绝。生物在进化过程中，不同物种之间也会出现互助互利的现象。
小资料 · 协同进化、趋同进化与平行进化
例如，不同的开花植物招引不同的传粉者，如蜜蜂、蝴蝶、蛾子、鸟甚至蝙蝠为之传粉；不同的传粉者则以不同开花植物的蜜汁或花粉为食，等等。
小资料 · 协同进化、趋同进化与平行进化
物种之间形成的这种相互作用、相互依存的关系，对于某一物种来说，是除了物理环境条件之外最主要的外环境。物种之间的这种关系形成驱动进化的因素，使生态上密切相关的物种发生相互关联的进化，即协同进化。两个物种的协同进化能构成精巧的相互适应。如图所示，蜂鸟正飞向倒挂金钟去采食花蜜。蜂鸟对红色的光很敏感，有细长的喙，而嗅觉不发达。吸引蜂鸟的艳丽的红色倒挂金钟，花萼呈细长的筒状，香味很少。相反，由蜜蜂传粉的花常常是黄色和蓝色的，非常香，这和蜜蜂的视觉及感觉香气的能力是契合的。
花蜜
花蜜
果然发现这样的蛾类昆虫
花蜜
果然发现这样的蛾类昆虫
达尔文作出上述推测的理由是什么？
理由是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，这种兰花就难以完成传粉受精，这个物种也就不存在了。
如果后来未发现这样的蛾类昆虫，是否说明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。
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？
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。
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。
种间斗争
猎豹会捕食羚羊，猎豹对羚羊来说是不是有害无利呢？
小样！没有
我，你也跑不了
这么快！
没有我，你跑不了
这么快！
猎豹追捕羚羊
自然选择有利于羚羊种群中肌肉发达、动作敏捷的个体，也有利于猎豹种群中跑得快的个体。这两个物种的进化过程宛如一场漫长的“军备竞赛”。
实际上，捕食者所吃掉的大多是捕食者中年老、病弱或年幼的个体，客观上起到了促进种群发展的作用。
A
A
A
A
竞争力强
竞争力中
竞争力弱
B
B
B
B
C
C
C
C
捕食者一般不能将所有的猎物吃掉，否则自己也无法生存。
“精明的捕食者”策略：
A
A
A
A
竞争力强
竞争力中
竞争力弱
B
B
B
B
C
A
A
A
A
A
A
A
A
B
A
A
A
A
A
A
A
A
A
A
A
A
捕食者
多吃
A
A
A
A
竞争力强
竞争力中
竞争力弱
B
B
B
B
C
A
A
B
捕食者
多吃
C
C
C
C
C
B
A
A
A
A
竞争力强
竞争力中
竞争力弱
B
B
B
B
C
A
A
B
捕食者
多吃
C
C
C
C
C
B
收割理论：美国生态学家斯坦利提出：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少数几种生物再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多样性。
被捕食者
协同进化
不同物种之间除了捕食关系，还有什么关系？
竞争：
寄生：
互利共生：
农作物与杂草
新冠病毒和人类
不同物种之间在相互影响中不断进化和发展
由此可见，任何一个物种都不是单独进化的，
根瘤菌和豆科植物
不仅不同生物之间在进化上密切相关，生物进化与无机环境的变化也是相互影响的。
小资料 · 协同进化、趋同进化与平行进化
源自同一祖先的生物，如果它们生活在不同的环境中，彼此就会变得很不相同，从而向着不同的方向进化，这种现象称为趋异进化。由于趋异进化所形成的基本结构相似而功能不同的器官称同源器官。此外，在生物进化过程中还存在着趋同进化和平行进化现象。
小资料 · 协同进化、趋同进化与平行进化
源自不同祖先的生物，由于相似的生活方式，整体或者部分形态构造向着同一方向改变，这就属于趋同进化。例如，哺乳类中的海豚、爬行类中的鱼龙以及鱼类中的鲨鱼，因为适应在水中快速游泳，均具有流线型的身体；昆虫、翼龙、鸟、蝙蝠等因适应飞翔生活而具有翅。
小资料 · 协同进化、趋同进化与平行进化
当然，昆虫的翅和鸟类的翅在结构上是完全不同的。像这样不同类群的生物由于趋同进化而形成的同样功能的器官称为同功器官。
小资料 · 协同进化、趋同进化与平行进化
源自共同祖先的互有亲缘关系的两个或多个种系，由于同向的适应进化，
分别独立地进化出相似的特征，称为平行进化。例如，在 3500 万年前，几种猫科动物分别独立地进化出长剑样的牙齿和其他有利于捕猎的适应性状。双方的相似性包括同源因素 （来自共同祖先），也包含同功因素 （适应相似环境）。
人类生存和发展受益于生物多样性
生物多样性的价值是巨大的。人类从生物多样性中得到了所需的全部食品、许多药物和工业原料。例如，作为人类基本食物的农作物、家禽和家畜等均源自野生型物种。野生物种是培育新品种不可缺少的原材料，特别是随着近代遗传工程的兴起和发展，物种的保存有着更深远的意义。
人类生存和发展受益于生物多样性
物种是多种药物的来源，随着医学研究的深入，越来越多的物种被发现可作药用。另外，自然界的物种资源也为人类提供大量的工业原料，如皮毛、皮革、橡胶、纤维、油料、香料、胶脂等。
人类生存和发展受益于生物多样性
同样，千姿百态的生物也给人以美的享受，是艺术创造和科学发明的源泉。物种多样性对科学技术的发展是不可或缺的，如仿生学的发展离不开丰富而奇异的生物世界，甚至人类文化的多样性在很大程度上起源于生物及其环境的多样性。
人类生存和发展受益于生物多样性
生物多样性的生态价值也是巨大的，它在维系自然界能量流动、物质循环、改良土壤、涵养水源及调节小气候等诸多方面发挥着重要的作用。生物多样性也是维持生态系统平衡的必要条件，某些物种的消亡可能引起整个系统的失衡，甚至崩溃。而 且，丰富多彩的生物和它们所赖以生存的无机环境共同构成了人类赖以生存的生命支撑系统。
人类生存和发展受益于生物多样性
地球上的生物上千万种，而科学家能够确定的只有200万种左右。那些人类还认识不清的物种，同样具有潜在的价值。有些物种现在看来毫无用途，但也许将来某一天能帮助人类免于饥荒，祛除疾病。特别是由于环境的不断破坏，现在的经济作物也许适应不了不断恶化的环境，这意味着人类要寻找新的经济作物。因此，人类必须珍惜、保护自然界的一草一木。
人类活动会影响生物多样性，生物多样性也会影响人类生存
现今地球上生存着 500 万～1000 万种生物。一般来说，物种灭绝速度与物种生成的速度应是平衡的。人类不合理的活动破坏了这种平衡，使得物种灭绝的速度不断加快。
大约从5000年前的农业文明时代开始，人们对自然界的破坏开始加剧 。
人类活动会影响生物多样性，生物多样性也会影响人类生存
毁林开荒、过度放牧使得森林和草地等遭到了严重破坏，引起了水土流失、沙漠化，生物多样性的丧失速度大大高于自然丧失速度。
人类活动会影响生物多样性，生物多样性也会影响人类生存
特别是 18 世纪以来，人类由农业文明跨入工业文明，伴随着工业的发展和人口的激增，人类对自然界的索取急剧增加，出现臭氧层破坏、酸雨、森林锐减、海洋污染、垃圾成灾等环境问题，使全世界范围内的生物多样性遭到了严重破坏，并以惊人的速度减少，威胁着人类的生存和发展。
人类活动会影响生物多样性，生物多样性也会影响人类生存
据《世界自然资源保护大纲》估计，每年有数千种动、植物灭绝，到2000年，地球上10%～20%的动、植物 （即50万～100万种动、植物） 将消失，而且灭绝速度越来越快。物种灭绝将对整个地球的食物供给带来威胁，对人类社会发展带来的损失和影响是难以预料和挽回的。中国是生物多样性破坏较严重的国家，高等植物中濒危或接近濒危的物种达4000～5000种，约占中国拥有的物种总数的15%～20%，高于世界10%～15%的平均水平。
人类活动会影响生物多样性，生物多样性也会影响人类生存
人类的实践活动告诉我们：人类活动会影响到生物的多样性。当人类活动遵循自然规律时，其活动会促进生物多样性的增加；反之，当人类片面追求单一因子的效益，并且利用一切手段来强化这种效益时，其结果会损害生物多样性并导致某些物种的灭绝，最终威胁人类自身的生存和发展。
人类活动会影响生物多样性，生物多样性也会影响人类生存
人类只是生物圈中的成员之一，人类只有清楚地认识到自己与其他生物之间的相互关联、相互依存、相互制约的关系，保护环境和资源，保护生物的多样性，才能实现可持续发展。
人类活动会影响生物多样性，生物多样性也会影响人类生存
01
生物多样性保护
对那些面临灭绝的珍稀濒危物种和生态系统的绝对保护
02
对数量较大的可以开发的资源进行可持续的合理利用
人类活动会影响生物多样性，生物多样性也会影响人类生存
迁地保护，是在生物多样性分布的异地，通过建立动物园、植物园、树木园、野生动物园、种子库、基因库、水族馆等不同形式的保护设施，对那些比较珍贵的物种、具有观赏价值的物种或其基因实施由人工辅助的保护。
人类活动会影响生物多样性，生物多样性也会影响人类生存
迁地保护的目的是为即将灭绝的物种找到一个暂时生存的空间，待其得到恢复且具备自然生存能力的时候，还是要让被保护者重新回到生态系统中。
人类活动会影响生物多样性，生物多样性也会影响人类生存
就地保护，是把包含保护对象在内的一定面积的陆地或水体划分出来，进行保护和管理。就地保护是对生态系统多样性、物种多样性和遗传多样性的最充分、最有效的保护。
人类活动会影响生物多样性，生物多样性也会影响人类生存
例如，为了保护珍贵动物大熊猫及其生存环境，在四川、甘肃和陕西等省建立了14个自然保护区，同时进行研究和繁育工作，使其种群延续；为保护珍稀孑遗植物银杉，建立了广西花坪、四川金佛山自然保护区。我国公布的国家重点动、植物名录中，大多数物种都在自然保护区内得到保护。
人类活动会影响生物多样性，生物多样性也会影响人类生存
建立自然保护区的目的不是单纯的消极保护，而是在实现有效保护的前提下合理开发利用。保护是手段，研究和利用是目的，为了保证持续利用，必须强调保护。
一、选择题
1. 下列关于生物变异、进化和生物多样性的叙述，错误的是 （ ）
A. 新物种都是经过长期的地理隔离形成的
B. 饲养金鱼过程中的人工选择会发生定向改变
C. 野生物种灭绝后会使本物种的基因多样性降低
D. 地理隔离可阻止种群间基因交流，种群间基因库的差异可导致生殖隔离
思考与练习
A
2. 下列各项中，符合保护生物多样性原则的是 （ ）
A. 为保护草场，减少沙化，要杀死所有危害草原的黄鼠
B. 为美化城市环境，可以根据观赏需要从国外引进多种植物
C. 为控制水葫芦在我国造成的严重灾害，应将其天敌引入我国
D. 将东北虎迁入野生动物园繁育，并进行部分的野外回归实验
思考与练习
D
二、简答题
1. 利用图书馆或网络，自选一个专题收集相关资料并解释。
（1） 生物多样性为人类生存提供了哪些资源和适宜环境？
（2） 人类活动对生物多样性造成哪些影响？
思考与练习
（1）生物多样性的直接价值，如食用、药用、工业原料、科学研完、美学价值等；生物多样性的生态价值，如维系自然界能量流动、物质循环，改良土壤、涵养水源及调节气候等。
(2)从破坏与保护两个角度进行分析。
二、简答题
2. 以小组为单位在校园或社区进行“保护生物多样性”的宣传周活动。
思考与练习
宣传形式多种多样，如微视频展示、珍惜濒危野生动物明信片、生物多样性知识彩页、保护生物多样性剧本创作大赛等。
本 章 小 结
地球上生物种类纷繁复杂，比较解剖学、细胞结构、分子组成以及胚胎学方面的证据表明，丰富多彩的现存物种来自共同的祖先。在这一过程的探索中，渗透了实证的科学思维。
种群内普遍存在着变异，自然选择导致生物更好地适应特定的生存条件，利用数学方法探讨自然选择使种群基因频率发生变化的活动，可促进科学探究和科学思维。现代生物进化理论以达尔文的自然选择学说为核心，为地球上的生命史提供了科学的解释，渗透了“进化与适应观”的生命观念。
人类的生存和发展受益于生物的多样性，人类活动会影响生物多样性，生物多样性也会影响人类的生存，这些内容渗透着环境保护的意识以及参与环境保护宣传和实践的社会责任。
本章知识结构图
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