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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
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。
问题探讨
某种兰花和专门给它传粉的蛾
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。
2、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。
讨论
1、达尔文作出上述推测的理由是什么？
一、协同进化
资料1：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”。
生物与生物之间协同进化
一、协同进化
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，有利于增加物种的多样性。美国生态学家斯坦利称之为“收割理论”。
收割理论
由此可见，在自然界，捕食者和被捕食者都面临生存压力，在自然选择的作用下，它们也相互选择，协同进化。
生物不是孤立进化的。
大豆和根瘤菌的共生关系
一、协同进化
一、协同进化
思考4：不同种生物之间在进化上密切相关，生物的进化与无机环境的进化是否也有关系呢？
资料2：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。
生物与无机环境之间协同进化。
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。
协同进化概念：
一、协同进化
不同物种之间的协同进化
种间斗争
丛林狼捕食老弱兔子，客观上促进了物种的发展
种间互助
长舌蝠取食长筒花的花蜜，同时为长筒花传粉
一、协同进化
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。
原始地球
生物与无机环境之间的协同进化
厌氧
光合
好氧
一、协同进化
协同进化意义：
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。
湿地生态系统
森林生态系统
冻原生态系统
协同进化的结果：形成了生物多样性
2、生物多样性主要包括三个层次的内容：
协同进化
1、生物多样性形成原因：
二、生物多样性的形成
①遗传多样性（基因多样性）
生物体内决定性状的遗传因子及其组合的多样性。
②物种多样性
动物，植物和微生物等生物种类的丰富性。
③生态系统多样性
生物圈内生物环境、生物群落和生态过程的多样性。
二、生物多样性的形成
基因多样性是形成物种多样性和生态系统多样性的基础,
反过来物种多样性和生态系统多样性又影响基因多样性。
生物多样性各层次间的关系
基因多样性
物种多样性
生态系统多样性
变异的不定向性
蛋白质多样性
无机环境的多样性
根本 原因
组 成
导致
直接原因
组成
直接 选择
决定
1．生物多样性形成的根本原因和直接原因分别是什么？
提示：根本原因：基因(DNA分子结构)的多样性。直接原因：蛋白质的多样性。
二、生物多样性的形成
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。
古细菌化石（距今35亿年）
古细菌化石（距今34亿年）
前寒武纪（至5.4亿年前）
13亿年前真核生物的红藻化石
前寒武纪地层的水母化石
约15亿年前，真核生物出现了以后，有性生殖作为一种新的繁殖方式出现了。生物通过有性生殖实现了基因重组，这就增强了生物变异的多样性，进化的速度明显加快，多细胞植物和动物的种类不断增加。
二、生物多样性的形成
在5.4亿~5.0亿年前的寒武纪，海洋中有大量的无脊椎动物物种爆发式地迅速形成，这就是著名的寒武纪大爆发。大量的动物构成了生态系统的第三极——消费者，使生态系统由最早期的只有生产者和分解者的两极生态系统具有更加复杂的结构。
寒武纪的海洋生物类群想象图
生产者、分解者两极生态系统 → 生产者、消费者、分解者三级生态系统
早古生代生物 （寒武纪大爆发）
二、生物多样性的形成
二、生物多样性的形成
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。
4亿年前陆地景观想象图
二、生物多样性的形成
细菌（包括蓝细菌）
真核生物出现
裸子植物和被子植物
鸟类、哺乳类
生物多样性的形成过程
二、生物多样性的形成
生物进化历程中的三个关键点
(1)真核生物出现以后有性生殖方式的出现：生物进化速度明显加快。
(2)寒武纪大爆发：形成生态系统的第三极——消费者，对植物的进化产生重要影响。
(3)原始陆生植物和原始两栖类的出现：生物的登陆改变着陆地的环境，陆地上复杂的环境又为生物的进化提供了广阔的舞台。
（1）生物进化的总体趋势：
从结构上看：简单→复杂（原核生物→真核生物；但细胞生物→多细胞生物）
从功能上看：低等生物→高等生物
从生存环境上看：水生生物→陆生生物
（2）代谢的进化：厌氧型→好氧型 、异养型→自养型
（3）生殖方式的进化：无性生殖→有性生殖
（4）生态系统结构的进化：
两极生态系统（无消费者）→三极生态系统（生产者、消费者、分解者）
项目 进化历程 意义
细胞数目
细胞结构
代谢类型
生殖方式
生态系统成分
生活环境
生物进化的历程
二、生物多样性的形成
单细胞→多细胞
为功能复杂化提供结构基础
原核细胞→真核细胞
结构和功能更加完善
无氧呼吸→有氧呼吸
能量供应更加充足
无性生殖→有性生殖
实现基因重组，增强了变异的多样性，明显加快进化的速度
只有分解者→出现生产者→出现消费者
①光合自养生物的出现改变了原始大气成分，为需氧型生物的出现创造了条件②消费者的出现使生态系统结构更加复杂，对植物进化更加有利
海洋→陆地
陆地复杂的环境为生物进化提供了广阔的舞台
2．通过学习，你能从多个角度归纳生物进化的趋势吗？
提示：简单→复杂，低等→高等，水生→陆生，异养→自养，厌氧→需氧，原核生物→真核单细胞生物→多细胞生物，无性生殖→有性生殖。
三、生物进化理论在发展
以自然选择学说为核心的现代生物进化理论对自然界的生命史作出了科学的解释：
①适应是自然选择的结果；
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，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；
④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；
⑤生物多样性是协同进化的结果。
现代生物进化理论
生物进化论不会停滞不前，而是在不断发展。
核心：自然选择学说
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
三、生物进化理论在发展
课堂小结
习题讲解—教材课后习题（124页）
1．生物多样性是协同进化的结果。判断下列与进化和生物多样性有关的表述是否正确。
（1）一个物种的形成或绝灭，会影响到若干其他物种的进化。（ ）
（2）物种之间的协同进化都是通过物种之间的竞争实现的。（ ）
（3）地球上的生态系统从古至今都是由生产者、消费者和分解者组成的。（ ）
（4）生物多样性的形成是指新的物种不断形成的过程。（ ）
√
X
X
X
概念检测
练习与应用
p124
2．基于早期地球的特殊环境推测，地球上最早出现的生物是（ ）
A．单细胞生物，进行有氧呼吸
B．多细胞生物，进行有氧呼吸
C．单细胞生物，进行无氧呼吸
D．多细胞生物，进行无氧呼吸
C
概念检测
练习与应用
p124

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