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第6章 生物的进化
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兰花与它的传粉蛾
第4节 协同进化与生物多样性的形成
主讲教师：zeg
聚焦
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什么是协同进化？
2
怎样理解生物多样性是进化的结果？
3
生物进化理论仍然在发展吗？
问题探讨
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：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。
某种兰花和专门给它传粉的蛾
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或保护。
在自然界，一种植物专门由一种昆虫传粉的情形并不少见。
想一想，昆虫传粉的专门化对植物繁衍后代有什么意义？
虫媒花的进化与传粉昆虫的进化有怎样的关系？
1
协同进化
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猎豹与羚羊
1. 协同进化
解决以下问题，展示学习成果：
在羚羊种群中生存下来的是什么类型的个体？
捕食者的存在对被捕食者是有害无益的吗？
1. 协同进化
捕食者所捕食的大多是被捕食者中老年、病弱或年幼的个体，客观上起到促进被捕食者种群发展的作用。
“精明的捕食者”策略：
捕食者一般不能将所有的猎物吃掉，否则自己也无法生存。
1. 协同进化
捕食者的存在有利于增加物种多样性。
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。
捕食者是不是就可以“高枕无忧”呢？
1. 协同进化
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。
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。
由此可见，任何一个物种都不是单独进化的。
1. 协同进化
以上实例介绍的协同进化都是在不同中生物之间的，同学们思考一下协同进化还有其他类型吗？
生物与无机环境之间在相互影响中也会不断进化和发展。
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
1. 协同进化
综上所述，你能给协同进化下个定义吗？它具有什么意义呢？
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。
注意：
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。
一种生物灭绝导致另一种生物数量激增，不属于协同进化。
1. 协同进化
协同进化的意义（结果）：
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。
什么是生物多样性，具有哪些类型呢？
2
生物多样性的形成
2. 生物多样性的形成
生物多样性
01
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物种多样性：
动物、植物和微生物等生物种类的丰富性。
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。
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。
生物多样性形成的原因：
长期自然选择、协同进化的结果
讨论以下问题，展示学习成果：（教材P122-123）
最早出现的生物是哪一类生物？它们生活在什么环境中？
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？
思考·讨论
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。
先出现植物，后出现动物，否则动物登陆后就会饿死。
分析生物多样性的形成
同今天你所看到的地球相比，寒武纪时地球上的生态系统有什么特点？
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？
思考·讨论
当时陆地上还是一片荒芜，生物都生活在海洋中。
恐龙是在中生代后期绝灭的。
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。
分析生物多样性的形成
2. 生物多样性的形成
生物多样性的形成经历了漫长的进化历程
最早的生物化石——35亿年前古细菌
时间：前寒武纪（至5.4亿年前）
古细菌化石（距今35亿年）
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的种类不多的蓝细菌和细菌，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。
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。
2. 生物多样性的形成
时间：早古生代生物（寒武纪大爆发，至5.0亿年前）
寒武纪的海洋生物类群想象图
生产者、消费者、分解者三极生态系统
海洋中大量的无脊椎动物如三叶虫、鹦鹉螺等爆发式地迅速形成。形成生态系统的第三极——消费者，生态系统结构更加复杂稳定。
生产者、分解者两极生态系统
2. 生物多样性的形成
时间：晚古生代生物 （至2.45亿年前）
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
生物进化顺序：水生、简单、低等 → 陆生、复杂、高等
2. 生物多样性的形成
时间：中生代生物（至6600万年前）
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。
中生代板块、气候、生物演化极大，末期已现现代类型生物群的雏形。
恐龙的绝灭为哺乳动物的兴盛腾出了空间，使生物进化翻开了崭新的一页。
与社会的联系
时间：新生代生物 （至今）
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。
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。
3
生物进化理论在发展
3. 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：
适应是自然选择的结果；（P107）
种群是生物进化的基本单位；
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；
生物进化的过程实际是生物与生物、生物与无机环境协同进化的过程；
生物多样性是协同进化的结果。
3. 生物进化理论在发展
生物进化是如此复杂的，现有的进化理论所不能解释的问题比已经解释的问题还要多。
中性突变理论：大量基因突变是中性的，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
生物进化论不会停滞不前，而是在不断发展！
4
练习与应用
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4.1 概念检测
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。（ ）




类型 实例
不同物种之间
种间互助
捕食
寄生
竞争
某种兰花具有细长的花距，而专门给它传粉的蛾具有吸管似的口器
猎豹和羚羊
黏液瘤病毒和兔子
作物与杂草
协同进化类型
知识拓展
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
1.1 概念检测
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4.2 拓展应用
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。
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4.2 拓展应用
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。
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4.2 拓展应用
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。
谢谢聆听!
同学们辛苦啦！

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