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生物的进化
第6章
第1节 生物有共同祖先的证据
本节聚焦
支持共同由来学说的证据有哪些？
怎样通过化石证据研究生物的进化？
当今生物在器官、胚胎发育、细胞和分子水平上
是否具有共同特征 这是否支持共同由来学说？
第6章 生物的进化
1859年，达尔文提出了轰动世界的生物进化理论，但是，他自己也清楚地认识到，关于生物的进化，还有许多问题没有解决。在此后的几年里，他对研究兰花的进化产生了浓厚的兴趣。各种各样的兰花适于传授花粉的精巧结构让他赞叹不已。然而，兰花为什么具有这样丰富的多样性和奇妙的适应性呢？达尔文不得其解，这一问题遂成百年难解之谜。
2017年，我国科学家以深圳拟兰为重点研究对象，通过基因组的测序和功能分析，发现兰花有474个特有基因家族，兰花的多样性源于历史上这些基因家族的扩张或收缩；拟兰的花没有唇瓣和完整的蕊柱，是由于B-AP3等基因丢失造成的······从基因水平上解开了兰花进化之谜。
生物的多样性和适应性是怎样形成的？这与基因的变化有关吗？与环境又有怎样的关系？随着生物科学的发展，人们对这些问题的认识不断深入，并且不乏争论。在各种理论的交锋中，进化理论本身也在“进化”。
问题探讨
达尔文(C.R.Darwin,1809-1882) 在《物种起源》一书中明确提出，地球上的当今生物都是由共同祖先进化来的，人和猿有共同的祖先。这一论断给当时占统治地位的“神创论”带来了巨大冲击，有人在漫画中把达尔文画成半人半猴的形象，以此发泄对达尔文的不满。直到今天，仍有人对“共同由来学说”“人猿共祖说”持排斥态度。
讨论：
1.反对共同由来学说的人能拿出有说服力的证据吗
2.你能说出什么证据来支持达尔文的观点
不能。反对共同由来学说的人主要包括支持神创论、物种不变论的人，也有人认为，进化论只是一种假说， 不是科学事实。反对的人可能会拿出这些说法来进行反驳，但这些都不是有说服力的证据。
学生在初中已学习了化石、同源器官、基因、蛋白质等方面的证据，可能会说出这些证据，但学生的理解还不够深人。
问题探讨
共同由来学说
自然选择学说
揭示生物进化的机制，解释适应的形成和物种形成的原因
证据
基础
达尔文的生物进化理论
古生物证据
当今生物证据
包括
比较解剖学证据
胚胎学证据
细胞和分子水平证据
化石
包括
指出所有生物都是由原始的共同祖先进化来的
一 地层中陈列的证据——化石
化石:
通过自然作用保存在地层中的古代生物的遗体、遗物或生活痕迹等。
从动物的牙齿化石
推测它们的饮食情况
从动物的骨骼化石
推测其体型大小和运动方式
从植物化石
推测其形态、结构和分类地位
利用化石可以确定地球上曾经生活过的生物的种类及其形态、结构、行为等特征。
化石是研究生物进化最直接、最重要的证据
一 地层中陈列的证据——化石
地层年龄 （百万年前） 首次出现的
生物类群（化石）
245~144 鸟类、哺乳类
360~286 爬行类
408~360 昆虫、两栖类
505~438 鱼类
700 多细胞生物
2100 单细胞真核生物
地层就像一本书，化石就是其中的文字，记录着地球和生物进化的历史。
一 地层中陈列的证据——化石
思考·讨论：化石证据对共同由来学说的支持
1.图6-2所示资料支持达尔文的共同由来学说吗？
支持。不同地层形成年代不同，越早形成的地层中首次出现的生物越低等，生物特征越简单；越晚形成的地层中首次出现的生物越高等，生物的特征越复杂。
例如，21亿年前的地层中首次出现单细胞真核生物，7亿年前的地层中出现了多细胞生物，这说明多细胞生物出现的时间晚于单细胞真核生物，可判断多细胞生物是由单细胞真核生物进化来的。同理，根据图6-2可判断地球上所有的生物都是由原始的共同祖先进化来的。
一 地层中陈列的证据——化石
思考·讨论：化石证据对共同由来学说的支持
2.2009年，我国科学家在辽宁省建昌县发现了完整的赫氏近鸟龙化石，其身体骨架与恐龙非常接近，但其骨架周围有清晰的羽毛印痕，显示其后肢和尾部都有飞羽；后肢发达，显示其善跑不善飞。科学家认为这一化石为鸟类起源于恐龙的假说提供了有力的证据，这是为什么？
基于化石证据可判断赫氏近鸟龙既具有恐龙的特征，也具有鸟类的特征，属于恐龙和鸟类的过渡类型，这说明鸟类很可能是由恐龙进化来的。
一 地层中陈列的证据——化石
思考·讨论：化石证据对共同由来学说的支持
3.在东非大裂谷地带，科学家发现了许多早期古人类化石，其中有318万年前的少女露西的骨骼化石，其上肢骨的结构与黑猩猩的相似，适于攀缘，下肢骨与现代人类接近，适于直立行走。这一证据支持人猿共祖说吗？
露西既有智人的特征，也有黑猩猩的特征，说明人和黑猩猩可能有共同的祖先，都起源于一类森林古猿。
少女露西骨骼化石模型及复原图
一 地层中陈列的证据——化石
01
简单→复杂
低等→高等
水生→陆生
生物的进化顺序：
生物是由原始的共同祖先经过漫长的地质年代逐渐进化而来的。
二 当今生物体上进化的印迹——其他方面的证据
1.比较解剖学证据
思考·讨论：比较三种脊椎动物的前肢和人的上肢骨骼
蝙蝠的翼
人的上肢
鲸的鳍
猫的前肢
二 当今生物体上进化的印迹——其他方面的证据
1.比较解剖学证据
思考·讨论：比较三种脊椎动物的前肢和人的上肢骨骼
讨论
①这四种前(上)肢骨骼是否都有肱骨、桡骨、尺骨、腕骨、掌骨和指骨 其种类有一致性吗
都有肱骨、桡骨、尺骨、腕骨、掌骨和指骨，其种类有一致性。
②从上到下看这四种前(上)肢骨骼,，这些骨的排列顺序一致吗
排列顺序一致
③这四种前(上)肢骨骼的功能迥异，外形差别也很大，其内部结构模式为什么如此一致
这四种前(上)肢骨骼有相同的起源，说明它们可能是由共同的祖先进化来的。
在漫长的进化过程中，因为适应不同的环境，逐渐出现了形态和功能的不同。
二 当今生物体上进化的印迹——其他方面的证据
1.比较解剖学证据
思考·讨论：比较三种脊椎动物的前肢和人的上肢骨骼
④人与蝙蝠、鲸和猫的骨骼结构还有哪些共同点
哺乳动物与鱼在骨骼结构上有哪些共同点 这是否支持现有的脊椎动物有着共同的原始祖先
人与蝙蝠、鲸、猫的骨骼结构十分发达，脊柱、肋骨、胸骨等形成支架起到支撑身体、保护内部器官的作用;头骨骨块减少或愈合，使头骨坚硬，起到保护作用，等等。
哺乳动物和鱼都具有头骨、脊柱、肋骨及附肢骨骼等。此外，一些具体的骨也有共同点，如哺乳类中耳的3块听小骨：镫骨、砧骨、锤骨分别与鱼类的舌颌骨、方骨、关节骨有共同的起源。
支持现有的脊椎动物有着原始的共同祖先。
二 当今生物体上进化的印迹——其他方面的证据
2.胚胎学证据
胚胎学是指研究动植物胚胎的形成和发育过程的学科
人的胚胎在发育早期会出现鳃裂和尾，这与鱼的胚胎在发育早期出现鳃裂和尾非常相似。
01
04
所有的脊椎动物都经历一个彼此相似的胚胎阶段，在这个阶段它们有四个肢芽，一个尾巴，和沿着它们的背部被称为体的分裂。从左到右：人，老鼠，蝙蝠，鸡，鳄鱼
脊椎动物在胚胎发育早期都有彼此相似的阶段。
推断：脊椎动物之间具有一定的亲缘关系；人和其他脊椎动物有共同祖先。
人和其他脊椎动物在胚胎发育初期，不仅外形像鱼，在结构上都有鳃裂和尾。
这些生物都起源于一个共同的原始祖先，并且它们的共同原始祖先生活在水中。
胚胎发育晚期，除鱼之外，人和其他脊椎动物的鳃裂都消失了，人的尾也消失了。
当生物不再需要某种结构的功能时，这种结构就会退化。体现了生物对环境的一种适应，说明了生物是不断进化的。
二 当今生物体上进化的印迹——其他方面的证据
3.细胞和分子水平的证据
思考·讨论：从细胞和分子水平看当今生物的共同特征
请根据所学知识，结合以下资料，讨论有关问题。
①已知最古老的化石是大约35亿年前的古细菌化石。现在，在海洋、湖泊、土壤等环境中还能发现古细菌，这些古细菌都有细胞壁、细胞膜、细胞质、核糖体和DNA。
讨论2.举例说出当今生物的细胞在代谢上的共同点。
都有呼吸作用，代谢中的酶类非常相似，都有相同的能量“货币”—ATP，绿色植物能进行光合作用等。
讨论1.当今生物的细胞在结构上与古细菌有哪些共同点？这说明了什么？
都有细胞壁、细胞膜、细胞质、核糖体和DNA。地球上现存的古细菌与最古老的古细菌有相同的细胞结构模式，说明二者有共同祖先。
二 当今生物体上进化的印迹——其他方面的证据
3.细胞和分子水平的证据
②人与猩猩和长臂猿的某段同源DNA的差异分别为2.4%、5.3%。 人与黑猩猩基因组的差异只有3%。
讨论3.人和类人猿在DNA碱基序列或基因组方面高度接近说明了什么？
说明人和猩猩、长臂猿、黑猩猩等类人猿可能有共同的祖先。
③不同生物与人的细胞色素c氨基酸序列的差异如下表所示。
生物名称 黑猩猩 猕猴 狗 鸡 响尾蛇 金枪鱼 果蝇 天蚕蛾 链孢菌 酵母菌
氨基酸差异/个 0 1 11 13 14 21 27 31 43 44
人和其他生物的细胞中普遍含有细胞色素c，说明这些生物都有共同的祖先。细胞色素c的氨基酸序列差异的大小揭示了不同生物之间亲缘关系的远近，差异越小，表明亲缘关系越近。
讨论4.关于人与其他生物的亲缘关系，从细胞色素c的相关资料可以得出什么结论？这些数据是否支持生物有着共同的起源？
二 当今生物体上进化的印迹——其他方面的证据
3.细胞和分子水平的证据
①除病毒外，生物都由细胞及细胞产物构成。同时细胞还拥有相同的细胞器，不同细胞中细胞器的结构也非常相似。
②具有细胞结构的生物在细胞代谢上也相似。都需要酶的催化；都要细胞呼吸为生命活动提供能量；都具有细胞分裂、分化、衰老等共同的生命特征。
③在核酸的碱基序列和蛋白质的氨基酸序列中，保留着大量的进化信息。如进行有氧呼吸的真核生物中都存在一种功能相同的蛋白质——细胞色素c。
内质网
高尔基体
核糖体
线粒体
二 当今生物体上进化的印迹——其他方面的证据
3.细胞和分子水平的证据
④所有生物的核酸分子结构相似；遗传信息在复制、转录和翻译的过程中都遵循碱基互补配对原则；翻译过程基本使用中一密码子等。
⑤不同生物体存在同源异形基因。
从细胞和分子水平来看，当今生物有许多共同的特征：有能进行新陈代谢、生长和增殖的细胞；细胞有共同的物质基础和结构基础。
二 当今生物体上进化的印迹——其他方面的证据
从细胞和分子水平看，当今生物有许多共同的特征：
1.都有能进行 的细胞，细胞有共同的物质基础和结构
基础等→生物有共同祖先。
2.不同生物的 等生物大分子的共同点→当今生物有着共同
的原始祖先。
但不同生物之间也存在着一定的差异：
差异大小揭示了当今生物 ，以及它们在进化史上出现的顺序。
DNA和蛋白质
代谢、生长和增殖
亲缘关系的远近
综上所述，化石为研究生物进化提供了直接的证据，比较解剖学和胚胎学以及细胞和分子水平的研究，都给生物进化论提供了有力的支持，这些证据互为补充、相互印证，有力地支持了达尔文的共同由来学说。
二 当今生物体上进化的印迹——其他方面的证据
根据目前已学的知识，尝试归纳生物在细胞和分子水平上有哪些共同特点？
物质组成 化学元素种类大致相同，无机物和有机物（生物大分子蛋白质和核酸）
细胞结构 细胞膜（均由磷脂组成）、细胞质、核糖体
细胞代谢 都是物质与能量变化的过程，都有酶的催化、ATP是直接能源物质
细胞学说 体现生物界的统一性
DNA 所有的细胞生物都以DNA为遗传物质，核酸分子结构相似
蛋白质 使用21种氨基酸来组成蛋白质
密码子 翻译时共用一套遗传密码
中心法则 所有的生物都遵循，整个生物界遗传信息的复制与表达具有相同的模式
…… ……
练习与应用
一、概念检测
1.关于生物的进化，只能靠运用证据和逻辑来推测。判断以下有关生物进化证据和结论的说法是否合理。
(1)通过化石可以了解已经绝灭的生物的形态结构特点，推测其行为特点。( )
(2)人和鱼的胚胎发育经历了有鳃裂及有尾的阶段，这可以用人与鱼有共同祖先来解释。( )
(3)比较解剖学发现，不同种类的哺乳动物的前肢在形态上差别很大，这说明这些哺乳动物不是由共同祖先进化来的。( )
√
√
×
练习与应用
2.生物进化的证据是多方面的，其中能作为直接证据的是( )
A.化石证据
B.胚胎学证据
C.比较解剖学证据
D.分子生物学证据
3.生物都有共同的祖先，下列各项不能作为支持这一论点的证据的是（ ）
A.所有生物共用一套遗传密码
B.所有生物都由ATP直接供能
C.各种生物的细胞具有基本相同的结构
D.所有生物的生命活动都是靠能量驱动的
A
D
练习与应用
二、拓展应用
1.如果有人坚持认为生物是自古以来就如此的，你认为能够反驳他的最有效的证据是什么 为什么 当你提供了你认为最有效的证据后，他还可能如何辩解 你又如何进一步反驳
可以举出本节教材中的各种证据，如不同地质年代中相继出现的生物类群。已经灭绝的物种，物种大爆发事件，地壳剧烈运动、气候剧烈变化和小行星碰撞地球等事件对生物的影响，也可以引用达尔文论证生物进化时列举的大量证据，如在加拉帕戈斯群岛所发现的大量物种形成的事实。需要从所选择的证据出发，厘清与所反驳的观点之间的逻辑关系，进行有针对性的论述。
练习与应用
2.我国地域辽阔，古生物化石种类繁多，在生物进化的研究中起着非常重要的作用。下面是我国发现的一些著名的化石群：澄江生物化石群、热河生物化石群、山旺生物化石群、和政生物化石群、关岭生物化石群等。请任选一个化石群或当地已发现的化石群，查找相关资料，向全班同学介绍该化石群中主要的化石，以及该化石群的发现在研究生物进化中的重要意义。
以澄江生物化石群为例，说明该化石群的发现在研究生物进化中的意义，澄江生物化石群分布在中国云南省澄江县，保存了大量具软躯体或弱矿化外壳的化石，展示了5.3亿年前的海洋生态系统，是研究寒武纪大爆发事件最重要的化石宝库之一。
练习与应用
2.我国地域辽阔，古生物化石种类繁多，在生物进化的研究中起着非常重要的作用。下面是我国发现的一些著名的化石群：澄江生物化石群、热河生物化石群、山旺生物化石群、和政生物化石群、关岭生物化石群等。请任选一个化石群或当地已发现的化石群，查找相关资料，向全班同学介绍该化石群中主要的化石，以及该化石群的发现在研究生物进化中的重要意义。
(2)呈现出一个前所未有的仅在二三百万年的瞬间时空”里生物(特别是动物)大规模涌现的突发生物事件，是寒武纪生命大爆发的最好例证。
澄江生物化石群的科学意义在于：
(1)在前寒武纪到早寒武纪的生命演进过程中，填补了从埃迪卡拉生物化石群(发现于澳大利亚的前寒武纪晚期地层)到布尔吉斯页岩生物化石群(发现于加拿大的中寒武纪地层)之间长达数千万年的古生物资料空白；

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