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第4节 协同进化与生物多样性的形成
第6章 生物的进化
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。
问题探讨
1.达尔文作出上述推测的理由是什么？
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？
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。
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。
在自然界，一种植物专门由一种昆虫传粉的情形并不少见。
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？
昆虫传粉的专门化可以提高传粉的效率，并且昆虫也可以得到较多的食物和保护等好处。
虫媒花的进化与传粉昆虫的进化属于协同进化。
一、协同进化
1.概念
____________之间、__________________之间在_____________中不断_________和__________。
2.类型和实例
不同物种
生物与无机环境
相互影响
进化
发展
1.不同物种之间的协同进化
2.生物与无机环境之间的协同进化
资料一：
动物学家对非洲大草原奥兰治河两岸的羚羊进行了长期研究。他发现，东岸羚羊种群的繁殖能力比西岸的强，奔跑速度也比西岸的快。为何两岸的羚羊差异如此之大？经过观察研究，动物学家推测东岸羚羊种群表现得更强健，是因为它们附近有捕食者种群。
没有我，你跑
不了这么快！
没有我，你也跑不了这么快！
一、协同进化
3.捕食者在生物协同进化中的作用
①捕食者对被捕食者的作用：
“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。
捕食者所吃掉的大多是被捕食者中 、
或 的个体，客观上起到了
的作用。
年老
病弱
年幼
促进种群发展
一、协同进化
3.捕食者在生物协同进化中的作用
②捕食者对生物多样性作用：
“收割理论”：
捕食者往往捕食____________的物种，这样就会避免出现_______________________在生态系统中___________的局面，为其它物种的形成__________；
捕食者的存在_______________________。
个体数量多
一种或少数几种生物
占绝对优势
腾出空间
有利于增加物种多样性
不同物种间的协同进化，除了捕食关系，还有可能是什么关系？
①竞争
②寄生
③种间互助（互利共生）
农作物与杂草、同食草的羊和牛
黏液瘤病毒和兔子、新冠病毒和人类
具有细长花距的兰花和专门为它传粉具有类似吸管口器的蛾、根瘤菌和豆科植物
思考：学生作弊手段日益先进，老师的侦察能力也
在上升，这是一种协同进化吗？
不是，同种生物之间不是协同进化。
没有氧气
厌氧
无氧呼吸
光合生物
氧气
好氧生物
一、协同进化
4.生物与无机环境之间的协同进化
资料二：
地球形成时原始大气中是__________的，因此，最早出现的生物都是_____（进行_________）的；
但随着最早的__________的出现，使得大气中有了_______，为____________的出现创造了前提条件。
一、协同进化
5.协同进化的意义
通过漫长的协同进化过程，地球上不仅出现了千姿百态的_______，丰富多彩的________，而且形成了___________的生态系统。
6.协同进化的结果
协同进化导致___________的形成。
物种
基因库
多种多样
生物多样性
二、生物多样性的形成
1.生物多样性的三个层次
①遗传（基因）多样性
②物种多样性
③生态系统多样性
遗传多样性主要指生物种内基因的的多样性；
但可表现在多个层次上，如分子、细胞、个体等，如蛋白质多样性即属于遗传多样性的表现之一。
——生物种类的多样性
说出下列例子分别属于生物多样性的哪种层次？
1.荷花的花色有粉色和白色，体现了________多样性；
2.人和猩猩虽然都是灵长类动物，但是有很多不同点，这体现了________多样性；
3.草原和湿地的环境条件不同，体现了__________多样性；
4.豌豆的圆粒和皱粒，体现了________多样性；
5.长江下游的河蟹和湖泊中的同种河蟹外形略有不同，这体现了________多样性。
遗传
物种
生态系统
遗传
遗传
46亿年前 地球形成
30多亿年前 生命的起源
5.4亿年前 前寒武纪
寒武纪
2.45亿年前
6600万年前
古生代
中生代
新生代
1.最早出现的生物是哪一类生物？它们生活在什么环境中？
2.陆生植物和陆生动物的出现谁先谁前者为后者提供了什么条件？
厌氧的单细胞生物。
生活在原始海洋中。
植物先登陆，否则动物登陆后就会饿死。
3.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？
4.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？
当时陆地上还是一片荒芜，生物都生活在海洋中。
中生代后期。
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。
图6—14 古细菌化石（放大3万倍）
（1）约35亿年以前-约15亿年以前
最早的生物化石是_____年前的_______化石；
在此之后大约_____年的漫长岁月中，地球上的生物主要是______中种数不多的______（包括_______，它们都是______生物。
这一时期的生态系统是只有
________和________的两极生态
系统。
35亿
古细菌
20亿
海洋
细菌
蓝细菌
原核
生产者
分解者
二、生物多样性的形成
2.生物进化历程中的关键时期及事件
（2）约15亿年前
________出现，_________作为一种新的繁殖方式出现；
生物通过有性生殖，实现了__________，增强了________的______，生物进化的速度明显_________，_________________的种类不断增多；
真核生物
有性生殖
基因重组
生物变异
多样性
加快
多细胞植物和动物
二、生物多样性的形成
2.生物进化历程中的关键时期及事件
（3）约5.4亿~5亿年前
在5.4亿~5亿年前的寒武纪，海洋中有大量的_________物种爆发式地迅速形成，这就是著名的______________；
寒武纪大爆发导致大量的动物构成了生态系统的第___极——________，使生态系统具有更加复杂的结构；
无脊椎动物
寒武纪大爆发
三
消费者
图6—15 寒武纪的海洋生物类群想象图
二、生物多样性的形成
2.生物进化历程中的关键时期及事件
（4）约4亿年前
由于________使海洋_____，陆地_____，一些海洋生物开始适应陆地生活，形成了_______________，主要是___________；
随后出现了适应陆地生活的_________——原始的______类；
生物的登陆改变了_________，陆地上________又为生物的进化提供了广阔的舞台，_________和________先后扮演了________中的主角，____类、_____类等成为地球上占优势的动物类群，复杂多样的____________逐渐形成；
造山运动
缩小
扩大
原始的陆生植物
蕨类植物
动物
两栖
陆地的环境
复杂的环境
裸子植物
被子植物
生产者
鸟
哺乳
陆地生态系统
（5）约6500万年前
在进化过程中，许多物种由于不适应环境的变化而绝灭了；
例如在_______“统治”地球达____亿年之久的各种______，由于目前尚未定论的原因，在____________全部绝灭；
恐龙的绝灭为_______的兴盛____________，使生物进化翻开了崭新的一页。
中生代
1
恐龙
白垩纪末
哺乳类
腾出了空间
（6）约300万年前
_________的一支离开森林，告别______生活，走上了向现代人类进化的漫漫长路；
森林古猿
树栖
（1）生物进化的总趋势
（2）生殖方式的进化
（3）生态系统结构的进化
①结构上：由简单到____（由___核生物到___核生物）
②功能上：由低等到_____
③生存环境上：由_____到______
复杂
原
真
高等
水生
陆生
由___________到_________
无性生殖
有性生殖
由___极生态系统（______和______）到____极生态系统（_______、________和_______）
两
生产者
分解者
三
生产者
分解者
消费者
二、生物多样性的形成
2.生物多样性的进化历程
三、生物进化理论在发展
1.现代生物进化理论
（1）核心：
（2）主要内容：
①适应是_________的结果；
②______是生物进化的基本单位；
③________________提供进化的原材料；
④自然选择导致__________________________，进而通过______形成新的物种；
⑤生物进化的过程实际上是_____________、__________________间_________的过程；
⑥生物多样性是__________的结果；
自然选择学说
自然选择
种群
突变和基因重组
种群基因频率的定向改变
隔离
生物与生物
生物与无机环境
协同进化
协同进化
三、生物进化理论在发展
2.关于进化的其他观点
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。
一、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）一个物种的形成或灭绝，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。
（ ）
√
×
×
×
一、概念检测
1.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
二、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 and evolutionary 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。
二、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。
二、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。
种群是生物繁殖的基本单位，也是生物进化的基本单位，一个种群就是一个独特的基因库；不同物种之间、生物与无机环境之间是在相互影响中协同进化的；生态系统是生物与环境相互作用形成的有机整体。
二、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。
二、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。
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。
复习与提高
一、选择题
1.对种群的基因频率没有影响的是（ ）
A.随机交配
B.基因突变
C.自然选择
D.染色体变异
2.生态系统多样性形成的原因可以概括为（ ）
A.基因突变
B.基因重组
C.协同进化
D.地理隔离
A
C
复习与提高
一、选择题
3.下列关于生物进化的表述，错误的是（ ）
A.隔离是物种形成的必要条件
B.突变和基因重组都具有随机性
C.自然选择决定生物进化的方向
D.只有有利变异才是进化的原材料
4.关于有性生殖在进化上的意义，下列说法错误的是（ ）
A.实现了基因重组 B.提高了繁殖速率
C.加快了进化的进程 D.丰富了变异的原材料
D
B
复习与提高
二、非选择题
1.在下面的空白框和括号处填写适当的词语。
自然选择
导致
导致
物种形成
复习与提高
二、非选择题
2.在进化地位上越高等的生物，适应能力越强吗？请说明你的观点和证据。
不一定。
进化过程中出现的新物种，有些是靠开辟环境中新的生存位置来生存和繁衍的，不一定就比原来的物种适应能力更强。
例如、海洋中的生物登陆后，形成了许多新物种、开辟了新的生存空间，但是不能说这些新物种比海洋藻类的适应能力强。
复习与提高
二、非选择题
3.与同种或类似的野生种类相比，家养动物的变异较多（如狗的变异比狼多）。对此你如何解释？
与同种或类似的野生种类相比，家养动物的变异往往更多，这与人类根据自身的需要采取的杂交育种等措施有关。
复习与提高
二、非选择题
4.科学家对某地一种蟹的体色深浅进行了研究，结果如下图所示。不同体色的个体数量为什么会形成这样的差别呢？请提出假说进行解释。
中间体色可能与环境色彩较接近，这样的个体不容易被捕食者发现，生存并繁殖后代的机会较多，相应的基因型频率较高。经过长期的自然选择，导致中间体色的个体较多。
复习与提高
二、非选择题
5.褐花杓兰和西藏杓兰主要分布于我国西南地区，且分布区域有一定交叉。典型的褐花杓兰，花是深紫色的；典型的西藏杓兰，花是紫红色的。此外，它们还存在花色从浅红到深紫等一系列过渡类型。研究人员通过实验发现，这两种植物能够杂交并产生可育后代。请回答下列问题。
复习与提高
（1）这两种兰花的花色存在一系列过渡类型，能否用二者在自然状态下可以杂交来解释？如果能，能否确定过渡类型就是二者杂交形成的？
由于这两种兰花的分布区域有一定交叉，且二者能够杂交并产生可育后代可以推测杂交后代由于基因重组，花色会出现与典型亲本有一定差异的情况，因此，这两种兰花的花色存在一系列过渡类型能用二者在自然状态下可以杂交来解释。
但是，这种解释只是一种合理的假说，除此之外，还可能有其他合理的解释，如这两种兰花的花色是数量性状，或者由于土壤条件等环境因素，使得它们本来就存在从浅到深的过渡类型。
复习与提高
二、非选择题
5.
（2）研究人员建议将它们合并为一种。这一建议有道理吗？
有道理。二者在自然状态下可以杂交并产生可育后代，说明二者之间还未形成严格的生殖隔离，因此看作一种也是可以的。
二、非选择题
6.20世纪40年代，DDT开始被用作杀虫剂，起初非常有效。若干年以后，人们发现它的杀虫效果越来越差。人们的解释是昆虫产生了抗药性。请你运用本章所学知识，对昆虫产生抗药性作出进一步的解释。
按照达尔文的自然选择学说，可以作如下解释：细菌在繁殖过程中会产生各种可遗传的变异，其中就有抗药性强的变异。在未使用抗生素时，抗药性强的变异不是有利变异，这样的个体在生存斗争中不占优势；使用抗生素以后，抗药性弱的个体大量死亡，抗药性强的个体有机会产生更多的后代，一段时间以后，抗生素的杀菌效果就会下降。
二、非选择题
6.20世纪40年代，DDT开始被用作杀虫剂，起初非常有效。若干年以后，人们发现它的杀虫效果越来越差。人们的解释是昆虫产生了抗药性。请你运用本章所学知识，对昆虫产生抗药性作出进一步的解释。
按照达尔文的自然选择学说，可以作如下解释：细菌在繁殖过程中会产生各种可遗传的变异，其中就有抗药性强的变异。在未使用抗生素时，抗药性强的变异不是有利变异，这样的个体在生存斗争中不占优势；使用抗生素以后，抗药性弱的个体大量死亡，抗药性强的个体有机会产生更多的后代，一段时间以后，抗生素的杀菌效果就会下降。

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