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第4节　协同进化与生物多样性的形成
【学习目标】
1.通过案例分析,归纳形成生物进化的观点和生物进化理论在发展的观念;认同协同进化是普遍存在的。(生命观念)
2.分析、探讨生物多样性的形成原因,解释生物的适应是自然选择的结果,提升对生物进化理论的认识,明确生物进化理论仍然在发展。(生命观念、科学思维)
【自主预习】
一、协同进化与生物多样性的形成
1.协同进化
(1)含义:　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。
(2)方式:　生物与生物　之间的协同进化、生物与无机环境之间的协同进化。
(3)原因:生物与生物之间的相互选择和生物与无机环境之间的相互影响。
(4)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。
2.生物多样性的形成
(1)内容:　遗传　多样性(基因多样性)、物种多样性和　生态系统　多样性。
(2)形成原因:长期的　自然选择　。
二、生物进化理论在发展
1.现代生物进化理论:适应是　自然选择　的结果;　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上是　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。
2.生物进化理论不会停滞不前,而是在不断发展。
(1)中性学说:大量的基因突变是　中性的　,　自然选择　对这些基因突变不起作用,这些　基因突变　经过长期积累,会导致种群间遗传物质出现较大的差别。因此有人主张,决定生物进化方向的是中性突变的逐渐积累,而不是自然选择。
(2)新种交替出现理论(间断平衡学说):物种形成并不都是渐变的过程,而是物种　长期稳定　与　迅速形成新种　交替出现的过程。
【合作探究】
任务1　归纳协同进化的概念
活动1　阅读课本P119~121,结合材料分析协同进化
　　资料1　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。研究发现,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之所以表现得更加强健,是因为它们附近有捕食者种群。
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。氧气的产生也促使臭氧及臭氧层的形成,臭氧层吸收了大量紫外线,这为陆生生物的出现创造了条件。
资料3　在一个人工池塘中,原本植食性鱼占优势,放入肉食性鱼后,浮游生物的多样性增加。在一个含有多种藻类的近海海洋生态系统中,人为去除海胆后,某种藻类会逐渐占据优势,导致该生态系统的物种多样性下降。
1.在羚羊种群中生存下来的是什么类型的个体 为什么
提示　肌肉发达、动作敏捷的个体。由于动作敏捷、跑得快等不容易被捕食而存活下来。
2.捕食者的存在是否对羚羊有害无益
提示　否。捕食者所吃掉的大多是被捕食者中年老、病弱或年幼的个体,客观上起到了促进羚羊种群发展的作用。
3.捕食者是不是就“高枕无忧”
提示　不是。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,繁育更多的后代,因此,羚羊对捕食者种群的进化也起到了促进作用。
4.协同进化是否只是生物之间不断进化和发展
提示　否。协同进化包括不同物种之间、生物与无机环境之间不断进化和发展。
5.协同进化对无机环境有什么影响
提示　无机环境的选择作用可定向改变种群的基因频率,导致生物朝着一定的方向不断进化;生物的进化反过来又会影响无机环境。
6.根据“收割理论”回答,捕食者的存在是通过什么方式增加物种多样性的
提示　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。捕食者的存在有利于增加物种多样性。
例1　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。下列不属于协同进化实例的是(　　)。
A.蜂王专职产卵,雄蜂和蜂王交尾,工蜂负责采集花粉,喂养幼虫等工作
B.蝶类偏好氨基酸含量高的花蜜,蝶类传粉植物的花蜜中氨基酸含量通常较高
C.某种蝾螈可产生神经毒素抵抗捕食者,以其为食的乌梢蛇对此毒素具有一定抗性
D.葱芥会产生有毒的化感物质,入侵美洲后,本土物种演化出耐受该有毒物质的能力
　　【答案】　A
【解析】　协同进化发生在不同物种之间,以及生物与无机环境之间,雄蜂、蜂王和工蜂属于同种生物,不属于协同进化,A符合题意;蝶类与蝶类传粉植物属于不同物种,因此它们之间属于协同进化,B不符合题意;蝾螈和以其为食的乌梢蛇属于不同物种,两者之间的捕食关系体现了协同进化,C不符合题意;葱芥和演化出耐受葱芥释放的有毒物质的美洲本土物种之间属于竞争关系,它们之间体现了协同进化,D不符合题意。
对点练1　协同进化就是“生态的舞台,共同的表演”,下列关于协同进化的说法,错误的是(　　)。
A.协同进化可发生在不同物种之间
B.协同进化可发生在生物与无机环境之间
C.猎豹与羚羊之间的“军备竞赛”实现了二者的协同进化
D.研究协同进化无法推测某物种的存在
　　【答案】　D
【解析】　协同进化可发生在不同物种之间,也可发生在生物与无机环境之间,A、B正确;猎豹与羚羊之间的“军备竞赛”淘汰了二者中的老、弱、病、残等个体,实现了二者的协同进化,C正确;研究协同进化可推测某物种的存在,如达尔文根据某种兰花长有细长花距而推测出为其传粉的某种昆虫应具有吸管似的口器,D错误。
任务2　探究生物多样性的形成
活动2　阅读课本P120~124,讨论生物多样性的形成,思考生物进化的历程
项目 进化历程 意义
细胞数目 单细胞→多细胞 为功能复杂化提供结构基础
细胞结构 原核细胞→真核细胞 结构和功能更加完善
代谢类型 厌氧型→好氧型 能量供应更加充足
生殖方式 无性生殖→有性生殖 实现了基因重组,增强了生物变异的多样性,生物进化的速度明显加快
生态系 统成分 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,为好氧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
生活环境 海洋→陆地 陆地上复杂的环境为生物的进化提供了广阔的舞台
1.生物多样性形成的原因是什么
提示　①根本原因:遗传(基因)的多样性。不同DNA分子中脱氧核苷酸的数目、排列顺序不同决定了DNA分子结构的多样性。
②直接原因:蛋白质的多样性。蛋白质是生命活动的主要承担者和体现者。组成蛋白质的氨基酸种类、数目、排列顺序和肽链的空间结构四个因素决定了蛋白质的多样性。
③从生物进化的角度看,生物多样性是多种多样的环境对生物的不定向变异进行定向选择的结果。
2.根据你的理解,分析三种生物多样性之间的关系。
提示　遗传(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遗传(基因)多样性。
3.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。
4.人类活动加快了物种灭绝的速度,根据协同进化理论,这对我们有什么启示
提示　人类也是生物进化的产物,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。
认知生成
1.生物多样性产生的原因:长期的自然选择。生物圈的形成是地球的理化环境与生物群落长期相互作用的结果,是地球上生物与生物、生物与无机环境之间协同进化的产物。经过漫长的协同进化过程,地球上出现了各种各样的物种,形成了物种的多样性;不同的物种,基因库也是不同的,这就形成了遗传的多样性;而地球上多样的生存环境还形成了多种多样的生态系统,也就是形成了生态系统的多样性。
2.生物多样性的内涵与三个层次之间的关系
例2　下列关于生物多样性的叙述,正确的是(　　)。
A.生物多样性的形成也就是新物种不断形成的过程
B.生物多样性包括遗传多样性、个体多样性和物种多样性
C.种间互助可以通过影响协同进化进而影响生物多样性
D.生物多样性是生物与生物长期相互作用、协同进化的结果
　　【答案】　C
【解析】　生物多样性的形成不仅仅是新物种不断形成的过程,也是遗传多样性和生态系统多样性不断形成的过程,A错误;生物多样性包括遗传(基因)多样性、物种多样性和生态系统多样性,B错误;生物多样性是生物与生物、生物与无机环境长期相互作用、协同进化的结果,D错误。
对点练2　(不定项)下列属于现代生物进化理论要点的是(　　)。
A.适应是自然选择的结果
B.种群是生物进化的基本单位
C.突变和基因重组提供进化的原材料
D.决定生物进化方向的是中性突变的逐渐积累
　　【答案】　ABC
【解析】　现代生物进化理论认为,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物种,决定生物进化方向的是自然选择,故A、B、C符合题意。
素能提升　骤变论(科学解释能力)
　　综合进化理论从群体遗传学的角度对渐变的机制作出了更深入的阐述。骤变论者不同意这样的观点,他们认为生物的新种是骤变产生的。
骤变论的系统提出者是德弗里斯。他在月见草的研究中得到了许多新的变异类型,其中有的植株粗,有的植株特别短,有的植株叶脉呈红色。他将这些变异称为突变,认为突变是不连续的变异,并能直接产生新种,不必像达尔文所说的需要由微小的变异逐渐积累。
现代的骤变论者主要是一些古生物学家,目前科学家了解生物进化的主要依据是化石,但迄今的化石记录仍有许多“缺失”环节。在进化史上,相当长的时间内处于进化较为沉寂的时期,新种的化石很少;有时大量的物种化石集中出现在较短的地质年代,如寒武纪大爆发。断续平衡论(也译为间断平衡说)对该现象给出的解释:进化过程是由一种在短时间内爆发式产生的进化与在长时间稳定状态下的一系列渐变进化之间交替进行的过程。
新物种可在地质史中忽略不计的短时间内突然产生,因此在生物进化史中一些代表“连续环节”的“过渡物种”的缺失也就可以理解了。断续平衡论认为化石的不连续性是历史的真实反映,这正说明生物的进化是不连续的,新物种是短时间内迅速出现的,然后是长时间的进化停滞,直到另一次快速的物种形成出现。
1.达尔文关于进化的观点是什么
提示　达尔文的进化理论认为生物是在长期的、连续的渐变中进化的,各种适应性特征的形成来源于微小的有利变异的逐渐积累。
2.按照达尔文的进化理论,化石记录下的生物进化应该是怎样的过程 与实际相符吗
提示　按照达尔文的进化理论,化石记录下的生物进化应该是一个连续渐变的过程,但实际上,化石记录仍有许多“缺失”环节。不相符。
3.达尔文的设想无法解释物种大爆发现象,那么用什么观点可以解释
提示　断续平衡论认为进化过程是由一种在短时间内爆发式产生的进化与在长时间稳定状态下的一系列渐变进化之间交替进行的过程,在短时间内产生突变就较好地解释了物种大爆发现象。
4.你认为渐变论和骤变论哪个说法正确
提示　目前,关于渐变论和骤变论的证据都不少,两种观点并不是对立的,两种观点可能都是正确的。
【随堂检测】
课堂小结 课堂小测
判断正误。 (1)协同进化仅仅只发生在生物和生物之间。 (×) (2)协同进化都是通过物种之间的生存斗争实现的。 (×) (3)捕食者的存在有利于增加物种多样性。 (√) (4)生物多样性的形成是新物种形成的过程。 (×) (5)不同生物之间的相互影响形成了生物多样性。 (×) (6)生物通过有性生殖,实现了基因重组,增强了生物变异的多样性。 (√)
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