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第二节 生物的多样性和适应性是进化的结果
第四章 生物的进化
课前引入
鸟类的骨薄而脆弱，再加上鸟类在遇到突发的地质灾害时，具有迅速逃脱的飞翔能力，因此，形成化石的概率相对较小。完整的古鸟类化石的稀缺导致有关鸟类起源的问题一直是学术界的争论热点。20世纪90年代以为，在我国辽宁等地出土了大量的中生代鸟类化石，它们对研究鸟类起源和进化有什么意义呢？
积极思维
鸟类是从古代爬行类进化来的吗？
事实：
1.到2000年前后，辽宁省朝阳地区共发掘超过1000件孔子鸟属的化石。中国已成为世界古鸟类研究的中心之一。
2.化石表明，孔子鸟体型大小与鸡相近，上下颌已经没有牙齿，有清晰的羽毛印迹。根据出土地点的地质形成史推断，孔子鸟生活在距今约1.25亿年到1.1亿年间。
积极思维
鸟类是从古代爬行类进化来的吗？
思考
1.概括 列举在我国发现的其他古鸟类化石。
2.分析 回忆初中生物学课程所学的内容，列举爬行类和鸟类分别有哪些主要特征。为什么说孔子鸟化石为爬行类进化成鸟类提供了新的证据？
通过对孔子鸟化石的研究，我们发现孔子鸟身体结构既有和爬行动物相似之处，又有和鸟类相同之处，孔子鸟是目前已知的最早拥有角质喙且无齿的鸟类，那么，通过对各种化石的研究，就能证明生物是进化的吗？除化石外，还有哪些生物进化的证据呢？
粪便化石
牙齿化石
植物化石
生物进化的古生物学证据——化石
化石是指经过自然界的作用，保存在地层中的古生物遗体、遗物和它们的生活遗迹。
生物进化的证据越来越多
根据保存的特点
化石
遗体化石
遗迹化石
遗物化石
古代动物的粪便、卵等
恐龙蛋化石
古代动物活动时留下的痕迹
恐龙足迹化石
化石的分类：
古生物的遗体所形成的化石
硅化木
生物进化的古生物学证据——化石
生物进化的证据越来越多
辽宁古果化石标本
诸城恐龙博物馆的化石
三叶虫化石标本
生物进化的证据越来越多
化石是研究生物进化最直接、最重要的证据。
生物进化的证据越来越多
对化石年龄的研究发现：生物进化的历程
34亿-18亿年前
古生代早期
古生代进程中
中生代
新生代
第四纪
地球上生物的主要类群是：细菌、蓝细菌等。
原始裸子植物和原始爬行类等陆生生物出现并进一步发展
进入真核藻类和无脊椎动物时代
又称裸子植物和爬行类的时代，原始的哺乳类和原始鸟类的出现是该时代在动物进化史上的重大事件。
鸟类、哺乳类和被子植物得到了更大的发展
诞生了现代人类
生物进化的证据越来越多
生物进化的证据越来越多
问题与讨论：
通过对大量生物化石的对比研究，可以了解地质年代各时期各种生物类群的进化关系。
我们能列举自己熟悉的化石，说明某种生物的进化过程吗？
以鸟类进化为例。
始祖鸟的化石结构显示始祖鸟头部像鸟，有爪和翅膀，稍能飞行，有牙齿，与爬行动物近似，尾巴很长（尾椎多达20个），由多根尾椎骨构成，除身上有鸟类的羽毛外，一般认为它是爬行动物过渡到鸟类的中间类型，仍属于恐龙。孔子鸟的形态与始祖鸟有许多相近的特征，例如，头骨没有完全愈合，肱骨比桡骨长，手上长有3个带爪的指等。孔子鸟个体与鸡的大小相近，上下领没有牙齿，有一个发育的角质喙；它的脊椎骨退化，胸骨发育，尾巴很短。从进化角度来看，孔子鸟的形态特征比始祖鸟显得进步，生活时代应该比始祖鸟晚。
生物进化的其他证据——比较解剖学
1.研究的对象是动物同源器官。
2.同源器官：_____相同，______________相似，而______________不同的器官。
3.同源器官的存在，表明具有同源器官的生物是由_____________________进化而来的，只是在进化过程中，由于生活环境的不同，同源器官逐渐出现了形态和结构的差异。例如，蝙蝠的翼手、鲸的鳍、猫的前肢、猿的上肢和人的上肢等。
起源
结构和部位
形态和功能
共同的原始祖先
研究比较不同物种之间的身体构造的科学。
肱骨
桡骨
尺骨
腕骨
掌骨
指骨
蝙蝠的翼手
鲸的鳍
猫的前肢
人的上肢
比较解剖学证据：
骨骼的种类一致；
排列顺序也一致。
内部结构模式具有一致性
说明这四种动物可能由共同祖先进化而来。
它们有哪些共同点？
不同类群动物的骨骼结构具有许多共同点，支持现有的脊椎动物有着原始的共同祖先。
生物进化的其他证据——比较解剖学
龟（爬行类）与鸡（鸟类）、鼠（哺乳类）和人早期胚胎很相似
比较解剖学证据：比较解剖学是研究比较脊椎动物的器官、系统的形态和结构的科学，可以为这些生物是否有共同祖先寻找证据。
比较解剖学为生物进化提供的最重要的证据是同源器官
同源器官：器官的外形，功能不同，但来源相同，在解剖结构上具有相同性或相似性的器官，比如鸟的翅膀、蝙蝠的翼手、鲸的胸鳍、狗的前肢以及人的上肢等
乌龟早期胚胎
鸡早期胚胎
鼠早期胚胎
人早期胚胎
生物进化的其他证据——比较胚胎学
资料一：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：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。说明：古细菌和当今生物的细胞可能有共同祖先。
生物进化的其他证据——细胞生物学
1.在真核生物中，每个物种细胞内的染色体__________和每条染色体的_________都是恒定的。通过比较不同物种的___________________，可以研究不同物种间的亲缘关系。
2.对细胞代谢等方面的研究发现，当今生物都具有共同特征。例如，细胞呼吸方式多为细胞有氧呼吸或细胞无氧呼吸。
数量
形态结构
染色体组型和核型
两者都有细胞壁、细胞膜、细胞质、核糖体和DNA。细胞结构相同，说明二者有共同祖先。
生物进化的其他证据——细胞生物学
边做边学：模拟用DNA分子杂交方法分析人猿间的亲缘关系
实践：
1.黑猩猩、人和大猩猩的DNA分子的某个片段，在加热后形成单链，它们的脱氧核苷酸序列（用碱基表示）分别为：
黑猩猩3丿 TCCCGGCAACCTTGGCTAAT5丿
人5丿AGGCATAAACCAACCGATTA3丿
大猩猩3 丿TCCCCCCAACCTTCCTCCCC5丿
2.每组讨论并选择材料模拟DNA单链。例如：
用四种颜色的间形针分别表示碱基T（黄）、C（红）、
A（蓝）、G（绿）。
3.先相互连接回形针，模拟三条DNA单链，再将它们放
在一起，模拟DNΛ分子杂交。
①一些科学家利用分子生物学技术对不同生物的____________进行组成分析，或利用___________方法，来判断生物之间的___________和__________。
②分子生物学证据也说明，当今生物具有共同特征。例如，几乎所有生物都共用一套_________，遗传信息的传递都遵循_________。
生物大分子
分子杂交
亲缘关系
进化顺序
遗传密码
中心法则
说明人、猩猩、长臂猿等类猿人可能有共同祖先。
讨论：根据模拟DNA分子杂交的结果，分析黑猩猩与人的亲缘关系比大猩猩更近的原因。
生物进化的其他证据——分子生物学
___________是生物进化的结果，而生物的多样性和适应性与生物进化的方式有关。
分歧进化：
由一个原始物种经过漫长的地质年代，因适应不同的环境而向_____的方向进化，逐渐形成新物种的方式，称为分歧进化，如早期爬行类的进化发展。分歧进化也可以称为趋异进化。
生物多样性
不同
生物进化的方式——分歧进化
概念：
由于相似或相同的生活环境，一些不同种类的生物在___________下出现形态结构向着____________进化的方式，称为趋同进化。例如，鸟和蝙蝠因适应飞翔生活而趋同进化，形成具有相同功能的翼和翼手。
趋同进化现象说明，不同种类的生物发生_____相似或相同环境的进化，是__________的结果。
自然选择
同一方向
适应
自然选择
生物进化的方式——趋同进化
概念：不同_____之间、___________________之间，在____________中不断进化和发展，这被称为协同进化或共同进化。
任何一个物种都不是______进化的。协同进化的现象在自然界_____存在。彼此关系密切的生物，如：绿色开花植物和传粉动物、寄生虫和寄主，捕食者和被捕食者，双方相互选择，协同进化，能更好地适应生存环境。
物种
生物与无机环境
相互影响
单独
普遍
生物进化的方式——协同进化
积极思维
协同进化是如何影响生物多样性的？
动物与动物之间可能存在捕食与被捕食的关系。捕食者一般不会把所有的猎物都吃掉，这在生物进化中称为“精明的捕食者”策略。捕食者吃掉的大多是被捕食者中的老弱病残个体，而健壮个体得以逃脱并生存下来。同样，捕食者中能够捕猎到猎物的也是那些健壮个体。因此，当被捕食者发生变异，提高了防御能力时，捕食者也会相应地增强捕食能力，与被捕食者协同进化，否则就会因为不能适应新变化而被自然选择所淘汰。
A
A
A
A
竞争力强
竞争力中
竞争力弱
B
B
B
B
C
C
C
C
生物进化的方式——协同进化
A
A
A
A
竞争力强
竞争力中
竞争力弱
B
B
B
B
C
A
A
B
捕食者
多吃
C
C
C
C
C
B
生物进化的方式——协同进化
A
A
A
A
竞争力强
竞争力中
竞争力弱
B
B
B
B
C
A
A
B
捕食者
多吃
C
C
C
C
C
B
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。
捕食者的存在有利于增加物种多样性。
被捕食者
协同进化
生物进化的方式——协同进化
生物进化的方式——协同进化
协同进化的现象在自然界普遍存在。彼此关系密切的生物，如绿色开花植物和传粉动物、寄生虫和寄主，捕食者和被捕食者，双方互相选择，协同进化，更好的适应生存环境。协同进化促进了多种类型的生物的出现，丰富了生物多样性。
生物多样性是指地球上生物的___________________，
以及由这些生物与环境相互作用所构成的_________多样性。
(1)生物的进化导致了生物______的多样性
①五界分类法：是由美国生物学家________在1969年提出的。
②五界系统包括：原核生物界、原生生物界、真菌界、植物界和动物界(没有包含_____)。
物种多样性和遗传多样性
生态系统
物种
魏泰克
病毒
生物进化的方式——协同进化
遗传多样性
物种多样性
生态系统多样性
根本 原因
组成
变异的不定向性
蛋白质多样性
无机环境的多样性
组成
直接原因
决定
导致
直接 选择
基因多样性
生物多样性的关系：
长期自然选择、协同进化的结果
生物多样性形成的原因：
生物进化的方式——协同进化
课堂小结
1.依靠风力传送花粉的植物，叫做风媒植物;依靠昆虫传送花粉的植物，叫做虫媒植物。科学家近期研究发现，传粉昆虫数量减少，导致一些虫媒植物正在向“自我受粉”的方向进化，从而导致花蜜减产，进而加剧传粉昆虫数量的减少。下列说法错误的是( )
A.虫媒植物的花可能比风媒植物的花更鲜艳
B.传粉昆虫可能导致虫媒植物的基因发生突变
C. 上述虫媒植物在进化过程中花的结构可能会变化
D.上述现象的发生是自然选择和协同进化的结果
答案：B
解析：虫媒植物的花可能比风媒植物的花更鲜艳,利于其吸引昆虫来传粉,A正确；传粉昆虫对虫媒植物进行选择作用,导致其基因频率定向改变,而不能导致虫媒植物发生基因突变,B错误;虫媒植物向“自我受粉”的方向进化,其花的结构可能会变化以适应进化后的功能,C正确;虫媒植物和传粉昆虫的变化是自然选择和协同进化的结果,D正确。
随堂小测
2.现代生物进化理论是以达尔文的自然选择学说为基础建立起来的。下列叙述错误的是( )
A.种群中个体的形态结构和化石记录可为生物的进化提供证据
B.自然选择和基因突变均可导致种群的基因频率发生定向改变
C.生物之间既相互制约又相互依存，生物多样性的形成是协同进化的结果
D.物种的形成过程实质上是种群间基因库差异不断增大建立生殖隔离的过程
答案：B
解析：化石是生物进化的最直接证据，种群中个体的形态结构和化石记录可为生物的进化提供证据，A正确；自然选择可导致种群的基因频率发生定向改变，但基因突变属于变异，变异是不定向的，B错误；生物之间既相互制约又相互依存，通过漫长的协同进化，地球上不仅出现了千姿百态的物种、丰富多彩的基因库，而且形成多种多样的生态系统，所以生物多样性是协同进化的结果，C正确；生殖隔离是物种形成的标志，即物种的形成过程实质上是种群间基因库差异不断增大建立生殖隔离的过程，D正确。
故选B。
随堂小测
3.活化石三眼恐龙虾为恐龙时代生物的代表，其最显著的特点是头部有三只眼，位于头顶部位的第三只眼睛能够感知包括紫外线和红外线等不同波长的光线。这种高敏感度的特性与视紫红质基因的进化有关。目前，从单细胞生物到复杂脊椎动物的多种生物体内均有视紫红质基因。该基因最初存在于原始的光合作用生物体内，通过某种机制转移到了动物细胞中，使动物视觉功能逐渐复杂化。下列叙述错误的是( )
A.一般在越早形成的地层里，化石生物越简单、越低等
B.三眼恐龙虾的形态结构稳定，从恐龙时代至今没有发生进化
C.生物体内普遍含有视紫红质基因可作为生物有共同祖先的证据
D.不同生物的视紫红质基因序列差异可揭示生物之间的亲缘关系
答案：B
解析：生物的进化由简单到复杂、由低等到高等、由水生到陆生，故一般在越早形成的地层里，化石生物越简单、越低等，A正确；三眼恐龙虾的形态结构稳定，但也有变化，从恐龙时代至今发生了进化，B错误；从单细胞生物到复杂脊椎动物的多种生物体内均有视紫红质基因，可说明生物由共同祖先进化而来，C正确；不同生物的视紫红质基因序列差异可揭示生物之间的亲缘关系，D正确。
随堂小测

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