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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。兰花为什么具有这样丰富的多样性和奇妙的适应性呢？
深圳拟兰
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？
在各种理论的交锋中，进化理论本身也在“进化”。
第1节 生物有共同祖先的证据
达尔文在《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。
思考：
1.反对共同由来学说的人有证据吗？
2.支持达尔文观点的证据有哪些？
达尔文的生物进化论主要由两大学说组成：①_______________和_______________。
②前者指出________________________________________________；
③后者揭示了____________________________________________________。
第1节 生物有共同祖先的证据
共同由来学说
自然选择学说
地球上所有的生物都是由原始的共同祖先进化来的
生物进化的机制，解释了适应的形成和物种形成的原因
一种学说的正确性，需要大量证据作有力的支持。
达尔文列举了哪些大量的证据来论证自己的理论？________
其他科学家又提供了哪些证据？________
你还能补充哪些证据来支持达尔文的学说？________
一、地层中陈列的证据----化石
化石是指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。
1.化石的概念
2.化石的分类
(1)实体化石
硬体保存化石
软体保存化石
模铸化石
一、地层中陈列的证据----化石
2.化石的分类
(2)遗迹化石
足迹化石
蛋化石
粪便化石
(3)化学化石 是古生物遗体分解后残留在岩层中的有机化合物，包括氨基酸、脂肪酸等，其分子结构可追溯生物历史存在
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。
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
从植物化石推测它们的形态、结构和分类地位
3.化石是研究生物进化最直接、最重要的证据
地质年龄(百万年前) 首次出现的生物类型
245～144 鸟类、哺乳类
360～286 爬行类
408～360 昆虫、两梄类
505～438 鱼类
700 多细胞生物
2100 单细胞真核生物
一、地层中陈列的证据----化石
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？
不同地层的形成年代不同
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，生物特征越复杂
支持
如果把地层比作一本书，化石则是书中的文字，记录着地球和生物进化的历史。
大部分化石发现于沉积岩的地层中。
沉积岩是指成层堆积的松散沉积物固结而成的岩石。
沉积物指陆地或水盆地中的松散碎屑物，如砾石、砂、黏土、灰泥和生物残骸等。
最年轻的层积岩
一、地层中陈列的证据----化石
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？
少女露西骨骼化石模型及复原图
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证据，这是为什么？
爬行类 鸟类
赫氏近鸟龙
黑猩猩 智人
露西
一、地层中陈列的证据----化石
已经发现的大量化石证据，证实了：
①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
②还揭示出生物由简单到复杂、由低等到高等、由水生到陆生的进化顺序
例2：化石在地层中的出现是有一定的顺序的，下图是各不同地层中的生物化石。下列分析正确的是
A.A地层中不可能出现单细胞生物的化石
B.A地层中成为化石的生物一定比B地层中成为化石的生物高等
C.B地层中的生物化石应只有陆生生物化石
D.C地层中水生生物的化石可能比较多
A
B
C
例1：生物化石是证明生物进化的最主要、最直接证据，其根本原因是
A.化石是保存在地层中的生物遗体、遗物或生活痕迹
B.化石能再现生物的结构和生物环境
C.各类不同生物化石在不同地层出现有一定的顺序
D.化石里的生物是现在生物的原始祖先
C
D
二、当今生物体上进化的印迹----其他方面的证据
生物的进化不仅在地层中留下了证据，也在当今生物体上留下了许多印迹，这些印迹可以作为进化的佐证。
1.比较解剖学证据
研究比较脊椎动物的器官、系统的形态和结构，可以为这些生物是否有共同祖先寻找证据。
蝙蝠的翼
鲸的鳍
猫的前肢
人的上肢
肱骨
桡骨
尺骨
腕骨
掌骨
指骨
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？
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？
都有
有一致性
一致
蝙蝠的翼
鲸的鳍
猫的前肢
人的上肢
肱骨
桡骨
尺骨
腕骨
掌骨
指骨
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？
起源相同 适应不同环境、执行不同功能
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？
例3：比较是生物学研究的重要方法，从科学家对马的足进化历程的研究中，你不可能获得的信息是
A.腿骨结构大部分相同
B.足趾个数逐渐减少
C.中足趾逐渐变得发达
D.遗传物质基本相同
D
例4：同源器官是比较解剖学在生物进化方面提供的有力证据之一。下列各器官属于同源器官的是
A.蝴蝶的翅和鸟类的翼 B.人的手和蝙蝠的翼
C.猫的前肢和人的上肢 D.鲨鱼的鳍和鲸的鳍
C
二、当今生物体上进化的印迹----其他方面的证据
胚胎学是指研究动植物胚胎的形成和发育过程的学科。比较不同动物以及人的胚胎发育过程，也可以看到进化的蛛丝马迹。
2.胚胎学证据
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。只是随着发育的进行，人的鳃裂和尾消失了，而成年的鱼仍然保留了鳃和尾。
鳃裂
尾
不同脊椎动物的胚胎发育
鱼
蝾螈
龟
鸡
猪
牛
兔
人
脊椎动物在胚胎发育早期都有彼此相似的阶段，这个证据支持了人和其他脊椎动物有共同祖先的观点。
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
细胞生物学和分子生物学的研究却表明，看似截然不同的当今生物之间也有很多相似之处。
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？
从细胞和分子水平看当今生物的共同特征
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。
古细菌化石
2.举例说出当今生物的细胞在代谢上的共同点。
有共同祖先
呼吸作用、ATP、多种酶相似、植物光合作用
2.人与猩猩和长臂猿的某段同源DNA差异分别为2.4%、5.3%。
人与黑猩猩基因组的差异只有3%
从细胞和分子水平看当今生物的共同特征
讨论 3.人和类人猿在DNA的碱基序列或基因组方面高度接近说明了什么？
三者可能有共同祖先
3.细胞色素c是细胞中普遍含有的一种蛋白质，约有104个氨基酸，据测算，它的氨基酸序列每2000万年才发生1%的改变。
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 链孢霉 酵母菌
氨基酸 差异/个 0 1 11 13 14 21 27 31 43 44
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？
差异越小、亲缘关系越近
A.四个物种不是由共同祖先形成的
B.不同生物的DNA差异的大小不能揭示它们在进化史上出现的顺序
C.人类与黑猩猩的DNA差异经历了约99万年的累积
D.大猩猩和人类的亲缘关系，与大猩猩和非洲猴的亲缘关系的远近相同
例5：下图为四个物种的进化关系树，图中百分数表示各物种与人类的DNA相似度，DNA碱基进化速率按1%/百万年计算。下列相关叙述合理的是
C
例6：线粒体和有双层膜结构，其中外膜与真核细胞的膜系统相似，内膜则与原核细胞的细胞膜相似，另外它们还有自己的DNA和核糖体。
真核生物的直接祖先很可能是一种巨大的且具有吞噬能力的单细胞生物，它们靠吞噬糖类并将其分解来获得生存的能量。线粒体的祖先则是一种需氧细菌，它们能更好地利用糖类，能将糖类分解得更彻底以产生更多的能量。在生命演化过程中，真核细胞的祖先吞噬了这种细菌并与之建立了内共生关系：真核细胞的祖先能为细胞内的细菌提供较好的环境，并给予细菌未完全分解的糖类；细菌由于可以轻易得到这些物质，从而产生更多的能量，这些能量中的一部分可供真核细胞利用。在细胞内共生的细菌由于所处的环境与其独立生存时不同，因此很多原来的结构和功能都变得不必要了，在进化过程中被丢弃，最后演变成一种专门进行呼吸作用的细胞器--线粒体。
(1)线粒体的祖先的同化作用类型是_______________
(2)如何理解线粒体的外膜与真核细胞的膜系统相似，内膜与原核细胞的细胞膜相似？______________________________________________________________________________。
(3)根据你所掌握的知识，指出线粒体可能由独立生活的细菌演变而来的依据。________________________________________________________
(4)如果线粒体确实起源于细菌，那么它的增殖方式很可能是__________。
异养型
线粒体的内膜由细菌的细胞膜演变而来，外膜则是真核细胞细胞膜的一部分
具有作为遗传物质的DNA，有核糖体，能合成自身的蛋白
二分裂
从细胞和分子水平看，当今生物有许多共同的特征，比如都有能进行代谢、生长和增殖的细胞，细胞有共同的物质基础和结构基础等，这是对生物有共同祖先这一论点的有力支持。
不同生物的DNA和蛋白质等生物大分子的共同点，提示人们当今生物有着共同的原始祖先，其差异的大小则揭示了当今生物种类亲缘关系的远近，以及它们在进化史上出现的顺序。
例7：蟒蛇外形上没有四肢，但它的体内还保留着后肢骨的残余，说明蟒蛇起源于有四肢的动物。这属于生物进化的
A.胚胎学证据 B.比较解剖学证据 C.细胞和分子水平的证据 D.化石证据
B
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，进而为解释适应和物种的形成提供了坚实的基础。
理想的“地质时钟”
科学家发现，在同年代形成的岩石中，所含铅和铀的比例是相同的。岩石中的铅是由铀逐渐衰变形成的。
铅的相对原子质量是207，放射性铀的相对原子质量是238。铀(238U)具有不稳定的原子核，能够自行放射出射线，最后衰变成质量较轻、稳定的同位素铅(206Pb)。 这种衰变的速率不受环境因素(如温度、湿度、压力等)的影响。
放射性同位素在一定的单位时间内衰变一半，这个单位时间叫作半衰期。例如，238U 的半衰期是45亿年，14C的半衰期是5730年。假如现在将100万个238U原子密封在一个玻璃瓶中，那么，45亿年后，就有50万个238U原子衰变成铅，这个玻璃瓶中将只有50万个238U原子，再过45亿年，将只剩下25万个238U原子。
测定化石中所含238U和206Pb的比例，我们就可以知道这块化石大约是什么时候形成的。同样的道理，测定化石中14C和12C的比例，也可以知道化石中的生物所生存的年代。用14C作“地质时钟”，测定的化石如果是7万年以前的，结果就不可信了。
7万 ÷ 5730 = 12 (1/2)12 = 1/4096 放射性太弱了
进化时钟
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。( )
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.所有生物都可以由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
√
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A
D

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