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(共30张PPT)
第三章 生物的进化
第三节
生物进化的原因
学习目标
1.通过实例分析和模拟保护色的形成过程，培养实践能力和分析数据的能力。
2.概述自然选择学说的主要内容。
在某个经常刮大风的海岛上，有许多无翅和残翅的昆虫(右图)。请分析：在这个海岛上，为什么无翅或残翅的昆虫特别多
这是自然选择的结果。由于这个海岛上经常刮大风，那些有翅能飞但翅不够发达的昆虫，常常被大风吹到海里，因而生存和繁殖后代的机会较少。而无翅或残翅的昆虫，由于不能飞，就不容易被风吹到海里，生存和繁殖后代的机会就多。经过一段时间的自然选择，岛上无翅或残翅的昆虫就特别多。
在生物漫长的进化过程中，为什么有些物种会灭绝呢 新的物种又是怎样形成的 推动生物不断进化的原因是什么 对于这些问题，人们作出了各种不同的解释。下面，请你试着通过自己的分析作出合理的解释。
分析生物进化的实例
一百多年来，科学家已经发现了很多生物进化的实例。英国曼彻斯特地区桦尺蛾的体色变化，就是一个实例。1850年前后，该地区林木葱茏，空气清新，森林中生活着一种桦尺蛾。它们白天栖息在长满地衣的树干上，夜间活动。此时，这里大多数桦尺蛾的体色是浅色的，只有少数是深色的。这些深色桦尺蛾是浅色桦尺蛾在自然条件下的变异类型。
长满地衣的树干上的桦尺蛾
1950年前后，曼彻斯特已经变成一个工业城市。这里工厂林立，烟雾弥漫，工厂排出的煤烟杀死了地衣，使树皮裸路出来并被熏成了黑褐色。此时，这里的深色桦尺蛾成了多数，而浅色桦尺蛾却成了少数。这是什么原因呢
黑褐色树干上的桦尺蛾
科学家做了这样一个实验：他们先把数量相等的浅色桦尺蛾和深色桦尺蛾同时放到树干上，然后用望远镜观察树干上发生的情况。一群爱吃桦尺蛾的鸟儿飞过之后，他们发现，浅色桦尺蛾所剩无几，大部分深色桦尺蛾却幸存下来。
为什么不同体色的桦尺蛾，被鸟儿捕食的数量有很大差别呢 我们可以通过模拟活动来探究其中的原因。
实验·探究
模拟保护色的形成过程
如果桦尺蛾的体色与周围环境的色彩非常相似，它就不易被其他动物发现。类似这样的体色，对于躲避敌害或捕食猎物是十分有利的，称为保护色。下图所示的雷鸟，每当冬季来临，它们会换上白色羽毛，这身“冬装”有利于雷鸟在积雪的环境中保护自己。那么，动物的保护色是怎样形成的呢
夏天的雷鸟
秋天的雷鸟
秋冬之交的雷鸟
冬天的雷鸟
作出假设
你们小组作出的假设是_____________________________________________
制订计划
请参考下面的方案制订探究计划，如果条件允许，可以利用数字设备来模拟。
准备一块面积约为1平方米的正方形彩纸(或布)和100张各种颜色的小纸片(小纸片的颜色代表某种动物不同体色的变异类型)。
以小组为单位，5~6个同学为一组，推举一人为组长。
组长在桌子上展开彩纸，作为生物的“生活环境”，并检查小纸片，记下纸片的颜色和数目。
组长是监督人，其他同学都是“捕食者”，他们的“猎物”是小纸片，组长时刻注意“捕食者”取出的“猎物”数目和剩下的“猎物”数目。
“捕食者”事先背对桌子，组长将小纸片均匀地撒在彩纸上，不要使小纸片粘在一起。
“捕食者”每转向桌子一次，快速抓取一张小纸片后转身，然后继续转身抓取，直到彩纸上只剩下25张小纸片，组长通知不再选择时为止。
注意:“捕食者”不要特意寻找某种颜色的小纸片。
统计“幸存者”中各种颜色的小纸片的数目。
假设每个“幸存者”都产生3个后代，而且体色与自己的相同。
在每个“幸存者”下面放上3张从老师那里拿来的备用小纸片。
将“幸存者”和它们的后代充分混合，重复上面的第4~8步：重复至少4次。每轮开始前，记录各种颜色的小纸片的数目。
实施计划
按上面的步骤实施计划，并将数据统计在下表中。
纸片颜色 第一代 第二代 第三代 第四代 第五代
开始数目 幸存数目 开始数目 幸存数目 开始数目 幸存数目 开始数目 幸存数目 开始数目 幸存数目
得出结论
你们小组得出的结论是_____________________________________________
讨论
在第一代和第五代中，分别是哪种颜色的“幸存者”最多 这与作为背景的彩纸颜色有什么关系
第一代和第二代之间“幸存者”的数目有什么变化 第一代和第五代之间又有什么变化
和彩纸颜色最接近的“幸存者”最多。小纸片与彩纸的颜色差别越大，越容易被发现并选出；小纸片与彩纸的颜色越接近，越容易留存下来。
第一代和第二代之间与彩纸颜色差别较大的“幸存者”的数目不断减少；第一代和第五代之间有的与彩纸颜色差别较大的“幸存者”的数目几乎减少到零。
到第五代时，是否所有颜色都有“幸存者” 你怎么解释模拟的结果
在有的年份，雷鸟已经换上了白色“冬装”，但是迟迟没有下雪。这身“冬装”还能帮助雷鸟躲避敌害吗 这对你认识生物的适应性有什么启示
不是。和环境颜色差异最大的几乎没有“幸存者”，因为这种颜色最容易被发现。
不能；在迟迟没有下雪的年份，雷鸟的白色羽毛在无雪环境中失去保护作用，可能使其更容易被天敌发现。这给我们的启示为适应性是相对的，依赖特定环境条件。环境突变(如气候异常)可能导致原有适应特征失效。
自然选择
关于生物进化的原因，人们进行了长期的探索，提出了各种解释，其中被人们普遍接受的是达尔文(C. Darwin)的自然选择学说。
小资料
达尔文曾以象为例来研究生物的繁殖能力。如果一头雌象一生产崽6头，每头活到100岁，而且都能进行繁殖，那么到750年以后，一对象的后代就可达到1900万头。
达尔文认为，在自然界，生物普遍具有很强的繁殖能力，能够产生大量的后代，而生物赖以生存的食物和空间都是非常有限的，任何生物要生存下去，就得为获取足够的食物和空间而进行生存斗争。例如，在同一片森林里，邻近的树木会相互争夺阳光、水和养料，食性相同的动物会相互争夺食物，食肉动物与食草动物之间有捕食和反捕食现象，等等。在生存斗争的过程中，必然有一部分生物个体被淘汰，那么，哪些个体会被淘汰呢 达尔文认为，在自然界，生物个体都有遗传和变异的特性，只有那些具有有利变异的个体，在生存斗争中才容易生存下来，并将这些变异遗传给下一代，而具有不利变异的个体则容易被淘汰。
在进化论研究的历史上，长颈鹿长颈形成的原因曾经是人们争论的焦点。按照达尔文的自然选择学说，对这个问题的解释如下。
猎豹追捕斑马时，猎豹跑得越快，就越容易捕获到班马而获得食物；斑马跑得越快，就越有利于躲避敌害而生存下来。就奔跑而言，它们两者是如何进化的
就奔跑而言，猎豹和斑马相互促进了对方的进化，进化结果是猎豹和斑马的奔跑速度都越来越快。
古代的长颈鹿，有颈长一些的和颈短一些的，颈的长短是可以遗传的。在环境条件发生变化，如缺乏青草的时候，颈长的可以吃到高处的树叶，就容易生存下来，并且繁殖后代。颈短的吃不到足够的树叶，活下来的可能性就很小，留下来的后代也更少。经过许多代以后，颈短的就被淘汰，长颈鹿群体颈长的特征越来越显著。因此，我们现在看到的长颈鹿都是颈长的。
长颈鹿的自然选择示意图
像这样，自然界中的生物，通过激烈的生存斗争，适应者生存，不适应者被淘汰，这就是自然选择。生物通过遗传、变异和自然选择，不断进化。
小资料
自然选择学说是对生物进化的合理解释，并不适用于人类社会。各个国家和民族应当同心协力，推动构建人类命运共同体。
达尔文的自然选择学说合理地解释了生物进化的原因。然而，受到当时科学发展水平的限制，关于遗传和变异的本质，达尔文并不能进行科学的解释。后来，随着生物科学的发展，生物进化理论也在不断丰富和完善。
思维训练
合理质疑
上述对长颈鹿长颈形成原因的解释受到了一些质疑。质疑的理由包括：长颈鹿不但取食高处的树叶，也取食不太高的灌木；高度不足三米的幼年长颈鹿也要取食，它们能吃到食物并长大；过长的颈给长颈鹿带来诸多不便；等等。
有研究人员提出了另一种解释：长颈可能帮助雄性长颈鹿在配偶争夺战中占据优势，因此有更多的机会留下后代，这才是长颈鹿长颈形成的主要原因。
请查阅资料，说一说上述观点是否合理。这些争论有没有从根本上否定自然选择学说
该观点有一定合理性，但也存在局限性。
合理之处：在长颈鹿的生存繁衍中，配偶竞争是重要的选择压力。雄性长颈鹿若因长颈在争夺配偶时更有优势，能更多地繁殖后代，长颈的基因就更易传递下去，从“性选择”(自然选择的一种特殊形式)角度看，这是可能的机制。
局限之处：长颈鹿的长颈形成是复杂的进化结果，不能仅归因于配偶竞争。取食需求仍是重要影响因素，幼年长颈鹿能取食不高的植物、长颈鹿也取食灌木等，说明取食对长颈的形成有长期选择作用；同时，长颈带来的不便也会对其进化产生制约，是多因素共同作用的结果，单一强调配偶竞争不够全面。
这些争论没有从根本上否定自然选择学说。自然选择学说的核心是“生物的变异是不定向的，自然选择是定向的，适应者生存、不适应者被淘汰”。无论是传统的“取食驱动长颈形成”，还是新提出的“配偶竞争驱动长颈形成”，本质都是“选择”在起作用(取食的选择压力、配偶竞争的选择压力)，都是自然选择的体现形式。争论只是围绕“长颈形成的具体选择因素(取食还是配偶竞争，或两者共同作用)”展开，而非否定“自然选择决定进化方向”这一核心逻辑。
1.在生存斗争中，具有有利变异的个体容易生存下来并产生后代。判断下列说法是否正确。
(1)自然选择保留的变异一直都有利于该生物的生存。 ( )
(2)箭毒蛙大多色彩鲜艳，它们在森林中格外绚丽夺目，很容易被其他生物发现，但仍然存活至今，这种现象不能用自然选择学说来解释。 ( )
×
×
箭毒蛙
2.青霉素能杀死多种致病的细菌，是治病的良药，但随着人们过多地使用青霉素，细菌对青霉素的耐药性越来越强。以下解释合理的是 ( )
A.现在的青霉素质量不如以前
B.现在的人身体素质不如以前
C.自然选择筛选出有耐药性的细菌
D.细菌一接触青霉素就会自动产生耐药性
C
3.1959年，科学家在印度发现了对杀虫剂DDT(滴滴涕)具有耐药性的蚊，现在世界各地都发现了这种蚊。对此，一项科学研究得到了下表所示的数据。
持续施用DDT的时间
0个月 8个月 12个月
耐DDT蚊的比例 4% 45% 77%
(1)描述该实验的结果，并根据自然选择学说解释该结果。
实验结果描述：随着持续施用DDT时间的延长，耐DDT蚊的比例逐渐升高，从0个月时的4%，到8个月时的45%，再到12个月时的77%。
自然选择学说解释：蚊群体中存在着变异，有的蚊对DDT具有耐药性,有的蚊对DDT没有耐药性(或耐药性弱)。当施用DDT时，对DDT没有耐药性(或耐药性弱)的蚊会被DDT杀死，而具有耐药性的蚊能够存活下来。这些存活下来的耐DDT蚊会繁殖后代，将耐药性的性状传递给子代。经过一代又一代的选择，耐DDT蚊的比例就越来越高。
(2)为什么在世界各地都发现了耐DDT的蚊
蚊具有较强的迁徙能力，耐DDT的蚊可以通过迁徙扩散到世界各地。另外，随着全球贸易、人员流动等，也可能助力耐DDT蚊的广泛传播，使得在世界各地都能发现耐DDT的蚊。
生物进化的原因
分析生物进化的实例
英国曼彻斯特地区桦尺蛾体色变化现象的分析
保护色
模拟保护色的形成过程
自然选择
自然选择学说的提出
自然选择学说的主要内容
长颈鹿的自然选择
自然选择

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