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第六章第4节
协同进化与生物多样性的形成
资料1：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而偶然的，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年之后，研究人员果然发现了这样的蛾类昆虫。
协同进化
兰花需要传粉受精
如果没有这种昆虫
这种兰花将不存在
这种兰花的存在也让这种昆虫获得了更多的食物
协同进化
协同进化
协同进化
之间、 之间在相互影响中不断进化和发展
不同物种
生物与无机环境
不同物种之间-种间互助
小丑鱼
海葵
保护
吸引其它的鱼类靠近，
增加捕食的机会
根瘤菌（固氮菌）
豆科植物
有机物
含氮物质
捕食者（食性广的）往往捕食个体数量多的物种，这样就会避免出现一种或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，有利于增加物种多样性。
协同进化
协同进化
之间、 之间在相互影响中不断进化和发展
不同物种
生物与无机环境
不同物种之间-种间斗争
捕食者所捕食的大多是被捕食者中老年、病弱或年幼的个体，客观上起到促进被捕食者种群发展的作用。
收割理论
“精明的捕食者策略”
协同进化
协同进化
之间、 之间在相互影响中不断进化和发展
不同物种
生物与无机环境
生物与无机环境之间
有氧
进化
变化
最初
协同 进化
环境变化
生物进化
产生氧气
无氧
原始大气
光合生物
出现
好氧生物
厌氧生物
原始大气中没有氧气，最早出现的生物是厌氧的，但随着光合生物的出现，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。
协同进化
协同进化
之间、 之间在相互影响中不断进化和发展
不同物种
生物与无机环境
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物种，
丰富多彩的基因库，
而且形成了多种多样的生态系统。
物种多样性
遗传多样性（基因多样性）
生态系统多样性
生物多样性
主要包括三个层次的内容：
生物多样性是协同进化的结果
生物多样性的形成
生物多样性
物种多样性
遗传多样性（基因多样性）
生态系统多样性
主要包括三个层次的内容：
各种生物变异→基因及组合多样性
一定时空范围内物种数目及分布情况的多样性
生态系统结构和功能的多样化+生态过程的多样性
生物多样性是协同进化的结果
生态系统多样性
根本 原因
组 成
基因多样性
物种多样性
生物多样性的形成
时间轴
35亿年前
古细菌出现
（厌氧异养）
35亿~15亿年前
主要是细菌
（包括蓝细菌—自养）
（大气氧气—好氧菌）
真核生物出现
15亿年前
5.4亿~5.0亿年前
4亿年前
随后变化
海洋中有大量的无脊椎动物
原始陆生植物（厥类）
原始两栖类
生物通过有性生殖，实现了基因重组，这就增强了生物变异的多样性。
寒武纪大爆发，构成消费者，使生态系统更加复杂
生物的登陆改变着陆地的环境，陆地上复杂的环境又为生物的进化提供了广阔的舞台。
裸子植物和被子植物先后成为主角，鸟类、哺乳类等成为优势类群
两极生态系统
（只有生产者和分解者）
生物多样性的形成
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后？前者为后者提供了什么条件？
3.同今天的地球相比，寒武纪时地球上的生态系统有什么特点？
最早出现的生物是厌氧的单细胞生物，它们生活在原始海洋中。
先出现植物，后出现动物，否则动物登陆后就会饿死。
当时陆地上还是一片荒芜，生物都生活在海洋中。
恐龙是在中生代后期绝灭的。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。
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？
古细菌化石
（单细胞生物，约35亿年前）
海绵
（原始多细胞生物，约6亿年前）
异养厌氧
自养需氧
光合细菌出现
结构上的进化
1
代谢上的进化
2
生物多样性的形成
有丝分裂
融合
合子
减数分裂
有丝分裂
大肠杆菌的二分裂
（无性繁殖）
甲藻的生活史
（有性繁殖）
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。
生殖方式的进化
3
生物多样性的形成
两极生态系统
（分解者、生产者）
三极生态系统
（生产者、消费者、分解者）
寒武纪，海洋中大量无脊椎动物物种爆发式迅速形成，是生态系统具有更复杂的结构
生态系统结构的进化
4
生物多样性的形成
生活方式的进化
5
水生→陆生
造山运动使海洋缩小，一些海洋植物开始适应陆地生活，形成原始陆生植物，主要是蕨类植物，随后出现了适应陆地生活的动物——原始的两栖类。
生物多样性的形成
结构上：
呼吸方式：
生殖方式：
生态系统结构：
生活环境：
简单→复杂
单细胞生物→多细胞生物
原核生物→真核生物
无氧呼吸→有氧呼吸
无性生殖→有性生殖
两极生态系统→三极生态系统
水生生物→陆生生物
低等生物→高等生物
生物多样性的形成
现代生物进化理论
（核心： ）
自然选择学说
（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） 导致种群基因频率的定向改变，
进而通过 形成新的物种。
（5）生物进化的过程实际上是 与 、
与 间 的过程。
（6）生物多样性是 的结果。
自然选择
种群
突变和基因重组
自然选择
隔离
生物
生物
生物
无机环境
协同进化
协同进化
现代生物进化理论
现代生物进化理论
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。
中性突变学说
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
以自然选择为核心的进化理论，更为大多数学者所接受。
生物进化论不会停滞不前，而是在不断发展。
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）一个物种的形成或绝灭，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。（ ）
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2.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
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3.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。
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4.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。
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5.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。
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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。
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。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。
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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
A
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
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
C
D
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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
B
突变和基因重组
自然选择
种群基因频率
基因库的差别
地理隔离
生殖隔离
物种形成
时间
定向 改变
积累
导致
扩大
导致
标志
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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。
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。
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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。
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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。
（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？
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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。哪种解释正确，需要通过确凿的证据来验证，如自然状态下的观察证据、基因组学证据等。
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（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。
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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7.学习完“遗传与进化”模块，你对基因、遗传、变异和进化乃至生命本质有哪些深入的体会和独到的理解？请你围绕上述关键词写一篇短文，题目自拟，文体和字数不限。
这是一道开放性问题，引导学生对本模块所学内容进行整理和提升，加深对遗传与进化原理的理解乃至对生命本质的认识。期待学生在综合概括遗传与进化基本原理的基础上，认识到生物的个体有生有死，但遗传信息是代代相传的，是在继承的基础上不断发展变化并多样化的，这一过程体现了内因（遗传信息）和外因（环境）的相互作用和对立统一。
理解减数分裂的目的
事实2：人和高等动物由一个细胞（受精卵）增殖分化而来，受精卵是由精子和卵细胞结合形成的。
Q1：精子和卵细胞是通过有丝分裂产生的吗？
不是，否则后代染色体数目会逐代加倍。
减一“分同源”
减数分裂I前期
同源染色体联会，形成四分体，发生互换
基因重组
生物进行 的过程中，控制不同性状的基因 。
时间：
减数分裂时： ； 。
减数分裂I后
尝试归纳基因突变的特点：
有利突变
植物的抗病性突变、耐旱性突变，微生物的抗药性突变等。

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