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第6章 生物的进化
第4节 协同进化与生物多样性的形成
必
修二
一、学习目标
二、重难点
1.教学重点:
(1).协同进化与生物多样性的概念构建；
(2).现代生物进化理论的主要内容及发展脉络。
2.教学难点:
1.通过对猎豹与羚羊、兰花与蛾等协同进化实例，构建协同进化的概念，理解其在生物多样性形成中的作用，发展进化与适应的生命观念（生命观念）
2.通过观察生物进化历程示意图，概述生物多样性及其形成的过程，认同保护生物多样性的意义。（科学思维）
3.概述以自然选择学说为核心的现代生物进化理论的要点，认同其在现有生物进化理论中的主流和核心地位，认同科学理论是不断发展的。（科学思维）
4.通过分析讨论在我国境内绝迹、濒临灭绝的物种，认识到“保护生物多样性就是保护人类自己”，形成生态意识，认同保护生物多样性的意义。（社会责任）
(1).协同进化与生物多样性形成的关系；
(2).现有生物进化理论中不同观点间的差异。
问题探讨
...
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年以后，研究人员果然发现了这样的蛾类昆虫。
彗星兰和专门给它传粉的长喙天蛾
1.达尔文作出上述推测的理由是什么？
兰花的生殖离不开传粉昆虫。如果没有与这种兰花结构相适应的传粉昆虫，这种兰花就无法完成传粉受精，这个物种就不存在了。
2.如果后来未发现这样的蛾类昆虫，是否能说达尔文的推测是错误的？
达尔文的推测就仅仅是一种猜想,不能被证实。当然,未发现这样的蛾类昆虫,不等于这样的昆虫一定不存在,因此并不能说明达尔文的推测一定是错误的。
讨论：
一 、协同进化
协同进化与生物多样性的形成
Coevolution and the Formation of Biodiversity
特定昆虫给特定的植物传粉,这样可以提高传粉的效率,并且昆虫也可得到较多的食物或保护。
思考1：在自然界，一种植物专门由一种昆虫传粉的情形很常见，昆虫传粉的专门化有什么意义？
思考2：虫媒花的进化与传粉昆虫的进化有什么关系？
虫媒花与传粉昆虫在相互影响中不断进化和发展。
一 、协同进化
协同进化与生物多样性的形成
Coevolution and the Formation of Biodiversity
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。
1.概念：
2.类型：
①种间互助型：
（1）生物与生物之间的协同进化：
动物取食花蜜的同时帮助植物传粉
海葵和小丑鱼
大豆与根瘤菌
一 、协同进化
协同进化与生物多样性的形成
Coevolution and the Formation of Biodiversity
②种间竞争型：
猎豹捕食羚羊
猫头鹰捕食田鼠
火蚁捕食蜘蛛
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，客观上起到了促进种群发展的作用。
以捕食羚羊为例，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，繁殖后代。因此，羚羊对捕食者种群的进化也起到了促进作用。
猎豹追捕羚羊
一 、协同进化
协同进化与生物多样性的形成
Coevolution and the Formation of Biodiversity
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。
“收割理论”
1
提出者：
美国生态学家斯坦利
2
内 容：
3
意 义：
阐明了捕食者在进化中的作用；捕食者的存在有利于增加物种多样性。
一 、协同进化
协同进化与生物多样性的形成
Coevolution and the Formation of Biodiversity
2.类型：
（2）生物与无机环境之间的协同进化：
【资料】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，臭氧层吸收了大量的紫外线，为陆生生物的出现创造了条件。
原始地球
蓝细菌
一 、协同进化
协同进化与生物多样性的形成
Coevolution and the Formation of Biodiversity
3.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,也就是形成了生物的多样性。
6600万年以前
2.45亿年前
5.4亿年前
30多亿年前
新生代
中生代
古生代
生命的起源
前寒武纪
寒武纪
46亿年前 地球形成
△图6-13生物进化的历程示意图
分析生物多样性的形成
思考 讨论
仔细观察图6－13，或自己搜集资料，就以下问题进行讨论。
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？
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？
二 、生物多样性的形成
协同进化与生物多样性的形成
Coevolution and the Formation of Biodiversity
1. 生物多样性的内容：
①遗传多样性(基因多样性):
②物种多样性:
③生态系统多样性:
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。
△图6-13生物进化的历程示意图
二 、生物多样性的形成
协同进化与生物多样性的形成
Coevolution and the Formation of Biodiversity
2. 生物多样性的进化历程：
就目前所掌握的证据来看，最早的生物化石是35亿年前的古细菌化石。
在此之后大约20亿年的漫长岁月中，地球上的生物主要是海洋中种数不多的细菌（包括蓝细菌），它们都是原核生物。这一时期的生态系统是只有生产者和分解者的两极生态系统。
生命的起源
(35亿年前）
前寒武纪
(5.4亿~5.0亿年前）
13亿年前真核生物的红藻化石
前寒武纪地层的水母化石
真核生物出现了以后，有性生殖作为一种新的繁殖方式出现了。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，进化的速度明显加快，多细胞植物和动物的种类不断增加。
二 、生物多样性的形成
协同进化与生物多样性的形成
Coevolution and the Formation of Biodiversity
2. 生物多样性的进化历程：
早古生代生物
在5.4亿~5.0亿年前的寒武纪,海洋中有大量的无脊椎动物物种爆发式地迅速形成,这就是著名的寒武纪大爆发。
大量的动物构成了生态系统的第三极—消费者，使生态系统具有更加复杂的结构。
（寒武纪大爆发,至5.0亿年前）
晚古生代生物
大约在4亿年前，由于造山运动使海洋缩小，陆地扩大，一些海洋植物，开始适应陆地生活，形成了原始的陆生植物。主要是蕨类植物；随后才出现了适应陆地生活的动物——原始得两栖类；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复杂多样的陆地生态系统逐渐形成。
（至2.45亿年前）
二 、生物多样性的形成
协同进化与生物多样性的形成
Coevolution and the Formation of Biodiversity
2. 生物多样性的进化历程：
中生代生物
三叠纪生物复苏,开始出现海生爬行动物，脊椎动物得到进一步发展；侏罗纪是恐龙的天下，发现始祖鸟、中华龙鸟等，昆虫类也开始繁盛；
白垩纪末期也是恐龙的绝灭时期，开始出现被子植物。 恐龙得绝灭为哺乳类得兴盛腾出来空间，使生物进化翻开了崭新的一页。
(至6600万年前）
人类的进化
(大约300万年前）
拉米度地猿
阿法南猿
粗壮南猿
能人
直立人
尼安得人
智人
人类也是生物进化的产物。大约300万年前，森林古猿的一支离开森林，告别树栖生活，走上了向现代人类进化的漫漫长路。
二 、生物多样性的形成
协同进化与生物多样性的形成
Coevolution and the Formation of Biodiversity
2. 生物多样性的进化历程：
时间轴
35亿年前
古细菌出现
35亿~15亿年前
主要是细菌
（包括蓝细菌）
真核生物出现
35亿年前
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、原始两栖类
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
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。
二 、生物多样性的形成
协同进化与生物多样性的形成
Coevolution and the Formation of Biodiversity
3. 生物多样性形成的原因：
生物的结构：
生物的等级：
细胞的结构：
生物的细胞组成：
生殖方式：
呼吸方式：
生活环境：
简单→复杂
低等→高等
原核细胞→真核细胞
单细胞→多细胞
无性生殖→有性生殖
无氧呼吸→有氧呼吸
水生→水陆两栖→陆生
长期自然选择、协同进化的结果
4. 生物多样性三个层次间的关系：
生态系统多样性
根本原因
组成
导致
直接原因
组成
直接选择
决定
遗传多样性
物种多样性
变异的不定向性
蛋白质多样性
无机环境的多样性
三 、生物进化论在发展
协同进化与生物多样性的形成
Coevolution and the Formation of Biodiversity
1.现代生物进化理论的内容：
1
适应是自然选择的结果
2
种群是生物进化的基本单位
3
突变和基因重组提供进化的原材料
4
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。
5
生物多样性是协同进化的结果
现代生物进化理论
6
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。
三 、生物进化论在发展
协同进化与生物多样性的形成
Coevolution and the Formation of Biodiversity
2.生物进化理论在发展：
【中性突变理论】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，导致种群间遗传物质出现较大的差别。比如：眼睛的大小、鼻子的高低、毛发的深浅等，一般情况下很难说对生存有多少影响，但大都被保留下来，显然不存在自然选择的作用。
【争议】基因突变并不都是中性的，有些基因突变反映在个体的性状上，与环境相适应的程度有差异，因此，不能否认自然选择的作用。
【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，其原因仍在探索中。
课堂检测
一 、探究抗生素对细菌的选择作用
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，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,本土物种演化出耐受该有毒物质的能力
2.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
A
D
3.DNA研究显示，我国现存的四川大熊猫和陕西秦岭大熊猫两个亚种之间已经30多万年没有基因交流了。下列叙述正确的是 (　 　)
A.长期地理隔离使四川大熊猫和秦岭大熊猫形成了生殖隔离
B.这两个大熊猫亚种的基因频率和基因库都存在明显的差异
C.大熊猫个体间在形态等方面表现出差异，体现了物种多样性
D.大熊猫的遗传多样性是这两个大熊猫亚种协同进化的结果
B
协同进化与生物多样性的形成
Coevolution and the Formation of Biodiversity
协同进化与生物多样性的形成
Coevolution and the Formation of Biodiversity
练习与应用
一、概念检测
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。 （ ）
√
X
X
X
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
1.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。
【答案】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。
二、拓展应用
练习与应用
二、拓展应用
2. 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？
【答案】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。
3.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。
【提示】这是一道开放性问题。基本要点是：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。
复习与提高
一、选择题
1. 对种群的基因频率没有影响的是 （ ）
随机交配 B.基因突变 C.自然选择 D.染色体变异
2. 生态系统多样性形成的原因可以概况为 （ ）
基因突变 B.基因重组 C.协同进化 D.地理隔离
A
C
3. 下列关于生物进化的表述，错误的是 （ ）
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
4. 关于有性生殖在进化上的意义，下列说法错误的是 （ ）
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
D
B
复习与提高
二、非选择题
1. 在下面的空白框和括号处填写适当的词语。
突变和基因重组
改变
种群基因频率
积累
基因库的差别
扩大
时间
（ ）
地理隔离
种群间生殖隔离
（ ）
标志着
自然选择
导致
导致
物种形成
复习与提高
二、非选择题
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。
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。
中间体色
复习与提高
二、非选择题
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：
褐花杓兰
西藏杓兰
(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？
(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。
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。
复习与提高
二、非选择题
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。
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。
Thanks!
https://www.21cnjy.com/recruitment/home/fine

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