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第1节 生物有共同祖先的证据
2019版高中生物
同步学案
目标素养
1.运用生命观念,学会通过化石分析生物的进化,认同达尔文的共同由来学说
2.通过比较解剖学、胚胎学、细胞和分子等方面的事实,概述当今生物在器官、胚胎发育、细胞和分子水平上分别具有哪些共同特征,说明当今生物具有共同的祖先
知识概览
一、达尔文生物进化理论的两大学说
1.共同由来学说:地球上所有的生物都是由原始的共同祖先 进化来的。
2.自然选择学说:揭示了 生物进化 的机制,解释了 适应 的形成和 物种形成 的原因。
二、地层中陈列的证据——化石
1.概念
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。
2.作用
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。因此,化石是研究生物进化 最直接 、 最重要 的证据。
3.分布
大部分化石发现于 沉积岩 的地层中。
4.大量化石证据证实了生物是由 原始的共同祖先 经过漫长的地质年代逐渐进化而来的,而且还揭示出生物 由简单到复杂 、 由低等到高等 、 由水生到陆生 的进化顺序。
地层中最早的生物化石是哪种生物的化石
提示:单细胞生物。
三、当今生物体上进化的印迹——其他方面的证据
1.其他方面证据的比较
人的上肢、猫的前肢、鲸的鳍和蝙蝠的翼,外形差别很大,功能也各不相同,其内部结构为什么如此相似
提示:这些生物具有原始的共同祖先,只是由于它们的生活环境不同,这些器官在进化过程中,逐渐出现了形态和功能上的不同,以适应不同的生活环境。
2.总结
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。
一 地层中陈列的证据——化石
重难归纳
1.化石的种类
(1)遗体化石:将古生物遗体本身几乎全部或部分保存下来的化石。
(2)遗迹化石:将古生物活动或存在过的痕迹保存下来的化石,其中最主要的是足迹。
(3)遗物化石:将古动物的粪便、卵(蛋)以及人类祖先使用的工具等保存下来的化石。
2.通过研究化石及其在地层中出现的先后顺序,人们能够比较直观地了解生物进化的大致历程和规律。通常,在越早形成的地层中出现的生物的结构越简单、低等,在越晚形成的地层中出现的生物的结构越复杂、高等。
为什么说化石是研究生物进化的最直接证据
提示: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,化石记录着地球和生物进化的历史。
典例剖析
生物进化最可靠的证据是( )
A.各类生物化石在地层里按一定的顺序出现
B.哺乳动物在胚胎发育初期非常相似
C.脊椎动物具有结构相似的器官
D.生物都能适应一定的环境
答案:A
解析:研究生物进化最直接、最重要的证据是化石,因为化石是保存在地层中的古代生物的遗体、遗物或生活痕迹,各类生物的化石在地层中的出现是有一定顺序的。
学以致用
1.在古老的地层中发掘出的最简单的化石生物是( )
A.单细胞的 B.简单的、多细胞的
C.复杂的、多细胞的 D.最高等的动植物
答案:A
解析:最简单的化石生物是单细胞的。
2.下列有关生物进化规律的叙述,错误的是( )
A.由简单到复杂 B.由低等到高等
C.个体由小到大 D.由水生到陆生
答案:C
解析:生物进化的规律是由简单到复杂、由低等到高等、由水生到陆生。个体体型的变化是由生活的环境决定的,可能由小变大,也可能由大变小,这不是生物进化的规律。
二 当今生物体上进化的印迹——其他方面的证据
重难归纳
1.比较解剖学证据——对人的上肢、猫的前肢、鲸的鳍和蝙蝠的翼在结构上相似性的分析
(1)从外形来看,这些器官很不相同,但是它们的内部结构却基本一致,它们都是由肱骨、桡骨、尺骨、腕骨、掌骨和指骨组成的,这些骨的排列顺序也基本一致。
(2)这些器官结构的相似性说明,这些生物都是由共同的原始祖先进化而来的。
2.胚胎学证据——比较人和鱼的胚胎发育过程
(1)人和鱼在胚胎发育早期都有彼此相似的阶段,说明人和其他脊椎动物都是由共同的原始祖先进化而来的,所以它们的胚胎在发育早期十分相似。
(2)古代脊椎动物共同的原始祖先生活在水中,所以人和其他脊椎动物在胚胎发育过程中会出现鳃裂。
(3)人是从有尾的动物进化而来的,所以在胚胎发育的过程中会出现很明显的尾。
3.细胞水平的证据
(1)证据。
①无论是原核生物还是真核生物,它们的细胞都有相似的基本结构。
②原核细胞中的蓝细菌细胞和真核细胞中的叶肉细胞内都有与光合作用有关的色素和酶等,它们都能进行光合作用,把光能转化为化学能,将无机物转化为储藏能量的有机物。
(2)结论:现存生物都是由共同的祖先进化来的,它们有着或远或近的亲缘关系,亲缘关系越近的生物之间,具有越多的共同特征。
4.分子水平的证据
(1)证据。
①DNA分子水平:大多数现存生物的遗传物质都是DNA,而且它们的DNA在组成、结构和功能上有许多共同之处,不同生物的DNA在行使功能时也有许多相似之处。
②基因水平:人类与猩猩、恒河猴和兔的血红蛋白基因中部分碱基序列有一定的相似性。
③蛋白质水平:不同生物体内细胞色素c的氨基酸序列也存在很高的相似度。
(2)结论。
①不同生物之间DNA序列的相似性越高,亲缘关系越近。
②不同生物之间特定蛋白质的氨基酸序列的相似度越高,生物之间的亲缘关系越近。
5.归纳生物进化的规律
生物进化的规律是由简单到复杂、由低等到高等、由水生到陆生。
下图分别为人和其他脊椎动物不同时期胚胎的比较,以及人的上肢和其他动物的前肢骨骼的比较,思考并回答下列问题。
(1)根据图1可以看出,人和其他脊椎动物在胚胎发育初期,不仅外形像鱼,而且在结构上都有鳃裂和尾,这说明了什么 到了胚胎发育晚期,除鱼之外,人和其他脊椎动物的鳃裂都消失了,人的尾也消失了,这又说明了什么
提示:发育初期,人和其他脊椎动物的胚胎在结构组成方面基本相同,这说明这些生物是由共同原始祖先进化而来的。发育晚期,人和其他脊椎动物的胚胎在形态方面不一样,说明这些生物在不同的环境中向着不同方向进化。
(2)观察图2中人的上肢、猫的前肢、鲸的鳍和蝙蝠的翼,它们在结构组成方面相同吗 这说明了什么 它们在形态方面一样吗,这又说明了什么
提示:它们在结构组成方面相同,这说明这些生物都起源于共同的原始祖先。它们在形态方面不同,这说明由于它们生活环境的不同,这些器官逐渐出现了形态和功能上的不同。
典例剖析
1.人体内残留了在某些哺乳动物体内相当发达的阑尾,这可作为生物进化中哪一方面的证据 ( )
A.化石证据 B.比较解剖学证据
C.胚胎学证据 D.生物遗传方面的证据
答案:B
解析:比较解剖学是对各类脊椎动物的器官和系统进行解剖和比较研究的科学。人体内残留了在某些哺乳动物体内相当发达的阑尾,属于比较解剖学方面的证据。
2.地球上现存的生物来自共同祖先。下列有关细胞和分子水平的证据的说法,错误的是( )
A.大多数现存生物的遗传物质都是DNA
B.亲缘关系越近的生物,其DNA序列相似性越高
C.人类与猩猩、恒河猴以及兔的血红蛋白基因中的碱基序列有一定的相似性
D.不同生物体内细胞色素c的氨基酸序列存在较大差异
答案:D
解析:细胞生物的遗传物质都是DNA,细胞生物在生物分类中占大部分,故大多数现存生物的遗传物质都是DNA,A项正确。亲缘关系越近的生物,其DNA序列相似性越高,B项正确。人类与猩猩、恒河猴以及兔的血红蛋白基因表达出来的血红蛋白具有相同的功能,故人类与猩猩、恒河猴以及兔的血红蛋白基因中的碱基序列有一定的相似性,C项正确。不同生物体内细胞色素c的氨基酸序列不一定存在较大差异,如人和猕猴的细胞色素c的氨基酸序列差别不大,D项错误。
教科书中能说明生物有共同祖先的事例
(1)生物的遗传物质都是核酸。具有细胞结构的生物的遗传物质都是DNA,只有少数病毒的遗传物质是RNA,而这些RNA病毒也起源于以DNA为遗传物质的生物。地球上最原始的生物的遗传物质应该是DNA;在千万年的进化过程中,生物的遗传物质在遗传过程中同时朝着不同方向变异。而不同的自然环境保留下了不同的变异基因,才形成了今天纷繁万象的自然界。
(2)地球上生物遗传信息的传递都遵循中心法则。DNA上的遗传信息通过复制传递到子细胞或子代生物体内,并通过转录传到RNA上,RNA上的信息通过翻译指导蛋白质的合成。这些信息传递过程在真核生物中和原核生物中都存在。
(3)地球上生物遗传信息传递的过程都遵循碱基互补配对原则。生物界通用的中心法则都遵循碱基互补配对原则,如DNA复制时有A—T、G—C配对,在转录过程中有T—A、A—U、G—C配对,在翻译过程中mRNA上的密码子和tRNA上的反密码子存在A—U、G—C配对。
(4)地球上的生物都共用同一套遗传密码。生物体内mRNA指导蛋白质合成,都是mRNA上3个相邻的碱基决定1个氨基酸,故而生物有64种密码子。不管是动物、植物、微生物,特定密码子对应编码的氨基酸基本相同。
(5)生物体有共同起源的其他证据。地球上具有生命系统的细胞都具有生物膜系统(如细胞膜),而且原核细胞和真核细胞的生物膜都是以磷脂双分子层为基本支架的。
学以致用
1.下面为三种脊椎动物的前肢
与人的上肢骨骼比较示意图。
下列有关说法错误的是( )
A.这四种前(上)肢骨骼都由
相同种类的骨组成
B.四种前(上)肢骨骼中骨的排列顺序是一致的
C.四种前(上)肢骨骼起源不同,但功能相同
D.说明了四种脊椎动物有共同的原始祖先
C
2.构成人体的细胞多种多样,其中胰岛B细胞合成胰岛素,甲状腺细胞合成甲状腺激素。植物的叶肉细胞中含有叶绿素,根尖成熟区表皮细胞形成根毛。正常情况下,分化的细胞还具有一定的寿命。例如,红细胞分化成熟后的寿命约是120天,白细胞的寿命约是12天。下列说法错误的是( )
A.现代分子生物学的证据表明,细胞分化是基因选择性表达的结果
B.在个体发育过程中,有序的细胞分化能够增加细胞的类型
C.由不同类型的细胞构成生物体的组织和器官,执行不同的功能
D.自然环境中的各种生物,由于某种功能的需要而进化产生了各种细胞类型
答案:D
解析:自然环境中的各种生物,由于细胞分化,形成了各种类型的细胞,并经过选择而适应各种环境。
1.已知物种甲的化石比物种乙的化石在地层中出现的时间晚很多,由此推测( )
A.物种甲比物种乙的数量多
B.物种甲比物种乙的体型大
C.物种甲比物种乙的结构复杂
D.物种甲一定由物种乙进化而来
答案:C
解析:化石是生物进化的最直接证据,生物进化遵循由简单到复杂、由低等到高等、由水生到陆生的规律,由于甲的化石比乙的化石在地层中出现的时间晚,所以推测甲的结构比乙复杂。
2.某研究所在瓮安生物群动物胚胎化石的细胞中发现“核状”结构,下列研究结果中最能支持该生物群是真核生物的证据是( )
A.多数细胞中只有一个“核状”结构
B.未分裂母细胞中有两个“核状”结构
C.“核状”结构位于细胞中央
D.“核状”结构具有膜
答案:D
解析:真核细胞与原核细胞最主要区别是具有核膜包被的成形的细胞核,此特点可作为判断细胞类型的依据。
3.下图所示是6种脊椎动物和人的胚胎发育的比较,由图中信息我们可以做出的推测是( )
A.鱼和人可能具有共同的祖先
B.鱼和人不可能具有共同的祖先
C.各种脊椎动物间没有亲缘关系
D.无法做出任何科学推测
答案:A
解析:图中6种脊椎动物和人在胚胎发育初期非常相似,都有鳃裂和尾,由此可推测,不同脊椎动物可能是由共同的原始祖先进化而来的。
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
答案:C
解析:蝴蝶的翅和鸟类的翼起源不同,结构不同,A项不符合题意。人的上肢与蝙蝠的翼为同源器官,人的手只是上肢的一部分,B项不符合题意。猫的前肢与人的上肢起源相同,结构和部位相似,C项符合题意。鲨鱼属于鱼类,而鲸属于哺乳动物,鲸的鳍相当于人的上肢,与鱼类不同,D项不符合题意。
5.科学家比较几种生物的细胞色素c(一种蛋白质)的化学结构,发现它们都含有103个肽键,但结构有差异,与人类细胞色素c氨基酸的差异如下表所示。请据此回答问题。
(1)与人亲缘关系最近的是 ,最远的是 。
(2)本实验说明氨基酸的差异越小,物种间的亲缘关系越 ,氨基酸的差异越大,物种间的亲缘关系越 。
(3)这些生物的细胞色素c在化学结构上的相似性说明 。
答案:(1)黑猩猩 酵母菌 (2)近 远 (3)这些生物有着共同的原始祖先新人教必修2课后习题
6.1 生物有共同祖先的证据
一、选择题
1.研究生物进化最直接的证据是( )
A.古代生存的生物 B.现在生存的生物
C.生物的“进化树” D.古代生物的化石
答案:D
2.化石记录显示,在越古老的地层里成为化石的生物( )
A.越简单、越低等,水生的越多
B.越复杂、越高等,水生的越多
C.越简单、越低等,陆生的越多
D.越复杂、越高等,陆生的越多
答案:A
解析:在研究生物的进化的过程中,化石是最重要的证据。在越古老的地层中,挖掘出的化石所代表生物的结构越简单,分类地位越低等,水生生物的化石也越多。
3.兔子有尾巴,在人的胚胎发育过程中,也有同兔胚胎发育相似的尾巴出现,此现象说明( )
A.人类起源于兔
B.人类和兔共同起源于单细胞动物
C.人类和兔有共同的祖先
D.人类和兔共同起源于水生动物
答案:C
4.鸟和蝙蝠的翼、鲸的鳍,它们的骨骼虽然外形上差别很大,但骨的排列是相似的,如下图所示。这说明( )
A.它们属于同一类动物
B.它们可能是由共同的祖先进化而来的
C.骨骼是运动系统的重要组成部分
D.鸟类和哺乳类的前肢功能相似
答案:B
5.陆生脊椎动物和人的胚胎在发育过程中会出现鳃裂,这说明( )
A.鳃裂将来发育成肺
B.胚胎的呼吸依靠鳃裂
C.胚胎在水环境中发育而成
D.陆生脊椎动物和人的原始祖先生活在水中
答案:D
解析:鳃裂是水生生物的主要生理结构,陆生脊椎动物和人的胚胎在发育过程中会出现鳃裂,这说明它们的原始祖先生活在水中。
6.科学家测定了某保护区MG、CE、DP、DW四种鸟的ALX1基因的核苷酸序列,由此判断它们的亲缘关系。这属于研究进化的( )
A.胚胎学证据 B.分子水平的证据
C.比较解剖学证据 D.古生物化石证据
答案:B
解析:测定基因序列是在分子水平上进行的,可为生物进化提供分子水平上的证据。
7.在对古脊椎动物的研究中发现,鸟类在进化过程中腕掌骨不断愈合(如下图),这是飞行结构优化的体现。该研究结果属于( )
A.胚胎学证据 B.比较解剖学证据
C.化石证据 D.细胞和分子水平的证据
答案:C
8.用下列哪种方法寻找生物进化的证据时需要测定遗传物质中的碱基序列 ( )
A.比较器官的形态和结构
B.比较黑猩猩、恒河猴、兔和人类的基因序列
C.比较多种生物的蛋白质
D.比较多种生物的氨基酸序列
答案:B
解析:比较基因序列需要先对基因的碱基序列进行测定,其他几项不需要测定碱基序列。
二、非选择题
9.下图为人和有关动物器官的比较,据图回答下列问题。
(1)图中的生物在分类学上都属于 动物,其中人、蝙蝠和鲸均属于 类。
(2)人的上肢、鲸的鳍、鸟和蝙蝠的翼,它们的外形和功能 (填“相同”或“不相同”),却有着相似的 ,在胚胎阶段,它们都是由相同的 发育而来的。
答案:(1)脊椎 哺乳 (2)不相同 结构 组织
解析:图中的生物在分类学上都属于脊椎动物,其中人、蝙蝠和鲸均属于哺乳动物。从解剖学上看,题图中的生物器官在形态和功能上各不相同,但从胚胎学上看,它们起源相同,结构相似,在胚胎阶段都是由相同的组织发育而来的。
10.科学家在野外找到一块化石,将化石中的动物取名“顾氏小盗龙”,经观察后发现它具有这样一些特征:全身披有羽毛,全身长约77 cm,后肢上有尖锐的弯曲的爪子和比身体长的尾巴,前后肢无论是从结构还是从外部形态来看,都像现代鸟的翅膀。
(1)请你分析它与现存的哪类动物有亲缘关系 ,理由是 。
(2)请你分析它可能是树栖还是地栖 并说明理由。
。
(3)如果在第一块化石所在地层之下又找到了第二块化石,它的特征是身体扁平,全身具有鳞片,无四肢,但身体两侧有鳍状结构。那么第一块化石和第二块化石比较,哪一块可能更古老 说明理由。 。
答案:(1)鸟类 因为该化石中的动物全身披有羽毛,前后肢无论从结构还是从外部形态来看都像现代鸟的翅膀,具有鸟类的特征
(2)树栖,因为它后肢上有尖锐的弯曲的爪子,适于抓住树干
(3)第二块更古老,因为第二块化石所代表的生物更接近鱼类的特征,且所生存年代比第一块化石生物的古老
等级考素养提升
一、选择题
1.生物的遗体、遗物或生活痕迹,由于某种原因被埋藏在地层中,经过若干万年的复杂变化形成化石。下列关于化石的叙述,正确的是( )
A.所有的古生物都能形成化石
B.一般而言,在越古老地层中形成化石的生物越高等
C.生物化石和比较解剖学为研究生物进化提供了重要证据
D.一般而言,在距今越近的地层中形成化石的生物越简单
答案:C
解析:根据化石形成的原因,化石是生物的遗体、遗物(如卵、粪便等)或生活痕迹(如动物的脚印、爬迹等),由于某种原因被埋藏在地层中,经过若干万年的复杂变化而逐渐形成的,并不是所有的古生物都能形成化石。一般而言,越古老的地层中,形成化石的生物越简单、越低等;距今越近的地层中形成化石的生物越复杂、越高等,陆生生物较多。
2.下列关于生物进化证据的叙述,正确的是( )
A.化石是保存在地壳中的古地质年代的动植物的遗体,是研究生物进化的直接证据
B.蝙蝠的翼和人的上肢结构的相似性可以说明两种生物是由共同祖先演化而来的
C.比较人和其他脊椎动物的胚胎发育过程可知,人和其他脊椎动物之间存在血缘关系
D.现存的不同生物之间亲缘关系越近,其DNA序列和蛋白质中氨基酸序列相似度越高
答案:D
解析: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,利用化石可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,因此研究生物进化的直接证据是化石,A项错误。蝙蝠的翼和人的上肢,它们的形态和功能都不相同,但它们的内部结构却基本上一致,说明它们属于同源器官,进而说明两种生物是由共同的原始祖先进化而来的,B项错误。比较人和其他脊椎动物的胚胎发育过程可知,人和其他脊椎动物之间存在亲缘关系,C项错误。
3.(不定项选择题)下列关于蛋白质、DNA和生物进化证据的叙述,正确的是( )
A.蛋白质和DNA都是大分子物质,都可以为研究生物进化提供证据
B.蛋白质和DNA都是遗传信息的储存者,所以可以通过比较不同生物的蛋白质和DNA来确定不同生物亲缘关系的远近
C.通过比较蛋白质中的氨基酸差异程度可以得知相关DNA片段中遗传信息的差异程度
D.两种生物的共同祖先生活的年代距今越远,这两种生物的蛋白质和DNA的差异可能就越大
答案:ACD
解析:蛋白质和DNA都是大分子物质,都可以反映不同物种的相似程度,A项正确。DNA是遗传信息的储存者,其中的遗传信息的差异程度直接反映了两个物种的亲缘关系远近,B项错误。蛋白质是基因表达的结果,所以比较蛋白质的差异可间接得知DNA中遗传信息的差异,C项正确。两种生物的共同祖先生活的年代距今越远,这两种生物的蛋白质和DNA产生差异的时间也越早,差异性可能越大,D项正确。
二、非选择题
4.分析四种不同动物(甲、乙、丙、丁)的血红蛋白,发现在构成血红蛋白的数万个氨基酸中,仅有四个位置存在差异,如下表所示。
动物 第1位 第2位 第3位 第4位
甲 氨基酸A 氨基酸A 氨基酸A 氨基酸C
乙 氨基酸B 氨基酸C 氨基酸A 氨基酸A
丙 氨基酸A 氨基酸B 氨基酸C 氨基酸E
丁 氨基酸A 氨基酸A 氨基酸A 氨基酸E
(1)据此推测,亲缘关系最近的两种动物是 。
(2)写出作出上述判断的依据: 。
(3)这是在 (填“胚胎学”或“分子生物学”)方面为生物进化提供的证据。
答案:(1)甲与丁
(2)甲与丁血红蛋白的氨基酸组成差异最小
(3)分子生物学
解析:甲与丁之间只有第四位氨基酸的组成不同,其余均相同,在四者之中,甲与丁的差别最小,所以其亲缘关系也最近。
5.请回答与生物进化有关的问题。
(1)在分子生物学方面,可以通过比较不同物种生物的 、 等生物大分子来判断亲缘关系远近。比较DNA时,可通过DNA—DNA杂交技术了解两种生物基因组的 ,从而判断出它们之间亲缘关系的远近;由于DNA测序技术的进步和普及,人们可直接对比不同物种的 ,从而推断出物种之间的进化关系;在蛋白质分子方面,可以根据两种生物的相应蛋白质中 来判断亲缘关系的远近。
(2)运用下图提供的各种动物DNA的碱基顺序与人类相比较的数据以及你已有的知识,回答下列问题。
①与人类亲缘关系最密切的灵长类动物是 。为什么 。
②为什么黑猩猩、人类和大猩猩能产生具有相同氨基酸序列的酶和激素
。
答案:(1)DNA 蛋白质 相似程度 基因序列 氨基酸序列的差异大小
(2)黑猩猩 因为黑猩猩的碱基序列与人类的相似程度最大 因为黑猩猩、人类和大猩猩的基因的碱基序列绝大多数相同
解析:(1)在分子生物学方面,可以通过比较不同物种生物的DNA、蛋白质等生物大分子来判断不同生物亲缘关系的远近。(2)黑猩猩的碱基序列与人类的相似程度最大,因此黑猩猩与人类的亲缘关系最密切。
