苏教版（2019）高中生物必修二 4..2生物的多样性和适应性是进化的结果 教案
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| 名称 | 苏教版（2019）高中生物必修二 4..2生物的多样性和适应性是进化的结果 教案 |  | |
| 格式 | docx | ||
| 文件大小 | 619.1KB | ||
| 资源类型 | 教案 | ||
| 版本资源 | 苏教版（2019） | ||
| 科目 | 生物学 | ||
| 更新时间 | 2022-04-11 10:09:18 | ||
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4.2 生物的多样性和适应性是进化的结果
新课程标准 学业质量目标
尝试通过化石记录、比较解剖学和比较胚胎学等事实,说明当今生物具有共同的祖先 尝试通过细胞生物学和分子生物学等知识,说明当今生物在新陈代谢、DNA的结构与功能等方面具有许多共同特征 举例说明种群内的某些可遗传变异将赋予个体在特定环境中的生存和繁殖优势 合格 考试 1.运用结构与功能观阐明当今生物具有共同特征。(生命观念) 2.基于生物学事实,反驳神创论。(社会责任) 3.基于生物学事实和证据,归纳概括适应的概念。(生命观念) 4.基于对隔离与物种形成的作用的理解,认识环境保护与物种多样性的作用。(社会责任)
等级 考试 1.尝试通过化石、比较解剖学和比较胚胎学等证据,证明当今生物具有共同的祖先。(科学思维) 2.基于分子生物学知识,阐明当今生物在新陈代谢、DNA的结构与功能等方面具有许多相似之处。(科学探究) 3.运用进化与适应观,阐述适应是自然选择的结果。(科学思维)
一、生物进化的证据
1.古生物学证据:
选一选:化石是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,是研究生物进化最直接、最重要的证据。通过化石的研究可以证明①③④⑤。
①地球上的各种生物之间有一定的亲缘关系
②地球上的各种生物是一次性同时出现的
③现在的各种生物是经过漫长的地质年代进化而来的
④生物的进化呈现从低等到高等的规律
⑤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
⑥化石不能记录地球和生物进化的历史
2.当今生物体上进化的印迹———其他方面的证据:
判一判:当今生物体在进化上存在很多进化的印迹,据此判断下列说法的正误。
(1)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。(√)
(2)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。(×)
提示:不同种类的哺乳动物的前肢在形态上差别很大,但结构基本一致,这说明这些哺乳动物是由共同祖先进化来的。
(3)细胞具有共同的物质基础和结构基础,这说明生物有共同的祖先。(√)
(4)当今生物体上进化的印迹,相互独立,单独证明了生物是由共同祖先进化来的。(×)
提示:当今生物体上进化的印迹,互为补充,相互印证,证明了生物是由共同祖先进化来的。
(5)几乎所有生物都共用一套遗传密码,说明生物有共同的祖先。(√)
二、生物的多样性和适应性及其形成
1.生物进化的方式:
(1)分歧进化:由一个原始物种经过漫长的地质年代,因适应不同的环境而向不同的方向进化,逐渐形成新物种的方式。
(2)趋同进化:由于相似或相同的生活环境,一些不同种类的生物在自然选择下出现形态结构向着同一方向进化的方式。
(3)协同进化(共同进化):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。
2.五界系统:
原核生物 都是一些微小的单细胞生物
原生生物 最简单的真核生物
真菌 真核生物,无(填“有”或“无”)叶绿素,多数营腐生生活,如花菇。
植物 真核生物,有细胞壁,多数植物体具有根、茎、叶和分化的繁殖器官,能进行光合作用
动物 真核生物,无细胞壁,结构复杂,具有完善的器官系统
3.生物的多样性和适应性:
(1)生物的多样性:生物多样性是指地球上生物的物种多样性和遗传多样性,以及由这些生物与环境相互作用所构成的生态系统多样性。
(2)生物的适应性:地球上丰富多样的生物物种来自共同的祖先,自然选择促进它们更好地适应特定的生存环境。所以,生物的多样性和适应性都是生物进化的结果。
知识点一 生物进化的证据
1.古生物学证据:
(1)从化石证据看生物进化的历程
(2)从化石证据看生物进化的方向
①结构:原核单细胞→真核单细胞→真核多细胞
②生殖方式:无性生殖→有性生殖
体外受精和发育→体内受精和发育
③消化类型:细胞内消化→细胞外消化
④呼吸类型:无氧呼吸→有氧呼吸
⑤趋势:简单→复杂;水生→陆生;低等→高等
特别提醒:生物化石的两点说明
①不同深度的地层中埋藏着不同类型的生物化石,埋藏越深的地层中的生物化石所代表的生物的结构与现代生物的结构差别越大。
②一般来说,越早形成的地层中的化石所代表的生物结构越简单、分类地位越低等;越晚形成的地层中的化石所代表的生物结构越复杂、分类地位越高等。
2.当今生物体上进化的印迹——其他方面的证据:
项目 证据 结论
比较解剖 学证据 蝙蝠的翼手、鲸的鳍、猫的前肢、人的上肢所在部位和结构组成相似 它们的起源相同;都是由共同的原始祖先进化而来的
比较胚胎 学证据 人和鱼在发育早期都有鳃裂和尾,随着发育的进行,人的鳃裂和尾消失了 脊椎动物都是由共同的祖先进化而来的,它们之间存在着或远或近的亲缘关系
细胞生物 学证据 生物都有能进行生长、增殖的细胞,细胞有共同的物质基础和结构基础 支持生物是由共同的祖先进化而来的
分子生物 学证据 两种生物的亲缘关系越近,DNA单链通过分子杂交形成双螺旋片段的程度越高 ①生物有共同的祖先; ②生物亲缘关系或远或近
特别提醒:
①一切高等动物的胚胎发育都是从一个受精卵开始的,这说明生物是由单细胞向多细胞进化的。
②亲缘关系越近的生物,其DNA或蛋白质分子的差异性就越小;亲缘关系越远的生物,其DNA或蛋白质分子的差异性就越大。
【思考探究】
1.拓展探究:曾经在地球上生存过的生物只有一小部分能够形成化石。请依据化石的概念,分析为什么只有一小部分能够形成化石 (科学思维)
提示:大部分生物不具有能够持久保存的硬体部分,如骨骼、枝叶等;大部分生物个体太小,则不易成为化石或不易被发现。
2.情境探究:科学家运用分子生物学技术分析甲、乙、丙、丁四种不同动物的血红蛋白,发现在构成血红蛋白的氨基酸中与人体血红蛋白存在不同程度的差异。(科学思维)
(1)根据血红蛋白的差异,能否推断四种动物与人的亲缘关系的远近 为什么
提示:能。蛋白质是生命活动的主要承担者,所以可以通过比较人与四种不同动物的血红蛋白的差异,确定四种动物与人的亲缘关系的远近,血红蛋白差别越小与人亲缘关系越近。
(2)假若丙、丁两种生物的血红蛋白差异最大,两种生物的共同祖先距今越早还是越晚 为什么
提示:越早。两种生物的共同祖先生活的年代距今越早,这两种生物的蛋白质产生差异的时间也越早,差异性可能越大。
3.【情境探究】如图是科学家在地层中发现的未被破坏的沉积岩石的次序,图中Ⅱ层中有物种A的化石,Ⅰ层中有物种B的化石。
据图探究问题:
在Ⅱ层里能否找到物种B的化石 为什么 (科学思维)
提示:有可能。物种B出现时间早,可能已经灭绝,也可能是部分物种B变异后逐渐进化为物种A,还可能是物种B一直适应环境,直到物种A出现时仍然存在。
没有人能亲历生物进化的全过程,科学家们通过各种方法研究生物的进化,下列叙述错误的是( )
A.化石是研究生物进化非常重要的证据
B.比较法是研究生物进化中常采用的办法
C.通过对鸟化石的研究可以推断鸟类可能是由古代爬行类动物进化来的
D.对兔抗人血清免疫实验的研究结果进行分析,可以得出人类是由黑猩猩进化来的
【解题思维】解答本题需突破以下两个关键点:
【解析】选D。化石是研究生物进化最直接、最重要的证据,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,A正确。比较法是指根据一定的标准,把彼此有某种联系的事物加以对照,确定它们的相同和不同之处。通过对各个事物特征的比较,可以把握事物之间的内在联系,认识事物的本质。比较法是研究生物进化的基本方法,B正确。孔子鸟的身体结构既和爬行动物有相似之处,又和鸟类有相似之处,根据以上特征,科学家认为鸟类可能起源于古代的爬行类动物,C正确。兔抗人血清免疫实验的研究结果显示黑猩猩和人类的沉淀量仅差3%,表明人类和黑猩猩的亲缘关系很近,但不能表明人类是由黑猩猩进化来的,D错误。
【方法规律】运用比较法研究生物的进化
比较化石 比较不同类型生物的化石在地层中出现的顺序,从而判断生物的进化顺序
比较形态、 结构 比较脊椎动物的器官、系统的形态和解剖学特征,判断生物间的进化关系和亲缘关系
比较发育 过程 比较动物胚胎的形成和发育过程,为生物进化提供发育方面的证据
比较分子水 平上的差异 利用组成生物体的一些重要物质的共同点和差异性,来比较生物之间的亲缘关系
知识点二 生物进化导致生物的多样性和适应性
1.三种进化方式的比较:
进化方式 对象 进化方向 实例
分歧 进化 1个原 始物种 向着不同的方向进化 早期爬行类经过分歧进化逐步形成现代爬行类、现代鸟类、现代哺乳类
趋同 进化 不同的物种 向着同一方向进化 鸟和蝙蝠因适应飞翔生活形成具有相同功能的翼和翼手
协同 进化 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 捕食者的捕食能力因被捕食者的防御得以提高,被捕食者的防御能力因捕食者的捕猎得以提高
特别提醒:对协同进化的理解
①不同物种之间相互影响:生物生活在复杂的环境中,任何一个物种都不是单独进化的,必然要和其他生物发生关系。在捕食与被捕食、相互帮助等关系下,它们相互选择,协同进化,增加了物种的多样性。
②生物与无机环境相互影响:生物能够适应一定的环境,也能够影响环境。生物与无机环境之间是相互影响和共同演变的。例如:最早的生物是厌氧的,光合生物的出现,使大气中有了氧气,为好氧生物的出现创造了前提条件。
2.生物的进化导致了生物物种的多样性:
(1)生物多样性:
①概念:生物多样性是指地球上生物的物种多样性和遗传多样性,以及由这些生物与环境相互作用所构成的生态系统多样性。
②层次
③生物多样性的形成过程:
a.自养型原核生物出现的意义
b.真核生物出现的意义
④生物多样性形成的原因
a.从分子水平看
b.从进化的角度看
生物的变异是不定向的,而自然选择是定向的。有利的变异逐代积累,从而形成了适应环境的新类型,而环境是多变的,不同的变异类型适应不同的环境,逐渐形成了适应各种环境的多种多样的生物。
(2)五界系统:
①分类依据:生物细胞的结构特征和能量利用方式的基本差异。
②内容:原核生物界、原生生物界、真菌界、植物界和动物界。
③意义:
a.显示了生命发展史的三大阶段:原核单细胞阶段、真核单细胞阶段和真核多细胞阶段。
b.揭示了进化的三大方向:进行光合作用的植物,为自然界的生产者;分解和吸收有机物的真菌,为自然界的分解者;摄食有机物的动物,为自然界的消费者。
情境探究:动物与动物之间存在着捕食与被捕食的关系。捕食者一般不会把所有的猎物都吃掉,这在生物进化中被称为“精明的捕食者”策略。该策略对人类利用生物资源有什么启示 (社会责任)
提示:地球上的生物资源是有限的,人类不应该掠夺式地开发和利用生物资源,而应该合理有度地开发和利用生物资源,做一个“精明的捕食者”。
安第斯山区有数十种蝙蝠以花蜜为食,其中,长舌蝠的舌长为体长的1.5倍。只有这种蝙蝠能从长筒花狭长的花冠筒底部取食花蜜,且为该植物的唯一传粉者。由此无法推断出( )
A.长舌有助于长舌蝠避开与其他蝙蝠的竞争
B.长筒花可以在没有长舌蝠的地方繁衍后代
C.长筒花狭长的花冠筒是自然选择的结果
D.长舌蝠和长筒花相互适应,协同进化
【解题思维】解答本题需突破以下两个关键点:
【解析】选B。只有长舌蝠才能取食长筒花的花蜜,避开了和其他蝙蝠的竞争,A正确;只有长舌蝠能从长筒花狭长的花冠筒底部取食花蜜,且为该植物的唯一传粉者,长筒花在没有长舌蝠的地方不能繁衍后代,B错误;长筒花狭长的花冠筒是自然选择的结果,C正确;只有长舌蝠才能取食长筒花的花蜜,二者相互适应,协同进化,D正确。
【审答误区】本题常见错因有两种:
(1)长筒花的繁殖要靠长舌蝠进行传粉、繁殖后代,误认为长筒花可单独生存。
(2)长舌蝠和长筒花之间是相互适应、协同进化的,而不能单独生存。
【母题追问】
若由于环境发生变化,使长舌蝠全部灭绝,会对长筒花产生怎样的影响
提示:会导致长筒花灭绝。
如果环境剧变或某种植物病害暴发,下列植物中生存概率最大的是 ( )
A.栽培小麦 B.栽培玉米
C.野生小麦 D.野生玉米
【解析】选C。由图分析可知:野生小麦的遗传多样性最为丰富,为进化提供了更多的原材料。当环境发生剧变时,更容易适应环境的变化。
下列关于生物进化的叙述,错误的是 ( )
A.某物种仅存一个种群,该种群中每个个体均含有这个物种的全部基因
B.虽然亚洲与澳洲之间存在地理隔离,但两洲人之间并没有生殖隔离
C.无论是自然选择还是人工选择,都能使种群基因频率发生定向改变
D.古老地层中都是简单生物的化石,而新近地层中含有复杂生物的化石
【解析】选A。种群中所有个体所含有的基因才是这个物种的全部基因,A项错误;各大洲人之间并没有生殖隔离,B项正确;无论是自然选择还是人工选择,都可使种群基因频率发生定向改变,C项正确;越古老的地层中的化石所代表的生物结构越简单,在距今越近的地层中,挖掘出的化石所代表的生物结构越复杂,说明生物是由简单到复杂进化的,D项正确。
【生活情境】科研人员向养殖乳牛的牛棚和牛身上喷洒了杀虫剂A,苍蝇几乎死光。过了一段时间,苍蝇又多起来了,又喷洒了杀虫剂A,大多数苍蝇死了,没过多久,苍蝇又多起来,又喷洒杀虫剂A,如此反复进行了5次,会发现杀虫剂A的效果一次比一次差。
探究:
(1)科研人员猜测,时间久了,杀虫剂失效了。请你简要解释如何验证科研人员的这个猜测。(科学探究)
提示:将新配制的杀虫剂和原来配制的杀虫剂同时用于两组相同的且没有接触过该杀虫剂的苍蝇,观察它们的效果。
(2)科研人员用苍蝇抗药性增强来解释杀虫剂A的效果一次比一次差。请你从变异和进化的角度解释杀虫剂的效果一次比一次差的原因。(科学探究)
提示:具有抗药性的苍蝇能够生存下来,并遗传给下一代,导致杀虫剂A的效果一次比一次差。
1.比较解剖学、比较胚胎学和分子生物学,都为生物进化提供了证据。下面有关生物的起源和进化的论述中,科学的是__________。
①比较胚胎学和比较解剖学的研究为生物进化提供了直接证据
②通过对不同生物种类的形态结构进行比较,可以推断它们之间的亲缘关系
③形形色色的生物物种是由上帝创造的
④物种形成后可随环境发生变化
⑤不同物种间具有非常近的亲缘关系
⑥彼此不同而又相似的物种,由一个祖先物种发展而来
⑦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
【解析】选②④⑥⑦。化石是保存在岩层中的古生物遗物和生活遗迹,直接说明了古生物的结构或生活习性,因此生物进化的直接证据是化石证据,①错误;通过对不同生物种类的形态结构进行比较,可以推断它们之间的亲缘关系,②正确;形形色色的生物物种不是由上帝创造的,③错误;物种形成后可随环境改变而变化,④正确;不同物种间具有或近或远的亲缘关系,⑤错误;彼此不同而又相似的物种,由一个祖先物种发展而来,⑥正确;蛋白质和DNA都可以为研究生物进化提供证据,这是分子生物学研究的内容,⑦正确。
2.化石证据表明,有的物种只存活了短暂的时期就灭绝了。下列哪种说法最准确( )
A.这些生物体缺乏可遗传的变异
B.它们的生活环境太恶劣
C.这些生物体的食量太大
D.它们的生殖能力太弱
【解析】选A。当环境发生改变特别是环境发生剧烈变化时,生物如果没有产生适应变化了的环境的可遗传变异,就会被环境淘汰。即凡是生存下来的生物都是适应环境的,而被淘汰的生物都是对环境不适应的,这就是适者生存、不适者被淘汰,B、C、D错误,A正确。
3.(根据“思辨题”改编)下列不能作为生物进化的证据的是 ( )
A.DNA序列 B.发育过程
C.身体大小 D.身体结构
【解析】选C。亲缘关系越近的生物,DNA等生物大分子的共同点越多,可以根据DNA序列来判断生物间的亲缘关系和在进化史上出现的顺序,A正确;发育过程或身体结构存在相似性的生物可能有共同的祖先,B、D正确;生物个体的大小与生物进化没有必然的关系,C错误。
4.真核生物的出现在生物进化历史上具有重要的意义,这主要表现在 ( )
①结构和功能更加完善
②出现有丝分裂,为有性生殖的产生奠定基础
③通过有性生殖实现了基因重组,推动了生物进化
A.①② B.②③ C.①③ D.①②③
【解析】选D。真核生物在生物进化历史上具有重要意义,这主要表现在以下两个方面:一是与原核细胞相比,真核细胞的结构和功能复杂得多;二是真核细胞通过有丝分裂增殖,这是减数分裂出现的前提,即为有性生殖奠定了基础。通过有性生殖出现了基因重组,推动了生物进化。
5.按照动物进化历程排序,正确的是 ( )
①原始单细胞动物 ②古代鱼类
③原始两栖类 ④原始无脊椎动物
⑤原始爬行类 ⑥原始鸟类和哺乳类
A.①④②③⑤⑥ B.①②③④⑤⑥
C.④①②③⑤⑥ D.①②④⑤③⑥
【解析】选A。生物进化的顺序是由单细胞到多细胞,由简单到复杂,由水生到陆生,由低等到高等。对于动物是原始单细胞动物→原始无脊椎动物→古代鱼类→原始两栖类→原始爬行类→原始鸟类和哺乳类。
6.如图表示生物多样性的三个不同层次,下列叙述正确的是 ( )
A.图Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ分别表示遗传多样性、种群多样性和生态系统多样性
B.图Ⅰ说明基因重组导致多种等位基因的产生,从而形成遗传多样性
C.图Ⅱ反映出具有生殖隔离的生物可以在同一个环境中相对稳定地共存
D.图Ⅲ反映出的河流、森林和城市生态系统具有相同的气候特点
【解析】选C。生物多样性包括三个层次的内容,即遗传多样性、物种多样性和生态系统多样性;基因重组不会导致新基因及等位基因的产生,可以产生新的基因型;不同的生态系统可以形成不同的气候特点,所以A、B、D三项都错误。具有生殖隔离的生物在同一个环境中相对稳定地共存,这是所有生态系统中都具有的现象,所以C项正确。
7.下列有关生物多样性和生物进化的叙述中,不正确的是 ( )
A.细菌在接触青霉素后会产生具有抗药性的突变个体,青霉素的选择作用使其生存
B.蜂鸟细长的喙与倒挂金钟的筒状花萼是它们长期共同进化形成的相互适应特征
C.生物多样性的形成过程,不能说是新物种不断形成的过程
D.自然选择能定向改变种群的基因频率,决定了生物进化的方向
【解析】选A。细菌中原本存在各种各样的突变个体,接触青霉素后,有抗药性的突变个体存活下来,其他个体不能生存,青霉素对细菌进行了选择,所以并不是细菌接触青霉素后产生突变个体,而是青霉素选择出了抗药突变个体,A错误;共同进化是不同物种之间,生物与无机环境之间,在相互影响中不断进化和发展,所以蜂鸟细长的喙与倒挂金钟的筒状花萼是它们长期共同进化形成的相互适应特征,B正确;新物种的形成通常要经过突变和基因重组、自然选择及隔离三个基本环节,生物多样性的形成过程,不能说是新物种不断形成的过程,C正确;生物的变异是不定向的,自然选择能定向改变种群的基因频率,决定了生物进化的方向,D正确。
8.如图1显示了某种甲虫的两个种群基因库的动态变化过程。种群中每只甲虫都有相应的基因型,A和a这对等位基因没有显隐性关系,共同决定甲虫的体色,甲虫体色的基因型和表现型如图2所示,请据图回答下列问题:
(1)不同体色的甲虫体现了生物多样性中的__________多样性。
(2)在种群中出现了基因型为A'A的甲虫,A'基因最可能的来源是__________,该来源为生物进化________________。A'A个体的出现将会使种群基因库中的__________发生改变。
(3)图中箭头表示通过迁移,两个种群的基因库之间有机会进行__________。由此可知,种群Ⅰ和种群Ⅱ之间不存在________________。
(4)根据图1两个种群中不同体色的甲虫分布比例,可以初步推测出处于工业污染较为严重的环境中的是种群______________,该环境对甲虫的生存起到了________作用。
【解析】(1)由于基因控制生物的性状,不同体色的甲虫体现了生物多样性中的遗传多样性。(2)A'基因最可能的来源是基因突变,基因突变为生物进化提供了原材料,A'A个体的出现会使种群基因库的基因频率发生改变。(3)由于两个种群的个体之间能相互迁移,基因库之间的基因能进行交流,故两个种群不存在生殖隔离。(4)由于种群Ⅰ中黑色个体多,故可能生活在工业污染较为严重的环境中,这是自然选择的结果。
答案:(1)遗传 (2)基因突变 提供原材料 基因频率
(3)基因交流 生殖隔离 (4)Ⅰ 选择
DNA分子杂交技术的过程是先把两种生物的DNA分子用同位素加以标志,接着用加热的方法使其解旋成单链,然后把两种生物的单链DNA混合起来,使其在缓缓冷却的条件下恢复为双链DNA,可以通过检查杂种双链DNA来判断两个物种的异同程度,过程如图所示。科学家常用该方法鉴定生物间亲缘关系。
(1)不同种生物的DNA单链能杂交成双链DNA,是因为DNA分子杂交遵循________。
(2)DNA分子杂交技术鉴定生物间亲缘关系是______________方面的证据。
(3)依据不同生物的DNA形成游离的单链数目可判断生物之间的亲缘关系,为什么
【解析】(1)不同种生物的DNA单链能杂交成双链DNA,是因为DNA分子在杂交时遵循碱基互补配对原则。(2)利用DNA分子杂交技术鉴定生物间亲缘关系是分子生物学方面的证据。(3)由于游离的单链数目越少(越多),DNA中相同的碱基序列越多(越少),生物的亲缘关系越近(越远),因此依据不同生物的DNA形成游离的单链数目可判断生物之间的亲缘关系。
答案:(1)碱基互补配对原则 (2)分子生物学
(3)游离的单链数目越少(越多),DNA中相同的碱基序列越多(越少),生物的亲缘关系越近(越远)
新课程标准 学业质量目标
尝试通过化石记录、比较解剖学和比较胚胎学等事实,说明当今生物具有共同的祖先 尝试通过细胞生物学和分子生物学等知识,说明当今生物在新陈代谢、DNA的结构与功能等方面具有许多共同特征 举例说明种群内的某些可遗传变异将赋予个体在特定环境中的生存和繁殖优势 合格 考试 1.运用结构与功能观阐明当今生物具有共同特征。(生命观念) 2.基于生物学事实,反驳神创论。(社会责任) 3.基于生物学事实和证据,归纳概括适应的概念。(生命观念) 4.基于对隔离与物种形成的作用的理解,认识环境保护与物种多样性的作用。(社会责任)
等级 考试 1.尝试通过化石、比较解剖学和比较胚胎学等证据,证明当今生物具有共同的祖先。(科学思维) 2.基于分子生物学知识,阐明当今生物在新陈代谢、DNA的结构与功能等方面具有许多相似之处。(科学探究) 3.运用进化与适应观,阐述适应是自然选择的结果。(科学思维)
一、生物进化的证据
1.古生物学证据:
选一选:化石是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,是研究生物进化最直接、最重要的证据。通过化石的研究可以证明①③④⑤。
①地球上的各种生物之间有一定的亲缘关系
②地球上的各种生物是一次性同时出现的
③现在的各种生物是经过漫长的地质年代进化而来的
④生物的进化呈现从低等到高等的规律
⑤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
⑥化石不能记录地球和生物进化的历史
2.当今生物体上进化的印迹———其他方面的证据:
判一判:当今生物体在进化上存在很多进化的印迹,据此判断下列说法的正误。
(1)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。(√)
(2)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。(×)
提示:不同种类的哺乳动物的前肢在形态上差别很大,但结构基本一致,这说明这些哺乳动物是由共同祖先进化来的。
(3)细胞具有共同的物质基础和结构基础,这说明生物有共同的祖先。(√)
(4)当今生物体上进化的印迹,相互独立,单独证明了生物是由共同祖先进化来的。(×)
提示:当今生物体上进化的印迹,互为补充,相互印证,证明了生物是由共同祖先进化来的。
(5)几乎所有生物都共用一套遗传密码,说明生物有共同的祖先。(√)
二、生物的多样性和适应性及其形成
1.生物进化的方式:
(1)分歧进化:由一个原始物种经过漫长的地质年代,因适应不同的环境而向不同的方向进化,逐渐形成新物种的方式。
(2)趋同进化:由于相似或相同的生活环境,一些不同种类的生物在自然选择下出现形态结构向着同一方向进化的方式。
(3)协同进化(共同进化):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。
2.五界系统:
原核生物 都是一些微小的单细胞生物
原生生物 最简单的真核生物
真菌 真核生物,无(填“有”或“无”)叶绿素,多数营腐生生活,如花菇。
植物 真核生物,有细胞壁,多数植物体具有根、茎、叶和分化的繁殖器官,能进行光合作用
动物 真核生物,无细胞壁,结构复杂,具有完善的器官系统
3.生物的多样性和适应性:
(1)生物的多样性:生物多样性是指地球上生物的物种多样性和遗传多样性,以及由这些生物与环境相互作用所构成的生态系统多样性。
(2)生物的适应性:地球上丰富多样的生物物种来自共同的祖先,自然选择促进它们更好地适应特定的生存环境。所以,生物的多样性和适应性都是生物进化的结果。
知识点一 生物进化的证据
1.古生物学证据:
(1)从化石证据看生物进化的历程
(2)从化石证据看生物进化的方向
①结构:原核单细胞→真核单细胞→真核多细胞
②生殖方式:无性生殖→有性生殖
体外受精和发育→体内受精和发育
③消化类型:细胞内消化→细胞外消化
④呼吸类型:无氧呼吸→有氧呼吸
⑤趋势:简单→复杂;水生→陆生;低等→高等
特别提醒:生物化石的两点说明
①不同深度的地层中埋藏着不同类型的生物化石,埋藏越深的地层中的生物化石所代表的生物的结构与现代生物的结构差别越大。
②一般来说,越早形成的地层中的化石所代表的生物结构越简单、分类地位越低等;越晚形成的地层中的化石所代表的生物结构越复杂、分类地位越高等。
2.当今生物体上进化的印迹——其他方面的证据:
项目 证据 结论
比较解剖 学证据 蝙蝠的翼手、鲸的鳍、猫的前肢、人的上肢所在部位和结构组成相似 它们的起源相同;都是由共同的原始祖先进化而来的
比较胚胎 学证据 人和鱼在发育早期都有鳃裂和尾,随着发育的进行,人的鳃裂和尾消失了 脊椎动物都是由共同的祖先进化而来的,它们之间存在着或远或近的亲缘关系
细胞生物 学证据 生物都有能进行生长、增殖的细胞,细胞有共同的物质基础和结构基础 支持生物是由共同的祖先进化而来的
分子生物 学证据 两种生物的亲缘关系越近,DNA单链通过分子杂交形成双螺旋片段的程度越高 ①生物有共同的祖先; ②生物亲缘关系或远或近
特别提醒:
①一切高等动物的胚胎发育都是从一个受精卵开始的,这说明生物是由单细胞向多细胞进化的。
②亲缘关系越近的生物,其DNA或蛋白质分子的差异性就越小;亲缘关系越远的生物,其DNA或蛋白质分子的差异性就越大。
【思考探究】
1.拓展探究:曾经在地球上生存过的生物只有一小部分能够形成化石。请依据化石的概念,分析为什么只有一小部分能够形成化石 (科学思维)
提示:大部分生物不具有能够持久保存的硬体部分,如骨骼、枝叶等;大部分生物个体太小,则不易成为化石或不易被发现。
2.情境探究:科学家运用分子生物学技术分析甲、乙、丙、丁四种不同动物的血红蛋白,发现在构成血红蛋白的氨基酸中与人体血红蛋白存在不同程度的差异。(科学思维)
(1)根据血红蛋白的差异,能否推断四种动物与人的亲缘关系的远近 为什么
提示:能。蛋白质是生命活动的主要承担者,所以可以通过比较人与四种不同动物的血红蛋白的差异,确定四种动物与人的亲缘关系的远近,血红蛋白差别越小与人亲缘关系越近。
(2)假若丙、丁两种生物的血红蛋白差异最大,两种生物的共同祖先距今越早还是越晚 为什么
提示:越早。两种生物的共同祖先生活的年代距今越早,这两种生物的蛋白质产生差异的时间也越早,差异性可能越大。
3.【情境探究】如图是科学家在地层中发现的未被破坏的沉积岩石的次序,图中Ⅱ层中有物种A的化石,Ⅰ层中有物种B的化石。
据图探究问题:
在Ⅱ层里能否找到物种B的化石 为什么 (科学思维)
提示:有可能。物种B出现时间早,可能已经灭绝,也可能是部分物种B变异后逐渐进化为物种A,还可能是物种B一直适应环境,直到物种A出现时仍然存在。
没有人能亲历生物进化的全过程,科学家们通过各种方法研究生物的进化,下列叙述错误的是( )
A.化石是研究生物进化非常重要的证据
B.比较法是研究生物进化中常采用的办法
C.通过对鸟化石的研究可以推断鸟类可能是由古代爬行类动物进化来的
D.对兔抗人血清免疫实验的研究结果进行分析,可以得出人类是由黑猩猩进化来的
【解题思维】解答本题需突破以下两个关键点:
【解析】选D。化石是研究生物进化最直接、最重要的证据,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,A正确。比较法是指根据一定的标准,把彼此有某种联系的事物加以对照,确定它们的相同和不同之处。通过对各个事物特征的比较,可以把握事物之间的内在联系,认识事物的本质。比较法是研究生物进化的基本方法,B正确。孔子鸟的身体结构既和爬行动物有相似之处,又和鸟类有相似之处,根据以上特征,科学家认为鸟类可能起源于古代的爬行类动物,C正确。兔抗人血清免疫实验的研究结果显示黑猩猩和人类的沉淀量仅差3%,表明人类和黑猩猩的亲缘关系很近,但不能表明人类是由黑猩猩进化来的,D错误。
【方法规律】运用比较法研究生物的进化
比较化石 比较不同类型生物的化石在地层中出现的顺序,从而判断生物的进化顺序
比较形态、 结构 比较脊椎动物的器官、系统的形态和解剖学特征,判断生物间的进化关系和亲缘关系
比较发育 过程 比较动物胚胎的形成和发育过程,为生物进化提供发育方面的证据
比较分子水 平上的差异 利用组成生物体的一些重要物质的共同点和差异性,来比较生物之间的亲缘关系
知识点二 生物进化导致生物的多样性和适应性
1.三种进化方式的比较:
进化方式 对象 进化方向 实例
分歧 进化 1个原 始物种 向着不同的方向进化 早期爬行类经过分歧进化逐步形成现代爬行类、现代鸟类、现代哺乳类
趋同 进化 不同的物种 向着同一方向进化 鸟和蝙蝠因适应飞翔生活形成具有相同功能的翼和翼手
协同 进化 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 捕食者的捕食能力因被捕食者的防御得以提高,被捕食者的防御能力因捕食者的捕猎得以提高
特别提醒:对协同进化的理解
①不同物种之间相互影响:生物生活在复杂的环境中,任何一个物种都不是单独进化的,必然要和其他生物发生关系。在捕食与被捕食、相互帮助等关系下,它们相互选择,协同进化,增加了物种的多样性。
②生物与无机环境相互影响:生物能够适应一定的环境,也能够影响环境。生物与无机环境之间是相互影响和共同演变的。例如:最早的生物是厌氧的,光合生物的出现,使大气中有了氧气,为好氧生物的出现创造了前提条件。
2.生物的进化导致了生物物种的多样性:
(1)生物多样性:
①概念:生物多样性是指地球上生物的物种多样性和遗传多样性,以及由这些生物与环境相互作用所构成的生态系统多样性。
②层次
③生物多样性的形成过程:
a.自养型原核生物出现的意义
b.真核生物出现的意义
④生物多样性形成的原因
a.从分子水平看
b.从进化的角度看
生物的变异是不定向的,而自然选择是定向的。有利的变异逐代积累,从而形成了适应环境的新类型,而环境是多变的,不同的变异类型适应不同的环境,逐渐形成了适应各种环境的多种多样的生物。
(2)五界系统:
①分类依据:生物细胞的结构特征和能量利用方式的基本差异。
②内容:原核生物界、原生生物界、真菌界、植物界和动物界。
③意义:
a.显示了生命发展史的三大阶段:原核单细胞阶段、真核单细胞阶段和真核多细胞阶段。
b.揭示了进化的三大方向:进行光合作用的植物,为自然界的生产者;分解和吸收有机物的真菌,为自然界的分解者;摄食有机物的动物,为自然界的消费者。
情境探究:动物与动物之间存在着捕食与被捕食的关系。捕食者一般不会把所有的猎物都吃掉,这在生物进化中被称为“精明的捕食者”策略。该策略对人类利用生物资源有什么启示 (社会责任)
提示:地球上的生物资源是有限的,人类不应该掠夺式地开发和利用生物资源,而应该合理有度地开发和利用生物资源,做一个“精明的捕食者”。
安第斯山区有数十种蝙蝠以花蜜为食,其中,长舌蝠的舌长为体长的1.5倍。只有这种蝙蝠能从长筒花狭长的花冠筒底部取食花蜜,且为该植物的唯一传粉者。由此无法推断出( )
A.长舌有助于长舌蝠避开与其他蝙蝠的竞争
B.长筒花可以在没有长舌蝠的地方繁衍后代
C.长筒花狭长的花冠筒是自然选择的结果
D.长舌蝠和长筒花相互适应,协同进化
【解题思维】解答本题需突破以下两个关键点:
【解析】选B。只有长舌蝠才能取食长筒花的花蜜,避开了和其他蝙蝠的竞争,A正确;只有长舌蝠能从长筒花狭长的花冠筒底部取食花蜜,且为该植物的唯一传粉者,长筒花在没有长舌蝠的地方不能繁衍后代,B错误;长筒花狭长的花冠筒是自然选择的结果,C正确;只有长舌蝠才能取食长筒花的花蜜,二者相互适应,协同进化,D正确。
【审答误区】本题常见错因有两种:
(1)长筒花的繁殖要靠长舌蝠进行传粉、繁殖后代,误认为长筒花可单独生存。
(2)长舌蝠和长筒花之间是相互适应、协同进化的,而不能单独生存。
【母题追问】
若由于环境发生变化,使长舌蝠全部灭绝,会对长筒花产生怎样的影响
提示:会导致长筒花灭绝。
如果环境剧变或某种植物病害暴发,下列植物中生存概率最大的是 ( )
A.栽培小麦 B.栽培玉米
C.野生小麦 D.野生玉米
【解析】选C。由图分析可知:野生小麦的遗传多样性最为丰富,为进化提供了更多的原材料。当环境发生剧变时,更容易适应环境的变化。
下列关于生物进化的叙述,错误的是 ( )
A.某物种仅存一个种群,该种群中每个个体均含有这个物种的全部基因
B.虽然亚洲与澳洲之间存在地理隔离,但两洲人之间并没有生殖隔离
C.无论是自然选择还是人工选择,都能使种群基因频率发生定向改变
D.古老地层中都是简单生物的化石,而新近地层中含有复杂生物的化石
【解析】选A。种群中所有个体所含有的基因才是这个物种的全部基因,A项错误;各大洲人之间并没有生殖隔离,B项正确;无论是自然选择还是人工选择,都可使种群基因频率发生定向改变,C项正确;越古老的地层中的化石所代表的生物结构越简单,在距今越近的地层中,挖掘出的化石所代表的生物结构越复杂,说明生物是由简单到复杂进化的,D项正确。
【生活情境】科研人员向养殖乳牛的牛棚和牛身上喷洒了杀虫剂A,苍蝇几乎死光。过了一段时间,苍蝇又多起来了,又喷洒了杀虫剂A,大多数苍蝇死了,没过多久,苍蝇又多起来,又喷洒杀虫剂A,如此反复进行了5次,会发现杀虫剂A的效果一次比一次差。
探究:
(1)科研人员猜测,时间久了,杀虫剂失效了。请你简要解释如何验证科研人员的这个猜测。(科学探究)
提示:将新配制的杀虫剂和原来配制的杀虫剂同时用于两组相同的且没有接触过该杀虫剂的苍蝇,观察它们的效果。
(2)科研人员用苍蝇抗药性增强来解释杀虫剂A的效果一次比一次差。请你从变异和进化的角度解释杀虫剂的效果一次比一次差的原因。(科学探究)
提示:具有抗药性的苍蝇能够生存下来,并遗传给下一代,导致杀虫剂A的效果一次比一次差。
1.比较解剖学、比较胚胎学和分子生物学,都为生物进化提供了证据。下面有关生物的起源和进化的论述中,科学的是__________。
①比较胚胎学和比较解剖学的研究为生物进化提供了直接证据
②通过对不同生物种类的形态结构进行比较,可以推断它们之间的亲缘关系
③形形色色的生物物种是由上帝创造的
④物种形成后可随环境发生变化
⑤不同物种间具有非常近的亲缘关系
⑥彼此不同而又相似的物种,由一个祖先物种发展而来
⑦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
【解析】选②④⑥⑦。化石是保存在岩层中的古生物遗物和生活遗迹,直接说明了古生物的结构或生活习性,因此生物进化的直接证据是化石证据,①错误;通过对不同生物种类的形态结构进行比较,可以推断它们之间的亲缘关系,②正确;形形色色的生物物种不是由上帝创造的,③错误;物种形成后可随环境改变而变化,④正确;不同物种间具有或近或远的亲缘关系,⑤错误;彼此不同而又相似的物种,由一个祖先物种发展而来,⑥正确;蛋白质和DNA都可以为研究生物进化提供证据,这是分子生物学研究的内容,⑦正确。
2.化石证据表明,有的物种只存活了短暂的时期就灭绝了。下列哪种说法最准确( )
A.这些生物体缺乏可遗传的变异
B.它们的生活环境太恶劣
C.这些生物体的食量太大
D.它们的生殖能力太弱
【解析】选A。当环境发生改变特别是环境发生剧烈变化时,生物如果没有产生适应变化了的环境的可遗传变异,就会被环境淘汰。即凡是生存下来的生物都是适应环境的,而被淘汰的生物都是对环境不适应的,这就是适者生存、不适者被淘汰,B、C、D错误,A正确。
3.(根据“思辨题”改编)下列不能作为生物进化的证据的是 ( )
A.DNA序列 B.发育过程
C.身体大小 D.身体结构
【解析】选C。亲缘关系越近的生物,DNA等生物大分子的共同点越多,可以根据DNA序列来判断生物间的亲缘关系和在进化史上出现的顺序,A正确;发育过程或身体结构存在相似性的生物可能有共同的祖先,B、D正确;生物个体的大小与生物进化没有必然的关系,C错误。
4.真核生物的出现在生物进化历史上具有重要的意义,这主要表现在 ( )
①结构和功能更加完善
②出现有丝分裂,为有性生殖的产生奠定基础
③通过有性生殖实现了基因重组,推动了生物进化
A.①② B.②③ C.①③ D.①②③
【解析】选D。真核生物在生物进化历史上具有重要意义,这主要表现在以下两个方面:一是与原核细胞相比,真核细胞的结构和功能复杂得多;二是真核细胞通过有丝分裂增殖,这是减数分裂出现的前提,即为有性生殖奠定了基础。通过有性生殖出现了基因重组,推动了生物进化。
5.按照动物进化历程排序,正确的是 ( )
①原始单细胞动物 ②古代鱼类
③原始两栖类 ④原始无脊椎动物
⑤原始爬行类 ⑥原始鸟类和哺乳类
A.①④②③⑤⑥ B.①②③④⑤⑥
C.④①②③⑤⑥ D.①②④⑤③⑥
【解析】选A。生物进化的顺序是由单细胞到多细胞,由简单到复杂,由水生到陆生,由低等到高等。对于动物是原始单细胞动物→原始无脊椎动物→古代鱼类→原始两栖类→原始爬行类→原始鸟类和哺乳类。
6.如图表示生物多样性的三个不同层次,下列叙述正确的是 ( )
A.图Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ分别表示遗传多样性、种群多样性和生态系统多样性
B.图Ⅰ说明基因重组导致多种等位基因的产生,从而形成遗传多样性
C.图Ⅱ反映出具有生殖隔离的生物可以在同一个环境中相对稳定地共存
D.图Ⅲ反映出的河流、森林和城市生态系统具有相同的气候特点
【解析】选C。生物多样性包括三个层次的内容,即遗传多样性、物种多样性和生态系统多样性;基因重组不会导致新基因及等位基因的产生,可以产生新的基因型;不同的生态系统可以形成不同的气候特点,所以A、B、D三项都错误。具有生殖隔离的生物在同一个环境中相对稳定地共存,这是所有生态系统中都具有的现象,所以C项正确。
7.下列有关生物多样性和生物进化的叙述中,不正确的是 ( )
A.细菌在接触青霉素后会产生具有抗药性的突变个体,青霉素的选择作用使其生存
B.蜂鸟细长的喙与倒挂金钟的筒状花萼是它们长期共同进化形成的相互适应特征
C.生物多样性的形成过程,不能说是新物种不断形成的过程
D.自然选择能定向改变种群的基因频率,决定了生物进化的方向
【解析】选A。细菌中原本存在各种各样的突变个体,接触青霉素后,有抗药性的突变个体存活下来,其他个体不能生存,青霉素对细菌进行了选择,所以并不是细菌接触青霉素后产生突变个体,而是青霉素选择出了抗药突变个体,A错误;共同进化是不同物种之间,生物与无机环境之间,在相互影响中不断进化和发展,所以蜂鸟细长的喙与倒挂金钟的筒状花萼是它们长期共同进化形成的相互适应特征,B正确;新物种的形成通常要经过突变和基因重组、自然选择及隔离三个基本环节,生物多样性的形成过程,不能说是新物种不断形成的过程,C正确;生物的变异是不定向的,自然选择能定向改变种群的基因频率,决定了生物进化的方向,D正确。
8.如图1显示了某种甲虫的两个种群基因库的动态变化过程。种群中每只甲虫都有相应的基因型,A和a这对等位基因没有显隐性关系,共同决定甲虫的体色,甲虫体色的基因型和表现型如图2所示,请据图回答下列问题:
(1)不同体色的甲虫体现了生物多样性中的__________多样性。
(2)在种群中出现了基因型为A'A的甲虫,A'基因最可能的来源是__________,该来源为生物进化________________。A'A个体的出现将会使种群基因库中的__________发生改变。
(3)图中箭头表示通过迁移,两个种群的基因库之间有机会进行__________。由此可知,种群Ⅰ和种群Ⅱ之间不存在________________。
(4)根据图1两个种群中不同体色的甲虫分布比例,可以初步推测出处于工业污染较为严重的环境中的是种群______________,该环境对甲虫的生存起到了________作用。
【解析】(1)由于基因控制生物的性状,不同体色的甲虫体现了生物多样性中的遗传多样性。(2)A'基因最可能的来源是基因突变,基因突变为生物进化提供了原材料,A'A个体的出现会使种群基因库的基因频率发生改变。(3)由于两个种群的个体之间能相互迁移,基因库之间的基因能进行交流,故两个种群不存在生殖隔离。(4)由于种群Ⅰ中黑色个体多,故可能生活在工业污染较为严重的环境中,这是自然选择的结果。
答案:(1)遗传 (2)基因突变 提供原材料 基因频率
(3)基因交流 生殖隔离 (4)Ⅰ 选择
DNA分子杂交技术的过程是先把两种生物的DNA分子用同位素加以标志,接着用加热的方法使其解旋成单链,然后把两种生物的单链DNA混合起来,使其在缓缓冷却的条件下恢复为双链DNA,可以通过检查杂种双链DNA来判断两个物种的异同程度,过程如图所示。科学家常用该方法鉴定生物间亲缘关系。
(1)不同种生物的DNA单链能杂交成双链DNA,是因为DNA分子杂交遵循________。
(2)DNA分子杂交技术鉴定生物间亲缘关系是______________方面的证据。
(3)依据不同生物的DNA形成游离的单链数目可判断生物之间的亲缘关系,为什么
【解析】(1)不同种生物的DNA单链能杂交成双链DNA,是因为DNA分子在杂交时遵循碱基互补配对原则。(2)利用DNA分子杂交技术鉴定生物间亲缘关系是分子生物学方面的证据。(3)由于游离的单链数目越少(越多),DNA中相同的碱基序列越多(越少),生物的亲缘关系越近(越远),因此依据不同生物的DNA形成游离的单链数目可判断生物之间的亲缘关系。
答案:(1)碱基互补配对原则 (2)分子生物学
(3)游离的单链数目越少(越多),DNA中相同的碱基序列越多(越少),生物的亲缘关系越近(越远)