4.2 生物的多样性和适应性是进化的结果 课件(共39张PPT) 2023-2024学年高一生物苏教版必修第二册
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| 名称 | 4.2 生物的多样性和适应性是进化的结果 课件(共39张PPT) 2023-2024学年高一生物苏教版必修第二册 |  | |
| 格式 | pptx | ||
| 文件大小 | 6.0MB | ||
| 资源类型 | 教案 | ||
| 版本资源 | 苏教版（2019） | ||
| 科目 | 生物学 | ||
| 更新时间 | 2024-05-08 08:10:22 | ||
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(共39张PPT)
第四章 生物的进化
第二节 生物的多样性和适应性是进化的结果
鸟类的骨薄而脆弱，再加上鸟类在遇到突发的地质灾害时，具有迅速逃脱的飞翔能力，因此，形成化石的概率相对较小。完整的古鸟类化石的稀缺导致有关鸟类起源的问题一直是学术界的争论热点。20世纪90年代以来，在我国辽宁等地出土了大量的中生代鸟类化石，它们对研究鸟类起源和进化有什么意义呢
鸟类是从古代爬行类进化来的吗
事实：
1.到2000年前后，辽宁省朝阳地区共发掘超过1000件孔子鸟属的化石。中国已成为世界古鸟类研究的中心之一。
2.化石表明，孔子鸟体型大小与鸡相近，上下颔已经没有牙齿，有清晰的羽毛印迹。根据出土地点的地质形成史推断，孔子鸟生活在距今约1.25亿年到1.1亿年间(图4-2-1)。
通过对孔子鸟化石的研究，我们发现孔子鸟身体结构既有和爬行动物相似之处，又有和鸟类相同之处，孔子鸟是目前已知的最早拥有角质喙且无齿的鸟类。那么，通过对各种化石的研究，就能证明生物是进化的吗？除化石外，还有哪些生物进化的证据呢
生物进化的证据越来越多
生物进化的古生物学证据
自从地球上有生命诞生以来，生物就经历了一个漫长的进化过程。化石为生物的进化历程提供了证据。化石是指经过自然界的作用，保存在地层中的古生物遗体、遗物和它们的生活遗迹。例如，恐龙化石、恐龙蛋化石、恐龙足迹化石，分别属于恐龙的遗体、遗物和生活遗迹(图4-2-2)。
对化石年龄的研究发现，距今大约34亿 ~18亿年前，细菌、蓝细菌等原核生物已经在地球上生长、繁衍，成为当时生物的主要类群。从古生代早期开始，化石数量突然增加，各种类型的真核藻类和海洋无脊椎动物空前繁荣，表明各类生物已进入真核藻类和无脊椎动物时代(图4-2-3)。在古生代漫长的历史进程中，原始裸子植物和原始爬行类等陆生生物开始出现并进一步发展。中生代又称为裸子植物和爬行类的时代(图4-2-4)。原始哺乳类和原始鸟类的出现，是中生代动物进化史上的重大事件。到了新生代，鸟类、哺乳类和被子植物得到了更大的发展，第四纪诞生了现代人类，自此地球上的生物历经快速发展，进入到欣欣向荣的崭新时期。
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地质年代划分和主要进化事件
我们无法再现生物进化的真实历程，但是，科学家通过不断的努力，根据化石记录基本确定了地球地质年代的划分和各地质年代的主要进化事件(下表)。
地质年代的划分及各地质年代的主要进化事件
迄今为止，科学家运用化石记录基本确定了生物进化的历程。而比较解剖学、比较胚胎学、细胞生物学和分子生物学的研究也分别为生物进化提供了其他证据。
生物进化的其他证据
比较解剖学对动物同源器官的研究结果，也是生物进化的证据之一。起源相同，结构和部位相似，而形态和功能不同的器官称为同源器官。同源器官的存在，表明具有同源器官的生物是由共同的原始祖先进化而来的，只是在进化过程中，由于生活环境的不同，同源器官逐渐出现了形态和结构的差异。例如，蝙蝠的翼手、鲸的鳍、猫的前肢、猿的上肢和人的上肢，这些器官从外形和功能上来看并不相同，但是它们的内部结构基本一致(图4-2-5)。
比较胚胎学对不同生物胚胎发育过程的研究也揭示了不同生物是由同一祖先进化而来的事实。亲缘关系相近的生物在胚胎发育中有相同的发育阶段。例如，龟(爬行类)、鸡(鸟类)、鼠(哺乳类)和人的成体之间有显著的差异，但它们的早期胚胎却很相似(如都有鳃裂和尾，头部较大，身体弯曲)，彼此不易区分。这些生物的四肢最初只是一些乳头状突起，后来才出现越来越明显的差别，表现不同的形态。比较胚胎学证据表明，脊椎动物具有共同的祖先，人类是从曾经有尾、有鳃裂的祖先进化来的(图4-2-6)。
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生物进化的免疫学方面的证据
免疫学方面证明动物有亲缘关系的一个经典实验就是血清免疫实验，即用某种动物的血清作为抗原给另一种动物做免疫注射。经多次注射后，接受血清注射的动物体内就会产生抗体，由这种动物血液制备的血清中即含有此种抗体，名为抗血清。将抗血清与作为抗原的血清混合，就会发生沉淀现象。如果用其他动物的血清作为抗原与某种抗血清混合。则亲缘关系愈近者产生的沉淀愈多，由此可判断动物间亲缘关系的远近。
例如，每隔一定时间用人的血清给家兔注射，多次注射后制成含有抗人抗体的血清，再用这种抗血清与人血清混合，即可出现百分之百的沉淀现象。用这种抗血清与其他一些动物的血清相混合，则会产生不同量的沉淀，据此可判定各种动物与人之间亲缘关系的远近。
细胞生物学取得的进展，也加深了人们对生命本质的认识。在真核生物中，每个物种细胞内的染色体数量和每条染色体的形态结构都是恒定的。通过比较不同物种的染色体组型和核型，可以研究不同物种间的亲缘关系。而对细胞代谢等方面的研究发现，当今生物都具有共同特征。例如，细胞呼吸方式多为细胞有氧呼吸或细胞无氧呼吸。
分子生物学取得的进展也为生物进化提供了丰富的证据。一些科学家利用分子生物学技术对不同生物的生物大分子进行组成分析，或利用分子杂交方法，来判断生物之间的亲缘关系和进化顺序。例如，一些科学家将来自两种生物的DNA片段加热，导致碱基对中的氢键断裂，双链DNA变为单链DNA，再将这些单链DNA混合，通过冷却，两种生物的单链DNA经过碱基配对发生杂交，形成双链DNA。两种生物的DNA单链之间互补程度越高，通过分子杂交形成双螺旋片段的程度也就越高，两者的亲缘关系就越近；反之，亲缘关系就越远。所以，可以通过DNA分子杂交方法来鉴定物种之间亲缘关系的远近。
和细胞生物学证据一样，分子生物学证据也说明，当今生物具有共同特征。例如，几乎所有生物都共用一套遗传密码，遗传信息的传递都遵循中心法则。
正是由于许许多多科学家的持续努力，生物进化的新证据才能不断地被发现。这些证据有力地说明，地球上的现存物种丰富多样，但它们来自共同的祖先。在生物进化过程中，许多物种相继灭绝，又有许多新物种不断产生，正是这种灭绝和新生的相生相伴，才构成了一部轰轰烈烈的生物进化发展史。
生物进化导致生物的多样性和适应性
现在已经有记录的生物超过200万种，而科学家估计自然界中的生物约有千万种。达尔文曾经问道，“最美丽的、最奇异的、无限多的生物类型”是如何“由最简单的类型产生出来的”呢？研究表明，生物多样性是生物进化的结果，而生物的多样性和适应性与生物进化的方式有关。
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，称为分歧进化。
化石记录说明，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(图4-2-8)，已经灭绝的早期爬行类是这些现代生物的共同祖先。
趋同进化
分歧进化也可以称为趋异进化。相反，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，称为趋同进化。例如，鸟和蝙蝠因适应飞翔生活而趋同进化，形成具有相同功能的翼和翼手(图4-2-9)。
趋同进化现象说明，不同种类的生物发生适应相似或相同环境的进化，是自然选择的结果。
协同进化
任何一个物种都不是单独进化的。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，这被称为协同进化或共同进化。
协同进化是如何影响生物多样性的？
事实：
1.在亚马孙热带雨林，蜂鸟取食一种凤梨科植物的花蜜，这种植物的花筒刚好能容纳细长的蜂鸟喙。除了蜂鸟外，几乎没有其他动物前来采食这种植物的花蜜。细长的喙刚好适合长长的花筒，这种不同物种之间的适应不是偶然产生的，而是协同进化的结果(图4-2-10)。
2. 动物与动物之间可能存在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，这在生物进化中称为“精明的捕食者”策略。捕食者吃掉的大多是被捕食者中的老弱病残个体，而健壮个体得以逃脱并生存下来。同样，捕食者中能够捕猎到猎物的也是那些健壮个体。因此，当被捕食者发生变异，提高了防御能力时，捕食者也会相应地增强捕食能力，与被捕食者协同进化(图4-2-11)，否则就会因为不能适应新变化而被自然选择所淘汰。
协同进化的现象在自然界普遍存在。彼此关系密切的生物，如绿色开花植物和传粉动物、寄生虫和寄主、捕食者和被捕食者，双方相互选择，协同进化，能更好地适应生存环境。协同进化促进了多种类型的生物的出现，丰富了生物多样性。
生物的进化导致了生物物种的多样性
在漫长的进化历程中，生物体在形态结构、生理功能等方面发生着全面的进化。例如，在动物进化中，最先出现的是水生的原始无脊椎动物，以后出现了鱼类，再从鱼类到两栖类、到爬行类、到鸟类或哺乳类；在植物进化中，从藻类进化到藤类植物，再到裸子植物、被子植物。这种趋势可以用五界系统进化树(图4-2-12)来表示。从进化树可以看出，多种多样的生物是由共同的祖先经过长期进化形成的，即生物的进化导致了生物物种的多样性。
原核生物都是一些微小的单细胞生物，没有核膜将其遗传物质与细胞质分开，如幽门螺杆菌(图4-2-13A)。
原生生物是最简单的真核生物，大多生活在水环境中，如草履中(图4-2-13B)。
真菌属于真核生物，无叶绿素，不能进行光合作用，大多营腐生，如花菇(图4-2-13C)。
植物属于真核生物，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；属于自养生物，如小麦(图4-2-13D)。
动物也属于真核生物，无细胞壁；大多数动物体结构复杂，具有完善的器官系统；一般能运动；属于异养生物，如丹顶鹤、金丝猴(图4-2-13E、F)。
五界系统是在生物分类的两界系统(植物界和动物界)、三界系统(原生生物界、植物界、动物界)、四界系统(原生生物界、真菌界、植物界和动物界)基础上，由美国生物学家魏泰克在1969年提出的。五界系统没有包含病毒。病毒虽然是非细胞生物，结构简单，但能借助多种细胞进行繁殖。在自然界中，病毒的种类也十分繁多。
生物多样性除了包括上述的物种多样性，还包括遗传多样性。所有生物既能保持各自物种的繁衍，又能使同种生物的不同个体之间表现出差别，这主要源于遗传物质的作用和基因表达的差异。DNA 是生物主要的遗传物质，而四种碱基在DNA长链上不同的排列组合，决定了基因及遗传的多样性。每种生物都具有复杂而独特的基因库。任何一个物种的灭绝，都会带走该物种拥有的独特基因，从而危及生物的遗传多样性。
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。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。
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第四章 生物的进化
第二节 生物的多样性和适应性是进化的结果
鸟类的骨薄而脆弱，再加上鸟类在遇到突发的地质灾害时，具有迅速逃脱的飞翔能力，因此，形成化石的概率相对较小。完整的古鸟类化石的稀缺导致有关鸟类起源的问题一直是学术界的争论热点。20世纪90年代以来，在我国辽宁等地出土了大量的中生代鸟类化石，它们对研究鸟类起源和进化有什么意义呢
鸟类是从古代爬行类进化来的吗
事实：
1.到2000年前后，辽宁省朝阳地区共发掘超过1000件孔子鸟属的化石。中国已成为世界古鸟类研究的中心之一。
2.化石表明，孔子鸟体型大小与鸡相近，上下颔已经没有牙齿，有清晰的羽毛印迹。根据出土地点的地质形成史推断，孔子鸟生活在距今约1.25亿年到1.1亿年间(图4-2-1)。
通过对孔子鸟化石的研究，我们发现孔子鸟身体结构既有和爬行动物相似之处，又有和鸟类相同之处，孔子鸟是目前已知的最早拥有角质喙且无齿的鸟类。那么，通过对各种化石的研究，就能证明生物是进化的吗？除化石外，还有哪些生物进化的证据呢
生物进化的证据越来越多
生物进化的古生物学证据
自从地球上有生命诞生以来，生物就经历了一个漫长的进化过程。化石为生物的进化历程提供了证据。化石是指经过自然界的作用，保存在地层中的古生物遗体、遗物和它们的生活遗迹。例如，恐龙化石、恐龙蛋化石、恐龙足迹化石，分别属于恐龙的遗体、遗物和生活遗迹(图4-2-2)。
对化石年龄的研究发现，距今大约34亿 ~18亿年前，细菌、蓝细菌等原核生物已经在地球上生长、繁衍，成为当时生物的主要类群。从古生代早期开始，化石数量突然增加，各种类型的真核藻类和海洋无脊椎动物空前繁荣，表明各类生物已进入真核藻类和无脊椎动物时代(图4-2-3)。在古生代漫长的历史进程中，原始裸子植物和原始爬行类等陆生生物开始出现并进一步发展。中生代又称为裸子植物和爬行类的时代(图4-2-4)。原始哺乳类和原始鸟类的出现，是中生代动物进化史上的重大事件。到了新生代，鸟类、哺乳类和被子植物得到了更大的发展，第四纪诞生了现代人类，自此地球上的生物历经快速发展，进入到欣欣向荣的崭新时期。
知识链接
地质年代划分和主要进化事件
我们无法再现生物进化的真实历程，但是，科学家通过不断的努力，根据化石记录基本确定了地球地质年代的划分和各地质年代的主要进化事件(下表)。
地质年代的划分及各地质年代的主要进化事件
迄今为止，科学家运用化石记录基本确定了生物进化的历程。而比较解剖学、比较胚胎学、细胞生物学和分子生物学的研究也分别为生物进化提供了其他证据。
生物进化的其他证据
比较解剖学对动物同源器官的研究结果，也是生物进化的证据之一。起源相同，结构和部位相似，而形态和功能不同的器官称为同源器官。同源器官的存在，表明具有同源器官的生物是由共同的原始祖先进化而来的，只是在进化过程中，由于生活环境的不同，同源器官逐渐出现了形态和结构的差异。例如，蝙蝠的翼手、鲸的鳍、猫的前肢、猿的上肢和人的上肢，这些器官从外形和功能上来看并不相同，但是它们的内部结构基本一致(图4-2-5)。
比较胚胎学对不同生物胚胎发育过程的研究也揭示了不同生物是由同一祖先进化而来的事实。亲缘关系相近的生物在胚胎发育中有相同的发育阶段。例如，龟(爬行类)、鸡(鸟类)、鼠(哺乳类)和人的成体之间有显著的差异，但它们的早期胚胎却很相似(如都有鳃裂和尾，头部较大，身体弯曲)，彼此不易区分。这些生物的四肢最初只是一些乳头状突起，后来才出现越来越明显的差别，表现不同的形态。比较胚胎学证据表明，脊椎动物具有共同的祖先，人类是从曾经有尾、有鳃裂的祖先进化来的(图4-2-6)。
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生物进化的免疫学方面的证据
免疫学方面证明动物有亲缘关系的一个经典实验就是血清免疫实验，即用某种动物的血清作为抗原给另一种动物做免疫注射。经多次注射后，接受血清注射的动物体内就会产生抗体，由这种动物血液制备的血清中即含有此种抗体，名为抗血清。将抗血清与作为抗原的血清混合，就会发生沉淀现象。如果用其他动物的血清作为抗原与某种抗血清混合。则亲缘关系愈近者产生的沉淀愈多，由此可判断动物间亲缘关系的远近。
例如，每隔一定时间用人的血清给家兔注射，多次注射后制成含有抗人抗体的血清，再用这种抗血清与人血清混合，即可出现百分之百的沉淀现象。用这种抗血清与其他一些动物的血清相混合，则会产生不同量的沉淀，据此可判定各种动物与人之间亲缘关系的远近。
细胞生物学取得的进展，也加深了人们对生命本质的认识。在真核生物中，每个物种细胞内的染色体数量和每条染色体的形态结构都是恒定的。通过比较不同物种的染色体组型和核型，可以研究不同物种间的亲缘关系。而对细胞代谢等方面的研究发现，当今生物都具有共同特征。例如，细胞呼吸方式多为细胞有氧呼吸或细胞无氧呼吸。
分子生物学取得的进展也为生物进化提供了丰富的证据。一些科学家利用分子生物学技术对不同生物的生物大分子进行组成分析，或利用分子杂交方法，来判断生物之间的亲缘关系和进化顺序。例如，一些科学家将来自两种生物的DNA片段加热，导致碱基对中的氢键断裂，双链DNA变为单链DNA，再将这些单链DNA混合，通过冷却，两种生物的单链DNA经过碱基配对发生杂交，形成双链DNA。两种生物的DNA单链之间互补程度越高，通过分子杂交形成双螺旋片段的程度也就越高，两者的亲缘关系就越近；反之，亲缘关系就越远。所以，可以通过DNA分子杂交方法来鉴定物种之间亲缘关系的远近。
和细胞生物学证据一样，分子生物学证据也说明，当今生物具有共同特征。例如，几乎所有生物都共用一套遗传密码，遗传信息的传递都遵循中心法则。
正是由于许许多多科学家的持续努力，生物进化的新证据才能不断地被发现。这些证据有力地说明，地球上的现存物种丰富多样，但它们来自共同的祖先。在生物进化过程中，许多物种相继灭绝，又有许多新物种不断产生，正是这种灭绝和新生的相生相伴，才构成了一部轰轰烈烈的生物进化发展史。
生物进化导致生物的多样性和适应性
现在已经有记录的生物超过200万种，而科学家估计自然界中的生物约有千万种。达尔文曾经问道，“最美丽的、最奇异的、无限多的生物类型”是如何“由最简单的类型产生出来的”呢？研究表明，生物多样性是生物进化的结果，而生物的多样性和适应性与生物进化的方式有关。
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，称为分歧进化。
化石记录说明，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(图4-2-8)，已经灭绝的早期爬行类是这些现代生物的共同祖先。
趋同进化
分歧进化也可以称为趋异进化。相反，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，称为趋同进化。例如，鸟和蝙蝠因适应飞翔生活而趋同进化，形成具有相同功能的翼和翼手(图4-2-9)。
趋同进化现象说明，不同种类的生物发生适应相似或相同环境的进化，是自然选择的结果。
协同进化
任何一个物种都不是单独进化的。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，这被称为协同进化或共同进化。
协同进化是如何影响生物多样性的？
事实：
1.在亚马孙热带雨林，蜂鸟取食一种凤梨科植物的花蜜，这种植物的花筒刚好能容纳细长的蜂鸟喙。除了蜂鸟外，几乎没有其他动物前来采食这种植物的花蜜。细长的喙刚好适合长长的花筒，这种不同物种之间的适应不是偶然产生的，而是协同进化的结果(图4-2-10)。
2. 动物与动物之间可能存在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，这在生物进化中称为“精明的捕食者”策略。捕食者吃掉的大多是被捕食者中的老弱病残个体，而健壮个体得以逃脱并生存下来。同样，捕食者中能够捕猎到猎物的也是那些健壮个体。因此，当被捕食者发生变异，提高了防御能力时，捕食者也会相应地增强捕食能力，与被捕食者协同进化(图4-2-11)，否则就会因为不能适应新变化而被自然选择所淘汰。
协同进化的现象在自然界普遍存在。彼此关系密切的生物，如绿色开花植物和传粉动物、寄生虫和寄主、捕食者和被捕食者，双方相互选择，协同进化，能更好地适应生存环境。协同进化促进了多种类型的生物的出现，丰富了生物多样性。
生物的进化导致了生物物种的多样性
在漫长的进化历程中，生物体在形态结构、生理功能等方面发生着全面的进化。例如，在动物进化中，最先出现的是水生的原始无脊椎动物，以后出现了鱼类，再从鱼类到两栖类、到爬行类、到鸟类或哺乳类；在植物进化中，从藻类进化到藤类植物，再到裸子植物、被子植物。这种趋势可以用五界系统进化树(图4-2-12)来表示。从进化树可以看出，多种多样的生物是由共同的祖先经过长期进化形成的，即生物的进化导致了生物物种的多样性。
原核生物都是一些微小的单细胞生物，没有核膜将其遗传物质与细胞质分开，如幽门螺杆菌(图4-2-13A)。
原生生物是最简单的真核生物，大多生活在水环境中，如草履中(图4-2-13B)。
真菌属于真核生物，无叶绿素，不能进行光合作用，大多营腐生，如花菇(图4-2-13C)。
植物属于真核生物，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；属于自养生物，如小麦(图4-2-13D)。
动物也属于真核生物，无细胞壁；大多数动物体结构复杂，具有完善的器官系统；一般能运动；属于异养生物，如丹顶鹤、金丝猴(图4-2-13E、F)。
五界系统是在生物分类的两界系统(植物界和动物界)、三界系统(原生生物界、植物界、动物界)、四界系统(原生生物界、真菌界、植物界和动物界)基础上，由美国生物学家魏泰克在1969年提出的。五界系统没有包含病毒。病毒虽然是非细胞生物，结构简单，但能借助多种细胞进行繁殖。在自然界中，病毒的种类也十分繁多。
生物多样性除了包括上述的物种多样性，还包括遗传多样性。所有生物既能保持各自物种的繁衍，又能使同种生物的不同个体之间表现出差别，这主要源于遗传物质的作用和基因表达的差异。DNA 是生物主要的遗传物质，而四种碱基在DNA长链上不同的排列组合，决定了基因及遗传的多样性。每种生物都具有复杂而独特的基因库。任何一个物种的灭绝，都会带走该物种拥有的独特基因，从而危及生物的遗传多样性。
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。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。
完成课后相关练习
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