資源簡介

4.2 生物的多樣性和適應性是進化的結果
新課程標準 學業質量目標
嘗試通過化石記錄、比較解剖學和比較胚胎學等事實,說明當今生物具有共同的祖先 嘗試通過細胞生物學和分子生物學等知識,說明當今生物在新陳代謝、DNA的結構與功能等方面具有許多共同特征 舉例說明種群內的某些可遺傳變異將賦予個體在特定環境中的生存和繁殖優勢 合格 考試 1.運用結構與功能觀闡明當今生物具有共同特征。(生命觀念) 2.基于生物學事實,反駁神創論。(社會責任) 3.基于生物學事實和證據,歸納概括適應的概念。(生命觀念) 4.基于對隔離與物種形成的作用的理解,認識環境保護與物種多樣性的作用。(社會責任)
等級 考試 1.嘗試通過化石、比較解剖學和比較胚胎學等證據,證明當今生物具有共同的祖先。(科學思維) 2.基于分子生物學知識,闡明當今生物在新陳代謝、DNA的結構與功能等方面具有許多相似之處。(科學探究) 3.運用進化與適應觀,闡述適應是自然選擇的結果。(科學思維)
一、生物進化的證據
1.古生物學證據:
選一選:化石是通過自然作用保存在地層中的古代生物的遺體、遺物或生活痕跡等,是研究生物進化最直接、最重要的證據。通過化石的研究可以證明①③④⑤。
①地球上的各種生物之間有一定的親緣關系
②地球上的各種生物是一次性同時出現的
③現在的各種生物是經過漫長的地質年代進化而來的
④生物的進化呈現從低等到高等的規律
⑤利用化石可以確定地球上曾經生活過的生物的種類及其形態、結構、行為等特征
⑥化石不能記錄地球和生物進化的歷史
2.當今生物體上進化的印跡———其他方面的證據:
判一判:當今生物體在進化上存在很多進化的印跡,據此判斷下列說法的正誤。
(1)人和魚的胚胎發育經歷了有鰓裂及有尾的階段,這可以用人與魚有共同祖先來解釋。(√)
(2)比較解剖學發現,不同種類的哺乳動物的前肢在形態上差別很大,這說明這些哺乳動物不是由共同祖先進化來的。(×)
提示:不同種類的哺乳動物的前肢在形態上差別很大,但結構基本一致,這說明這些哺乳動物是由共同祖先進化來的。
(3)細胞具有共同的物質基礎和結構基礎,這說明生物有共同的祖先。(√)
(4)當今生物體上進化的印跡,相互獨立,單獨證明了生物是由共同祖先進化來的。(×)
提示:當今生物體上進化的印跡,互為補充,相互印證,證明了生物是由共同祖先進化來的。
(5)幾乎所有生物都共用一套遺傳密碼,說明生物有共同的祖先。(√)
二、生物的多樣性和適應性及其形成
1.生物進化的方式:
(1)分歧進化:由一個原始物種經過漫長的地質年代,因適應不同的環境而向不同的方向進化,逐漸形成新物種的方式。
(2)趨同進化:由于相似或相同的生活環境,一些不同種類的生物在自然選擇下出現形態結構向著同一方向進化的方式。
(3)協同進化(共同進化):不同物種之間、生物與無機環境之間,在相互影響中不斷進化和發展。
2.五界系統:
原核生物 都是一些微小的單細胞生物
原生生物 最簡單的真核生物
真菌 真核生物,無(填“有”或“無”)葉綠素,多數營腐生生活,如花菇。
植物 真核生物,有細胞壁,多數植物體具有根、莖、葉和分化的繁殖器官,能進行光合作用
動物 真核生物,無細胞壁,結構復雜,具有完善的器官系統
3.生物的多樣性和適應性:
(1)生物的多樣性:生物多樣性是指地球上生物的物種多樣性和遺傳多樣性,以及由這些生物與環境相互作用所構成的生態系統多樣性。
(2)生物的適應性:地球上豐富多樣的生物物種來自共同的祖先,自然選擇促進它們更好地適應特定的生存環境。所以,生物的多樣性和適應性都是生物進化的結果。
知識點一 生物進化的證據
1.古生物學證據:
(1)從化石證據看生物進化的歷程
(2)從化石證據看生物進化的方向
①結構:原核單細胞→真核單細胞→真核多細胞
②生殖方式:無性生殖→有性生殖
體外受精和發育→體內受精和發育
③消化類型:細胞內消化→細胞外消化
④呼吸類型:無氧呼吸→有氧呼吸
⑤趨勢:簡單→復雜;水生→陸生;低等→高等
特別提醒:生物化石的兩點說明
①不同深度的地層中埋藏著不同類型的生物化石,埋藏越深的地層中的生物化石所代表的生物的結構與現代生物的結構差別越大。
②一般來說,越早形成的地層中的化石所代表的生物結構越簡單、分類地位越低等;越晚形成的地層中的化石所代表的生物結構越復雜、分類地位越高等。
2.當今生物體上進化的印跡——其他方面的證據:
項目 證據 結論
比較解剖 學證據 蝙蝠的翼手、鯨的鰭、貓的前肢、人的上肢所在部位和結構組成相似 它們的起源相同;都是由共同的原始祖先進化而來的
比較胚胎 學證據 人和魚在發育早期都有鰓裂和尾,隨著發育的進行,人的鰓裂和尾消失了 脊椎動物都是由共同的祖先進化而來的,它們之間存在著或遠或近的親緣關系
細胞生物 學證據 生物都有能進行生長、增殖的細胞,細胞有共同的物質基礎和結構基礎 支持生物是由共同的祖先進化而來的
分子生物 學證據 兩種生物的親緣關系越近,DNA單鏈通過分子雜交形成雙螺旋片段的程度越高 ①生物有共同的祖先; ②生物親緣關系或遠或近
特別提醒:
①一切高等動物的胚胎發育都是從一個受精卵開始的,這說明生物是由單細胞向多細胞進化的。
②親緣關系越近的生物,其DNA或蛋白質分子的差異性就越小;親緣關系越遠的生物,其DNA或蛋白質分子的差異性就越大。
【思考探究】
1.拓展探究:曾經在地球上生存過的生物只有一小部分能夠形成化石。請依據化石的概念,分析為什么只有一小部分能夠形成化石 (科學思維)
提示:大部分生物不具有能夠持久保存的硬體部分,如骨骼、枝葉等;大部分生物個體太小,則不易成為化石或不易被發現。
2.情境探究:科學家運用分子生物學技術分析甲、乙、丙、丁四種不同動物的血紅蛋白,發現在構成血紅蛋白的氨基酸中與人體血紅蛋白存在不同程度的差異。(科學思維)
(1)根據血紅蛋白的差異,能否推斷四種動物與人的親緣關系的遠近 為什么
提示:能。蛋白質是生命活動的主要承擔者,所以可以通過比較人與四種不同動物的血紅蛋白的差異,確定四種動物與人的親緣關系的遠近,血紅蛋白差別越小與人親緣關系越近。
(2)假若丙、丁兩種生物的血紅蛋白差異最大,兩種生物的共同祖先距今越早還是越晚 為什么
提示:越早。兩種生物的共同祖先生活的年代距今越早,這兩種生物的蛋白質產生差異的時間也越早,差異性可能越大。
3.【情境探究】如圖是科學家在地層中發現的未被破壞的沉積巖石的次序,圖中Ⅱ層中有物種A的化石,Ⅰ層中有物種B的化石。
據圖探究問題:
在Ⅱ層里能否找到物種B的化石 為什么 (科學思維)
提示:有可能。物種B出現時間早,可能已經滅絕,也可能是部分物種B變異后逐漸進化為物種A,還可能是物種B一直適應環境,直到物種A出現時仍然存在。
沒有人能親歷生物進化的全過程,科學家們通過各種方法研究生物的進化,下列敘述錯誤的是(　　)
A.化石是研究生物進化非常重要的證據
B.比較法是研究生物進化中常采用的辦法
C.通過對鳥化石的研究可以推斷鳥類可能是由古代爬行類動物進化來的
D.對兔抗人血清免疫實驗的研究結果進行分析,可以得出人類是由黑猩猩進化來的
【解題思維】解答本題需突破以下兩個關鍵點:
【解析】選D。化石是研究生物進化最直接、最重要的證據,化石是指通過自然作用保存在地層中的古代生物的遺體、遺物或生活痕跡等,A正確。比較法是指根據一定的標準,把彼此有某種聯系的事物加以對照,確定它們的相同和不同之處。通過對各個事物特征的比較,可以把握事物之間的內在聯系,認識事物的本質。比較法是研究生物進化的基本方法,B正確。孔子鳥的身體結構既和爬行動物有相似之處,又和鳥類有相似之處,根據以上特征,科學家認為鳥類可能起源于古代的爬行類動物,C正確。兔抗人血清免疫實驗的研究結果顯示黑猩猩和人類的沉淀量僅差3%,表明人類和黑猩猩的親緣關系很近,但不能表明人類是由黑猩猩進化來的,D錯誤。
【方法規律】運用比較法研究生物的進化
比較化石 比較不同類型生物的化石在地層中出現的順序,從而判斷生物的進化順序
比較形態、 結構 比較脊椎動物的器官、系統的形態和解剖學特征,判斷生物間的進化關系和親緣關系
比較發育 過程 比較動物胚胎的形成和發育過程,為生物進化提供發育方面的證據
比較分子水 平上的差異 利用組成生物體的一些重要物質的共同點和差異性,來比較生物之間的親緣關系
知識點二 生物進化導致生物的多樣性和適應性
1.三種進化方式的比較:
進化方式 對象 進化方向 實例
分歧 進化 1個原 始物種 向著不同的方向進化 早期爬行類經過分歧進化逐步形成現代爬行類、現代鳥類、現代哺乳類
趨同 進化 不同的物種 向著同一方向進化 鳥和蝙蝠因適應飛翔生活形成具有相同功能的翼和翼手
協同 進化 不同物種之間,生物與無機環境之間 在相互影響中不斷進化和發展 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獵得以提高
特別提醒:對協同進化的理解
①不同物種之間相互影響:生物生活在復雜的環境中,任何一個物種都不是單獨進化的,必然要和其他生物發生關系。在捕食與被捕食、相互幫助等關系下,它們相互選擇,協同進化,增加了物種的多樣性。
②生物與無機環境相互影響:生物能夠適應一定的環境,也能夠影響環境。生物與無機環境之間是相互影響和共同演變的。例如:最早的生物是厭氧的,光合生物的出現,使大氣中有了氧氣,為好氧生物的出現創造了前提條件。
2.生物的進化導致了生物物種的多樣性:
(1)生物多樣性:
①概念:生物多樣性是指地球上生物的物種多樣性和遺傳多樣性,以及由這些生物與環境相互作用所構成的生態系統多樣性。
②層次
③生物多樣性的形成過程:
a.自養型原核生物出現的意義
b.真核生物出現的意義
④生物多樣性形成的原因
a.從分子水平看
b.從進化的角度看
生物的變異是不定向的,而自然選擇是定向的。有利的變異逐代積累,從而形成了適應環境的新類型,而環境是多變的,不同的變異類型適應不同的環境,逐漸形成了適應各種環境的多種多樣的生物。
(2)五界系統:
①分類依據:生物細胞的結構特征和能量利用方式的基本差異。
②內容:原核生物界、原生生物界、真菌界、植物界和動物界。
③意義:
a.顯示了生命發展史的三大階段:原核單細胞階段、真核單細胞階段和真核多細胞階段。
b.揭示了進化的三大方向:進行光合作用的植物,為自然界的生產者;分解和吸收有機物的真菌,為自然界的分解者;攝食有機物的動物,為自然界的消費者。
情境探究:動物與動物之間存在著捕食與被捕食的關系。捕食者一般不會把所有的獵物都吃掉,這在生物進化中被稱為“精明的捕食者”策略。該策略對人類利用生物資源有什么啟示 (社會責任)
提示:地球上的生物資源是有限的,人類不應該掠奪式地開發和利用生物資源,而應該合理有度地開發和利用生物資源,做一個“精明的捕食者”。
安第斯山區有數十種蝙蝠以花蜜為食,其中,長舌蝠的舌長為體長的1.5倍。只有這種蝙蝠能從長筒花狹長的花冠筒底部取食花蜜,且為該植物的唯一傳粉者。由此無法推斷出(　　)
A.長舌有助于長舌蝠避開與其他蝙蝠的競爭
B.長筒花可以在沒有長舌蝠的地方繁衍后代
C.長筒花狹長的花冠筒是自然選擇的結果
D.長舌蝠和長筒花相互適應,協同進化
【解題思維】解答本題需突破以下兩個關鍵點:
【解析】選B。只有長舌蝠才能取食長筒花的花蜜,避開了和其他蝙蝠的競爭,A正確;只有長舌蝠能從長筒花狹長的花冠筒底部取食花蜜,且為該植物的唯一傳粉者,長筒花在沒有長舌蝠的地方不能繁衍后代,B錯誤;長筒花狹長的花冠筒是自然選擇的結果,C正確;只有長舌蝠才能取食長筒花的花蜜,二者相互適應,協同進化,D正確。
【審答誤區】本題常見錯因有兩種:
(1)長筒花的繁殖要靠長舌蝠進行傳粉、繁殖后代,誤認為長筒花可單獨生存。
(2)長舌蝠和長筒花之間是相互適應、協同進化的,而不能單獨生存。
【母題追問】
若由于環境發生變化,使長舌蝠全部滅絕,會對長筒花產生怎樣的影響
提示:會導致長筒花滅絕。
如果環境劇變或某種植物病害暴發,下列植物中生存概率最大的是 (　　)
A.栽培小麥 B.栽培玉米
C.野生小麥 D.野生玉米
【解析】選C。由圖分析可知:野生小麥的遺傳多樣性最為豐富,為進化提供了更多的原材料。當環境發生劇變時,更容易適應環境的變化。
下列關于生物進化的敘述,錯誤的是 (　　)
A.某物種僅存一個種群,該種群中每個個體均含有這個物種的全部基因
B.雖然亞洲與澳洲之間存在地理隔離,但兩洲人之間并沒有生殖隔離
C.無論是自然選擇還是人工選擇,都能使種群基因頻率發生定向改變
D.古老地層中都是簡單生物的化石,而新近地層中含有復雜生物的化石
【解析】選A。種群中所有個體所含有的基因才是這個物種的全部基因,A項錯誤;各大洲人之間并沒有生殖隔離,B項正確;無論是自然選擇還是人工選擇,都可使種群基因頻率發生定向改變,C項正確;越古老的地層中的化石所代表的生物結構越簡單,在距今越近的地層中,挖掘出的化石所代表的生物結構越復雜,說明生物是由簡單到復雜進化的,D項正確。
【生活情境】科研人員向養殖乳牛的牛棚和牛身上噴灑了殺蟲劑A,蒼蠅幾乎死光。過了一段時間,蒼蠅又多起來了,又噴灑了殺蟲劑A,大多數蒼蠅死了,沒過多久,蒼蠅又多起來,又噴灑殺蟲劑A,如此反復進行了5次,會發現殺蟲劑A的效果一次比一次差。
探究:
(1)科研人員猜測,時間久了,殺蟲劑失效了。請你簡要解釋如何驗證科研人員的這個猜測。(科學探究)
提示:將新配制的殺蟲劑和原來配制的殺蟲劑同時用于兩組相同的且沒有接觸過該殺蟲劑的蒼蠅,觀察它們的效果。
(2)科研人員用蒼蠅抗藥性增強來解釋殺蟲劑A的效果一次比一次差。請你從變異和進化的角度解釋殺蟲劑的效果一次比一次差的原因。(科學探究)
提示:具有抗藥性的蒼蠅能夠生存下來,并遺傳給下一代,導致殺蟲劑A的效果一次比一次差。
1.比較解剖學、比較胚胎學和分子生物學,都為生物進化提供了證據。下面有關生物的起源和進化的論述中,科學的是__________。
①比較胚胎學和比較解剖學的研究為生物進化提供了直接證據
②通過對不同生物種類的形態結構進行比較,可以推斷它們之間的親緣關系
③形形色色的生物物種是由上帝創造的
④物種形成后可隨環境發生變化
⑤不同物種間具有非常近的親緣關系
⑥彼此不同而又相似的物種,由一個祖先物種發展而來
⑦蛋白質和DNA都是大分子物質,都可以為研究生物進化提供證據
【解析】選②④⑥⑦?；潜４嬖趲r層中的古生物遺物和生活遺跡,直接說明了古生物的結構或生活習性,因此生物進化的直接證據是化石證據,①錯誤;通過對不同生物種類的形態結構進行比較,可以推斷它們之間的親緣關系,②正確;形形色色的生物物種不是由上帝創造的,③錯誤;物種形成后可隨環境改變而變化,④正確;不同物種間具有或近或遠的親緣關系,⑤錯誤;彼此不同而又相似的物種,由一個祖先物種發展而來,⑥正確;蛋白質和DNA都可以為研究生物進化提供證據,這是分子生物學研究的內容,⑦正確。
2.化石證據表明,有的物種只存活了短暫的時期就滅絕了。下列哪種說法最準確(　　)
A.這些生物體缺乏可遺傳的變異
B.它們的生活環境太惡劣
C.這些生物體的食量太大
D.它們的生殖能力太弱
【解析】選A。當環境發生改變特別是環境發生劇烈變化時,生物如果沒有產生適應變化了的環境的可遺傳變異,就會被環境淘汰。即凡是生存下來的生物都是適應環境的,而被淘汰的生物都是對環境不適應的,這就是適者生存、不適者被淘汰,B、C、D錯誤,A正確。
3.(根據“思辨題”改編)下列不能作為生物進化的證據的是 (　　)
A.DNA序列 B.發育過程
C.身體大小 D.身體結構
【解析】選C。親緣關系越近的生物,DNA等生物大分子的共同點越多,可以根據DNA序列來判斷生物間的親緣關系和在進化史上出現的順序,A正確;發育過程或身體結構存在相似性的生物可能有共同的祖先,B、D正確;生物個體的大小與生物進化沒有必然的關系,C錯誤。
4.真核生物的出現在生物進化歷史上具有重要的意義,這主要表現在 (　　)
①結構和功能更加完善
②出現有絲分裂,為有性生殖的產生奠定基礎
③通過有性生殖實現了基因重組,推動了生物進化
A.①② B.②③ C.①③ D.①②③
【解析】選D。真核生物在生物進化歷史上具有重要意義,這主要表現在以下兩個方面:一是與原核細胞相比,真核細胞的結構和功能復雜得多;二是真核細胞通過有絲分裂增殖,這是減數分裂出現的前提,即為有性生殖奠定了基礎。通過有性生殖出現了基因重組,推動了生物進化。
5.按照動物進化歷程排序,正確的是 (　　)
①原始單細胞動物 ②古代魚類
③原始兩棲類 ④原始無脊椎動物
⑤原始爬行類 ⑥原始鳥類和哺乳類
A.①④②③⑤⑥ B.①②③④⑤⑥
C.④①②③⑤⑥ D.①②④⑤③⑥
【解析】選A。生物進化的順序是由單細胞到多細胞,由簡單到復雜,由水生到陸生,由低等到高等。對于動物是原始單細胞動物→原始無脊椎動物→古代魚類→原始兩棲類→原始爬行類→原始鳥類和哺乳類。
6.如圖表示生物多樣性的三個不同層次,下列敘述正確的是 (　　)
A.圖Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ分別表示遺傳多樣性、種群多樣性和生態系統多樣性
B.圖Ⅰ說明基因重組導致多種等位基因的產生,從而形成遺傳多樣性
C.圖Ⅱ反映出具有生殖隔離的生物可以在同一個環境中相對穩定地共存
D.圖Ⅲ反映出的河流、森林和城市生態系統具有相同的氣候特點
【解析】選C。生物多樣性包括三個層次的內容,即遺傳多樣性、物種多樣性和生態系統多樣性;基因重組不會導致新基因及等位基因的產生,可以產生新的基因型;不同的生態系統可以形成不同的氣候特點,所以A、B、D三項都錯誤。具有生殖隔離的生物在同一個環境中相對穩定地共存,這是所有生態系統中都具有的現象,所以C項正確。
7.下列有關生物多樣性和生物進化的敘述中,不正確的是 (　　)
A.細菌在接觸青霉素后會產生具有抗藥性的突變個體,青霉素的選擇作用使其生存
B.蜂鳥細長的喙與倒掛金鐘的筒狀花萼是它們長期共同進化形成的相互適應特征
C.生物多樣性的形成過程,不能說是新物種不斷形成的過程
D.自然選擇能定向改變種群的基因頻率,決定了生物進化的方向
【解析】選A。細菌中原本存在各種各樣的突變個體,接觸青霉素后,有抗藥性的突變個體存活下來,其他個體不能生存,青霉素對細菌進行了選擇,所以并不是細菌接觸青霉素后產生突變個體,而是青霉素選擇出了抗藥突變個體,A錯誤;共同進化是不同物種之間,生物與無機環境之間,在相互影響中不斷進化和發展,所以蜂鳥細長的喙與倒掛金鐘的筒狀花萼是它們長期共同進化形成的相互適應特征,B正確;新物種的形成通常要經過突變和基因重組、自然選擇及隔離三個基本環節,生物多樣性的形成過程,不能說是新物種不斷形成的過程,C正確;生物的變異是不定向的,自然選擇能定向改變種群的基因頻率,決定了生物進化的方向,D正確。
8.如圖1顯示了某種甲蟲的兩個種群基因庫的動態變化過程。種群中每只甲蟲都有相應的基因型,A和a這對等位基因沒有顯隱性關系,共同決定甲蟲的體色,甲蟲體色的基因型和表現型如圖2所示,請據圖回答下列問題:
(1)不同體色的甲蟲體現了生物多樣性中的__________多樣性。
(2)在種群中出現了基因型為A'A的甲蟲,A'基因最可能的來源是__________,該來源為生物進化________________。A'A個體的出現將會使種群基因庫中的__________發生改變。
(3)圖中箭頭表示通過遷移,兩個種群的基因庫之間有機會進行__________。由此可知,種群Ⅰ和種群Ⅱ之間不存在________________。
(4)根據圖1兩個種群中不同體色的甲蟲分布比例,可以初步推測出處于工業污染較為嚴重的環境中的是種群______________,該環境對甲蟲的生存起到了________作用。
【解析】(1)由于基因控制生物的性狀,不同體色的甲蟲體現了生物多樣性中的遺傳多樣性。(2)A'基因最可能的來源是基因突變,基因突變為生物進化提供了原材料,A'A個體的出現會使種群基因庫的基因頻率發生改變。(3)由于兩個種群的個體之間能相互遷移,基因庫之間的基因能進行交流,故兩個種群不存在生殖隔離。(4)由于種群Ⅰ中黑色個體多,故可能生活在工業污染較為嚴重的環境中,這是自然選擇的結果。
答案:(1)遺傳　(2)基因突變　提供原材料　基因頻率
(3)基因交流　生殖隔離　(4)Ⅰ　選擇
DNA分子雜交技術的過程是先把兩種生物的DNA分子用同位素加以標志,接著用加熱的方法使其解旋成單鏈,然后把兩種生物的單鏈DNA混合起來,使其在緩緩冷卻的條件下恢復為雙鏈DNA,可以通過檢查雜種雙鏈DNA來判斷兩個物種的異同程度,過程如圖所示?？茖W家常用該方法鑒定生物間親緣關系。
(1)不同種生物的DNA單鏈能雜交成雙鏈DNA,是因為DNA分子雜交遵循________。
(2)DNA分子雜交技術鑒定生物間親緣關系是______________方面的證據。
(3)依據不同生物的DNA形成游離的單鏈數目可判斷生物之間的親緣關系,為什么
【解析】(1)不同種生物的DNA單鏈能雜交成雙鏈DNA,是因為DNA分子在雜交時遵循堿基互補配對原則。(2)利用DNA分子雜交技術鑒定生物間親緣關系是分子生物學方面的證據。(3)由于游離的單鏈數目越少(越多),DNA中相同的堿基序列越多(越少),生物的親緣關系越近(越遠),因此依據不同生物的DNA形成游離的單鏈數目可判斷生物之間的親緣關系。
答案:(1)堿基互補配對原則　(2)分子生物學
(3)游離的單鏈數目越少(越多),DNA中相同的堿基序列越多(越少),生物的親緣關系越近(越遠)

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