資源簡介

協同進化與生物多樣性的形成
【學習目標】
1．舉例說明隔離在物種形成過程中的作用。
2．結合具體實例概述生物的協同進化和多樣性的形成過程。
【學習重點】
舉例說明隔離在物種形成過程中的作用。
【學習難點】
結合具體實例概述生物的協同進化和多樣性的形成過程。
【學習過程】
知識點一：隔離在物種形成中的作用
知識梳理
1．物種的概念：能夠在自然狀態下相互交配并且產生可育后代的一群生物稱為一個物種。
2．隔離
(1)不同物種之間一般是不能相互交配的，即使交配成功，也不能產生可育后代，這種現象稱為生殖隔離，例如馬和驢交配產生不可育的螺，故馬和驢為不同物種。
(2)同種生物由于地理障礙而分成不同的種群，使得種群間不能發生基因交流的現象，叫作地理隔離。
(3)地理隔離和生殖隔離都是指不同群體間的個體，在自然條件下基因不能自由交流的現象，這里統稱為隔離。
3．隔離及其在物種形成中的作用
(1)新物種的形成過程
(2)結論
隔離是物種形成的必要條件。,
思維空間
特別提醒：種群與物種的關系
(1)一個物種可以包括許多種群，如同一種鯽魚可以生活在不同的池塘、湖泊等，形成一個個被陸地隔離的不同種群。
(2)同一物種的不同種群之間存在地理隔離，長期發展下去可能形成不同的亞種，進而形成許多個新物種。
問題探究：如何判斷兩種動物是否是同一物種？
提示：設計雜交實驗，是否能產生可育后代，即是否存在生殖隔離。
問題探究：二倍體西瓜和四倍體西瓜是不是同一物種？為什么？三倍體西瓜是不是一個物種？為什么？
提示：不是。因為二倍體和四倍體雜交產生的三倍體不可育，存在生殖隔離，所以不是同一物種。三倍體西瓜不是一個物種，因為自然狀態下不能相互交配產生可育后代。
問題探究：新物種的形成一定要經過地理隔離嗎？
提示：不一定，但一定要經過生殖隔離，如低溫造成某植株染色體加倍形成新物種，沒有經過地理隔離。
典例精析
[例1]如圖為某哺乳動物種群因河道改變而發生的變化，下列與之相關的說法正確的是（ ）
A．河道的改變使同一種群的生物變成了不同的物種
B．河道的改變使兩個種群失去了基因交流的機會
C．B種群和C種群基因頻率的不同僅與環境的變化有關
D．地理隔離必然導致生殖隔離，生殖隔離必然源于地理隔離
解題分析：河道的改變使一個種群被分割成兩部分，從而形成兩個種群，這兩個種群因河流的阻隔，形成地理隔離，失去了基因交流的機會，但是并沒有證據說明B、C兩種群的生物成為了兩個物種，A錯誤，B正確；種群基因頻率的差異與環境的選擇作用有關，還與突變和基因重組等有關，C錯誤；長期的地理隔離有可能導致生殖隔離，生殖隔離未必就一定源自地理隔離，例如多倍體的形成過程，D錯誤。
答案：B
[例2]如圖表示漸進式新物種形成的基本環節，對圖示的相關分析正確的是（ ）
A．圖中①表示基因突變和基因重組，為進化提供了原材料
B．圖中②表示地理隔離，地理隔離使種群間基因交流受阻
C．圖中③表示生殖隔離，指兩種生物不能交配且不能產生可育后代
D．種群基因頻率的改變一定會導致新物種形成
解題分析：①表示突變和基因重組，即基因突變、基因重組和染色體變異，為生物進化提供原材料，A錯誤；生殖隔離是指不同物種之間一般是不能相互交配的，即使交配成功，也不能產生可育后代，C錯誤；自然選擇導致種群基因頻率定向改變，使生物朝一定的方向進化，但生殖隔離的出現才會導致新物種形成，D錯誤。
答案：B
技法提升
判斷是否形成新物種類試題的解法
(1)判斷依據：是否產生生殖隔離。
(2)判斷方法：雜交后不能產生可育后代，則說明出現了新物種，或就不能雜交。
(3)生物進化的實質是基因頻率的改變，這種改變可大可小，不一定會導致新物種的形成。
知識點二：協同進化與生物多樣性的形成
知識梳理
1．協同進化
(1)概念：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)方式
①生物與生物之間協同進化。
捕食者所吃掉的大多是被捕食者中年老、病幼或年幼的個體，客觀上起到了促進種群發展的作用。
②生物與無機環境之間協同進化。
地球上的原始大氣沒有氧氣，最早的生物是厭氧型生物，能進行光合作用的生物的出現，使大氣中有了氧氣，為好氧生物的出現創造了前提條件。
(3)結果：通過漫長的協同進化過程，地球上不僅出現了千姿百態的物種，豐富多彩的基因庫，而且形成了多種多樣的生態系統。
2．生物多樣性的形成
(1)主要內容
遺傳多樣性(基因多樣性)、物種多樣性和生態系統多樣性。
(2)生物進化歷程中的關鍵事件
①最初地球上的生物主要是海洋中種數不多的原核生物——藍藻和細菌。這一時期的生態系統中只有生產者和分解者。
②有性生殖的出現，生物實現了基因重組，增強了其變異的多樣性，生物進化的速度明顯加快，多細胞植物和動物的種類不斷增多。
③寒武紀大爆發：海洋中大量的無脊椎動物物種爆發式地迅速形成。大量的動物構成了生態系統的第三極——消費者，使生態系統具有更復雜的結構。
④生物的登陸改變著陸地環境，陸地上復雜的環境又為生物的進化提供了廣闊的舞臺。
⑤在進化過程中，許多物種由于不適應環境的變化而絕滅。例如恐龍絕滅。恐龍的絕滅為哺乳類的興盛騰出了空間，使生物進化翻開了嶄新的一頁。
思維空間
特別提醒：生物多樣性三個層次之間的聯系
3．生物進化理論在發展
(1)以自然選擇學說為核心的現代生物進化理論對自然界的生命史作出了科學的解釋：適應是自然選擇的結果；種群是生物進化的基本單位；突變和基因重組提供進化的原材料，自然選擇導致種群基因頻率的定向改變，進而通過隔離形成新的物種；生物進化的過程實際上是生物與生物、生物與無機環境協同進化的過程；生物多樣性是協同進化的結果。
(2)中性突變學說：大量的基因突變是中性的，自然選擇對這些基因突變不起作用，因此有人主張決定生物進化方向的是中性突變的逐漸積累，而不是自然選擇。
(3)間斷平衡學說：根據許多物種是在短時間內迅速形成的現象，有人提出物種形成并不都是漸變的過程，而是物種長期穩定與迅速形成新物種交替出現的過程。
典例精析
[例1]　下列有關生物的進化和生物多樣性的敘述，錯誤的是（ ）
A．人類的生存和發展始終受益于生物多樣性，保護生物多樣性就是保護人類自己
B．狼和鹿通過捕食和被捕食進行著相互選擇，實現協同進化
C．從分子水平上看，生物的性狀具有多樣性的直接原因是基因的多樣性
D．生物多樣性包括遺傳多樣性、物種多樣性和生態系統多樣性
解題分析：生物多樣性的直接原因是蛋白質分子的多樣性，遺傳多樣性是生物多樣性的根本原因，C錯誤。
答案：C
[例2]下列有關生物多樣性和進化的敘述中，不正確的是（ ）
A．生態系統從古至今都是由生產者、消費者和分解者組成
B．蜂鳥細長的喙與倒掛金鐘的筒狀花萼是它們長期協同進化形成的相互適應特征
C．異地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
D．自然選擇能定向改變種群的基因頻率，使生物朝一定方向進化
解題分析：生態系統起初只有生產者和分解者，寒武紀大爆發后出現消費者，A錯誤。
答案：A
當堂檢驗
1．下列關于物種的敘述，正確的是（ ）
A．不同種群的生物肯定不屬于同一物種
B．物種是能相互交配的一群生物個體
C．隔離是形成新物種的必要條件
D．在新物種形成過程中必須有地理隔離和生殖隔離
答案：C
解析：不同種群的生物可能屬于同一個物種，例如不同池塘的鯉魚，A錯誤；能相互交配且產生可育后代的一群生物屬于一個物種，B錯誤；隔離是形成新物種的必要條件，產生生殖隔離是形成新物種的標志，C正確；在物種形成過程中必須有生殖隔離，不一定有地理隔離，例如多倍體形成過程，D錯誤。
2．新物種形成最顯著的標志是（ ）
A．具有一定的形態結構 B．具有一定的生理功能
C．產生了生殖隔離 D．改變了基因頻率
答案：C
3．在生物進化過程中，下列幾種生物類型出現的排列順序，可能性最大的是（ ）
A．自養、厭氧異養、需氧異養
B．需氧自養、厭氧自養、自養
C．厭氧自養、需氧異養、光能合成自養
D．厭氧異養、光能合成自養、需氧異養
答案：D
解析：地球上的原始大氣中是沒有氧氣的，因此，最早出現的生物都是厭氧(進行無氧呼吸)的；最早的光合生物的出現，使得原始大氣中有了氧氣，這就為好氧生物的出現創造了前提條件。
4．昆蟲的保護色越來越逼真，它們的天敵的視覺也越來越發達，結果雙方都沒有取得明顯的優勢，這說明（ ）
A．自然選擇不起作用
B．生物為生存而進化
C．雙方在斗爭中不分勝負
D．雙方相互選擇，協同進化
答案：D
5．下列關于生物進化的敘述，正確的是（ ）
A．在進化地位上越高等的生物，適應能力越強
B．生態系統多樣性形成的原因可以概括為協同進化
C．生物多樣性包括遺傳多樣性、物種多樣性和變異多樣性
D．最早登陸的生物是適應陸地生活的原始的兩棲類
答案：B
解析：遺傳多樣性越高的生物適應能力越強，與進化地位無關，A錯誤；生物多樣性主要包括三個層次內容，遺傳多樣性、物種多樣性和生態系統多樣性，C錯誤；最早登陸的生物為植物，主要是蕨類植物，D錯誤。
6．如圖是加拉帕戈斯群島上物種演化的模型：圖中上半部分為甲島的物種演化模型，下半部分為乙島的物種演化模型，A、B、C、D為四個物種及其演化關系。請看圖回答問題：
(1)由A物種進化為B、C兩個物種的內因是____________，外因是____________________，進化的實質是____________________________。
(2)甲島上的B物種遷到乙島后，不與C物種發生基因交流，其原因是____________________。
(3)遷到乙島的B物種可能會____________________。
(4)假設種群中有一對等位基因A、a，A的基因頻率為0.1，a的基因頻率為0.9，那么AA、Aa、aa三種基因型的頻率分別為________________；若環境的選擇作用使a的頻率逐漸下降，A的頻率逐漸上升，則后代中aa基因型個體數量的變化趨勢是________________。
答案：(1)遺傳變異 甲、乙兩島環境不同且有地理隔離 種群基因頻率的改變
(2)已形成生殖隔離
(3)形成新的物種(答案合理即可)
(4)1%、18%、81% 逐漸下降
解析：(1)漸變式物種形成的內因是遺傳變異(突變和基因重組)，外因是地理隔離和自然選擇，即甲、乙兩島環境不同且有地理隔離，進化的實質是種群基因頻率的改變。
(2)當兩個種群不能發生基因交流時，說明二者之間存在生殖隔離。
(3)遷到乙島的B物種由于環境發生改變，會發生進化，可能會形成新物種。
(4)A%＝0.1，a%＝0.9，所以AA%＝0.01，aa%＝0.81，Aa%＝1－0.01－0.81＝0.18。若a的頻率逐漸下降，A的頻率逐漸上升，則后代中aa基因型個體數量的變化趨勢是逐漸下降。
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