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第二節　生物的多樣性和適應性是進化的結果
課標內容要求 核心素養對接
1．概述現代生物進化理論以自然選擇學說為核心，為地球上的生命進化史提供了科學的解釋。 2．嘗試通過化石記錄、比較解剖學和胚胎學等事實，說明當今生物具有共同的祖先。
3．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。 1．生命觀念：運用結構和功能觀闡明當今生物具有共同特征；初步運用進化和功能觀，闡明協同進化。
2．科學思維：通過相關證據概括與歸納生物具有共同的祖先；運用歸納的方法，概括出生物多樣性。
3．社會責任：基于現代進化理論發展和物種形成等資料，能認識生物界及生物多樣性，認同生物的多樣性和統一性，樹立正確的自然觀；能運用科學思維，參與相關問題的討論，能鑒別并自覺抵制封建迷信和偽科學。
一、生物進化的證據越來越多
1．生物進化的古生物學證據
(1)化石是指經過自然界的作用，保存在地層中的古生物遺體、遺物和它們的生活遺跡。
(2)化石為生物的進化歷程提供了證據。科學家運用化石記錄基本確定了生物進化的歷程。
2．生物進化的其他證據
(1)比較解剖學對動物同源器官的研究結果，也是生物進化的證據之一。
①同源器官：起源相同，結構和部位相似，而形態和功能不同的器官稱為同源器官。
②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進化而來的，只是在進化過程中，由于生活環境的不同，同源器官逐漸出現了形態和結構的差異。
(2)比較胚胎學對不同生物胚胎發育過程的研究也揭示了不同生物是由同一祖先進化而來的事實。親緣關系相近的生物在胚胎發育中有相同的發育階段。
(3)細胞生物學取得的進展，也加深了人們對生命本質的認識。
①在真核生物中，每個物種細胞內的染色體數量和每條染色體的形態結構都是恒定的。
②通過比較不同物種的染色體組型和核型，可以研究不同物種間的親緣關系。
③而對細胞代謝等方面的研究發現，當今生物都具有共同特征。
(4)分子生物學取得的進展也為生物進化提供了豐富的證據。
①一些科學家利用分子生物學技術對不同生物的生物大分子進行組成分析，或利用分子雜交方法，來判斷生物之間的親緣關系和進化順序。
②和細胞生物學證據一樣，分子生物學證據也說明，當今生物具有共同特征。
二、生物進化導致生物的多樣性和適應性
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，稱為分歧進化，也可以稱為趨異進化。
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，稱為趨同進化(convergent evolution)。
3．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，這被稱為協同進化(coevolution) 或共同進化。
(2)實例：捕食者與被捕食者的協同進化(動物與動物之間)
①捕食者一般不會把所有的獵物都吃掉，這在生物進化中稱為“精明的捕食者”策略。
②捕食者吃掉的大多是被捕食者中的老弱病殘個體，而健壯個體得以逃脫并生存下來。同樣，捕食者中能夠捕獵到獵物的也是那些健壯個體。因此，當被捕食者發生變異，提高了防御能力時，捕食者也會相應地增強捕食能力，與被捕食者協同進化，否則就會因為不能適應新變化而被自然選擇所淘汰。
(3)協同進化促進了多種類型的生物的出現，豐富了生物多樣性。
4．生物的進化導致了生物物種的多樣性
(1)五界系統進化樹
①圖示：
②分析：從進化樹可以看出，多種多樣的生物是由共同的祖先經過長期進化形成的，即生物的進化導致了生物物種的多樣性。
③提出者：美國生物學家魏泰克。
④提出基礎：生物分類的兩界系統(植物界和動物界)、三界系統(原生生物界、植物界、動物界)、四界系統(原生生物界、真菌界、植物界和動物界)。
⑤五界系統沒有包含病毒。
(2)生物多樣性：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。
判斷對錯(正確的打“√”，錯誤的打“×”)
1．生物的遺物或生活痕跡也可能形成化石。 (　　)
2．有共同祖先的生物個體在結構上沒有差異。 (　　)
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．不同生物的DNA和蛋白質等生物大分子有差異，這說明生物不是由共同祖先進化來的。 (　　)
5．在生物進化史上，被子植物比裸子植物出現的早。 (　　)
6．生物多樣性包括遺傳多樣性、種群多樣性和生態系統多樣性。 (　　)
7．共同進化只是指生物與生物之間的協同進化。 (　　)
8．五界系統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。 (　　)
[答案]　1．√
2．×　提示：有共同祖先的個體在結構上仍有差異。
3．√
4．×　提示：不同生物的DNA和蛋白質等生物大分子盡管有差異，但它們有共同點，這說明生物有共同的原始祖先。
5．×　提示：在生物進化史上，裸子植物比被子植物出現的早。
6．×　提示：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。
7．×　提示：共同進化指生物與生物之間、生物與環境之間的協同進化。
8．√
　生物進化的證據越來越多
1．生物進化的古生物學證據
(1)化石為生物的進化歷程提供了證據。
(2)科學家通過不斷的努力，根據化石記錄基本確定了地質年代的劃分和各地質年代的主要進化事件。
時間 生物的主要類群
大約34億～18億年前 細菌、藍細菌等原核生物
古生代 各種類型的真核藻類和海洋無脊椎動物
中生代 裸子植物和原始爬行類等陸生生物
新生代 ①鳥類、哺乳類和被子植物
②第四紀誕生了現代人類
2.生物進化的其他證據
(1)比較解剖學與比較胚胎學
項目 證據 結論
比較解剖學 同源器官 具有同源器官的生物是由共同的原始祖先進化而來的，只是在進化過程中，由于生活環境的不同，同源器官逐漸出現了形態和結構的差異
比較胚胎學 親緣關系相近的生物在胚胎發育中有相同的發育階段 不同生物是由同一祖先進化而來的
(2)細胞生物學和分子生物學
項目 研究不同物種間親緣關系方法 當今生物具有共同特征證據
細胞生物學 比較不同物種的染色體組型和核型 對細胞代謝等方面的研究。例如，細胞呼吸方式多為細胞有氧呼吸或細胞無氧呼吸
分子生物學 利用分子生物學技術對不同生物的生物大分子進行組成分析，或利用分子雜交方法 幾乎所有生物都共用一套遺傳密碼，遺傳信息的傳遞都遵循中心法則
1．同源器官是指起源相同、結構和部位相似而形態和功能不同的器官。有很多事實能夠作為支持生物進化學說的證據。下圖所示，這些生物體在結構上具有明顯的相似之處，下列對于這些相似之處和對生物進化的解釋中，不合理的是(　　)
A．這些生物體具有共同的原始祖先
B．這些相似的結構被稱為同源器官
C．這些證據被稱為比較解剖學證據
D．這些相似之處表明變異是定向的
D　[同源器官反映出生物之間存在著一定的親緣關系，說明凡是有同源器官的生物都是由共同的原始祖先進化而來的，A項正確；鳥的翅膀、海豚的鰭肢、蝙蝠的翼手和人的手臂，它們的形態和功能都不相同，但它們的內部結構卻基本一致，說明它們屬于同源器官，B項正確；同源器官被稱為比較解剖學證據，C項正確；自然界中變異是不定向的，D項錯誤。]
2．學習了生物的進化后，某同學進行了如下梳理歸納，你不認同的是(　　)
A．化石是研究生物進化的最直接證據
B．不同生物細胞色素c的序列差異，能反映生物之間的親緣關系
C．脊椎動物具有相似的結構屬于比較解剖學證據
D．始祖鳥化石證明了現代爬行動物經過長久年代可進化成鳥類
D　[在研究生物的進化的過程中，化石是最直接、最可靠的證據，A正確；親緣關系越近的生物，細胞色素c的差異越小，B正確；比較解剖學是研究、比較脊椎動物的器官、系統的形態和結構，可以為這些生物是否有共同祖先尋找證據，故脊椎動物具有相似的結構屬于比較解剖學證據，C正確；鳥類是由古代爬行動物的一支進化而來的，而不是由現代爬行動物進化而來的，最早的鳥類化石就是始祖鳥化石，D錯誤。]
　生物進化導致生物的多樣性和適應性
1．生物進化的方式
方式 概念 實例
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 化石記錄說明，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 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 鳥和蝙蝠因適應飛翔生活而趨同進化，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 綠色開花植物和傳粉動物、寄生蟲和寄主、捕食者和被捕食者
2.生物的進化導致了生物物種的多樣性
生物多樣性及其之間的聯系
(1)遺傳(基因)多樣性：由于生物存在各種各樣的變異，并且變異是不定向的，進而出現了多樣性。
(2)物種多樣性：基因的多樣性決定了蛋白質的多樣性，基因多樣性是形成物種多樣性的根本原因，蛋白質多樣性是形成物種多樣性的直接原因。
(3)生態系統多樣性：生態系統是由生物和非生物的環境共同組成的，所以物種的多樣性和無機環境的多樣性共同組成了生態系統的多樣性。
(4)生物多樣性形成的原因
①從分子水平看
②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。
合作探究：1．根據你的理解，分析三種生物多樣性之間的關系。
提示：基因多樣性是形成物種多樣性和生態系統多樣性的基礎，反過來物種多樣性和生態系統多樣性又影響基因多樣性。
2．物種之間的協同進化都是通過物種之間的生存斗爭實現的嗎？
提示：不是。物種之間的協同進化有通過種間互助實現的，如某種蘭花和專門給它傳粉的蛾；也有通過種間斗爭實現的，如獵豹和斑馬。
1．古生物學家發現的最早的馴養狗化石，距今大約有3.3萬年。該化石與現代格陵蘭犬在形態大小上最為接近，而與狼在牙齒特征上特別相近。下列敘述正確的是(　　)
A．現代格陵蘭犬與狼的基因庫沒有差異
B．狼的存在不利于增加食草動物的多樣性
C．新物種的形成都要經歷漫長的進化歷程
D．了解這一進化歷程的主要依據是化石
D　[經過長期的選擇作用，現代格陵蘭犬與狼已經形成了不同的物種，存在生殖隔離，現代格陵蘭犬與狼的基因庫具有明顯差異，A錯誤；狼的存在對食草動物而言起了選擇作用，促進生物進化，故對食草動物是有利的，B錯誤；隔離是新物種形成的必要條件，生殖隔離是新物種形成的標志，大多數物種的形成是由長期的地理隔離達到生殖隔離，有些物種可以不通過地理隔離直接產生生殖隔離 ，如多倍體植物的形成誘導多倍體，C錯誤；生物多樣性經過了漫長的進化歷程，進化的主要依據是化石，D正確。]
2．研究表明，生物多樣性是生物進化的結果，而生物的多樣性和適應性與生物進化的方式有關。下列說法錯誤的是(　　)
A．現代爬行類、現代鳥類、現代哺乳類是由早期爬行類經過分歧進化逐步形成的
B．鳥和蝙蝠具有相同功能的翼和翼手，是因適應飛翔生活而趨同進化形成的
C．協同進化促進了多種類型生物的出現，豐富了生物多樣性
D．五界系統包括原核生物界、原生生物界、病毒界、植物界和動物界
D　[五界系統包括原核生物界、原生生物界、真菌界、植物界和動物界，沒有包含病毒。]
[課堂小結]
知 識 網 絡 構 建 核 心 語 句 背 誦
1．化石是指經過自然界的作用，保存在地層中的古生物遺體、遺物和它們的生活遺跡。
2.起源相同、結構和部位相似，而形態和功能不同的器官稱為同源器官。
3.比較解剖學和比較胚胎學的研究都揭示了不同生物是由同一祖先進化而來的。
4.細胞生物學和分子生物學證據都說明，當今生物具有共同特征。
5.生物多樣性是生物進化的結果，而生物的多樣性和適應性與生物進化的方式有關。生物進化的方式包括分歧進化、趨同進化和協同進化。
6.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。
1．人體內殘留了哺乳動物體內相當發達的闌尾，這可作為生物進化中哪一方面的證據(　　)
A．化石證據
B．比較解剖學證據
C．胚胎學證據
D．生物遺傳方面的證據
B　[人體內殘留了哺乳動物體內相當發達的闌尾，屬于比較解剖學證據。]
2．黑猩猩與人類在基因上的相似程度大約為99%。這個事例可以說明 (　　)
A．人類和黑猩猩的共同祖先是森林古猿
B．人類是由黑猩猩經過漫長的年代進化而來的
C．人類和黑猩猩有較近的親緣關系
D．生物具有遺傳和變異的特性
C　[黑猩猩與人類在基因上的相似程度表明人類和黑猩猩具有較近的親緣關系，有共同的祖先。]
3．某種蘭花有細長的花矩(如圖)，花矩頂端貯存著花蜜，這種蘭花的傳粉需借助具有細長口器的蛾在吸食花蜜的過程中完成。下列敘述正確的是(　　)
A．蛾口器的特征決定蘭花花矩變異的方向
B．花矩變長是蘭花新物種形成的必要條件
C．口器與花矩的相互適應是共同進化的結果
D．蛾的口器會因吸食花蜜而越變越長
C　[生物變異是不定向的，A錯誤；新物種形成的必要條件是隔離，B錯誤；口器與花矩的相互適應是共同進化的結果，C正確；生物的性狀是由基因決定的，吸食花蜜不會使蛾的口器變長，D錯誤。]
4．下列關于協同進化與生物多樣性的敘述，錯誤的是(　　)
A．不同物種之間可以相互選擇協同進化
B．捕食者的存在有利于增加物種的多樣性
C．生物多樣性的形成就是新物種不斷產生的過程
D．生態系統多樣性形成的原因可概括為協同進化
C　[協同進化是指不同物種之間、生物與無機環境之間在相互影響中不斷進化和發展，故不同物種之間可以相互選擇協同進化；捕食者的存在使食物鏈中的生物通過反饋進行調節，有利于增加物種的多樣性；生物多樣性包括物種多樣性、遺傳多樣性和生態系統多樣性；協同進化是指不同物種之間、生物與無機環境之間的協同進化，生態系統多樣性的形成是協同進化的結果。]
5.現有G、H、Q、W、X五個有親緣關系的物種，它們的進化歷程及親緣關系如圖所示。
(1)由共同祖先進化形成上述五個不同物種的外部因素是________和________。
(2)H、W兩物種都生活在海洋中，體形都為紡錘形的事實能夠說明
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(3)如果W物種始終處在一個沒有地理隔離的環境中，W物種在它所生存的環境中會進化嗎？________。為什么？
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[解析]　(1)物種的形成需要經過隔離，一個物種在特定的環境中生存時，必然受到環境的自然選擇。 (2)這是一種趨同進化現象，是相同環境定向選擇的結果。(3)生物是隨著環境的變化在不斷進化的。
[答案]　(1)自然選擇　隔離　(2)自然選擇是定向的(環境對生物的選擇是定向的)　(3)會　生物在繁衍過程中會產生各種可遺傳的變異，W物種所處的環境條件也會不斷地發生變化

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