高中生物人教版 (2019)必修2《遗传与进化》第4节 协同进化与生物多样性的形成学案

第4节　协同进化与生物多样性的形成

1.通过对达尔文根据兰花细长的花距推测存在为其传粉的昆虫的分析和讨论,认同进化与适应的基本观点。

2.分析猎豹追捕羚羊的案例并进行综合概括,阐明协同进化的概念。

3.通过观察生物进化的历程示意图,概述生物多样性及其形成的过程,认同保护生物多样性的意义。

4.概述以自然选择学说为核心的现代生物进化理论的要点。

5.尝试用协同进化的观点解释生活中的现象,认同生物进化理论等科学结论是不断发展的。

新知探究一　协同进化

资料1:一种兰花长着细长的花距,其底部储存着花蜜,有一种昆虫生有同样细长的吸管似的口器,可以专门从花距中吸取花蜜,帮助这种兰花传粉。

问题(1):据资料1分析,昆虫传粉的专门化对植物繁衍后代有什么意义?

提示:特定昆虫给特定的植物传粉,这样可以提高传粉的效率,并且昆虫也可得到较多的食物。但这种一对一的关系建立在不受环境影响的条件下,如果环境遭受破坏,一种生物的灭绝就会导致另一种相关生物的灭绝。

资料2:动物学家对生活在非洲大草原一条大河两岸的羚羊进行研究时发现,东岸的羚羊的奔跑速度竟然比西岸的羚羊快得多。经过观察和科学实验,动物学家终于明白,东岸的羚羊之所以强健,是因为它们附近有一个狼群,生存时时处于危险之中。

问题(2):据资料2分析,狼和羚羊之间在进化方面存在怎样的关系?

提示:狼和羚羊之间进行相互选择。一方面捕食者所捕食的大多是被捕食者中老年、病弱或年幼的个体,客观上起到促进羚羊种群发展的作用;另一方面狼群中跑得慢的个体由于得不到食物而被淘汰。

问题(3):物种之间的协同进化都是通过物种之间的生存斗争实现的吗?

提示:不是。物种之间的协同进化有通过种间互助实现的,如某种兰花和专门给它传粉的蛾;也有通过种间斗争实现的,如猎豹和斑马。

资料3:地球上的原始大气中是没有氧气的,但是随着光合生物的出现,使得原始大气中有了氧气,这就为好氧生物的出现创造了前提条件。

问题(4):据资料1、2、3,你能得出怎样的结论?

提示:不同物种间存在协同进化,包括种间互助和种间竞争;生物的进化与无机环境的变化也是相互影响的。

(1)协同进化及其结果

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,这就是协同进化。通过漫长的协同进化过程,地球上不仅出现了千姿百态的物种,丰富多彩的基因库,而且形成了多种多样的生态系统。

(2)协同进化的范围及其对无机环境的影响

①范围:生物与生物之间的协同进化仅发生在不同物种之间,同种生物之间不存在协同进化。

②对无机环境的影响:无机环境的选择作用可定向改变种群的基因频率,导致生物朝着一定方向进化;生物的进化反过来又会影响无机环境。

1.某种兰花有细长的花距(如图),花距底部储存着花蜜,这种兰花的传粉需借助具有细长口器的蛾在吸食花蜜的过程中完成。下列叙述正确的是(　D　)

A.蛾的口器会因吸食花蜜而越变越长

B.花距变长是兰花新物种形成的必要条件

C.蛾口器的特征决定兰花花距变异的方向

D.口器与花距的相互适应是协同进化的结果

解析: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,这就是协同进化。该种兰花的花距和蛾口器的变异应属于协同进化,不是蛾吸食花蜜的结果。单纯地说蛾的口器特征决定兰花花距变异的方向或蛾的口器会因吸食花蜜而越变越长均属于片面的结论。新物种形成的必要条件是隔离。花距变长不是兰花新物种形成的必要条件。

2.生物多样性是协同进化的结果。下列事实不属于协同进化的是(　A　)

A.随着工业的发展,大量温室气体排放,全球气温升高

B.随着光合生物的出现,大气中有了氧气,为好氧生物的出现创造了条件

C.生活在草原上的斑马和猎豹都能快速奔跑,是长期相互选择的结果

D.4亿年前形成了原始的陆生植物,随后出现了适应陆地生活的动物

解析:随着工业的发展,大量温室气体排放,全球气温升高,这属于环境污染,不属于协同进化。

新知探究二　生物多样性的形成与生物进化理论在发展

活动1:阅读教材P120～123,结合图6-13分析生物进化的历程。回答下列问题。

问题(1):最早出现的是哪一种生物?它们生活在什么环境中?这一时期的生态系统的成分是怎样的?

提示:古细菌。它们生活在海洋中。这一时期的生态系统是只有生产者和分解者的两极生态系统。

问题(2):多细胞生物大约是什么时期出现的?它们生活在什么环境中?这一时期生态系统的特点是怎样的?

提示:大约是在寒武纪。生活在海洋中。由于有大量的动物构成了生态系统的第三级——消费者,使生态系统具有更加复杂的结构。

问题(3):最早登陆的生物是植物还是动物?为什么?

提示:最早登陆的是植物,植物为动物的生存提供食物和栖息环境,没有植物,动物登陆后就无法生存。

问题(4):恐龙是什么时候绝灭的?恐龙绝灭对生物多样性产生怎样的影响?

提示:在白垩纪末全部绝灭。恐龙的绝灭为哺乳类的兴盛腾出了空间,使生物进化翻开了崭新的一页。

活动2:生物多样性包括基因多样性、物种多样性和生态系统多样性。试探究分析下列问题。

问题(5):生物多样性产生的直接原因和根本原因是什么?运用进化论观点分析生物多样性形成的原因。

提示:生物多样性的直接原因是蛋白质多样性,根本原因是基因(遗传物质)多样性。生物多样性的形成是多种多样的环境对生物不定向的变异进行定向选择的结果。

问题(6):基因多样性、物种多样性及生态系统多样性三者之间的关系是怎样的?

提示:基因多样性是形成物种多样性和生态系统多样性的基础,物种多样性和生态系统多样性又可影响基因多样性。

(1)生物进化的规律

从原核生物到真核生物,从无性生殖到有性生殖,由简单到复杂,由水生到陆生,由低等到高等。

(2)生物进化的历程

(3)现代生物进化理论的主要内容

①适应是自然选择的结果。

②种群是生物进化的基本单位。

③突变和基因重组提供进化的原材料,自然选择导致种群基因频率的定向改变,进而通过隔离形成新的物种。

④生物进化的过程实际上是生物与生物、生物与无机环境协同进化的过程。

⑤生物多样性是协同进化的结果。

(1)基因多样性:由于生物存在各种各样的变异,并且变异是不定向的,进而出现了基因多样性。

(2)物种多样性:基因的多样性决定了蛋白质的多样性,基因多样性是形成物种多样性的根本原因,蛋白质多样性是形成物种多样性的直接原因。

(3)生态系统多样性:生态系统是由生物群落和无机环境共同组成的,所以物种的多样性和无机环境的多样性共同组成了生态系统的多样性。

2.生物多样性各层次间的关系

3.下列关于协同进化与生物多样性的叙述中错误的是(　C　)

A.不同物种之间可以相互选择协同进化

B.捕食者的存在有利于增加物种的多样性

C.生物多样性的形成就是新物种不断产生的过程

D.生态系统多样性形成的原因可概括为协同进化

解析:生物多样性包括物种多样性、遗传多样性和生态系统多样性;协同进化是指不同物种之间、生物与无机环境之间在相互影响中不断进化和发展,生物多样性是协同进化的结果。

4.下列有关生物多样性与进化的叙述中,不正确的是(　B　)

A.蜂鸟细长的喙与倒挂金钟的筒状花萼是它们长期协同进化形成的相互适应特征

B.细菌在接触青霉素后会产生抗药性的突变个体,青霉素的选择作用使其生存

C.异地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

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:细菌在未接触青霉素前就产生了抗药性的突变,在青霉素的选择作用下抗药性变异成为有利变异。

[生活情境]

科研人员向养殖奶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,苍蝇又多了起来,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,又喷洒了杀虫剂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。

提示:将新配制的杀虫剂和原来配制的杀虫剂,分别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)请用苍蝇抗药性增强来解释杀虫剂的效果一次比一次差的原因。

提示:具有抗药性变异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。

课堂小结

随堂反馈

1.下列有关协同进化的说法中,错误的是(　D　)

①协同进化可发生在不同物种之间　②协同进化可发生在生物与无机环境之间　③猎豹与羚羊之间的“军备竞赛”实现了两者的协同进化　④研究协同进化无法预测某物种的存在　⑤捕食者的存在利于生物多样性的形成　⑥协同进化导致了生物多样性的形成　⑦种群内部个体间的差异体现了物种多样性

A.②⑥ B.②⑤⑦

C.③⑤⑥⑦ D.④⑦

解析:研究协同进化可预测某物种的存在,如达尔文根据某种兰花具有细长花距而预测出为其传粉的某种昆虫应具有吸管似的口器,④错误;种群内部所有个体属于同一物种,个体间的差异体现了基因多样性,不能体现物种多样性,⑦错误。

2.狼和鹿是捕食和被捕食的关系,从进化的角度分析,下列说法中不正确的是(　D　)

A.狼在客观上起着促进鹿进化的作用

B.狼的存在有利于增加物种多样性

C.鹿奔跑速度的加快可加速狼的进化

D.鹿的进化速度比狼的进化速度快

解析:任何一个物种都不是单独进化的,不同物种之间在相互影响中共同进化和发展。狼和鹿互为对方的生物环境,对对方进行选择,相互选择的结果是使双方都朝着快速奔跑的方向进化,它们的进化速度是相当的。

3.下列关于生物多样性的叙述,正确的是(　B　)

A.生物多样性包括遗传多样性、个体多样性和生态系统多样性三个层次的内容

B.生物多样性的形成是不同生物之间、生物与无机环境之间协同进化的结果

C.物种的绝灭不利于生物多样性的形成

D.个别物种的形成或绝灭对其他物种的进化没有影响

解析:生物多样性包括遗传多样性、物种多样性和生态系统多样性;生物多样性的形成是协同进化的结果,协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;绝灭的物种一般是不适应环境的,它会被新物种替代,有利于生物多样性的形成;个别物种的形成或绝灭对其他物种存在影响。

4.北美洲某种臭虫以当地无患子科植物的气球状蔓生果为食,臭虫需要用锋利的喙刺穿果实,据统计喙长如图1所示;1920年,有人从亚洲引进无患子科的其他树种,其果实的果皮比较薄,据统计到1980年以它为食的臭虫的喙长如图2所示。下列叙述不合理的是(　D　)

A.引进的树种与臭虫间发生了协同进化

B.引进的树种与当地植物存在竞争关系

C.臭虫体内控制喙长度的基因发生突变可能早于引进的树种

D.生活在无患子科植物和引进树种上的臭虫间形成了生殖隔离

解析: 新树种引进后,臭虫喙长变短,因此它们在相互影响中发生了协同进化;引进的树种与当地植物竞争阳光和土壤中的水分和养分;臭虫体内控制喙长度的基因发生突变的时间可能早于引进新树种的时间,引进的树种只是起了选择作用;生活在无患子科植物和引进树种上的臭虫种群,由于自然选择的差异,基因频率定向改变,导致两个种群的基因库有差异,但从图中无法判断是否已达到生殖隔离的程度。

5.达尔文曾发现一种兰花长着细长的花距,其底部储存着花蜜,可以为传粉的昆虫提供食物。达尔文认为,这种花的形成绝不是偶然的,肯定存在这样的昆虫,它们生有同样细长的吸管似的口器,可以从花距中吸到花蜜。大约50年以后,研究人员果然发现了这样的蛾类昆虫。

(1)这种兰花与蛾类相互影响、不断发展变化的现象叫作　　　　　　　　,该现象除了发生在不同物种之间,还发生在生物与无机环境之间,导致了　　　　　　　　　　的形成。 

(2)兰花与蛾类的这种高度适应对兰花种群繁衍是否有利,为什么?　　　　　　　　　　　　　。 

(3)对传粉的动物来说,花的结构和外形不是唯一的变数,植物所产生的花蜜种类也有不同,有的植物只产生稀释花蜜,有些植物则产生含水量相对较少的高浓度高热值花蜜。研究者发现蝶类更喜欢采集前者,蜂鸟更喜欢采集后者。请对此现象提出合理的解释　　　　　　　　　　　　　　　　。 

解析:(1)兰花与蛾类相互影响、不断发展变化的现象叫作协同进化;协同进化导致了生物多样性的形成。(2)兰花与蛾类的这种高度适应对兰花种群繁衍有利,原因是这有利于兰花传粉和种群繁衍(或答不利,原因是某种生物数量减少对另外一种生物的生存和繁衍产生很大的不利影响)。(3)对传粉的动物来说,花的结构和外形不是唯一的变数,植物所产生的花蜜种类也有不同,有的植物只产生稀释花蜜,有些植物则产生含水量相对较少的高浓度高热值花蜜。研究者发现蝶类更喜欢采集前者,蜂鸟更喜欢采集后者,原因是蜂鸟(恒温动物)相较于蝶类(变温动物)需要高热值花蜜提供更多能量或蜂鸟和蝶类的取食结构不同,与相对应的植物结构相适应或蝶类的身体相对表面积大,(如翅膀薄而宽大)导致水分需求更多。

答案:(1)协同进化　生物多样性

(2)有利,有利于兰花传粉、种群繁衍(或答不利,某种生物数量减少对另外一种生物的生存和繁衍产生很大的不利影响)

(3)蜂鸟(恒温动物)相对于蝶类(变温动物)需要高热值花蜜提供更多能量(或蜂鸟和蝶类的取食结构不同,与相对应的植物结构相适应或蝶类的身体相对表面积大,导致水分需求更多)

选题测控导航表

1.下列说法不支持协同进化观点的是(　D　)

A.有长着细长花距的兰花,就必然有同样长着细长吸管似口器的昆虫

B.通过捕食关系猎豹跑得越来越快,斑马的逃生动作越来越敏捷

C.随着最早光合放氧生物的出现,地球上有了氧气,这为需氧型生物的出现和进化提供了前提

D.不同物种的进化是互不干涉、彼此孤立的

解析: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都在相互影响中不断进化和发展,这就是协同进化。

2.昆虫的保护色越来越逼真,其天敌的视觉越来越发达,结果双方都没有取得明显的优势,这说明(　B　)

A.自然选择不起作用

B.双方相互选择、协同进化

C.生物为生存而斗争

D.双方在斗争中不分胜负

解析:昆虫的保护色越逼真越能生存下来,并繁殖后代,这是适者生存,经过若干代的自然选择,保护色得到积累加强;天敌的视觉越发达,越容易发现食物昆虫,能获得食物而生存,否则就会被淘汰,这是双方长期相互选择协同进化的结果。

3.古生物学家发现了最早的驯养狗化石,距今大约有3.3万年历史。该化石与现代格陵兰犬在形态大小上最为接近,而与狼在牙齿特征上特别相近。下列叙述错误的是(　B　)

A.狗可能是人类通过驯养狼演变而来的

B.现代格陵兰犬与狼不存在生殖隔离

C.在生物进化的过程中,种群的基因频率会发生定向的改变

D.生物进化是一个漫长的过程

解析:从题中信息分析,驯养狗化石与狼在牙齿特征上特别相近,说明狗可能是人类通过驯养狼演变而来的;现代格陵兰犬与狼是两个物种,因此存在生殖隔离;在生物进化的过程中,由于自然选择的作用,种群的基因频率发生了定向改变;从题中3.3万年历史可知,生物进化是一个漫长的过程。

4.豹的某个栖息地由于人类活动被分隔为F区和T区。20世纪90年代初,F区豹种群仅剩25只,且出现诸多疾病。为避免该豹种群消亡,由T区引入8只成年雌豹。经过十年,F区豹种群增至百余只,在此期间F区(　A　)

A.豹种群遗传多样性增加

B.豹后代的性别比例明显改变

C.物种的数量出现大幅度下降

D.豹种群的致病基因频率不变

解析:B项强调的是后代性别比例,引入T区的豹会引起后代个体存活率产生差异,没有表明其子代不同性别生存状况有差异,所以后代的性别比例一般不会受影响;题干中只有豹种群,没有涉及其他种群,所以不能体现物种数量的变化;由于T区豹的引入增加了F区豹遗传多样性,所以致病基因的频率一定发生了改变。

5.使君子花夜晚为白色,早晨开始逐渐变为粉色,到下午变为红色,晚上再恢复为白色。调查发现,晚上采蜜的是飞蛾,而早晨和白天(上午和下午)采蜜的分别是蜜蜂和蝴蝶。此外,使君子花雌蕊和雄蕊的成熟时间相互错开。下列相关叙述,不正确的是(　A　)

A.花色变化增加了三种传粉者之间的竞争

B.花色变化有利于增加使君子花的繁殖机会

C.雌蕊和雄蕊的成熟时间错开避免了自交

D.使君子花与三种传粉者协同进化

解析:根据题干信息分析,三种传粉者采蜜时,花的颜色是不一样的,说明花色变化减少了三种传粉者之间的竞争;花色变化可以利用多种传粉者帮其传粉,增加了授粉的机会,即增加了繁殖的机会;雌蕊和雄蕊的成熟时间错开,则不能进行自花传粉,增加了异花传粉的机会;使君子花与三种传粉者之间是相互作用、协同进化的。

6.无花果的隐头花序花托的顶端有一个很小的开孔,专有的、高度特化的榕小蜂雌蜂进入小孔后在花上产卵,雌蜂在花序上爬行时能进行传粉,无花果隐头花序是榕小蜂幼体的栖息场所和食物来源。下列分析正确的是(　B　)

A.榕小蜂特殊的生殖行为决定了无花果的变异方向

B.两者的依存关系是相互选择、协同进化的结果

C.花序的特化是无花果新物种形成的必要条件

D.两种生物所发生的可遗传的变异决定了进化的方向

解析:变异是不定向的,榕小蜂特殊的生殖行为只是起了选择作用;榕小蜂和无花果之间依存关系是相互选择、协同进化的结果;花序的特化并未产生生殖隔离,故不是新物种形成的必要条件;自然选择决定生物进化的方向。

7.许多动物在不同季节数量有很大差异。春季繁殖,夏季数量增加到最多,到了冬季,由于寒冷、缺少食物等而大量死亡。第二年春季,残存的少量个体继续繁殖从而使数量增多。因此形成一个如瓶颈样的模式(如图所示,•为抗药性个体),其中瓶颈部分代表动物数量减少的时期。下列分析中正确的是(　D　)

A.突变和基因重组决定了该种群生物进化的方向

B.在图中所示的三年间,该生物种群进化形成了新物种

C.在使用杀虫剂防治害虫时,害虫抗药性基因的频率增加,说明害虫对环境进行了选择

D.在自然越冬无杀虫剂作用时,害虫中抗药性基因的频率下降,说明变异的有利或有害取决于环境的变化

解析:自然选择决定生物进化的方向;种群基因频率发生变化,生物并不一定进化成新物种;在使用杀虫剂防治害虫时,害虫抗药性基因的频率增加,说明环境对害虫进行了选择。

8.一万多年前,某地比现在湿润得多,气候也较为寒冷,许多湖泊(A、B、C、D)通过纵横交错的小溪流连接起来,湖中有不少鳉鱼。此后,气候变化,小溪流渐渐消失,形成了若干个独立的湖泊,各湖泊中生活的鳉鱼(分别称为a、b、c、d鳉鱼)形态差异也变得明显。如图为该地一万多年以来湖泊地质的变化示意图。据图回答下列问题。

(1)A湖中的所有鳉鱼为一个　　　　　       　　　,它是生物进化的　　　　　　　　　。一万多年后,D湖中的　              

称为该湖鳉鱼种群的基因库;现代生物进化理论认为　　　　　　　　　为生物的进化提供原材料。 

(2)现在,有人将4个湖泊中的一些鳉鱼混合养殖,结果发现:来自A、B两湖的鳉鱼(a和b)能进行交配且产生后代,但其后代高度不育,则a、b鳉鱼之间存在　　　　　　　　,它们属于2个不同的　　　　　;来自C、D两湖的鳉鱼(c和d)交配,能生育具有正常生殖能力的子代,且子代之间存在一定的性状差异,这体现了生物多样性中的　　　　

　　　　　多样性。 

(3)如果C湖中鳉鱼体色有黑色和浅灰色,其为一对相对性状,黑色基因A的基因频率为50%。环境变化后,鳉鱼种群中基因型为AA、Aa的个体数量在一年后各增加10%,基因型为aa的个体数量减少10%,则一年后A的基因频率为　　　　　　　　(保留一位小数),该种群　　

　　　　　　(填“有”或“没有”)发生进化,该种群　　　　　　(填“有”或“没有”)进化成一个新物种。 

解析:(1)A湖中的所有鳉鱼是同一个物种,它们构成一个种群,种群是生物进化的基本单位。一万多年后,D湖中的所有鳉鱼所含的全部基因称为该湖鳉鱼种群的基因库;现代生物进化理论认为突变和基因重组为生物的进化提供原材料。(2)来自A、B两湖的鳉鱼(a和b)能进行交配且产生后代,但其后代高度不育,说明二者之间存在生殖隔离,它们属于两个不同的物种。来自C、D两湖的鳉鱼(c和d)交配,能生育具有正常生殖能力的子代,说明它们属于同一个物种,子代之间存在一定的性状差异,这体现了生物多样性中的遗传(基因)多样性。(3)根据A的基因频率为50%,可知群体中AA的个体占25%,Aa的个体占50%,aa的个体占25%。假设开始时鳉鱼的种群数量为200条(AA为50条,Aa为100条,aa为50条),环境变化后,基因型为AA、Aa的个体数量在一年后各增加10%,基因型为aa的个体数量减少10%,则AA的数量为55条,Aa的数量为110条,aa的数量为45条,所以一年后A的基因频率=×100%≈52.4%。基因频率发生改变,说明生物发生了进化,由于各个基因型的个体仍然可以进行基因交流,所以没有形成新物种。

答案:(1)种群　基本单位　所有鳉鱼所含的全部基因　突变和基因重组

(2)生殖隔离　物种　遗传(基因)

(3)52.4%　有　没有