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1、第9章 生物进化,第1节 生物的进化,关键问题： 地球上生物进化的证据和演化历程,地球上形形色色的生物是如何形成的？,特创论,进化论,达尔文,神创论认为物种是不变的，而我们说生物是进化发展的，可以从现有生物中获取信息证明这一点。如胚胎学上、比较解剖学上、生物化学上和古生物化石的证据。,一、生物进化的证据,比较几种脊椎动物胚胎发育阶段的外形图，找出它们之间的相同之处？,1、 胚胎学证据,高等生物的个体 发育是从受精卵开始 的，说明高等动物起 源于单细胞生物。,证据之一,结论： 脊椎动物和人都是由共同的原始祖先进化而来的，这个原始祖先是低等的、水生的、有尾的、有鳃裂的。,2、比较解剖学证据,脊椎动
2、物 前肢骨骼 模式图,对各类脊椎动物的器官和系统进行解剖和比较研究的科学。,比较脊椎动物前肢骨骼的基本组成：,肱骨、桡骨和尺骨、腕骨、掌骨、指骨,前肢骨骼的结构组成和排列方式相同， 但是形态和功能有差异。,说明它们都是由共同的原始祖先进化 而来的，但由于它们生活在不同的环境中 形成了适应不同环境的形态和功能。,为什么？,同源器官,证明了生物的进化线索和与其他生物的亲缘关系,P43,蟒蛇体内还保留着后肢骨的残余。,痕迹器官,3、生物化学证据,细胞色素C是一种非常重要的蛋白质，它是由104个氨基酸组成的。人们分析了人到细菌20多种生物的细胞色素C的结构，其中有35%的氨基酸是绝对不能变的，变了就不
3、成为其细胞色素C了，而其他的有些氨基酸作些变化对功能影响不大。分析的结果以我们人为标准，与我们人的差异多少来列表如下：,表11-1 8种生物的与人的细胞色素C的氨基酸组成差异,结论:亲缘关系越近，氨基酸组成越相似；反之，亲缘关系越远,氨基酸组成的差异就越大。,4、古生物化石证据, 生物化石：,是在特殊条件下保存在地层中的古生物遗体、遗物和它们的生活遗迹。,古生物学上的证据：,根据化石与地质年代的关系、化石在地层里出现的顺序，能证实两个问题：,现代的各种各样的生物是经过漫长的地质年代逐渐进化而来的；生物进化的顺序是由简单到复杂、由低等到高等、由水生到陆生。,二、 生物进化历程,35亿年前 原核生
4、物出现（如蓝藻）,20亿年前 原核生物繁盛,单细胞真核生物出现,9亿年前 多细胞真核生物出现,寒武纪(56亿年前) 多细胞真核生物繁盛,古生代中期(4亿年前) 陆生植物出现(蕨类植物), 脊椎动物(总鳍鱼类)登陆,38亿年前 原始生命出现, 陆生脊椎动物的进化历程：, 植物进化的历程：,发现之路：澄江帽天山寒武纪早期生物化石群20世纪惊人的发现,原始绿藻蕨类植物裸子植物被子植物,三、生物的进化规律,细胞数量上： 器官结构和功能： 生活环境：,整个生物界向着多样化、复杂化 方向发展。,从单细胞到多细胞；,由简单到复杂；,从水生到陆生，,多样化：生物种类从少到多，向着不同方向发展，分化为形形色色的
5、物种。,复杂化：生物体的形态结构、生理功能逐渐从简单到复杂，从低级向高级发展。,生物扩大了生存空间，适应各种不同自然环境,生物的生活力增强，适应范围扩大，达到物种的繁荣。,第二节 生物进化理论,2达尔文系统 生物进化论物种起源以自然选择为基础，阐明生物进化的原因。 对生物适应性也作了正确的解说。,一、达尔文与进化论的创立,1拉马克进化学说 用进废退和获得性遗传,贝格尔号航行路线,二、自然选择学说,自然选择学说的基本论点：,2、繁殖过剩,3、生存斗争,1、变异和遗传,4、适者生存,进化原因,可遗传的变异是生物进化的内在因素，是自然选择发生作用的基础,实例：达尔文对长颈鹿进化过程的解释,长颈鹿的祖
6、先,过度繁殖,后代个体间的差异,生存斗争,长颈、长前肢个体,（遗传积累）,适者生存,自然选择,现代长颈鹿,（变异）,过度繁殖,有限的生活条件,生存斗争,适者生存,自然选择：适者生存、不适者被淘汰的过程。,达尔文的自然选择学说,遗传变异：,生物的变异有的比亲代更适应环境，有的却不适应环境！,可遗传的变异是进化的内在因素，是自然选择发生作用的基础。,荚迷,鱼群,人可能是繁殖能力最小的！一对夫妻最多的能产生十几个子女。若以每对夫妻平均生三个子女，平均30年传递一代计算，每隔50年人口就将增加一倍。只需数百年时间世界人口就将达到几万亿人，显然，这是不可能的！动物、植物和微生物的繁殖能力比人强很多很多倍
7、！若全部后代都能成活下来，只要很短时间就会超出环境的承受能力！,过度繁殖,生存斗争：生物同无机自然条件的斗争 种间斗争种内斗争,生存斗争是进化的动力！,达尔文认为长颈鹿的进化原因是：长颈鹿产生的后代超过环境承受能力（过度繁殖）；它们都要吃树叶而树叶不够吃（生存斗争）；它们有颈长和颈短的差异（遗传变异）；颈长的能吃到树叶生存下来，颈短的却因吃不到树叶而最终饿死了（适者生存）。,适者生存,按达尔文进化学说，下列叙述正确的是（ ） A、生活在地穴水井中的盲螈，因长期不用眼睛而失去视觉。 B、食蚁兽的长舌是因为长期甜食树缝中的蚂蚁反复不断伸长所致。 C、鹿和狼在长期生存斗争中相互进行选择，结果发展了自
8、己的特征。 D、春小麦连年冬种可以变成冬小麦，这是环境影响的结果。,C,长期使用某种农药，会发现灭虫效果越来越差，这是因为有些害虫产生了抗药性。害虫产生抗药性的原因是：（ ）,（A）害虫对农药进行选择的结果；,（B）定向变异的结果；,（C）遗传的结果；,（D）农药对害虫的抗药变异进行选择的结果。,对达尔文自然选择学说的不正确理解是：（ ）,（A）变异一般是不定向的；,（B）选择是不定向的；,（C）可遗传的变异是生物进化的基础；,（D）生物的有利变异经过长期的自然选择和 积累就可能产生出生物的新类型。,D,B,达尔文自然选择学说的评价,积极意义：,局限性：,1.解释生物进化的原因2.揭示生物多样
9、性的原因3.解释生物适应性的形成,1.对于遗传和变异的本质不能作出科学解释2.对生物进化的解释局限于个体水平3.强调物种形成都是渐变的结果，无法解释物种大爆发现象,达尔文以后进化理论的发展,性状水平,深入,基因（分子）水平,以生物个体为单位,以种群为基本单位,形成以自然选择学说为基础的现代生物进化理论,认识到了遗传和变异的本质 获得性遗传的观点，已经被多数人摈弃。,四、现代进化理论,现代综合进化理论认为：进化是在生物种群中实现的，而突变、选择和隔离是生物进化和物种形成过程中三个基本环节。,（1）种群概念：是指生活在同一区域内的同种生物个体的总和。,1种群是生物进化的基本单位,（2）种群特征：
10、一个种群中能进行生殖的生物个体所含有的全部 基因，称为种群的基因库 某一基因在它的全部等位基因中所占的比例，称 为基因频率,基因频率是可变的,基因重组 基因突变 自然选择,生物进化的实质,生物进化的实质是基因频率的改变,判断下列是否属于种群,（1）一个池塘中的全部鱼 （2）一个池塘中的全部鲤鱼 （3）两个池塘内的全部青蛙 （4）一片草地上的全部植物,否,是,否,否,2、种群的特点：,种群中的个体并不是机械地集合在一起，而是彼此可以交配，并通过繁殖将各自的基因传给后代。,性状是由基因控制的，因此研究生物的进化必须研究种群的基因组成和变化。如何分析种群的基因组成和变化？由此人们提出基因库和基因频率
11、的概念。,3、基因库：,一个种群中全部个体所含有的全部基因。,4、基因频率：,在一个种群基因库中，某个基因占全部等位基因数的比率。,例:如某昆虫种群中决定翅色为绿色的基因为A，决定翅色为褐色的基因为a，从种群中随机抽出100个个体，测知基因型为AA、Aa和aa的个体分别是30、60和10个。那么A和a的基因频率是多少?,解:,A基因的基因频率为:,a基因的基因频率为：,基因频率=,= 40%,A%=,a%=, 100%,= 60%,1、通过基因型计算基因频率,某种基因的 基因频率=,此种基因的个数 此种基因的个数+其等位基因的个数,2、通过基因型频率计算基因频率,某种基因的基因频率=,某种基因
12、的纯合体频率+1/2杂合体频率,实例分析,1、据调查得知，某学校的学生中各血型的比率如下： IAIA 20% IAi 30% IBIB 10% IBi 20% IAIB 10% ii 10% 计算IA、 IB、i的基因频率。,IB=25%,IA=20%+15%+5%=40%,i=35%,实例分析,1、据调查得知，某小学的学生中基因型的比率为： XBXB 44%； XBXb 5%； XbXb 1% XBY 43%； XbY 7% 则Xb的基因频率是：( ) A、13.2% B、5% C、14% D、9.3%,D,基因突变和基因重组为生物进化提供原材料,突变的有利和有害取决于生存环境。,突变的结果
13、可形成多种多样的基因型，使种群出现大量的可遗传变异。这些变异是随机的，不定向的，能为生物进化提供原料。,（二）突变和基因重组产生进化的原材料,某海岛上的昆虫出现残翅和无翅类型,2.种群基因重组的结果： 产生更多变异(基因型)、不定向,1.基因突变的特点： 普遍性 ，随机性，低频性，不定向性,3.基因突变和染色体变异统称为突变。,突变的有害还是有利也不是绝对的，这往往取决于生物的生存环境。,基因突变,形成了进化的原材料,3.自然选择主导进化的方向,变异的方向是不确定的，但是自然选择不断地淘汰不适应环境的类型，从而定向地改变种群中的基因频率向适应环境的方向演化。,自然选择不断地调整生物与环境的关系
14、，使种群的基因频率定向改变并决定生物进化的方向。,S基因频率升高,s基因频率又降低,s基因频率降低,S基因频率又升高,变异是不定向的,生物朝一定方 向缓慢进化,自然选择,表现型,基因型,基因频率,4.隔离是新物种形成的必要条件,物种,定义：,一定自然区域，彼此相互交配并产生可育后代的一群个体。,与种群的关系：,一个物种包括多个种群,隔离,定义：,同一物种不同种群间的个体基因不能自由交流的现象。,由于地理上的障碍使彼此无法相遇而不能交配。,种群间的个体不能自由交配或产生可育后代。,东北虎,华南虎,隔离类型,两个不同虎亚种,（马和驴杂交产骡）,生殖隔离,注：不同种群之间一旦产生生殖隔离，就不会有基
15、因交流了。,地理隔离,骡是不育的，所以马和驴是两个物种。,狮虎兽是不育的，所以虎和狮是两个物种。,物种形成过程的标志生殖隔离,种群,小种群,新物种,发生改变基因频率,经过长期的地理隔离而达到生殖隔离,现代生物进化理论的基本观点：,生物进化的基本单位,生物进化的实质,物种形成的三个基本环节,现代综合进化理论阐明了生物进化过程中，内因（生物的遗传和变异）和外因（环境变化）、偶然性（突变）和必然性（选择）的辨证关系。阐明了进化的核心问题物种形成过程。,5. 灭绝,是指该物种的全部个体在地球上不复存在,是生物进化的正常过程,在生物进化史中，灭绝与新物种形成一样重要，因为每次灭绝发生后往往会跟随一次大辐
16、射进化的到来。,原因：从物种本身 来讲，对原有的生存 环境高度适应，导致 基因库变小，当环境 发生突然变化后，对 变化后新环境的适应 程度下降到零，可能是导致物种灭绝的内在原因。,国际生物多样性日,5月22日,第10章 生物多样性,第1节 生物多样性及其价值,生物多样性的概念,概念：生物多样性是指地球上所有生物（动物、植物、微生物等）、它们所包含的基因以及由这些生物与环境相互作用所构成的生态系统的多样化程度。,通常包括遗传多样性、物种多样性和生态系统多样性 三个组成部分。,地球上所有的生命体及其与环境构成的生态综合体,包括三个层次：,物种多样性（物种水平）,生态系统多样性（生态系统水平）,遗传
17、多样性（分子水平）,生物多样性,2、遗传多样性的实质,遗传多样性发生在分子水平，是生物体遗传物质的改变。,（物种生存、发展和进化的基础 ）,基因突变、基因重组、染色体畸变,形成新的基因、基因型和表现型，丰富了生物的遗传多样性。,一、遗传多样性,1、遗传多样性现象,遗传多样性是指物种内基因和基因型的多样性，包括种内显著不同的种群间和同一种群内的遗传变异，亦称为基因多样性。,聚合酶链反应（Polymerase chain reaction，简称PCR） 用于各种群中扩增出的某DNA片段相似性比较,应用PCR技术，能使核酸在短时间内迅速扩增而被检出，从而获得足够多的目标序列用于基因突变的检测和人类遗
18、传病的研究，这种方法以后被广泛地应用于基因扩增、基因检测、遗传分析和传染性疾病病原体的诊断等面。,遗传多样性在分子水平上的检测：,最可靠的方法：测定不同亚种、不同种群的基因组全序列,中华绒螯蟹三系种群PCR扩增出的 某DNA片段的相似性,3、遗传多样性的意义,首先，遗传多样性能有效地增大种群基因库，有利于物种适应环境变化而长期生存。,基因库越大，即遗传多样性越丰富， 野生种群越少，种群基因越少，遗传的多样性越贫乏，越难以生存。,其次，遗传多样性还能为物种提供进化的材料，有利于生物进化和发展，也有利于生物多样性的发展。,二、物种多样性及其测量,1、物种多样性,是指地球上动物、植物和微生物等生物物
19、种的多样化，包括某一特定区域内物种的丰富度以及物种分布均匀度。,物种多样性是衡量一定区域中生物资源丰富程度的指标。,地球上生物的种类约有1300 -1400万种。已知的有175 - 200万种。,生物多样性测量常用方法： 对某分布区域生物种群密度的调查。,2、物种多样性测量,最小密度值：种群用以繁殖、弥补死亡个体的最小密度,思考：如果种群数量小于最小密度值，情况将怎样？,濒危物种,（繁殖机会少,近亲繁殖后代生命力不强等原因而易灭绝）,动物多样性调查方法：,样方法,植物多样性调查方法：,标记重捕法,实验10.1 模拟种群数量估计 (P74),思考：实验步骤2、3为什么要重复三次后取平均值？,方法
20、： 材料选择： 要求： 实验步骤：,标记重捕法,棋子，纸牌等,模型数量不能太少，每次捕获要随机取样。,(P74),标记重捕法是从概率上推算种群数量的大小，重复步骤2和3是为了使估计的数值更接近实际,1、选择样方：,4、比较和分析,实验10.2 植物物种多样性的调查,思考：,2、记录统计：,3、物种多样性辛普森指数计算,样方中各生物个体数量的均匀程度对辛普森指数值有何影响？,样方法,0.25m2-10m2,P76：表10-6,辛普森指数越大，表示物种多样性程度越高。,三、生态系统多样性,生境主要是指无机环境，如地貌、气候、土壤、水文等。如对植物生长直接有关的环境因子有阳光、温度、氧气、水分、二氧
21、化碳、矿物质等。 生境的多样性是生物群落多样性甚至是整个生物多样性形成的基础。生物群落的多样性主要是指群落的组成、结构和动态（包括演替）方面的多样化。 生物群落的多样性可以反映生态系统类型的多样化,中国主要陆地生态系统类型,北极苔原生态系统,生态系统的多样性,北极苔原生态系统 森林生态系统 高山草甸生态系统 海洋生态系统 湿地生态系统 荒漠生态系统 草原生态系统,森林生态系统,高山草甸,海洋生态系统,湿地生态系统,荒漠生态系统,草原生态系统,影响生物多样性的原因,1、自然因素,2、人为因素,（主要原因）,一、遗传多样性,1、遗传多样性现象,遗传多样性是指物种内基因和基因型的多样性，包括种内显著
22、不同的种群间和同一种群内的遗传变异，亦称为基因多样性。,人类活动对物种多样性的威胁,1、濒危物种和渐危物种,2、人类对物种资源的过度利用是物种多样性减少的重要原因之一。,3、一个物种的灭绝对其他物种的影响,人类活动对生态系统多样性的影响,1、栖息地破坏,2、环境污染,3、不合理的利用生物资源,人类活动对遗传多样性的影响,1、对野生动植物的影响,2、对农作物的影响,小结,1、影响生物多样性的原因 2、人类活动对生物多样性的影响 *对物种多样性的影响 *对生态系统多样性的影响 *对遗传多样性的影响,课堂练习,1、在不久的将来可能会灭绝的物种称为_。在不久的将来可能成为濒危物种的称为_。,濒危物种,
23、渐危物种,课堂练习,2、我国野生的虎已经处在灭绝的边缘，造成这种现象的原因（ ） A、虎适应自然环境的能力下降 B、虎处的营养级较高，食物不足 C、环境污染造成虎的出生率下降 D、虎被乱捕乱杀且栖息的森林减少,D,课堂练习,1、人类活动造成生物物种濒危和灭绝的主要原因是（ ） 自然衰亡栖息地的改变和破坏人类掠夺狩猎环境污染物种的退化自然选择 A. B. C. D.,B,2、水体中如果含有DDT，则经过一段时间后，以下生物体内含DDT质量分数最高的是（ ） A.水蚤 B.水藻 C.食肉性鱼类 D.食草性鱼类 3、下列关于人类活动对物种多样性影响的叙述中，错误的是（ ） A.猎杀野生动物是加快物种
24、灭绝的原因之一 B.栖息地大量破坏导致物种多样性减少 C.只要人类不再猎杀野生动物，物种多样性就不会再减少 D.生态系统中一个物种的灭绝可能会影响其他物种的生存,C,C,第4节 生物多样性保护与可持续发展,二、保护生物多样性的有效措施,生物多样性保护的根本目标 保护、维持并发展现有的生物多样性 合理持续的开发利用生物资源 保护生物种群持续生存和繁衍所依赖的生态环境 达到人和自然和谐统一 生物多样性保护的有效措施,就地保护,保护生态系统和自然生境以及维持和恢复物种在自然环境中有生存力的种群,（in situ conservation）,主要措施建立自然保护区,自然保护区的功能 自然保护区是“天然
25、基因库” 自然保护区是“天然实验室” 自然保护区是“活的自然博物馆”,自然保护区区徽方案,2. 迁地保护,将濒危动植物迁移到人工环境或易地保护 方法,（ex situ conservation）,建立动物园、水族馆和人工繁殖基地 建立植物园和树木园,迁地保护方式往往针对单一目标物种的保存，即主要适用于对受到高度威胁的动、植物种的紧急拯救，不然它们很可能灭绝。而且迁地保护还对公众爱护环境、爱护生物有教育意义。,3.离体保护,保护遗传种质：,将生物个体的某一部分保存在特殊的环境中,世界种子库登记入库的植物种质样本已达200万个。,我国在青海的国家 作物种子资源库 我国建立了微生物菌种保存库、野生动
26、物细胞库、药用植物（作物、淡水鱼类等）种质资源综合库及林木种子库 等 基因资源库（-1960C液氮环境中，保存生物遗传物质和细胞） 精子库、配子库、胚胎库,3.离体保护,保护遗传种质：,将生物个体的某一部分保存在特殊的环境中,世界种子库登记入库的植物种质样本已达200万个。,种子资源库 动物细胞库 基因资源库 精子库、 配子库、 胚胎库,中国大熊猫、朱鹮 、扬子鳄、海南坡鹿、野马、麋鹿、高鼻羚羊等“七大拯救工程”。,1995年12月29日，中国国家环境保护局在北京召开第一个“国际生物多样性日”纪念大会。,三、生物多样性与可持续发展,由于中国是世界上人口最多的国家，而且85%人口分布在农村，对生
27、物多样性具有很大的依赖性。中国是目前世界上经济发展迅速的国家之一，高速度的经济发展和庞大的人口压力给中国生物多样性造成很大影响，致使中国成为生物多样性首都严重威胁的国家。由于生态系统的大面积破坏和退化，使中国的许多物种正变成濒危物种或受威胁物种。,可持续发展的定义：,既能满足当代人的需要,又不对后代满足其需要的能力构成危害的发展.,它包含了三大原则: 公平性原则 持续性原则 共同性原则,思考： 当代人对生物资源的过度利用，导致生物多样性减少，对后代人公平吗？对自身和子孙后代生存有利吗？ 为什么不能等到某一物种剩余不多，处于濒危时才去保护？ 为什么说可持续发展“是一种行为准则，用以约束我们的消费行为的准则”？我们该怎样约束我们的行为习惯？,