2021-2022学年高中生物新人教版必修第二册 第6章 第3、4节 第2课时 隔离在物种形成中的作用、协同进化与生物多样性的形成 学案

第2课时　隔离在物种形成中的作用、协同进化与生物多样性的形成

一、隔离在物种形成中的作用

1．物种的概念：能够在自然状态下相互交配并且产生可育后代的一群生物。

2．隔离

(1)概念：不同群体间的个体，在自然条件下基因不能自由交流的现象。

(2)常见类型

3.隔离在物种形成中的作用

(1)新物种的形成过程

↓

↓

(2)结论：隔离是物种形成的必要条件。

二、协同进化与生物多样性的形成

1．协同进化

(1)概念：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。

(2)实例

①生物与生物之间的协同进化

a.

b.

②生物与无机环境之间的协同进化

(3)结果：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．生物多样性的形成

(1)生物多样性的含义

(2)生物多样性的形成过程

(3)原因：协同进化。

(4)

3．生物进化理论在发展

(1)现代生物进化理论对自然界的生命史作出了科学的解释

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。

(2)生物进化理论在发展

①观点1：大量的基因突变是中性的，决定生物进化方向的是中性突变的逐渐积累，而不是自然选择。

②观点2：基因突变并不都是中性的，有些基因突变反映在个体的性状上，与环境相适应的程度有差异，因此，不能否认自然选择的作用。

③观点3：物种形成并不都是渐变的过程，而是物种长期稳定与迅速形成新种交替出现的过程。

④影响广泛的观点：以自然选择学说为核心的进化理论。

判断对错(正确的打“√”，错误的打“×”)

1．种群基因频率改变一定导致新物种的形成。 (　　)

2．存在生殖隔离的两种群，不一定存在地理隔离。 (　　)

3．不同的生物之间的相互影响形成了生物的多样性。 (　　)

4．捕食者的存在有利于增加物种的多样性。 (　　)

5．生物通过有性生殖，实现了基因重组，增强了生物变异的多样性。                             (　　)

6．生物登陆改变着陆地环境，陆地上复杂的环境又为生物进化提供了更广阔的舞台。                            (　　)

提示：1．×　基因频率改变只能说明生物发生了进化，但不一定突破物种的界限，即不一定形成新物种。

2．√

3．×　生物多样性的形成不仅包括不同生物之间的相互影响，还包括生物和无机环境之间的相互影响。

4．√　5.√　6.√

　隔离在物种形成中的作用

1．地理隔离和生殖隔离的比较

(1)图中A属于地理隔离，一旦发生某种地质变化，两个分开的小种群重新相遇，可以再融合在一起。

(2)图中B属于生殖隔离，一旦形成就保持物种间基因的不可交流性，从而保证了物种的相对稳定。

地理隔离是物种形成的量变阶段，生殖隔离是物种形成的质变阶段。

2．物种形成的两种方式

(1)渐变式

此方式经过长期的地理隔离达到生殖隔离，形成新物种。

(2)爆发式

此方式通过异源多倍体的染色体变异方式形成新物种，一旦出现，在很短时间内即可形成生殖隔离(基因频率改变)。

3．物种形成的三个环节

(1)内容

①突变和基因重组产生进化的原材料。

②自然选择决定生物进化的方向。

③隔离导致物种形成。

(2)关系图

1．如何判断两种动物是否为同一物种？

提示：两种动物杂交，若产生可育后代则为同一物种，否则不是。

2．隔离与物种形成的关系如图

生殖隔离是否一定要经过漫长的地理隔离才会产生？为什么？

提示：不一定。自然界中有些植物在外界因素(如低温)的影响下，可能实现染色体的加倍，从二倍体变为四倍体，而四倍体和二倍体之间存在生殖隔离，并且没有经过长期的地理隔离。

3．生物进化了一定能产生新物种吗？

提示：不一定，必须出现生殖隔离。

1．许多年前，某大峡谷中的松鼠被一条河流分隔成甲、乙两个种群，两个种群所发生的变化如图所示。下列叙述错误的是(　　)

A．a表示地理隔离，长期的地理隔离可能导致生殖隔离

B．b表示突变和基因重组，能为生物进化提供原材料

C．c可以定向改变种群的基因频率，导致生物定向进化

D．渐变式和骤变式的物种形成方式，不一定都经过d

D　[a表示地理隔离，长期的地理隔离可能导致生殖隔离，A正确；b表示突变和基因重组，属于可遗传的变异，能为生物进化提供原材料，B正确；c表示自然选择，自然选择可以定向改变种群的基因频率，导致生物定向进化，C正确；d表示生殖隔离，生殖隔离是新物种形成的标志，因此不论是渐变式还是骤变式的物种形成方式，都要经过d，D错误。]

2．如图是物种形成的一种模式。物种a因为地理障碍分隔为两个种群a1和a2，经过漫长的进化，分别形成新物种b和c。在此过程中的某一时刻，a1种群的部分群体越过障碍外迁与a2同域分布，向d方向进化。下列有关叙述正确的是   (　　)

A．b和d存在地理隔离，所以一定存在生殖隔离

B．c和d不存在地理隔离，却可能存在生殖隔离

C．a1中的外迁群体与当时留居群体的基因频率相同，则b和d是同一物种

D．a1中的外迁群体与当时a2种群的基因频率不同，则c和d是不同物种

B　[a通过地理隔离形成两个种群a1和a2，分别演化出b、d、c三个种群，虽然有地理隔离，但是不一定会产生生殖隔离，A错误；由于d是由a1演变而来，所以c与d之间可能存在生殖隔离，B正确；基因频率的改变不一定会导致生殖隔离产生新的物种，但是产生生殖隔离的种群，基因频率一定会发生变化。a1中的外迁群体与当时留居群体的基因频率相同，但是b和d由于地理隔离存在，所以可能不是同一物种，C错误；即使a1中的外迁群体与当时a2种群的基因频率不同，只要c和d不存在生殖隔离，仍是同一物种，D错误。]

　协同进化与生物多样性的形成

1．对协同进化的理解

(1)不同物种之间的影响既包括种间互助，也包括种间斗争。任何一个物种都不是单独进化的。

(2)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。

(3)协同进化是千姿百态的物种和多种多样的生态系统的形成原因。

2．生物多样性各层次间的关系

基因多样性是形成物种多样性和生态系统多样性的基础，反过来物种多样性和生态系统多样性又影响基因多样性。

3．生物多样性的进化历程

(1)生物进化的总趋势

①从结构上看：简单→复杂(原核细胞→真核细胞，单细胞→多细胞等)。

②从功能上看：低等→高等。

③从生存环境上看：水生→陆生。

(2)代谢的进化   

(3)生殖方式

无性生殖→有性生殖。

(4)生态系统结构

两极生态系统(生产者、分解者)→三极生态系统(生产者、消费者、分解者)。

1．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。

2．动物与动物之间存在着捕食与被捕食的关系。捕食者一般不会把所有的猎物都吃掉，这在生物进化中被称为“精明的捕食者”策略。该策略对人类利用生物资源有什么启示？

提示：地球上的生物资源是有限的，人类不应该掠夺式地开发和利用生物资源，而应该合理有度地开发和利用生物资源，做一个“精明的捕食者”。

3．根据你的理解，分析三种生物多样性之间的关系。

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，反过来物种多样性和生态系统多样性又影响基因多样性。

1．某种兰花有细长的花矩(如图)，花矩顶端贮存着花蜜，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(　　)

A．蛾口器的特征决定兰花花矩变异的方向

B．花矩变长是兰花新物种形成的必要条件

C．蛾的口器与花矩的相互适应是协同进化的结果

D．蛾的口器会因吸食花蜜而越变越长

C　[兰花花矩的变异是不定向的，蛾的口器和兰花花矩起到相互选择的作用。新物种形成的标志是与原来的物种形成生殖隔离，隔离是新物种形成的必要条件。任何一个物种都不是单独进化的，生物与无机环境以及生物与生物之间都存在着进化上的密切联系。蛾的口器与花矩的相互适应正是协同进化的结果。蛾的口器变长是自然选择的结果。]

2．回答下列问题：

(1)大自然中，猎物可通过快速奔跑来逃脱被捕食，而捕食者则通过更快速地奔跑来获得捕食猎物的机会，猎物和捕食者的每一点进步都会促进对方发生改变，这种现象在生态学上称为________。

(2)根据生态学家斯坦利的“收割理论”，食性广的捕食者的存在有利于增加物种多样性，在这个过程中，捕食者使物种多样性增加的方式是___________

_________________________________________________________________。

[解析]　(1)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。大自然中，猎物通过快速奔跑来逃脱被捕食，而捕食者通过更快速地奔跑来获得捕食猎物的机会，在生态学上，此种现象称为协同进化。(2)捕食者往往捕食个体数量多的物种，这样就会避免出现一种或少数几种生物在生态系统中占绝对优势的局面，为其他物种的生存提供机会，有利于增加物种的多样性。

[答案]　(1)协同进化　(2)捕食者往往捕食个体数量多的物种，为其他物种的生存提供机会

通过分析某冰草原种群物种进化的模型，并运用分类与比较归纳出地理隔离和生殖隔离在物种形成中的作用。

1．(1)自然状态下，种群1和种群2之间能进行基因交流吗？为什么？(科学思维)

提示：不能。存在生殖隔离，即图中的a。

(2)由冰草原种群进化成蒙古冰草和沙生冰草两个物种，这反映出物种形成的一般途径是什么？(科学思维)

提示：长期的地理隔离产生生殖隔离。

2．科学家发现一种蜣螂不仅吃粪便，还取食千足虫。与普通蜣螂相比，其部分结构也发生变化：头部较窄而长，便于进食千足虫内脏，后腿较卷曲，便于捕猎千足虫。

(1)与普通蜣螂相比，该蜣螂发生了进化，其实质是什么？(生命观念)

提示：该蜣螂种群基因频率发生了改变。

(2)根据题目信息，能否判断该蜣螂与普通蜣螂之间产生了生殖隔离？为什么？(科学思维)

提示：不能。这种蜣螂与普通蜣螂之间在生活习性和形态结构上有差异，但没有研究它们之间能否自由交配或交配后代是否可育，所以无法判断它们之间存在生殖隔离。

[课堂小结]

1．下列有关种群和物种的叙述，正确的是(　　)

A．同一种群或物种的个体间可以相互交配并产生可育后代

B．种群是生物进化的基本单位，物种是繁殖的基本单位

C．种群的基因频率总是在不断变化，物种的基因频率往往保持不变

D．种群基因库的基因和物种基因库的基因是一样的

A　[同一种群的个体为同一物种，可以相互交配并产生可育后代，A正确；种群是生物进化的基本单位，也是繁殖的基本单位，B错误；种群的基因频率并不是总在发生改变，物种的基因频率也不一定不发生改变，C错误；一个物种可以包含很多种群，一个种群只能是一个物种，因此物种基因库一般大于种群基因库，D错误。]

2．下列关于隔离的叙述，不正确的是   (　　)

A．不同种群基因库间的差异是产生生殖隔离的根本原因

B．对所有物种来说，地理隔离必然导致生殖隔离

C．隔离阻止了自然条件下群体间的基因交流

D．不同物种之间必然存在生殖隔离

B　[不同种群基因库间的差异是产生生殖隔离的根本原因，A项正确；绝大多数物种是经长期的地理隔离形成生殖隔离，但地理隔离不一定导致生殖隔离，B项错误；无论地理隔离还是生殖隔离都能阻断自然条件下群体间的基因交流，C项正确；物种形成的标志是出现生殖隔离，故不同物种之间必然存在生殖隔离，D项正确。]

3．地球上已有的生物中进行有性生殖的种类占绝对优势。下列关于这一事实的叙述，错误的是(　　)

A．有性生殖提高了物种的变异性

B．有性生殖大大加快了生物进化的步伐

C．有性生殖在真核生物之前出现

D．有性生殖实现了基因的重组，丰富了子代的遗传信息

C　[真核生物出现之后，有性生殖作为一种新的繁殖方式出现，C错误。]

4．下列关于协同进化与生物多样性的叙述，错误的是(　　)

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

C　[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，故不同物种之间可以相互选择协同进化；捕食者的存在使食物链中的生物通过反馈进行调节，有利于增加物种的多样性；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的协同进化，生态系统多样性的形成是协同进化的结果。]

5．加拉帕戈斯群岛由许多互不相连、彼此独立的小岛组成。1835年，达尔文发现该群岛上有地雀13种，如图表示这13种地雀之间的进化关系。

(1)从图中可以看出，这些不同种的地雀都是由________这一共同祖先进化而来的。

(2)每一种地雀都有其特定的觅食场所，这些场所分布在不同的小岛上。每一种地雀喙的大小、形状、尺寸等性状均存在差异，这是各小岛上不同的________因素作用的结果。该因素在地雀的进化过程中起到了________的作用。

(3)由于各小岛彼此独立，生活在这些小岛上的原始地雀之间存在着______________隔离。在长期的进化历程中，各个小岛上的地雀分别累积各自的有利变异，从而彼此之间逐渐形成______________隔离，最终形成了地雀新物种。

(4)若某个小岛上的地雀均为莺雀，则该小岛上的全部莺雀个体称为______________。这是生物进化的____________。

(5)加拉帕戈斯群岛上的13种地雀体现了生物的______________多样性。

[解析]　(1)分析图示可知，这些不同种的地雀都是由共同祖先——南美洲地雀进化而来的。(2)喙是用来取食的，地雀喙存在差异，是各小岛上不同的食物因素作用的结果。食物因素在地雀的进化过程中起到了选择的作用。(3)由于各小岛彼此独立，原始地雀之间存在地理隔离，在长期进化过程中由于各自有利变异的积累，产生了生殖隔离。(4)生活在一定地域内的同种生物的总和称为种群，种群是生物进化的基本单位。(5)该群岛上的13种地雀体现了生物的物种多样性。

[答案]　(1)南美洲地雀　(2)食物　选择　(3)地理　生殖　(4)种群　基本单位　(5)物种