生物必修2《遗传与进化》第6章 生物的进化第1节 生物有共同祖先的证据学案

生物的进化（一）

核心知识点一：生物有共同祖先的证据

一、达尔文的生物进化论

1. 共同由来学说

指出地球上所有的生物都是由原始的共同祖先进化来的。

2. 自然选择学说

（1）揭示了生物进化的机制。

（2）解释了适应的形成和物种形成的原因。

二、生物有共同祖先的证据

1. 化石证据

（1）化石：通过自然作用保存在地层中的古代生物的遗体、遗物或生活痕迹等，是研究生物进化最直接、最重要的证据。

例如：最古老的化石是大约35亿年前的古细菌化石，说明最早的生命为原核生物；通过白垩纪的恐龙化石了解恐龙的体型大小、饮食情况、运动方式等；中国科学家在辽宁发现的辽宁古果化石为达尔文提出的“讨厌之谜”提供最原始的资料，而“讨厌之谜”研究的竟是地球上的第一朵花是何时出现的。

（2）生物化石在地壳中的分布规律：生物的化石在地层里的出现是有一定顺序的。在越早形成的地层中出现的生物结构越简单、越低等，在越晚形成的地层中出现的生物结构越复杂、越高等。

（3）意义：①证实了生物是由原始的共同祖先经过漫长的地质年代逐渐进化而来的。

②揭示出生物由简单到复杂、由低等到高等、由水生到陆生的进化顺序。

2. 比较解剖学证据

（1）解剖学：研究比较脊椎动物器官、系统的形态和结构的一门学科。

（2）生物具有共同祖先的事实证据

①人的上肢、猫的前肢、鲸的鳍和蝙蝠的翼，从外形来看，这些器官很不同，但是比较它们的内部结构，却基本上一致，它们都由肱（gōng）骨、桡（ráo）骨、尺骨、腕骨、掌骨和指骨组成，排列的方式也基本一致，它们属于同源器官（不同生物的某些器官在基本结构、与生物体的相互关系以及胚胎发育的过程彼此相同，但在外形上有时并不相似，功能上也有差别），这些器官只是在进化过程中，由于它们生活环境的不同，为适应不同的生活环境，逐渐出现了形态和功能上的差异。

②具有同源器官的生物是由共同祖先演化而来的。这些具有共同祖先的生物生活在不同环境中，向着不同的方向进化发展，其结构适应于不同的生活环境，因而产生形态上的差异。

（3）意义：为生物是否有共同祖先寻找证据。

3. 胚胎学证据

（1）胚胎学：胚胎学是指研究动植物胚胎的形成和发育过程的学科。

（2）生物具有共同祖先的事实证据

人、鱼等动物胚胎发育的相同或相似说明高等脊椎动物是从古代的某些低等脊椎动物进化而来的。也就是说，脊椎动物和人都是由共同的古代原始祖先进化而来的，所以它们的胚胎在发育初期十分相似，古代脊椎动物共同的原始祖先生活在水中，所以陆生脊椎动物和人在胚胎发育过程中会出现鳃裂。人是从有尾的动物进化而来的，所以在胚胎发育的过程中会出现很明显的尾。

（3）意义：支持人和其他脊椎动物有共同祖先的观点。

4. 细胞水平的证据

（1）事实证据

①细胞有许多共同特征。比如都有能进行代谢、生长和增殖的细胞。

②细胞有共同的物质基础和结构基础等。

（2）意义：支持了生物有共同祖先的论点。

5. 分子水平的证据

（1）事实证据：不同生物的DNA和蛋白质等生物大分子，既有共同点，又存在差异性。

（2）意义

①提示人们当今生物有着共同的原始祖先。

②揭示了当今生物种类亲缘关系的远近，以及它们在进化史上出现的顺序。

归纳总结：教材中能说明生物有共同祖先的事例总结

①生物的遗传物质都是核酸：地球上目前存在的生物的遗传物质都是核酸，其中具有细胞结构的生物的遗传物质都是DNA，只有极个别的病毒的遗传物质是RNA。而这些RNA病毒也起源于DNA为遗传物质的生物，归根到底，地球上最原始的生物的遗传物质应该是DNA。在千万年的进化过程中，生物的遗传物质在遗传过程中同时朝着不同方向变异。而不同的自然环境保留下了不同的变异基因，才导致今天纷繁万象的自然界。

②地球上生物遗传信息传递都遵循中心法则：DNA上的遗传信息通过复制传递到子细胞或子代生物体内，并通过转录传到RNA上，RNA上的信息通过翻译指导蛋白质的合成。这些信息传递过程不管是在真核生物还是在原核生物中都存在，如果生物不是具有共同起源，两类生物不会这么巧合都遵循中心法则。

③地球上生物遗传信息传递过程都遵循碱基互补配对原则：在生物界通用的中心法则中，都遵循碱基互补配对，比如DNA复制时有A—T、G—C配对，在转录过程中，有T—A、A—U、G—C配对，在翻译过程中mRNA上的密码子和tRNA上的反密码子存在A—U、G—C配对。

④地球上的生物都共用同一套遗传密码：生物体内RNA指导蛋白质合成，都是mRNA上三个相邻碱基决定一个氨基酸，故而生物有64种密码子，而且不管是动物、植物、微生物，特定密码子对应编码的氨基酸都是相同的。终止密码子都是UAA、UAG、UGA。这也充分说明了地球上的生物有共同起源。

⑤生物体有共同起源的其他证据：比如地球上的具有生命系统的细胞都具有生物膜（如细胞膜），而且不管是原核细胞还是真核细胞的生物膜都是以磷脂双分子层为基本支架。

例题1  下列属于生物进化中细胞和分子水平的证据的是 （　　）

A. 脊椎动物前肢骨骼排列具有规律性

B. 生物体内存在某些功能基本消失的器官

C. 不同种真核生物细胞色素 c 的氨基酸序列有差异

D. 地层中保存着古生物的遗体、遗物和生活遗迹

答案：C

解析：本题主要考查生物进化中细胞核分子水平的证据，难度中等。脊椎动物前肢骨骼排列具有规律性及生物体内存在某些功能基本消失的器官都属于比较解剖学的证据，A、B 项错误；不同种真核生物细胞色素 c 的氨基酸序列有差异，属于细胞和分子水平的证据，C 项正确；地层中保存着古生物的遗体、遗物和生活遗迹，属于化石证据，D 项错误。

例题2  下图为四个物种的进化关系树，图中百分数表示各物种与人类的DNA相似度，DNA碱基进化速率按1%/百万年计算。下列相关叙述合理的是（　　）

A. 四个物种不是由共同祖先形成的

B. 不同生物的DNA差异的大小不能揭示它们在进化史上出现的顺序

C. 人类与黑猩猩的DNA差异经历了约99万年的累积

D. 大猩猩和人类的亲缘关系，与大猩猩和非洲猴的亲缘关系的远近相同

答案：C

解析：本题主要考查生物进化在分子水平上的依据，难度较大。四个物种DNA相似度很高，很可能来源于共同祖先，A错误；不同生物的DNA差异的大小揭示了它们在进化史上出现的顺序，B错误；人类与黑猩猩的DNA差异百分比是0.99%，而碱基进化速率为1%/百万年，通过计算可知人与黑猩猩的DNA差异经历了99万年左右的积累，C正确；经过DNA的差异百分比可知，人与大猩猩的亲缘关系比大猩猩与非洲猴的亲缘关系近得多，D错误。

核心知识点二：自然选择与适应的形成

一、适应的普遍性和相对性

1. 适应的含义

（1）生物的形态结构适合于完成一定的功能。

（2）生物的形态结构及其功能适合于该生物在一定环境中生存和繁殖。

2. 适应是普遍存在的，但又是相对的。如人类对枯叶蝶的捕捉、雷鸟在没有下雪的环境下换上白色的羽毛。

二、适应是自然选择的结果

1. 拉马克的进化学说

（1）主要内容

①当今所有的生物都是由更古老的生物进化来的。

②各种生物的适应性特征是在进化过程中逐渐形成的。

③适应的形成是由于用进废退（生物体的器官经常使用就会变得发达，不经常使用就会逐渐退化）和获得性遗传（生物后天获得的性状是可以遗传的）。拉马克认为生物进化的原因是环境条件对生物体的直接影响，物种经过不断加强和完善适应性状得以适应环境，并错误的认为生物天生具有向上发展的趋向以及动物的意志和欲望在进化中发挥作用。

（2）意义

①彻底否定了物种不变论。

②在当时具有一定的进步意义，肤浅的解释了适应的形成。

2. 达尔文的自然选择学说

（1）自然选择学说的解释模型

适应形成的必要条件

①群体中出现可遗传的有利变异。

②环境的定向选择。

（2）自然选择学说的进步意义

①揭示了生物界的统一性是由于所有生物都有共同祖先。

②生物的多样性和适应性是进化的结果。

（3）自然选择学说的局限性

①对于遗传和变异的认识还局限于性状水平。

②不能科学地解释遗传和变异的本质。

（4）达尔文进化理论的发展

①研究水平：从性状水平深入到基因水平。

②研究结果：认识到遗传和变异的本质。

③研究对象：从以生物个体为单位发展到以种群为基本单位。

④形成了以自然选择为核心的现代生物进化理论。

归纳总结：达尔文的自然选择学说

1. 自然选择学说的内容

分析：

（1）过度繁殖

（2）生存斗争

（3）遗传变异

（4）适者生存

①生物产生的不定向变异，由自然选择决定其保存或淘汰。

②自然选择只选择与环境相适应的变异类型，通过多次的选择，生物微小的变异得到积累。

2. 自然选择学说中有关“变异”的分析

（1）环境因素的作用会提高突变的频率，但任何情况下变异都是不定向的，所以环境不能起到定向诱导变异的作用，它的作用是对不定向的变异进行定向选择。

（2）在运用达尔文自然选择学说分析问题时，要注意“变异在前，选择在后”的思路。

例题1  下图所示是以长颈鹿的进化为例说明达尔文的自然选择学说。以下说法不正确的是（　　）

A. 长颈鹿个体之间许多性状存在差异，如颈和前肢的长短不同

B. 生物产生后代的数量往往超过生活环境所能承受的数量而引起生存斗争

C. 颈和前肢长些的个体，在生存斗争中容易得到食物而生存并繁殖后代

D. 自然选择是定向的，使适应环境的长颈鹿个体朝着符合人类需要的方向发展

答案：D

解析：本题主要考查达尔文的自然选择学说，难度中等。达尔文的自然选择学说能科学地解释生物进化的原因是变异、自然选择、遗传（使微小的有利变异逐代积累）的综合作用。其中生物的变异是不定向的，而自然选择是定向的，自然选择是通过生存斗争来实现的。自然选择使生物朝着适应环境、有利于自身生存的方向发展，D错误。

例题2  下图表示长期使用一种农药后，害虫种群密度的变化情况，下列有关叙述不正确的是（　　）

A. a点种群中存在很多种变异类型，原因是变异具有不定向性

B. a→b的变化是农药作用的结果

C. b→c是抗药性逐代积累的结果

D. 农药对害虫进行定向选择，使害虫产生了抗药性变异

答案：D

解析：本题主要考查害虫抗药性上升的原因分析，难度较大。在使用农药前，害虫存在多种变异类型，有抗药性强的个体，也有抗药性弱的个体，A正确；图中a→b下降的原因是大部分害虫没有抗药性或抗药性弱，从而被淘汰，B正确；b→c上升的原因是抗药性强的害虫在生存斗争中存活并大量繁殖，C正确；农药的作用不是使害虫产生抗药性，抗药性早已存在于该种群，只是将抗药性弱的个体淘汰了，D错误。

（答题时间：30分钟）

1. 对不同地层中生物化石的研究表明，在古生代早期，海生的藻类植物繁盛，到了古生代中期，原始陆生植物出现，到古生代晚期，蕨类植物繁盛，裸子植物出现，中生代裸子植物繁盛，并在中生代晚期出现了被子植物。上述现象不能说明的生物进化事实是（　　）

A. 生物进化方向是由水生到陆生

B. 藻类植物是原始低等的植物类群

C. 被子植物是高等的植物类群

D. 蕨类植物和裸子植物都是由藻类植物直接进化而来的

2.下列关于证明生物进化证据的论述，正确的是（　　）

A. 化石是保存在地壳中的古地质年代的动植物的遗体，是研究生物进化的直接证据

B. 蝙蝠的翼和人的手的结构的相似性可以说明两种生物是由共同祖先演化而来的

C. 比较人和其他脊椎动物的胚胎发育过程可知人和其他脊椎动物之间存在血缘关系

D. 现存的不同生物之间亲缘关系越近，其DNA序列和蛋白质中氨基酸序列相似度越高

3. 因为病毒不能形成化石以及它们复制机制的复杂，使得研究病毒的起源十分困难。有关病毒的起源及与细胞的关系，目前最能被接受的是：生物大分子→细胞→病毒。下列观点能支持病毒的起源是在细胞产生之后的是（　　）

A. 病毒既具有化学大分子的属性，又具有生物的部分特征

B. 所有病毒都是寄生的，病毒离开细胞不能进行新陈代谢

C. 病毒的化学组成简单，只有核酸和蛋白质两类分子

D. 有些病毒的核酸与哺乳动物细胞DNA某些片段的碱基序列十分相似

4. 下列关于蛋白质、DNA和生物进化证据的叙述中，不正确的是（　　）

A. 蛋白质和DNA都是大分子物质，都可以为研究生物进化提供证据

B. 蛋白质和DNA都是遗传信息的贮存者，所以可以通过比较不同生物的蛋白质和DNA来确定不同生物亲缘关系的远近

C. 通过比较蛋白质中的氨基酸差异程度可以得知相关DNA片段中遗传信息的差异程度

D. 两种生物的共同祖先生活的年代距今越早，这两种生物的蛋白质和DNA的差异可能就越大

5. 下列说法符合拉马克进化观点的是（　　）

①食蚁兽的舌头变得细长，是由于食蚁兽长期舔食蚂蚁的结果

②比目鱼的双眼并列于向光的一面，是由于长期卧伏于海底的缘故

③长颈鹿经常努力伸长颈和前肢去吃树上的叶子，因此颈和前肢都变得很长

④鼹鼠由于长期生活于地下，眼睛萎缩、退化

⑤病菌抗药性的不断增强是抗生素对病菌的抗药性变异定向选择并逐渐积累的结果

A. ①②③       B. ④      C. ①②③④     D. ①②③④⑤

6. 下列关于达尔文自然选择学说和人工选择的叙述，正确的是（　　）

A. 自然选择所保留的变异，对人类都是有利的

B. 自然选择的结果与人工选择的结果往往是一致的

C. “适者生存，不适者被淘汰”的过程中，起主导作用的是环境条件

D. 所有选择过程中，人类起着主导作用

7. 鹿往往用鹿角作为争夺配偶的武器，所以它的鹿角发达。按达尔文的观点，鹿角发达的原因是（　　）

A. 鹿角不发达的个体被淘汰，鹿角发达的个体被保留

B. 经常使用鹿角的个体保留因而发达

C. 鹿角的变异朝着有利于生存的方向发展

D. 雄鹿为了繁衍后代的需要而使鹿角发达

8. 现代生物进化理论对达尔文自然选择学说进行了修改，不属于修改内容的是（　　）

A. 生物进化的基本单位是种群，而不是生物个体

B. 自然选择是因为生物过度繁殖而导致生存斗争来实现的

C. 生物进化的实质在于种群基因频率的改变

D. 现代生物进化理论将自然选择学说与遗传变异有关理论结合起来

9. 达尔文认为不同物种是由其祖先逐渐变化而产生的。研究不同物种的相同和相异之处，并将它们与从前存在的生物比较，可以找出不同物种之间的演化关系。图1显示4层埋藏着化石的岩石，W是离地表最近的岩层。图2是四种不同动物（甲、乙、丙、丁）的血红蛋白之间的差异。请回答下列问题：

图1

图2

（1）最早期的化石埋藏在图1中的________层岩石中。

（2）图1中这些化石是下列________的证据。

A. 蜗牛和鱼出现竞争   B. 鱼捕食蜗牛

C. 蜗牛由鱼进化而成   D. 鱼和蜗牛的进化

（3）列举化石作为生物进化证据的2项不足之处：

①________________________________________________________________________；

②________________________________________________________________________。

（4）据图2推测，亲缘关系最近的两种动物是________，判断的依据：_________________。

（5）图2是在____________方面为生物进化提供的证据，血红蛋白α链的氨基酸每年都会按大约1.2×10－9的速率发生置换。

10. 水蚤是一种水生小动物。某兴趣小组的同学用等量的水蚤分别做了如图所示的A、B两组实验：水温的改变是实验的唯一变量，其他条件均相同；水蚤在不同的水温中均为12小时。实验过程和实验现象如图所示。请据图回答下列问题：

（1）实验结果表明，多数水蚤生活的最适温度约为______ ℃。

（2）有些水蚤能在20 ℃环境中生活，还有些水蚤能在28 ℃环境中生活，这表明水蚤个体之间存在着____________________，从而体现了生物的变异一般是________________的。温度的改变对水蚤起了__________作用，而这种作用是________的。

（3）20 ℃环境中生活的水蚤移到28 ℃环境中将会死亡，同时，28 ℃环境中生活的水蚤移到20 ℃环境中也会死亡。这说明当环境条件发生变化时，如果生物缺少___________________，就要被环境所淘汰。

1. D  解析：本题考查通过化石确定生物进化的依据，难度中等。由题意可知，从古生代早期、中期到晚期的植物有从水生到陆生的特点。最早期的是藻类植物，所以最低等；最晚期的是被子植物，所以最高等；不能看出蕨类植物和裸子植物与藻类植物之间的进化关系，D正确。

2. D  解析：本题考查生物进化的证据，难度中等。化石是保存在地层中的古代生物的遗体、遗物或生活痕迹等，是研究生物进化最直接的证据，A错误；蝙蝠的翼和人的手的结构的相似性可以说明这两者属于同源器官，B错误；比较人和其他脊椎动物的胚胎发育过程可知人和其他脊椎动物之间存在亲缘关系，C错误；生物的亲缘关系越近，DNA序列和蛋白质氨基酸序列相似度越高，D正确。

3. B  解析：本题从进化的角度考查病毒的起源，难度较大。病毒的化学成分简单，由蛋白质和核酸组成，具有大分子物质的属性，有生物的特征不能说明病毒的起源，A、C错误；病毒离开寄主细胞不能进行复制和增殖，因此先有细胞，后有病毒，支持生物大分子→细胞→病毒的起源观点，B正确；病毒的DNA与哺乳动物细胞DNA某些片段剪辑序列相似，与病毒的起源无关，D错误。

4. B  解析：本题考查从分子水平上分析生物进化的证据，难度较大。蛋白质和DNA都是大分子物质，都可以反映不同物种的相似程度，A正确；DNA是遗传信息的贮存者，其中的遗传信息的差异程度就直接反映了两个物种的亲缘关系远近，B错误；蛋白质是基因表达的结果，所以比较蛋白质的差异可间接得知DNA中遗传信息的差异，C正确；两种生物的共同祖先生活的年代距今越早，这两种生物的蛋白质和DNA产生差异的时间也越早，差异性可能越大，D正确。

5. C  解析：本题考查拉马克进化理论的观点，难度中等。拉马克关于生物进化原因的两个观点是用进废退和获得性遗传，即动物的器官越用越发达，相反器官废而不用，就会造成形态上的退化，并且拉马克认为这些因为用进废退而获得的性状可以遗传给后代。①②③均为“用进”的实例，④为“废退”的实例，C正确。

6. C  解析：本题考查达尔文的自然选择学说和人工选择，难度中等。自然选择保留的变异都是适应自然环境的，不一定对人类有益，A错误；自然选择保留的变异是适合环境的，而人工选择保留的变异是符合人类需要的，B错误；“适者生存，不适者被淘汰”的过程中，起主导作用的是环境条件，C正确；人工选择过程中，人类起着主导作用，D错误。

7. A  解析：本题考查达尔文的自然选择学说的内容，难度中等。达尔文的观点认为，古代雄鹿的鹿角存在着发达和不发达的变异，雄鹿之间为争夺配偶要进行生存斗争，有发达鹿角的个体能够得到配偶，并把这种变异遗传下去，没有发达鹿角的个体因争夺不到配偶，其变异就很难遗传下去，经过一代代的进化，就形成了有发达鹿角的雄鹿，A正确。

8. B  解析：本题考查现代生物进化理论的内容，难度中等。达尔文的自然选择学说认为生物个体是生物进化的基本单位，而现代生物进化理论认为种群是生物进化的基本单位；达尔文的自自然选择学说没有阐明遗传和变异的本质以及自然选择的作用机理，而现代生物进化理论认为生物进化的实质是种群基因频率的改变，B正确。

9.（1）Z　（2）D　（3）①有些生物未能形成化石②未能找到完整的化石（难以找到过渡类型的化石等）　（4）甲与丁   甲与丁的血红蛋白的氨基酸组成差异最小（5）分子生物学

解析：本题考查生物进化的证据，难度中等。

（1）在地层中埋藏的深度越深，其中的生物在地球上出现的越早，因此为Z层。

（2）在几个地层中都是鱼和蜗牛同时存在，体现的是鱼和蜗牛的进化过程，化石是研究生物进化最直接的证据。

（3）化石最为生物进化的证据，也存在不足之处，比如：有些生物未能形成化石、未能找到完整的化石等。

（4）根据表格中的信息，甲与丁的血红蛋白的氨基酸组成差异最小，只有第4位氨基酸不同，其余均相同，因此两者的亲缘关系最近。这是从分子生物学水平研究生物进化的依据。

10.（1）25　（2）各种变异类型　不定向　选择　定向  （3）适应新环境的变异

解析：本题考查自然选择与适应的形成，难度中等。

（1）从A、B两组实验可以看出，多数水蚤生活的最适温度约为25 ℃。

（2）生物在繁衍后代的过程中会产生变异，这些变异是随机的、不定向的，例如有些水蚤能在20 ℃环境中生活，还有些水蚤能在28 ℃环境中生活；但是温度的选择作用却是定向的，适应某个温度的变异个体能生存，不适应某个温度的变异个体被淘汰。因此这表明水蚤个体之间存在着各种变异类型，从而体现了生物的变异一般是不定向的。温度的改变对水蚤起了选择作用，而这种作用是定向的。

（3）生物只有适应环境才能够生存，当环境发生改变时，生物如果没有适应新环境的变异，就会被淘汰。