浙科版高中生物学必修2遗传与进化第五章生物的进化课时学案

第五章　生物的进化

第一节　丰富多样的现存物种来自共同祖先

1.现在的生物是进化而来的

(1)生物分类的基本单位:物种。

(2)不同物种的个体之间不能互相交配,或者在交配后不能产生有生育能力的后代,这种现象称为生殖隔离。

(3)达尔文进化论的主要观点

①物种是可变的,所有生物是由共同的祖先进化而来的。

②生物之间普遍存在变异,有利的性状能通过自然选择逐代积累。

③同一物种的不同种群生活在不同的环境中,可以发生不同的变化来适应各自的环境。

2.生物具有许多共同的特征,多重证据表明当今生物具有共同祖先

(1)生物界在类型上具有巨大的多样性,在模式上具有高度的统一性。

(2)生物统一性的实例

①人的手臂、猫的前肢、鲸的前鳍和蝙蝠的翼手在结构模式上存在统一性。

②动物、植物、真菌等都是由真核细胞组成,真核生物在细胞模式上存在统一性。

③真核生物和原核生物在分子层次上存在着高度统一性。

④化石也为生物来自共同的祖先提供了直接证据,如始祖鸟化石,始祖鸟将鸟类和爬行类,特别是恐龙联系起来。

⑤胚胎学也为所有生物来自共同祖先提供了有力证据,如所有脊椎动物的胚胎在发育早期有相似的发育阶段。

概念一　现在的生物是进化而来的

[概念情境]

达尔文在环球考察时,在太平洋中的加拉帕戈斯群岛上观察到13种地雀,它们的大小和喙形各不相同,栖息场所和食物也不同,其种间杂交一般不育。据研究,它们是由一种祖先地雀进化而来的。请思考并回答以下问题。

(1)不同岛屿上的地雀,其身体大小和喙形各不相同的原因是什么?

提示:生物间普遍存在变异,不同岛屿的环境对变异进行了选择。

(2)不同岛屿上的地雀无法进行交配,说明地雀之间是什么关系?

提示:不是同一物种,存在生殖隔离。

(3)由于不同岛屿的食物种类和栖息场所不同,有的个体得到食物而存活,有的个体得不到食物而死亡,这是什么过程?

提示:题干所述过程为自然选择过程。

达尔文自然选择学说

[典例1] 达尔文在克格伦岛上考察时发现,岛上的某种昆虫呈现两种类型:多数个体不能飞,而少数能飞的个体翅膀异常发达。下列叙述正确的是(　A　)

A.岛上环境对昆虫进行了长期、定向的自然选择

B.能飞的昆虫比不能飞的昆虫更能适应岛上环境

C.不能飞和能飞的昆虫间产生了生殖隔离

D.岛上的强风环境引起昆虫的多方向变异

解析:岛上环境对昆虫进行了长期、定向的自然选择,使昆虫朝着一定的方向不断进化;海岛上环境特殊,经常刮大风,不能飞的昆虫由于不能飞翔,不容易被吹到海里,因此不能飞的昆虫比能飞的昆虫更能适应岛上环境;不能飞和能飞的昆虫属于同一物种,能够自由交配,没有产生生殖隔离;变异是多方向的,不是由环境引起的。

生殖隔离

[典例2] 马和驴体细胞的染色体分别为64条和62条,骡子是马和驴杂交的后代,其体细胞的染色体数为63条,由此可以推测(　D　)

A.马和驴之间不存在生殖隔离

B.马和驴的遗传信息相同

C.骡子可进化成一个新物种

D.骡子无生殖能力

解析:马和驴的后代骡子的体细胞中不含同源染色体,故不可育,所以马和驴之间存在生殖隔离;马和驴属于两个物种,遗传信息不同;骡子体细胞中不含同源染色体,不能产生生殖细胞,故不属于新物种。

[拓展延伸] 斯特宾斯对生殖隔离的分类

(1)合子形成前的机制。①生态隔离:虽在同一地域,但生态地位不同;②季节隔离:开花期有分离;③行为隔离:雌雄的性习性不同;④机械隔离:生殖器官构造存在差异;⑤配子不亲和现象:一方的配子体在另一方的生殖器官内死亡。

(2)合子形成后的机制。①杂种死灭或弱势;②杂种不育;③杂种衰败:F2以后死灭或弱势。

概念二　生物具有许多共同的特征,多重证据表明当今生物具有共同祖先

[概念情境]

现有G、H、Q、W、X五个有亲缘关系的物种,它们的进化历程及亲缘关系如图所示。

(1)图中五个物种中,基因组成相似程度最高的是哪两个物种?

提示:基因相似程度越高的生物应是亲缘关系越近的物种,X和Q的亲缘关系最近,相似度最高。

(2)H、W两个物种都生活在海洋中,体形都为纺锤形的事实能够说明什么?

提示:由于自然选择是定向的,所以在相同环境中不同生物的性状

相似。

生物的多样性与统一性

[典例] Tas1r2基因控制合成甜味感受器蛋白,研究人员发现狮子、老虎、英国短毛猫等多种猫科动物的Tas1r2基因都缺失247个碱基对,所以这些动物无法感受甜味刺激。这为研究猫科动物具有共同的祖先提供了(　D　)

A.古生物化石证据 B.比较解剖学证据

C.细胞生物学证据 D.分子生物学证据

解析:在狮子、老虎、英国短毛猫等多种猫科动物的体内,与甜味感受器蛋白合成有关的基因中均缺失247个碱基对,这显然是通过研究DNA分子来确定三种生物之间的亲缘关系,故为分子生物学证据。

[拓展延伸] “生物的统一性”的三个层次

(1)个体层次上的统一性:亲缘关系比较近的生物存在某种结构和功能的统一模式。如结构相似的器官,在早期胚胎发育阶段由相同的组织发育而来。

(2)细胞层次上的统一性:①动物、植物、真菌和众多的原生生物都是由真核细胞组成的,它们的细胞结构十分相似;②它们的细胞器结构也相似。这体现了真核生物之间存在着统一性。

(3)分子层次上的相似性:无论在真核细胞还是原核细胞中,DNA、RNA和蛋白质等生物大分子各自的结构单体是相同的,连接方式也是相同的,在细胞中的作用也是相似的。因此,所有的生物在分子层次上是统一的。

同源器官是指起源相同、结构和部位相似而形态和功能不同的器官。鸟的翼、蝙蝠的翼手、鲸的前鳍、狗的前肢和人的上肢,从外形和功能来看,这些器官很不相同,但是比较它们的内部结构,却基本一致,都是由肱骨、桡骨、尺骨、腕骨、掌骨和指骨组成的,排列的方式也基本一致,都是同源器官。分析以上材料,回答下列问题。

(1)同源器官的存在证明:凡是具有同源器官的生物,都是由共同的原始祖先进化而来的。

(2)这些同源器官的内部结构相似,但形态、功能却相差甚远,这是因为在进化过程中,生物为适应不同的环境、行使不同的功能逐渐进化来的。

(3)除了化石、比较解剖学、分子生物学的证据,你还知道哪些证据可以证明生物的进化?胚胎学证据、遗传学证据。

解析:(1)同源器官的存在证明:凡是具有同源器官的生物,都是由共同的原始祖先进化而来的。

(2)这些同源器官的内部结构相似,但形态、功能却相差甚远,这是因为在进化过程中生物为适应不同的环境、行使不同的功能逐渐进化

来的。

(3)除了化石、比较解剖学、分子生物学的证据,可以证明生物进化的证据还有胚胎学证据、遗传学证据。

1.下列有关生殖隔离的说法不正确的是(　D　)

A.不同物种间存在生殖隔离

B.存在生殖隔离的生物不能产生可育后代

C.生殖隔离的形成标志着新物种的形成

D.生殖隔离是指不同物种不能交配

解析:不同物种间无法进行交配,或即使交配成功也无法产生可育后代;生殖隔离的形成标志着新物种形成,个体之间无法进行基因交流;生殖隔离是指不同物种之间一般是不能相互交配的,即使交配成功,也不能产生可育的后代。

2.细胞色素c是广泛存在于动物、植物和微生物中的一种蛋白质,位于线粒体内的电子传递链中,若缺乏细胞色素c,耗氧量降低,生物出现呼吸作用障碍。若细胞色素c从线粒体释放到细胞质中,则会激活凋亡程序。细胞色素c的氨基酸序列表现为高度的保守性,下表是多种生物与人类细胞色素c氨基酸序列的差异。下列说法错误的是(　D　)

A.细胞色素c可以作为分子指标来判断不同种生物亲缘关系的远近

B.细胞色素c氨基酸序列的高度保守性说明生物可能是由共同的祖先进化而来的

C.细胞色素c可能位于线粒体的内膜上,参与需氧呼吸第三阶段

D.细胞色素c直接控制细胞凋亡

解析:分析题表可知,不同生物的细胞色素c氨基酸序列有差异,故可以作为分子指标来判断不同种生物亲缘关系的远近;已知细胞色素c氨基酸序列表现为高度的保守性,说明生物可能是由共同的祖先进化而来的;细胞色素c位于线粒体内的电子传递链(需氧呼吸第三阶段)中,可能位于线粒体的内膜上,参与需氧呼吸第三阶段;细胞色素c从线粒体释放到细胞质中,会激活凋亡程序,间接控制细胞凋亡。

3.下图显示了鸟类和爬行动物早期的胚胎,其中①②③结构具有很大相似性,这证明了两者(　C　)

A.生殖方式相同  B.生活环境相似

C.来自共同的祖先 D.食物来源相似

解析:爬行类动物和鸟类之间的差异十分显著,但是它们的胚胎在发育初期很相似,即都有鳃裂和尾,只是到了发育晚期,其鳃裂都消失了,这种现象说明高等脊椎动物是从某些古代的低等动物进化而来的,即它们来自共同的祖先,同时,也说明古代脊椎动物原始的共同祖先生活在水中,所以陆生脊椎动物在胚胎发育过程中出现了鳃裂。

4.下列有关进化证据的叙述中错误的是(　B　)

①从始祖马到现代马的进化过程中,古生物化石提供了最直接的证据　②从鲸、龟、蝙蝠等动物的前肢骨骼的适应性分化中,依稀可见痕迹器官的存在

③从鱼类、鸟类、哺乳类动物的早期胚胎中均有鳃裂这一事实中,得到比较解剖学上的证据　④从比较真核细胞内的细胞色素c中氨基酸的差异性大小,推测生物之间的亲缘关系远近

A.①② B.②③ C.①④ D.③④

解析:①生物化石是进化最直接的证据,正确;②鲸、龟、蝙蝠等动物的前肢属于同源器官,不是痕迹器官,错误;③鱼类、鸟类、哺乳类动物的早期胚胎中均有鳃裂是胚胎学证据,不是比较解剖学证据,错误;④比较真核细胞内的细胞色素c中氨基酸的差异性大小,相差越小,亲缘关系就越近,可以推测生物之间的亲缘关系,正确。

5.化石、比较解剖学、胚胎学、分子生物学等在研究生物进化过程中起了重要的作用。下列有关生物进化的叙述,错误的是(　B　)

A.化石证据可作为生物进化的直接证据

B.鲸的鳍和蝙蝠的翼手在外部形态、功能上不同,说明它们是由不同的祖先演化而来的

C.人和鱼的胚胎发育经历了有鳃裂及有尾的阶段,可以用人和鱼有共同祖先来解释

D.亲缘关系越近的生物,在细胞代谢、DNA的结构与功能等方面共同特征越多

解析:化石是研究生物进化最直接的证据,因为化石是保存在岩层中的古生物遗物和生活遗迹,直接说明了古生物的结构或生活习性;鲸的鳍和蝙蝠的翼手虽然具有不同的外形,功能也并不尽相同,但却有相似的结构模式,说明它们都是由共同的原始祖先进化而来的;人和鱼的胚胎发育经历了有鳃裂及有尾的阶段,可以用人和鱼有共同祖先来解释;亲缘关系越近的生物,在细胞代谢、DNA的结构与功能等方面共同特征越多。

概念理解练

1.细菌、真菌和动植物都共用一套遗传密码。这说明生物具有(　C　)

A.适应性 B.变异性 C.统一性 D.多样性

解析:细菌、真菌和动植物共用一套遗传密码说明生物具有统一性。

2.研究结果表明,人和猿的骨骼在结构上几乎完全相同;人和猿的盲肠相似,都有蚓突;人和猿的胚胎在五个月以前也几乎完全一样。这些事实说明(　B　)

A.人是由猿进化来的

B.人和猿有共同的原始祖先

C.人比猿高等

D.现代的猿也能进化成人

解析:人和猿的骨骼在结构上差不多完全相同,人和猿的盲肠相似,人和猿的胚胎在五个月以前几乎完全一样,这些事实说明人和猿的共同特征较多,亲缘关系较近,是近亲,有共同的原始祖先。

3.生物界在模式上具有高度的统一性。下列说法中,不支持这个观点的是(　B　)

A.动物、植物和真菌细胞中的内质网很难区分

B.真核生物和原核生物的细胞结构有显著的差别

C.不同生物的DNA、RNA、蛋白质的结构单体相同

D.人的手臂、海豚的鳍肢、蝙蝠的翼手由相同类型的骨骼组成

解析:动物、植物和真菌细胞中的内质网很难区分,说明生物界在细胞层次具有高度的统一性;真核生物和原核生物的细胞结构有显著的差别,说明生物界在模式上具有差异性;不同生物的DNA、RNA、蛋白质的结构单体相同,说明生物界在分子层次上具有高度的统一性;人的手臂、海豚的鳍肢、蝙蝠的翼手由相同类型的骨骼组成,说明生物界在器官层次上具有高度的统一性。

4.某些生物之间在生物体层次上存在统一的模式,下列例子符合这一事实的是(　B　)

A.鸟的翅膀和昆虫的翅膀

B.蝙蝠的翼手和人的手臂

C.海豚的鳍肢和鲨鱼的鳍

D.动物的细胞与植物的细胞

解析:鸟的翅膀和昆虫的翅膀结构上不具有相似性;对比蝙蝠的翼手和人的手臂的骨骼可知,其上的每一块骨骼,人的手臂上都有,只是比例和大小不同,这说明了生物在个体这一层次上,存在着结构的统一模式;鸟的翅膀、海豚的鳍肢有相似的结构模式,属于在生物体结构层次上的统一模式,而鲨鱼的鳍与海豚的鳍肢不能看出结构上的统一性;动物的细胞与植物的细胞说明细胞层次上的统一性,与题意不符。

5.有人将某种昆虫移入新的地区后,发现后代在形态上与原物种有了明显差异。将后代放回原地,发现能与原物种交配,所生后代仍然可育,因而认定它们仍属于同一物种。认定的理由是它们之间不存在(　D　)

A.基因交流 B.基因突变

C.地理隔离 D.生殖隔离

解析:根据题意分析可知,某种昆虫在形态上与原物种有了明显的差异,但与原物种交配仍能产生可育后代,说明它们之间不存在生殖隔离,因而认定它们仍属于同一物种。

6.某大学的科学家,通过对形成于两亿多年前的三叠纪晚期的史前粪便的研究发现,该大学所在地区曾经是一个“大鱼吃小鱼、小鱼吃虾米”的海洋世界。这一发现为该地区曾经是海洋世界提供了(　C　)

A.比较解剖学证据 B.胚胎学证据

C.化石证据      D.生物化学证据

解析:化石是古代生物的遗体、遗物或生活痕迹等,由于某种原因被埋藏在地层中,经过漫长的年代和复杂的变化而形成的。题干中提到“两亿多年前的三叠纪晚期的史前粪便”,该粪便属于古代生物的遗物,属于化石,通过研究两亿多年前的三叠纪晚期的史前粪便,发现题述地区曾经是一个“大鱼吃小鱼、小鱼吃虾米”的海洋世界。因此这一发现为题述地区曾经是海洋世界提供了化石证据。

素养提升练

7.研究者对爬行动物、哺乳动物和非哺乳动物合弓纲动物化石的脊椎部分进行了CT扫描,并进行了3D重建以观察其形状,比较不同脊椎的功能。研究结果对哺乳动物脊柱进化的传统观点“横向到矢状”提出了挑战。该研究利用的证据是(　D　)

A.生物化学证据 B.比较解剖学证据

C.胚胎学证据 D.古生物化石证据

解析:由题干信息可知,研究者对爬行动物、哺乳动物和非哺乳动物合弓纲动物化石的脊椎部分进行了研究,该研究利用的证据是古生物化石证据。

8.(2021·宁波期末)下列哪项不属于拉马克的进化观点(　D　)

A.用进废退

B.获得性遗传

C.环境改变引起生物变异

D.自然选择决定进化方向

解析:拉马克进化学说认为“用进废退”和“获得性遗传”是生物进化的主要原因;环境改变引起生物变异也属于拉马克的进化观点;自然选择决定进化方向是达尔文进化论的主要内容。

9.生物学家提出了“线粒体是起源于好氧细菌”的假说。该假说认为,在进化过程中原始真核细胞吞噬了某种好氧细菌形成共生关系,最终被吞噬的好氧细菌演化成线粒体。下列事实中无法支持该假说的是(　A　)

A.哺乳动物细胞的核DNA由雌雄双亲提供,而线粒体DNA则主要来自雌性亲本

B.线粒体外膜的成分与真核细胞的细胞膜相似,而内膜则同现存细菌的细胞膜相似

C.真核细胞的核DNA与蛋白质结合形成染色体,而线粒体DNA裸露且主要呈环状

D.真核细胞中有功能不同的多种细胞器,而线粒体中仅存在与细菌中类似的核糖体

解析:哺乳动物细胞的核DNA由雌雄双亲提供,而线粒体DNA则主要来自雌性亲本,这与题干假说无关,不支持题干假说;线粒体外膜的成分与真核细胞的细胞膜相似,而内膜则同现存细菌的细胞膜相似,支持题干假说;真核细胞的核DNA与蛋白质结合形成染色体,而线粒体DNA裸露且主要呈环状,与细菌拟核DNA相同,支持题干假说;真核细胞中有功能不同的多种细胞器,而线粒体中仅存在与细菌中类似的核糖体,支持题干假说。

10.化石为研究生物进化提供了直接的证据,比较解剖学和胚胎学以及细胞和分子水平的研究,都给生物的进化提供了有力的支持。请分析回答下列问题。

(1)在越古老的地层里,成为化石的生物越简单越低等;在越晚形成的地层里,成为化石的生物越复杂、越高等。已经发现的大量化石证据,证实了生物是由                                            

逐渐进化而来的,而且还揭示出生物　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　的进化顺序。 

(2)鱼类终身存在的鳃裂,在陆生脊椎动物胚胎早期也出现过,这属于　　　　为生物进化提供的证据;研究比较人的上肢,马、鲸、龟、蝙蝠的前肢,鸟的翼,发现它们之间有共同特点,这属于　　　　　　　　　　　　为生物进化提供的证据。 

(3)不同生物与人的细胞色素c氨基酸序列的差异如表所示。

从表中可以看出,菌类、动物、植物和人的细胞内均有细胞色素c,这一事实说明　　　　　　　　　　　　　。通过比较人与不同生物在细胞色素c氨基酸序列上的差异,得出的结论是　　　　　　　　。这项比较是在　　　　　　　　水平上为生物的进化提供了证据。 

解析:(1)大量的化石证据,证实了生物是由共同祖先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。

(2)鱼类终身存在的鳃裂,在陆生脊椎动物胚胎早期也出现过,这属于胚胎学证据;人的上肢,马、鲸、龟、蝙蝠的前肢,鸟的翼,发现它们之间有共同特点,这属于比较解剖学为生物进化提供的证据。

(3)菌类、动物、植物和人的细胞内均有细胞色素c,这一事实说明生物之间都具有一定的亲缘关系;人和黑猩猩细胞色素c的氨基酸序列差异最小,表明人和黑猩猩亲缘关系最近;这是在细胞和分子水平上为生物进化提供证据。

答案:(1)共同祖先经过漫长的地质年代　由简单到复杂,由低等到高等,由水生到陆生　(2)胚胎学　比较解剖学　(3)生物之间都具有一定的亲缘关系　人和黑猩猩亲缘关系最近　细胞和分子