6.4 协同进化与生物多样性的形成课件-2023-2024学年高一下学期生物人教版（2019）必修2

第6章 生物的进化 1859年，达尔文提出了轰动世界的生物进化理论，但是，他自己也清楚地认识到，关于生物的进化，还有许多问题没有解决。在此后的几年里，他对研究兰花的进化产生了浓厚的兴趣。各种各样的兰花适于传授花粉的精巧结构让他赞叹不已。然而，兰花为什么具有这样丰富的多样性和奇妙的适应性呢？达尔文不得其解，这一问题遂成百年难解之谜。 2017年，我国科学家以深圳拟兰为重点研究对象，通过基因组的测序和功能分析，发现兰花有474个特有基因家族，兰花的多样性源于历史上这些基因家族的扩张或收缩；拟兰的花没有唇瓣和完整的蕊柱，是由于B-AP3 等基因丢失造成的……从基因水平上解开了兰花进化之谜。 生物的多样性和适应性是怎样形成的？这与基因的变化有关吗？与环境又有怎样的关系？随着生物科学的发展，人们对这些问题的认识不断深入，并且不乏争论。在各种理论的交锋中，进化理论本身也在“进化”。 1 第4节 协同进化与生物多样性的形成 举例说明协同进化。 目标 01 02 概述生物多样性及其形成过程。 教学目标 3 长距彗星兰——长喙天蛾 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。达尔文推测，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、达尔文作出上述推测的理由是什么？ 兰花的生殖离不开传粉昆虫。如果没有与这种兰花结构相适应的传粉昆虫（靠细长的口器获取花距底部的花蜜），这种兰花就难以完成传粉受精，这个物种也就不存在了。 某种兰花和专门给它传粉的蛾 问题探讨 讨论： 长距彗星兰——长喙天蛾 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。达尔文推测，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。 某种兰花和专门给它传粉的蛾 问题探讨 讨论： 如果后来未发现这样的蛾类昆虫，达尔文的推测就仅仅是一种猜想，不能被证实。当然，未发现这样的蛾类昆虫，不等于这样的昆虫一定不存在，因此并不能说明达尔文的推测一定是错误的。 2、如果后来未发现这样的蛾类昆虫，是否能说达尔文的推测是错误的？ 长距彗星兰——长喙天蛾 6 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 也可以得到较多的食物或保护。 在自然界，一种植物专门由一种昆虫传粉的情形并不少见。 想一想：1、昆虫传粉的专门化对植物繁衍后代有什么意义？ 虫媒花与传粉昆虫在相互影响中不断进化和发展 2、虫媒花的进化与传粉昆虫的进化有怎样的关系？ ——协同进化 7 猎豹追捕羚羊 猎豹会捕食羚羊，猎豹对羚羊来说是不是有害无益呢？ 一、协同进化 “精明的捕食者”策略： 捕食者一般不能将所有的猎物吃掉，否则自己也无法生存。 小样！没有 我，你也跑不了 这么快！ 没有我，你跑不了 这么快！ 猎豹追捕羚羊 实际上，捕食者所吃掉的大多是被捕食者中年老、病弱或年幼的个体，客观上起到了促进种群发展的作用。 自然选择有利于羚羊种群中肌肉发达、动作敏捷的个体，也有利于猎豹种群中跑得快的个体。这两个物种的进化过程宛如一场漫长的“军备竞赛”。 一、协同进化 收割理论： 美国生态学家斯坦利提出：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，为其他物种的形成腾出空间。 小样！没有 我，你也跑不了 这么快！ 没有我，你跑不了 这么快！ 猎豹追捕羚羊 捕食者的存在有利于增加物种多样性。 捕食者是不是就可以“高枕无忧”呢？ 一、协同进化 一般来说，只有动作敏捷、跑得快的捕食者个体才能获得食物，从而生存下来，繁殖后代。因此，羚羊对捕食者种群的进化也起到了促进作用。 在自然界，捕食者和被捕食者都面临生存压力。在自然选择的作用下，它们相互选择，协同进化。由此可见，任何一个物种都不是单独进化的。 以上实例介绍的协同进化都是在不同物种之间的，同学们思考一下协同进化还有其他类型吗？ 一、协同进化 地球上的原始大气中是没有氧气的，因此，最早出现的生物都是厌氧（进行无氧呼吸）的；最早的光合生物的出现，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。 氧气的产生也促使臭氧及臭氧层的形成，臭氧层吸收了大量的紫外线，为陆生生物的出现创造了条件。 生物与无机环境之间在相互影响中也会不断进化和发展。 综上所述，你能给协同进化下个定义吗？它具有什么意义呢？ 一、协同进化 13 1、概念： ________之间、______________之间在_________中不断_____和_____,这就是协同进化。 不同物种 生物与无机环境 相互影响 进化 发展 一、协同进化 ①同种生物之间不存在协同进化。 ②一种生物灭绝导致另一种生物数量激增，不属于协同进化。 ③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 一定的方向进化；生物的进化反过来又会影响无机环境。 思考：学生作弊手段日益先进，老师的侦察能力也在上升，这是 一种协同进化吗？ 不是，同种生物之间不存在协同进化； 注意： 湿地生态系统 森林生态系统 冻原生态系统 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、意义： 什么是生物多样性，具有哪些类型呢？ 一、协同进化 形成了生物多样性。 15 1.生物多样性的内容： 生物多样性三个层次之间的关系是怎样的？ ② 物种多样性 ③ 生态系统多样性 ① 遗传多样性（基因多样性） 二、生物多样性的形成 遗传多样性 物种多样性 生态系统多样性 根本 原因 组成 变异的不定向性 蛋白质多样性 无机环境的多样性 组成 直接原因 决定 导致 直接 选择 长期自然选择、协同进化的结果 基因多样性 2.生物多样性的关系： 3.生物多样性形成的原因： 二、生物多样性的形成 2.45亿年前 46亿年前 地球形成 30多亿年前 生命的起源 5.4亿年前 前寒武纪 寒武纪 6600万年前 古生代 中生代 新生代 4.生物进化的历程 二、生物多样性的形成 地球生物进化史① 地球生物进化史② 图6—14 古细菌化石（放大3万倍） （1）约35亿年以前-约15亿年以前 最早的生物化石是_____年前的_______化石； 35亿 古细菌 在此之后大约_____年的漫长岁月中，地球上的生物主要是______中种数______的______（包括_______），它们都是______生物； 20亿 海洋 不多 蓝细菌 细菌 原核 这一时期的生态系统是只有________和________的___极生态系统； 生产者 分解者 两 4.生物进化的历程 二、生物多样性的形成 （2）约15亿年前 ________出现，_________作为一种新的繁殖方式出现； 真核生物 有性生殖 生物通过有性生殖，实现了________，增强了________的______，生物进化的速度明显_____，______________的种类不断增多； 基因重组 生物变异 多样性 加快 多细胞植物和动物 水母化石 13亿年前真核生物的红藻化石 4.生物进化的历程 二、生物多样性的形成 （3）约5.4亿～5亿年前 在5.4亿～5亿年前的寒武纪，海洋中有大量的_______ __物种爆发式地迅速形成，这就是著名的______________； 无脊椎动物 寒武纪大爆发 寒武纪大爆发形成的大量动物构成了生态系统的第___极——_______，使生态系统具有更加复杂的结构。 三 消费者 图6—15 寒武纪的海洋生物类群想象图 4.生物进化的历程 二、生物多样性的形成 （4）约4亿年前 由于________使海洋_____，陆地_____，一些海洋植物开始适应陆地生活，形成了___________ ，主要是_____ __； 随后出现了适应陆地生活的_____——原始的______类； 生物的登陆改变着_________，陆地上_______ 又为生物的进化提供了广阔的舞台，_________和________ 先后扮演了______ 中的主角，___类、 _____ 类等成为地球上占优势的动物 类群，复杂多样的____________逐渐 形成； 造山运动 图6—16 4亿年前陆地景观想象图 缩小 扩大 原始的陆生植物 蕨类植物 动物 两栖 陆地的环境 复杂的环境 裸子植物 被子植物 生产者 鸟 哺乳 陆地生态系统 4.生物进化的历程 二、生物多样性的形成 （5）约6500万年前 在进化过程中，许多物种由于不适应环境的变化而绝灭了； 例如在_______“统治”地球达____亿年之久的各种______， 由于目前尚未定论的原因，在_______全部绝灭；恐龙的绝灭 为_______的兴盛__________，使生物进化翻开了崭新的一页； 中生代 1 恐龙 白垩纪末 哺乳类 腾出了空间 4.生物进化的历程 二、生物多样性的形成 树栖 4.生物进化的历程 （6）约300万年前 _________的一支离开森林，告别______生活，走上了向现代人类进化的漫漫长路； 森林古猿 二、生物多样性的形成 仔细观察图6-13，或自己搜集资料，就以下问题进行讨论。 讨论 1、最早出现的生物是哪一类生物？它们生活在什么环境中？ 2、陆生植物和陆生动物的出现谁先谁后？前者为后者提供了什么条件？ 最早出现的生物是厌氧的单细胞生物，它们生活在原始海洋中。 先出现植物，后出现动物，否则动物登陆后就会饿死。 分析生物多样性的形成 思考·讨论 27 3、同今天你所看到的地球相比，寒武纪时地球上的生态系统有什么特点？ 4、恐龙大约是什么时候绝灭的？ 物种绝灭对生物多样性会产生怎样的影响？ 思考·讨论 当时陆地上还是一片荒芜，生物都生活在海洋中。 恐龙是在中生代后期绝灭的。 物种绝灭对生物多样性的影响是复杂的，恐龙的绝灭有利于哺乳动物的繁盛。 分析生物多样性的形成 28 以自然选择学说为核心的现代生物进化理论对自然界的生命史作出了科学的解释： 适应是自然选择的结果； 种群是生物进化的基本单位； 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； 生物进化的过程实际是生物与生物、生物与无机环境协同进化的过程； 生物多样性是协同进化的结果。 三、生物进化理论在发展 29 生物的进化是如此复杂，现有的进化理论所不能解释的问题比已经解释的问题还要多。 中性突变理论：大量基因突变是中性的，决定生物进化的方向是中 性突变的逐渐积累，而不是自然选择。 间断平衡学说：物种形成并不都是渐变的结果，而是种群长期稳定 与迅速形成新种交替出现的过程。 发展 生物进化理论不会停滞不前，而是在不断发展！ 三、生物进化理论在发展 30 练习与应用 31 . 一、概念检测 1.生物多样性是协同进化的结果。判断下列与进化和生物多样性有关的表述是否正确。 （1）一个物种的形成或绝灭，会影响到若干其他物种的进化。（ ） （2）物种之间的协同进化都是通过物种之间的竞争实现的。（ ） （3）地球上的生态系统从古至今都是由生产者、消费者和分解者组成的。（ ） （4）生物多样性的形成是指新的物种不断形成的过程。（ ） ✖ ✔ ✖ ✖ 32 类型 实例 不同物种之间 种间互助 捕食 寄生 竞争 某种兰花具有细长的花距，而专门给它传粉的蛾具有吸管似的口器 猎豹和羚羊 黏液瘤病毒和兔子 作物与杂草 协同进化类型 知识拓展 2.基于早期地球的特殊环境推测，地球上最早出现的生物是（ ） A.单细胞生物，进行有氧呼吸 B.多细胞生物，进行有氧呼吸 C.单细胞生物，进行无氧呼吸 D.多细胞生物，进行无氧呼吸 C 一、概念检测 34 . 二、拓展应用 用一位学者的话说，协同进化就是“生态的舞台，进化的表” (The ecological theater andevolutionary play)。根据本节 所学内容，谈谈你对这句话的理解。 生态指的是生物与环境的相互关系，进化指的是生物界的历史演变；如果把进化看作由各种生物表演的一部历史剧，那么，上演这部历史剧的舞台就是生物与环境之间复杂的相互关系。生物进化的表演受舞台背景的制约，舞台背景也要与上演的内容相协调。 35 . 2. 假如物种之间没有一定的关系(如亲缘关系和相互影响)，也不随时间而改变，那么我们的生物学观点会发生怎样的变化？生物学是更容易学习还是更难学习？ 假如那样，生物界纷繁复杂的现象就很难用统一的观点和理论来解释，作为生物学基本观点之一的进化观点将难以建立，生物学就不可能形成现在这样一个科学的框架体系，学习生物学将缺少基本观点和方法的指导和统领。 二、拓展应用 36 . 3. 我国在修建青藏铁路时，不惜耗资修建了许多高架桥和涵洞。这对保护生物多样性有什么意义？这种做法适合在其他地区推广吗?请综合运用本章各节所学知识，从基因、物种和生态系统三个方面来论证。感兴趣的话，你还可以从经济和社会等角度提出自己的看法。 修建铁路和高速公路时，如果没有修建高架桥和涵洞，就会影响动物的迁移，缩小动物觅食、繁殖等活动的范围，影响植物种子的传播，人为阻断种群中个体间的基因交流，影响生态系统的整体性和生物的协同进化。我国在修建青藏铁路时，不惜耗资修建了许多高架桥和涵洞，体现了我国政府和相关企业对保护生物多样性的重视。这一做法在其他地区也是常见的。当然，修建高架桥和涵洞的具体数量和方式，还要考虑地形、地质、经济和社会等多方面的因素，做到因地制宜。 二、拓展应用 37 谢谢聆听! 同学们辛苦啦！ 38 Lavf58.29.100 Lavf58.29.100 Lavf58.29.100 Lavf58.29.100 $$