2025届高三生物一轮复习课件第22讲 生物的进化

第22讲 生物的进化 达尔文的生物进化论 考点一 2 1 生物有共同祖先 核心问题：生物是如何起源的？ 生物多起源，不承认灭绝 拉马克的学说 达尔文的学说 生物单起源，进化过程中伴随着灭绝 哪个学说是正确的？有什么证据可以支持该学说？ 地层中陈列的证据——化石 生物有共同祖先的证据 定义：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。 化石证据中的进化规律： 生物是由原始的祖先经过漫长的地质年代逐渐进化而来的。其进化规律为由简单到复杂，由低等到高等，由水生到陆生。 作用：确定远古生物的种类及其形态、结构、行为等特征，是研究生物进化最直接、最重要的证据 当今生物体上进化的印记 比较解剖学是研究比较脊椎动物的器官、系统的形态和结构的科学，比较解剖学可以为生物间是否具有共同祖先提供证据。 比较解剖学的证据 胚胎学的证据 胚胎学是研究动植物胚胎的形成和发育过程的学科。通过比较不同生物间的胚胎发育过程，可以看到进化的印迹。 脊椎动物在胚胎发育早期都有彼此相似的阶段，这个证据支持了所有脊椎动物有共同祖先的观点。 当今生物体上进化的印记 细胞和分子水平的证据 细胞水平：生物都有能进行新陈代谢、生长和增殖的细胞，而细胞有共同的物质基础和结构基础等，支持了生物有共同祖先的论点。 分子水平：不同生物的DNA和蛋白质等生物大分子的共同点与差异性，提示人们当今生物有共同的原始祖先，解释了当今物种亲缘关系的远近，以及他们在进化史上出现的顺序。 案例：兰科的进化 深圳拟兰 铁皮石斛 基因组证据表明现生兰科植物基因组中均保留有祖先类群中一次基因加倍事件的痕迹，说明它们拥有共同祖先。同时基因组还揭示了兰科进化过程中基因与相关性状的变化趋势。 辐射对称花 两侧对称花 花粉分离 花粉块 MADS-box类基因复制 MIKC*类基因变异 地生兰 附生兰 AGL12基因丢失 1 生物有共同祖先 核心问题：生物是如何起源的？ 查尔斯 · 罗伯特 · 达尔文 （1809-1882） 几乎所有证据都表明当今生物有共同祖先，即支持达尔文的学说。 达尔文的进化理论 共同由来学说：地球上所有的生命都是由原始的共同祖先进化来的 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，都给生物进化论提供了有力的支持，这些证据互为补充、相互印证，有力地支持了达尔文的共同由来学说。 课堂练习 （2022·北京）人与黑猩猩是从大约700万年前的共同祖先进化而来，两个物种成体的血红蛋白均由α和β两种肽链组成，但α链的相同位置上有一个氨基酸不同，据此不能得出（　　） A．这种差异是由基因中碱基替换造成的 B．两者共同祖先的血红蛋白也有α链 C．两者的血红蛋白都能行使正常的生理功能 D．导致差别的变异发生在黑猩猩这一物种形成的过程中 D 2 自然选择与适应的形成 核心问题：生物是如何演变的？ 适应的含义 ①生物的形态结构适合于完成一定的功能。 食蚁兽的长舌头有利于它取食蚁穴中的白蚁 ②生物的形态结构及其功能适合于该生物在一定的环境中生存和繁殖。 仙人掌刺状的叶与富含水分的茎有利于其在干旱环境中生存和繁殖 2 自然选择与适应的形成 适应的特点 ①适应具有普遍性：适应在自然界中是普遍存在的。 ②适应具有相对性 (课本106页“思考讨论”) 适应性特征来自遗传，即来源于可遗传的有利变异的逐代积累，是对之前的环境适应的结果。由于环境总是处于不断变化中的，遗传的稳定性与环境不断变化之间的矛盾是适应相对性的根本原因。 各种生物的适应特征是如何形成的？ 2 自然选择与适应的形成 拉马克对适应的解释 用进废退：器官使用越多越发达，不使用就退化。 获得性遗传：由于环境引起或由于用进废退引起的变化，都是可以遗传的。 思考：你能想到什么反驳拉马克学说的例子？ 物种从简单到复杂的改变是一种天赋 物种有对环境的应变能力，有变化的“欲望”（环境作用下产生的生理需求） 生物身体任何部分的生长都是能遗传的 案例：过度使用眼睛，视力反而下降，且这种下降往往是不可逆的。 2 自然选择与适应的形成 达尔文的自然选择学说 事实1：生物都有过度繁殖的倾向 事实2：物种内的个体数能保持稳定 事实3：资源是有限的 推论1：个体间存在着生存斗争 事实4：个体间普遍存在差异(变异) 事实5：许多变异是可以遗传的 推论2：具有有利变异的个体，生存并留下后代的机会多 推论3：有利变异逐代积累，这些个体越来越多，形成具有适应特征的生物类型。 ①适应的来源是可遗传的变异，适应是自然选择的结果 ②群体中出现可遗传的有利变异和环境的定向选择是适应形成的必要条件。 过度繁殖 生存斗争 遗传变异 适者生存 (选择的基础) (选择的手段) (进化的内因) (选择的结果) 2 自然选择与适应的形成 对达尔文自然选择学说的评价 评价 贡献 ①使人们认识到生物是在自然选择的作用下不断发展变化的，是生物学第一次摆脱了神学的束缚，走上了科学的轨道 ②解释了生物界的统一性是由于所有生物都有共同祖先 ③科学地解释了生物的多样性和适应性是进化的结果 不足 ①对遗传和变异的认识还局限于性状水平，对其本质不能作出科学的解释 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，不能很好地解释物种大爆发等现象 2 自然选择与适应的形成 比较拉马克和达尔文的进化理论 项目 拉马克 达尔文 中心思想 用进废退 获得性遗传 适者生存，不适者淘汰 遗传变异 环境使生物发生定向变异（适应环境的方向），且变异可遗传 变异是不定向的，有利变异可以逐代积累 物种起源 不起源于共同祖先 起源于共同祖先 适应 变异=适应 变异+选择=适应 课堂练习 （2022·河北）某植物叶片含有对昆虫有毒的香豆素，经紫外线照射后香豆素毒性显著增强。乌凤蝶可以将香豆素降解，消除其毒性。织叶蛾能将叶片卷起，取食内部叶片，不会受到毒害。下列叙述错误的是 （　　） A．乌凤蝶进化形成香豆素降解体系，是香豆素对其定向选择的结果 B．影响乌凤蝶对香豆素降解能力的基因突变具有不定向性 C．为防止取食含有强毒素的部分，织叶蛾采用卷起叶片再摄食的策略 D．植物的香豆素防御体系和昆虫的避免被毒杀策略是共同进化的结果 C 思维导图 传统生物进化理论 生命如何起源 生物如何演变 达尔文 拉马克 多起源 不存在灭绝 单起源 存在灭绝 证据 化石证据 直接证据 比较解剖学证据 胚胎学证据 细胞和分子水平证据 间接证据 达尔文 拉马克 用进废退、获得性遗传（生物主导） 适应的普遍性和相对性 对适应的解释 适应是自然选择的结果 （环境主导） 过度繁殖 生存斗争 遗传变异 适者生存 共同由来学说 自然选择学说 现代生物进化理论 考点二 17 1 种群和种群基因库 性状水平 自然选择学说 个体 现代生物进化理论 基因水平 种群 在自然界，没有哪个个体是长生不死的，个体的表型会随着个体的死亡而消亡，决定表型的基因却可以随着生殖而世代延续，并且在群体中扩散。 研究生物的进化，仅研究个体和表型是不够的，还必须研究群体基因组成的变化。 1 种群和种群基因库 种群的概念：生活在一定区域的同种生物全部个体的集合叫做种群。 一片树林中的全部猕猴 一片草地上的所有蒲公英 种群的特点：是生物繁殖和进化的基本单位，彼此可以交配，并通过繁殖将各自的基因传给后代。 1 种群和种群基因库 1.基因库：一个种群中全部个体所含的全部基因叫这个种群的基因库。 2.基因频率：在基因库中，某基因占控制此性状全部等位基因数的比率叫做基因频率。 基因频率= 某基因的总数 ×100% 控制该性状的等位基因总数 3.基因型频率：在一个种群中，某基因型个体占全部个体的比率。 基因型频率= 某基因型的个体 种群总数 ×100% 种群中的某个个体含有该种群基因库的全部基因 （ ） X 例1：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？ 方法一：概念法: A基因频率为: A%= ×100% 2×AA＋Aa 2(AA＋Aa＋aa) = 60% a 基因频率为: = 40% a%= 2×aa＋Aa 2(AA＋Aa＋aa) ×100% 例1：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？ 方法二：通过基因型频率计算 AA基因型频率为: 30% Aa基因型频率为: 60% aa基因型频率为: 10% A基因频率 = AA的基因型频率+1/2Aa基因型频率 = 30%+1/2×60% = 60% = 10%+1/2×60% = 40% a基因频率 = aa的基因型频率+1/2Aa基因型频率 基因频率 =纯合体基因型频率+1/2杂合子基因型频率 等位基因的频率之和等于1,基因型频率之和也为1。 A%+a%=1 AA%+Aa%+aa%=1 例2:在调查红绿色盲时，随机抽查了200人，其中男女各100人。女性患者1人，携带者3人，男性患者4人。色盲基因的频率为多少？ = 1×2+3+4 100×2+100 ×100% = 3% Xb基因频率= 色盲基因的总数 （2×女性个体数+男性个体数） ×100% 注意：Y染色体上没有红绿色盲的等位基因！ 女性患者1人: XaXa 女性携带者3人: XAXa 男性患者4人: XaY 通过数学方法讨论基因频率的改变 思考：一个种群繁殖若干代后，基因频率会发生变化吗？阅读P111的“思考•讨论”完成下表 亲代基因型的频率 AA（30%） Aa（60%） aa（10%） 配子的比率 A（ ） A( ) a( ) a( ) 子一代基因型频率 AA（ ） Aa( ) aa( ) 子一代基因频率 A（ ） a( ) 子二代基因型频率 AA（ ） Aa( ) aa( ) 子二代基因频率 A（ ） a( ) 30% 30% 30% 10% 36% 48% 16% 60% 40% 36% 48% 16% 60% 40% 2 种群基因频率的变化 遗传平衡定律 2 种群基因频率的变化 当种群满足以下五个条件： ①种群数量足够大，②全部的雌雄个体间都能自由交配并能产生后代，③没有迁入与迁出，④自然选择对性状没有作用（不同翅色的个体生存和繁殖的机会是均等的）⑤基因A和a都不产生突变。 种群的基因频率和基因型频率将不会改变 若种群中一对等位基因为A和a，设A的基因频率为p, a的基因频率为q; 则p+q=1,那么 （p+q)2=p2+2pq+q2=1 AA基因型频率=p2； aa基因型频率=q2； Aa基因型频率=2pq。 A（p） a( q ) A（ p） AA（p2） Aa(pq) a ( q ) Aa（pq） aa(q2) 利用遗传平衡定律计算常染色体遗传病患病概率 2 种群基因频率的变化 利用遗传平衡定律计算伴X染色体遗传病患病概率 2 种群基因频率的变化 以色盲为例，相关基因用B、b表示： (1)男性中相关基因频率和基因型频率的关系 应用：当基因位于X染色体上时，在雄性个体中，某一基因的频率等于该基因型的频率，求出了相关的基因型频率，就等于求出了基因频率。 利用遗传平衡定律计算伴X染色体遗传病患病概率 2 种群基因频率的变化 (2)人群中色盲基因的频率＝男性中色盲基因的频率＝女性中色盲基因的频率 (3)色盲在男女性中发病率的关系 课堂练习 某性状由常染色体上的一对等位基因控制(用A、a表示)。某自由交配的种群中显性类型所占比例为36%，则该种群中Aa及aa的基因型频率分别是(　　) A．32%和64%　　　　　　　 B．40%和16% C．60%和16% D．32%和16% A 课堂练习 （2022·海南）匍匐鸡是一种矮型鸡，匍匐性状基因（A）对野生性状基因（a）为显性，这对基因位于常染色体上，且A基因纯合时会导致胚胎死亡。某鸡群中野生型个体占20％，匍匐型个体占80％，随机交配得到F1，F1雌、雄个体随机交配得到F2。下列有关叙述正确的是（     ） A．F1中匍匐型个体的比例为12/25 B．与F1相比，F2中A基因频率较高 C．F2中野生型个体的比例为25/49 D．F2中A基因频率为2/9 D 课堂练习 某常染色体隐性遗传病在人群中的发病率为1%，色盲在男性中的发病率为7%。现有一对表现正常的夫妇，妻子为该常染色体遗传病致病基因和色盲致病基因携带者。那么，他们所生小孩同时患上述两种遗传病的概率是(　　) A．1/88 B．1/22 C．7/2200 D．3/800 A 2 种群基因频率的变化 (2)生物突变的有利和有害不是绝对的，往往取决于生物的___________。 (3)生物的变异是_______的，只是产生了生物进化的______，不能决定生物进化的______。 (1)可遗传变异的来源 ——基因突变、基因重组、染色体变异。 其中基因突变和染色体变异统称为突变。 生存环境 不定向 原材料 方向 自然选择对种群基因频率变化的影响 (1)原因：自然选择不断淘汰发生________的个体，选择保留发生________的个体。 (2)对象：自然选择直接作用于个体的______,最终选择决定表型的_____. (3)结果：在自然选择的作用下，________________会发生定向改变，导致生物朝着一定的方向不断进化。 不利变异 表型 种群的基因频率 有利变异 基因 突变/重组（不定向） 自然选择 不利的变异被淘汰 有利的变异逐渐积累 （ 定向 ） 种群基因频率发生定向改变 生物朝一定方向进化 在自然选择的作用下，有利变异的基因频率不断增大，有害变异的基因频率逐渐减小。 生物进化的实质是：种群基因频率的定向改变 课堂练习 （2022·湖北）某植物的2种黄叶突变体表现型相似，测定各类植株叶片的光合色素含量（单位：μg·g-1），结果如表。下列有关叙述正确的是（　　） A．两种突变体的出现增加了物种多样性 B．突变体2比突变体1吸收红光的能力更强 C．两种突变体的光合色素含量差异，是由不同基因的突变所致 D．叶绿素与类胡萝卜素的比值大幅下降可导致突变体的叶片呈黄色 D 3 隔离在物种形成中的作用 (1) (2) (3)新物种形成的一般过程 东北虎与华南虎 3 隔离在物种形成中的作用 判断两种生物是否为同一物种 (1)“新物种”必须具备两个条件 ①与原物种之间已形成生殖隔离。 ②新物种必须是可育的。如三倍体无子西瓜、骡子均不可称为“物种”，因为它们均是“不育”的，而四倍体西瓜相对于二倍体西瓜则是“新物种”，因为它与二倍体西瓜杂交产生的子代(三倍体西瓜)不育，意味着二者间已产生生殖隔离，故已成为新物种。 (2)判断方法若可以自然交配，并且后代为可育后代，则为同一物种；若不能进行自然交配，或者交配繁殖出的后代为不可育后代，则为不同物种。　 物种形成的三大模式 3 隔离在物种形成中的作用 物种形成与生物进化的关系 项目 物种形成 生物进化 标志 生殖隔离出现 基因频率改变 变化后生物与原生物的关系 出现生殖隔离，属于不同物种，是质变 基因频率改变，属于同一物种，是量变 二者联系 ①只有不同种群的基因库产生了明显差异，出现生殖隔离才形成新物种②进化不一定产生新物种，但新物种产生一定存在进化 课堂练习 （2022·浙江）峡谷和高山的阻隔都可能导致新物种形成。两个种的羚松鼠分别生活在某大峡谷的两侧，它们的共同祖先生活在大峡谷形成之前；某高山两侧间存在有限的“通道”，陆地蜗牛和很多不能飞行的昆虫可能会在“通道”处形成新物种。下列分析不合理的是（    ） A．大峡谷分隔形成的两个羚松鼠种群间难以进行基因交流 B．能轻易飞越大峡谷的鸟类物种一般不会在大峡谷两侧形成为两个物种 C．高山两侧的陆地蜗牛利用“通道”进行充分的基因交流 D．某些不能飞行的昆虫在“通道”处形成的新种与原物种存在生殖隔离 C 课堂练习 (2021·福建）物种甲和物种乙为二倍体植物。甲生活在阳光充足的悬崖顶乙生活在悬崖底的林荫里。在某些山地坡度和缓的地方，甲和乙分别沿着斜坡向下和向上扩展，在斜坡上相遇并杂交产生丙。若丙不能产生子代，则下列叙述错误的是（　　） A．甲和乙仍然存在生殖隔离 B．甲种群基因频率的改变说明甲发生了进化 C．甲、乙向斜坡的扩展可能与环境变化有关 D．甲、乙、丙含有的基因共同构成一个种群的基因库 D 课堂练习 （2021·湖北）某地区的小溪和池塘中生活着一种丽鱼，该丽鱼种群包含两种类型的个体：一种具有磨盘状齿形，专食蜗牛和贝壳类软体动物；另一种具有乳突状齿形，专食昆虫和其他软体动物。两种齿形的丽鱼均能稳定遗传并能相互交配产生可育后代。针对上述现象，下列叙述错误的是（    ) A．丽鱼种群牙齿的差异属于可遗传的变异 B．两者在齿形上的差异有利于丽鱼对环境的适应 C．丽鱼种群产生的性状分化可能与基因突变和重组有关 D．两种不同齿形丽鱼的基因库差异明显，形成了两个不同的物种 D 课堂练习 （2022·湖南）稻蝗属的三个近缘物种①日本稻蝗、②中华稻蝗台湾亚种和③小翅稻蝗中，①与②、①与③的分布区域有重叠，②与③的分布区域不重叠。为探究它们之间的生殖隔离机制，进行了种间交配实验，结果如表所示。下列叙述错误的是（　　） 注:精子传送率是指受精囊中有精子的雌虫占确认交配雌虫的百分比A．实验结果表明近缘物种之间也可进行交配 B．生殖隔离与物种的分布区域是否重叠无关 C．隔离是物种形成的必要条件 D．②和③之间可进行基因交流 D 现代生物进化理论 进化的基本单位 种群 概念：生活在一定区域的同种生物全部个体的集合 基因库：一个种群中全部个体所含的全部基因 基因频率、基因型频率，遗传平衡定律 生物进化的实质 种群基因频率的定向改变 生物进化的原料 种群内的各种可遗传变异 （不定向） 自然选择 （定向） 生物进化的方向 物种形成 物种概念：能在自然状态下相互交配并产生可育后代的生物集合 物种形成方式 渐变式 骤变式 人工创造 新物种产生标志：生殖隔离 思维导图 探究抗生素对细菌的选择作用 实验 44 探究抗生素对细菌的选择作用 强调：并不是因为施加抗生素是的细菌产生了耐药性，而是部分细菌本身就具有耐药性。 什么是抑菌圈？ 为什么要从抑菌圈的边缘挑菌。把抗生素的制片放在中间，对于抑菌圈边缘的细菌来说，它是不是还是接触了一定量的抗生素，所以细菌具有一定的耐药性。 45 实验原理：一般情况下，一定浓度的抗生素会杀死细菌，但变异的细菌可能产生________。在实验室连续培养细菌时，如果向培养基中添加抗生素，_______有可能存活下来。 目的要求：通过观察细菌在含有________的培养基上的生长状况,探究抗生素对细菌的选择作用。 耐药性 耐药菌 抗生素 方法步骤： (1)用记号笔在培养皿的底部画2条相互垂直的直线,将培养皿分为4个区域,分别标记为①-④。 (2)取少量细菌的培养液,用无菌的　　　　　(或无菌棉签)均匀地涂抹在培养基平板上。  (3)用无菌的镊子先夹取1张　　　　　　的纸片放在①号区域的中央,再分别夹取1张抗生素纸片放在②-④号区域的中央,盖上皿盖。   (4)将培养皿倒置于37 ℃的恒温箱中培养12-16 h。 (5)观察培养基上细菌的生长状况。纸片附近是否出现了抑菌圈?如果有,测量和记录每个实验组中抑菌圈的直径,并取平均值。 (6)从　　　　　边缘的菌落上挑取细菌,接种到已灭菌的液体培养基中培养,然后重复步骤(2)~(5)。如此重复几代,记录每一代培养物抑菌圈的直径。  涂布器 不含抗生素 抑菌圈 实验结果 抗生素对细菌有选择作用，抗生素对细菌抑制作用越来越弱。 抑菌圈直径/cm 第一代 第二代 第三代 1 2.26 1.89 1.62 2 2.41 1.91 1.67 3 2.42 1.87 1.69 平均值 2.36 1.89 1.66 协同进化与生物多样性的形成 考点三 49 1 协同进化 (1)概念：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)原因:生物与生物之间的相互选择和生物与无机环境之间的相互影响。 一种植物专门由一种动物传粉 1 协同进化 协同进化类型 包含类型 实例 不同物种之间 种间互助 某种兰花和专门给它传粉的蛾 种间斗争 捕食 猎豹和斑马 寄生 黏液瘤病毒和兔子 种间竞争 农作物与杂草 生物与无机环境之间 生物影响环境，环境影响生物 地球早期无氧环境→厌氧生物→光合生物出现→空气中有氧气→出现好氧生物 1 协同进化 捕食者在进化中的作用 “收割理论”：由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据绝对优势的局面，为其他物种的形成腾出空间。捕食者的存在有利于增加生物多样性。 课堂练习 （2021·广东·高考真题）孔雀鱼雄鱼的鱼身具有艳丽的斑点，斑点数量多的雄鱼有更多机会繁殖后代，但也容易受到天敌的捕食。关于种群中雄鱼的平均斑点数量，下列推测错误的是（    ） A．缺少天敌，斑点数量可能会增多 B．引入天敌，斑点数量可能会减少 C．天敌存在与否决定斑点数量相关基因的变异方向 D．自然环境中，斑点数量增减对雄鱼既有利也有弊 C 2 物种多样性的形成 生物多样性主要包括___________多样性、_____多样性和_________多样性三个层次，三个层次之间的关系可以用如图的形式描述： 遗传(基因) 物种 生态系统 2 物种多样性的形成 (1)从分子水平看 (2)从进化角度看：物种多样性与生态系统多样性主要是生物的不定向变异与定向选择在进化过程中协同作用的结果。 一是通过生物进化形成了不同种群的基因库，最终形成了基因的多样性； 二是由于进化不断形成新的物种，构成了物种的多样性； 三是由于生物种类不断增多，不断影响着环境，生物与环境间相互影响，形成了生态系统的多样性。 生物多样性形成的原因分析 3 生物进化理论在发展 生物进化理论在发展 观点一 观点二 基因突变对生物适应行的影响并不是_________的，大量的基因突变是______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。 物种形成不都是_____的过程，而是____________与______________交替出现的过程，其原因仍在探索中。 非益即害 中性 渐变 物种长期稳定 迅速形成新物种 中性进化论 间断平衡论 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： 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。 协同进化与生物多样性 协同进化 生物多样性 生物进化理论在发展 概念：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 类型 种间互助 种间斗争——捕食、寄生、种间竞争 生物与环境相互影响 遗传（基因）多样性、物种多样性、生态系统多样性 新观点 中性进化理论 间断平衡理论 思维导图 谢谢！ $$