内容正文:
第三讲 生物的进化
课标要求
1.地球上的现存生物丰富多样,它们来自共同祖先。
2.适应是自然选择的结果。
3.活动:用数学方法讨论自然选择使种群的基因频率发生变化。
考点一 生物进化
[对应学生用书P158]
1.现在的生物是进化而来的
(1)拉马克进化理论
(2)达尔文的自然选择学说
(3)物种
在遗传学和进化论的研究中,把能够在自然状态下相互交配并产生可育后代的一群生物称为一个物种。
(4)生殖隔离
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,这种现象称为生殖隔离。
2.当今生物具有共同祖先的多重证据
3.种群内普遍存在着变异
(1)种群
(2)生物通过突变可以产生新基因,通过基因重组产生形形色色的基因型。
4.优势性状的个体在特定环境中具有生存和繁殖的优势
(1)生存斗争
生物与生物之间会争夺食物、空间、配偶,生物要与干旱、寒冷等恶劣环境进行斗争。
(2)具有优势性状的个体,更容易获得食物和空间,获得更多的生存和繁殖的机会。
5.自然选择导致生物更好地适应特定的生存条件
(1)适应
是指生命的结构及功能、行为、生活方式使该生物适合在一定环境条件下生存和延续。
(2)人工选择与自然选择
6.种群基因频率的平衡和变化
(1)相关概念[连线]
(2)遗传平衡定律(哈迪-温伯格定律):在一个大的随机交配的种群里,基因频率和基因型频率在没有迁移、突变、选择的情况下,世代相传不发生变化。
(3)促使种群基因频率变化的因素有突变、基因迁移、遗传漂变、非随机交配、自然选择。
7.物种形成的三大模式的模型构建
8.生物多样性为人类生存提供资源与适宜环境
1.易错辨析——规避高频误区(正确的画“√”,错误的画“×”)
(1)同一物种的个体差异不利于自然选择和人工选择。( × )
(2)人工选择可以培育新品种,自然选择不能形成新物种。( × )
(3)自然选择是生物进化的重要动力,加速了种群生殖隔离的进程。( √ )
(4)自然选择获得的性状都可以通过遗传进行积累,自然选择作用于对个体存活和生殖有影响的变异性状。( × )
(5)遗传漂变在大种群中更易发生,能产生新的可遗传变异。( × )
(6)遗传漂变和自然选择不都是进化的因素,但均可打破遗传平衡。( × )
2.深度思考——挖掘新命题点
(1)如图为人的手臂、猫的前肢、鲸的前鳍和蝙蝠的翼手的示意图。这些器官的外形和功能各不相同,但通过解剖比较发现,都由同种类型的骨骼组成。这一事实能说明什么?属于什么方面的证据?
所有生物来自同一祖先,即所有脊椎动物之间存在着统一性,属于比较解剖学方面的证据。
(2)突变和基因重组能决定生物进化的方向吗?为什么?
不能。突变和基因重组是随机的、不定向的,不能决定生物进化的方向。
(3)细菌群体的一些突变会让细菌对抗生素产生抗性而成为耐药菌。细菌耐药性的产生是使用抗生素引起的吗?为什么?
不是。变异先于自然选择。
[例1] (2025·浙江杭州模拟)中国科学家运用古DNA方法,首次证明中国是虎演化史上的“基因大熔炉”,研究揭示多起源的遗传支系冰期后在中国东部地区融合为华南虎,并进一步扩散到东北亚和中亚,形成东北虎和里海虎(已灭绝)。下列叙述错误的是( )
A.东北虎、华南虎、里海虎可能拥有相同的祖先
B.多起源的遗传支系在中国融合为华南虎,是一种适应性进化
C.生殖隔离是造成虎朝着不同方向发展的决定因素
D.里海虎的灭绝,改变了基因多样性,也会影响到若干其他物种的进化
C 解析:依据题干信息,东北虎、华南虎、里海虎是多起源的遗传支系冰期后在不同地区进化形成的,故可能拥有相同的祖先,A正确;多起源的遗传支系在中国融合为华南虎,是生物对环境的一种适应性进化,B正确;自然选择决定虎朝着不同方向发展,生殖隔离是结果,C错误;里海虎的灭绝,会造成基因的丢失,进而导致了基因多样性的改变,也会影响到与之相关的其他物种基因频率的改变,即影响到若干其他物种的进化,D正确。
[例2] (2024·浙江宁波模拟)如图为一个亲代种群由于地理隔离(河流和山脉)成了两个新的种群,进而进化为两个新物种的过程。下列叙述错误的是( )
A.同一种群中的所有个体属于同一物种
B.种群内个体间毛发长度、颜色等差异体现了遗传多样性
C.自然选择导致种群1和2发生定向进化
D.如果没有选择,种群的基因频率不发生改变
D 解析:同一种群中的所有个体属于同一物种,A正确;生物多样性包括遗传(基因)多样性、物种多样性、生态系统多样性,种群内个体间毛发长度、颜色等差异体现了遗传多样性,B正确;自然选择导致种群1和2发生定向进化,这个定向指的是适应环境的方向,C正确;如果没有选择,突变和基因重组等其他因素也会导致种群的基因频率发生改变,D错误。
物种与种群的比较
[例3] (2025·浙江温州模拟)图中A、B、C表示环境条件差异较大、存在地理障碍的三个地区。A地区某种群部分个体迁移至B、C地区(t1、t2表示不同的时期),经长期进化逐渐形成两个新物种乙、丙。下列相关叙述正确的是( )
A.留居在A地区的甲种群基因库将保持稳定不变
B.自然界中新物种的形成必须经过地理障碍这一条件
C.t1时B、C两地区的种群遗传上的差异不可能是遗传漂变造成的
D.通过这种方式形成的乙、丙是能适应各自环境的新物种
D 解析:某一地区的种群基因库会因为种群内的突变和基因重组等因素而发生变化,A错误;两个新物种乙、丙的形成方式是异地的物种形成,自然界中新物种的形成除了异地的物种形成,还有同地的物种形成,而同地的物种形成不需要地理障碍这一条件,B错误;一个初始种群,因环境隔离因素分隔成两个种群时,可能会发生遗传漂变导致种群的基因组成差异,C错误;乙、丙新物种的形成方式是异地的物种形成,通过这种方式形成的新物种是能适应各自环境的,D正确。
物种形成与生物进化的比较
[例4] (2025·浙江嘉兴模拟)北美洲某种臭虫以当地无患子科植物的气球状蔓生果为食,臭虫需要用锋利的喙刺穿果实,统计喙长如图1所示;1920年,有人从亚洲引进平底金苏雨树,其果实的果皮比较薄,统计到1980年以它为食的臭虫的喙长如图2所示。下列叙述不合理的是( )
A.平底金苏雨树与臭虫间发生了协同进化
B.平底金苏雨树与当地植物存在种间竞争
C.臭虫体内控制喙长度的基因发生突变可能早于引进平底金苏雨树
D.生活在无患子科植物和平底金苏雨树上的臭虫间形成了地理隔离
D 解析:平底金苏雨树果实的果皮比较薄,臭虫喙长度变短,便于取食平底金苏雨树果实,平底金苏雨树与臭虫间发生了协同进化,A合理;平底金苏雨树与当地植物争夺阳光、空间等,它们存在种间竞争,B合理;平底金苏雨树只对臭虫喙的长度起选择作用,不能引起其发生基因突变,C合理;地理隔离是同种生物由于地理障碍而分成不同的种群,使得种群间不能发生基因交流的现象,生活在无患子科植物和平底金苏雨树上的臭虫间不存在地理隔离,D不合理。
考点二 基因频率和基因型频率的计算
[对应学生用书P161]
1.基因频率与基因型频率的计算
(1)已知基因型频率求基因频率
(2)已知基因频率求基因型频率
(3)X染色体上显(隐)性基因基因频率的计算(在全部人群中)
B%=×100%
b%=×100%
(4)X染色体上基因频率的计算(以色盲为例,相关基因用B、b表示,假设色盲在男性中的发病率为7%)
2.从配子法的角度理解遗传平衡定律
(1)遗传平衡定律的基本形式
(2)ABO血型(复等位基因)下的遗传平衡定律
(3)两对等位基因下的遗传平衡定律
即(m+n+p+q)2=m2+n2+p2+q2+2mn+2mp+2mq+2np+2nq+2pq=1。
提醒:遗传平衡定律实质上就是种群在产生雌雄配子的种类和比例相等时的一种配子法。
[例1] (2025·浙江嘉兴模拟)大熊猫最初是食肉动物,经过进化,其99%的食物都来源于竹子。现在一个较大的熊猫种群中雌雄数量相等,若该种群中B的基因频率为60%,b的基因频率为40%,下列说法错误的是( )
A.大熊猫种群中全部B和b的总和不能构成大熊猫种群的基因库
B.大熊猫由以肉为食进化为以竹子为食的实质是种群基因频率的定向改变
C.若该对等位基因位于常染色体上,则显性个体中出现杂合雌熊猫概率为28.6%
D.若该对等位基因只位于X染色体上,则XbXb、XbY的基因型频率分别为16%、40%
D 解析:基因库是一个生物种群的全部等位基因的总和,A正确;生物进化的过程实质上是种群基因频率发生变化的过程,B正确;若该对等位基因位于常染色体上,Bb的基因型频率=2×60%×40%=48%,BB的基因型频率=60%×60%=36%,则Bb∶BB=4∶3,所以显性个体中出现杂合雌熊猫概率约为4/7×1/2≈28.6%,C正确;若该对等位基因只位于X染色体上,在雌性个体中,XbXb基因型频率=40%×40%=16%,在雄性个体中,XbY的基因型频率为40%,而雌雄数量相等,所以该种群中XbXb、XbY的基因型频率分别为8%、20%,D错误。
[例2] (2025·浙江绍兴模拟)在某个非常大的果蝇种群中,个体间随机交配,无迁入和迁出、无突变、不考虑自然选择对果蝇眼睛颜色性状的作用。现在种群中雌雄果蝇个体数量比为1∶1,且在雄性果蝇中红眼(XBY)∶白眼(XbY)=3∶1。如果将该种群中的白眼雌性果蝇除去,让剩余的个体进行随机交配,则F1中白眼雌性果蝇所占的比例为( )
A.1/16 B.1/20 C.1/32 D.1/40
D 解析:根据题干可知,该种群在除去白眼雌性果蝇前符合遗传平衡定律。因为雄性果蝇中红眼(XBY)∶白眼(XbY)=3∶1,故该种群中XB的基因频率为3/4,Xb的基因频率为1/4,所以雌性群体中,XBXB的频率为9/16,XBXb的频率为3/8,XbXb的频率为1/16,雄性群体中XBY的频率为3/4,XbY的频率为1/4。除去种群中的白眼雌性果蝇后,剩余群体的雌果蝇中XBXB的频率为3/5,XBXb的频率为2/5,随机交配后F1中白眼雌性果蝇所占的比例为2/5×1/4×1/4=1/40。故选D。
[例3] 在一个随机交配的足够大的种群中,某一相对性状(由一对等位基因A、a控制)中显性性状表现的频率是0.36,则( )
A.该种群繁殖一代后杂合子Aa的基因型频率是0.32
B.显性基因的基因频率大于隐性基因的基因频率
C.若该种群基因库中的基因频率发生变化,就一定会形成新物种
D.若该种群中A的基因频率为0.4,A所控制性状的个体在种群中占40%
A 解析:根据题意可知,该种群遵循遗传平衡定律。该种群繁殖一代后杂合子Aa的基因型频率是2×0.2×0.8=0.32,A正确;隐性个体aa的基因型频率为1-0.36=0.64,则a的基因频率为0.8,A的基因频率为0.2,故显性基因的基因频率小于隐性基因的基因频率,B错误;种群的基因频率发生变化说明生物发生了进化,但不一定会形成新物种,C错误;若A的基因频率为0.4,则a的基因频率为0.6,A所控制性状的个体(AA、Aa)在种群中所占的比例为(0.4)2+2×0.4×0.6=0.64,即64%,D错误。
[例4] (2025·浙江金华模拟)某地区人类的ABO血型系统由一组复等位基因IA、IB和i共同控制。已知某地区人群中基因IA的基因频率为0.1,基因IB的基因频率为0.1。理论上该地区人群中A型血的人占( )
A.1% B.16% C.17% D.64%
C 解析:人群中IA的基因频率为0.1,IB的基因频率为0.1,i的基因频率为0.8;依据遗传平衡定律可知,IAIA的基因型频率=0.12=0.01,IAi的基因型频率=2×0.1×0.8=0.16,因此该地区人群中A型血的人理论上占比为0.01+0.16=0.17,即17%,故选C。
[对应学生用书P163]
1.(2024·浙江6月卷)在酵母菌、植物、昆虫等不同生物类群中,rDNA(编码核糖体RNA的基因)的碱基序列大部分是相同的。这一事实为“这些不同生物类群具有共同祖先”的观点提供了( )
A.化石证据 B.比较解剖学证据
C.胚胎学证据 D.分子水平证据
D 解析:不同生物的DNA和蛋白质等生物大分子的共同点,揭示当今生物有着共同的原始祖先,其差异的大小则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。rDNA(编码核糖体RNA的基因)的碱基序列大部分是相同的,属于分子水平的证据,D符合题意。
2.(2024·浙江1月卷)痕迹器官是生物体上已经失去用处,但仍然存在的一些器官。鲸和海牛的后肢已经退化,但体内仍保留着后肢骨痕迹;食草动物的盲肠发达,人类的盲肠已经极度退化,完全失去了消化功能。据此分析,下列叙述错误的是( )
A.后肢退化痕迹的保留说明鲸和海牛起源于陆地动物
B.人类的盲肠退化与进化过程中生活习性的改变有关
C.具有痕迹器官的生物是从具有这些器官的生物进化而来的
D.蚯蚓没有后肢的痕迹器官,所以和四足动物没有共同祖先
D 解析:陆地动物具有灵活的后肢,鲸和海牛后肢退化痕迹的保留说明其可能起源于陆地动物,A正确;人类的盲肠退化可能是由于生活习性的改变,不再需要盲肠的消化功能,B正确;具有痕迹器官,说明这些器官在该生物中存在过,因此说明该生物是从具有这些器官的生物进化而来的,C正确;蚯蚓没有后肢的痕迹器官,但可能有其他痕迹器官和四足动物类似,也可能是因为与四足动物类似的痕迹器官在进化中消失,所以蚯蚓没有后肢的痕迹器官,不能说明和四足动物没有共同祖先,D错误。
3.(2024·河北卷)为控制地中海沿岸某陆地区域蚊子的数量,每年在距海岸线0~20 km范围内(区域A)喷洒杀虫剂。某种蚊子的Est基因与毒素降解相关,其基因频率如图所示。下列分析正确的是( )
A.在区域A中,该种蚊子的Est基因频率发生不定向改变
B.随着远离海岸线,区域A中该种蚊子Est基因频率的下降主要由迁入和迁出导致
C.距海岸线0~60 km区域内,蚊子受到杀虫剂的选择压力相同
D.区域A中的蚊子可快速形成新物种
B 解析:据图可知,与距海岸线20 km以外相比,区域A中Est基因频率较高,说明每年在距海岸线0~20 km范围内(区域A)喷洒杀虫剂,对该种蚊子进行了定向选择,即Est基因频率发生了定向改变,A错误;随着远离海岸线,区域A中该种蚊子Est基因频率的下降主要由邻近区域的迁入和迁出导致,B正确;距海岸线0~60 km区域内,杀虫剂的浓度不同,所以杀虫剂对蚊子的选择作用的强度不同,即蚊子受到杀虫剂的选择压力不同,C错误;新物种形成的标志是产生生殖隔离,所以区域A中的蚊子中Est基因频率的变化,不一定导致其快速形成新物种,D错误。
4.(2023·浙江6月卷)不同物种体内会存在相同功能的蛋白质,编码该类蛋白质的DNA序列以大致恒定的速率发生变异。猩猩、大猩猩、黑猩猩和人体内编码某种蛋白质的同源DNA序列比对结果如下表,表中数据表示DNA序列比对碱基相同的百分率。
大猩猩
黑猩猩
人
猩猩
96.61%
96.58%
96.70%
大猩猩
98.18%
98.31%
黑猩猩
98.44%
下列叙述错误的是( )
A.表中数据为生物进化提供了分子水平的证据
B.猩猩出现的时间早于大猩猩、黑猩猩
C.人类、黑猩猩、大猩猩和猩猩具有共同的祖先
D.黑猩猩和大猩猩的亲缘关系比黑猩猩与猩猩的亲缘关系远
D 解析:题表中数据研究的是DNA中碱基的排列顺序,属于生物进化方面分子水平的证据,A正确;题表中数据显示,猩猩与人类同种蛋白质相关的DNA片段中碱基序列的相似度低于大猩猩和黑猩猩,因而推测,猩猩出现的时间早于大猩猩、黑猩猩,B正确;题表中结果显示的是猩猩、大猩猩、黑猩猩和人体内编码某种蛋白质的同源DNA序列比,该结果说明人类、黑猩猩、大猩猩和猩猩具有共同的祖先,C正确;题表中数据显示黑猩猩和大猩猩同种蛋白质相关DNA片段的相似度高于黑猩猩与猩猩,因而说明黑猩猩和大猩猩的亲缘关系比黑猩猩与猩猩的亲缘关系近,D错误。
5.(2023·浙江1月卷)太平洋某岛上生存着上百个蜗牛物种,但同一区域中只有少数几个蜗牛物种共存。生活在同一区域的不同蜗牛物种之间外壳相似性高,生活在不同区域的不同蜗牛物种之间外壳相似性低。下列叙述正确的是( )
A.该岛上蜗牛物种数就是该岛的物种多样性
B.该岛上所有蜗牛的全部基因组成了一个基因库
C.同一区域内的不同蜗牛物种具有相似的外壳是自然选择的结果
D.仅有少数蜗牛物种生存在同一区域是种间竞争造成生态位重叠的结果
C 解析:该岛上蜗牛物种数是指该岛上蜗牛的物种数目,而该岛的物种多样性是指该岛上物种的数目,A错误。一个生物种群的全部等位基因的总和称为基因库。该岛上所有蜗牛不是同一物种,它们的全部基因不能组成一个基因库,B错误。仅有少数蜗牛物种生存在同一区域是种间竞争造成生态位分化的结果,D错误。
6.(2022·浙江6月卷)由欧洲传入北美的耧斗菜已进化出数十个物种。分布于低海拔潮湿地区的甲物种和高海拔干燥地区的乙物种的花结构和开花期均有显著差异。下列叙述错误的是( )
A.甲、乙两种耧斗菜的全部基因构成了一个基因库
B.生长环境的不同有利于耧斗菜进化出不同的物种
C.甲、乙两种耧斗菜花结构的显著差异是自然选择的结果
D.若将甲、乙两种耧斗菜种植在一起,也不易发生基因交流
A 解析:同一物种的全部基因构成一个基因库,甲、乙两种耧斗菜是两个物种,A错误;不同生长环境有利于进行不同的自然选择,从而进化出不同的物种,B正确;自然选择导致物种朝不同的方向进化,甲、乙两种耧斗菜花结构的显著差异是自然选择的结果,C正确;不同物种之间存在生殖隔离,不能发生基因交流,D正确。
7.(2022·浙江1月卷)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”处形成的新物种与原物种存在生殖隔离
C 解析:形成新物种三个条件:隔离,突变和重组,自然选择。大峡谷分隔形成的两个羚松鼠种群间存在地理障碍,难以进行基因交流;能轻易飞越大峡谷的鸟类物种没有隔离,一般不会在大峡谷两侧形成为两个物种;高山两侧的陆地蜗牛由于“通道”的阻隔,不能进行基因交流,最终形成新物种;存在生殖隔离即为不同物种,某些不能飞行的昆虫在“通道”处形成的新物种与原物种存在生殖隔离。
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