内容正文:
第23讲 生物的进化
【思维导图】
考点一 生物有共同祖先的证据、自然选择与适应的形成
【夯实基础】
一、达尔文的生物进化论的主要组成
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 进化而来的。
2.自然选择学说:揭示了生物进化的机制,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.地层中陈列的证据——化石
2.当今生物体上进化的印迹——其他方面的证据
【判断对错】
(1)(2025·河南卷,T7改编)系统进化树是一种表示物种间亲缘关系的树形图,而且自然选择决定进化的方向,故植物的系统进化关系是共同由来学说的体现和自然选择的结果。 (√)
(2)人类与黑猩猩基因组序列高度相似,说明人类由黑猩猩进化而来。 (×)
【提示】 黑猩猩与人类在基因上的相似程度在96%以上,只能表明人类和黑猩猩的亲缘关系较近。
【思维延伸】
(1)(必修2 P102图6-3)①蝙蝠的翼、鲸的鳍、猫的前肢与人的上肢相比,在结构上有相似之处,而且这四种前(上)肢骨骼的排列顺序也基本一致,这说明 生物之间存在一定的亲缘关系,它们可能都是由原始的共同祖先进化而来的 。
②这四种前(上)肢内部结构模式非常一致,但功能迥异,外形差别也很大,这说明 结构与功能相适应,也体现了生物适应环境的特点 。
(2)DNA分子杂交技术可鉴定生物间亲缘关系,依据不同生物的DNA形成游离的单链区数目可判断生物之间的亲缘关系的理由是 游离的单链区数目越少(越多),DNA中相同的碱基序列越多(越少),生物的亲缘关系越近(越远) 。
(3)人和类人猿在DNA的碱基序列方面高度接近,说明 人和类人猿有共同的祖先,并且亲缘关系很近 。不同生物的细胞色素c中氨基酸序列的差异大小不一,表明 现存各种生物有着或远或近的亲缘关系,差异大说明亲缘关系远,反之则近,同时也能反映各种生物在进化史上出现的顺序 。
三、自然选择与适应的形成
1.适应的普遍性和相对性
2.适应是自然选择的结果
(1)拉马克的进化学说
①主要观点
②评价
拉马克提出的进化学说在当时是有进步意义的,但他对适应形成的解释是肤浅的,未被人们普遍接受。
(2)达尔文的自然选择学说
【易错提醒】
达尔文自然选择学说的两个注意点
(1)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。
【高考联接】
一、生物进化的证据
1.(2025·浙江卷6月,T5)大量的证据表明,生物是由共同祖先进化而来的。下列叙述错误的是()。
A.DNA核苷酸序列差异可为物种进化提供证据
B.牙齿化石是研究动物取食方式进化的证据之一
C.比较解剖学研究表明人上肢和蝙蝠翼手的功能相同
D.多种脊椎动物的胚胎发育早期都有尾说明它们有共同祖先
【答案】 C
【解析】 DNA核苷酸序列差异属于分子生物学证据,能反映物种间的亲缘关系和进化历程,A正确;牙齿化石属于化石证据,可用于推测动物的食性及取食方式的演化,B正确;人上肢与蝙蝠翼手属于同源器官,结构相似但功能不同(如抓握与飞行),而功能相同的器官(如鸟翼与昆虫翅)属于同功器官,C错误;胚胎发育早期的尾结构属于胚胎学证据,表明脊椎动物有共同祖先,D正确。
2.(2025·甘肃卷,T7)我国古生物化石种类繁多。其中,在甘肃和政县发现的以铲齿象、和政羊与三趾马为代表的古脊椎动物化石群具有极高的研究价值。下列叙述错误的是()。
A.铲齿象、和政羊与三趾马化石可以为研究哺乳动物的进化提供直接证据
B.根据铲齿象特有的下颌和牙齿形态特征,可以推断它的食性和生活环境
C.通过自然作用保存在地层中的和政羊、三趾马等动物的粪便不属于化石
D.不借助化石而通过现生生物的比较分析也可以推断生物进化的部分历史
【答案】 C
【解析】 化石是研究生物进化的直接证据,铲齿象、和政羊与三趾马化石属于哺乳动物化石,能够为研究哺乳动物的进化提供直接证据,A正确;生物的形态结构与其食性和生活环境相适应,根据铲齿象特有的下颌和牙齿形态特征,比如牙齿的尖锐程度、咀嚼面的形状等,可以推断它的食性(是植食性、肉食性还是杂食性等)和生活环境(在陆地还是在水中等),B正确;化石是指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,动物的粪便属于遗物,因此通过自然作用保存在地层中的和政羊、三趾马等动物的粪便属于化石,C错误;不借助化石,通过现生生物的比较分析,比如比较不同生物的基因序列、形态结构等,也可以推断生物进化的部分历史,D正确。
二、自然选择学说的理解及生物适应性的形成
(2024·福建卷,T6)成年棘胸蛙存在雄蛙大、雌蛙小的两性异形现象,推测这是雌蛙对雄蛙长期选择的结果。支持该推测的证据是()。
A.体型较大的雄蛙能获得更多的交配机会
B.雌蛙对相同种群雄蛙的求偶鸣叫更敏感
C.雄蛙在雌蛙产卵高峰期求偶鸣叫更积极
D.体型较大的雌蛙交配后能产出更多的卵
【答案】 A
【解析】 体型较大的雄蛙能获得更多的交配机会,经过长期的筛选,导致成年棘胸蛙中的雄蛙普遍偏大,A符合题意;雌蛙对相同种群雄蛙的求偶鸣叫更敏感,雄蛙在雌蛙产卵高峰期求偶鸣叫更积极,不影响雄蛙大小的选择,B、C不符合题意;体型较大的雌蛙交配后能产出更多的卵,会导致体型较大的雌蛙繁殖率高,导致成年棘胸蛙中的雌蛙普遍偏大,与题干矛盾,D不符合题意。
考点二 现代生物进化理论
【夯实基础】
一、种群基因组成的变化
1.种群和种群基因库
(1)种群:生活在一定区域的同种生物全部个体的集合。
①实例:一片草地上的所有蒲公英。
②特点:种群是 生物进化 和 生物繁殖 的基本单位。
(2)基因库:一个种群中全部个体所含有的 全部基因 。
【判断对错】
(2025·江苏卷,T18)不同类群的竹子共同组成进化的基本单位。 (×)
【提示】 进化的基本单位是种群,而不同类群的竹子不是一个种群。
(3)基因频率:在一个种群基因库中,某个基因占全部 等位基因数 的比值。
基因频率=
2.种群基因频率的变化
3.自然选择对种群基因频率变化的影响
二、隔离在物种形成中的作用
1.物种的概念:能够在自然状态下相互交配并且产生 可育 后代的一群生物。
【概念辨析】
(1)全世界的人是一个物种吗?为什么? 是一个物种。因为全世界的人之间彼此结婚,能产生可育的后代 。
(2)马和驴是一个物种吗?为什么? 不是。因为马与驴交配产生的后代骡没有生殖能力 。
(3)骡是一个物种吗?为什么? 不是。因为它不能繁殖后代 。
2.隔离
【概念解读】
隔离与生殖隔离
(1)只有地理隔离而没有形成生殖隔离,可能产生亚种,但没有产生新物种(如东北虎和华南虎)。
(2)生殖隔离是物种形成的关键,是物种形成的最后阶段,是物种间的真正界限。
(3)生殖隔离有三种情况:不能杂交;杂交后代不能存活;杂交后代能存活但不可育。
3.新物种形成的一般过程
【概念解读】
(1)物种的形成不一定经过地理隔离。有时不经过地理隔离也能直接形成生殖隔离,如二倍体植株经秋水仙素处理形成四倍体植株,两者是不同的物种。
(2)物种形成的三个环节是突变和基因重组、自然选择及隔离。
【拓展延伸】
新物种的形成过程
【归纳总结】
物种形成与生物进化的比较
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
二者的联系
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,但产生新物种一定存在进化
三、协同进化与生物多样性的形成
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。
【提醒】不同物种之间的影响既包括种间互助,也包括种间竞争、捕食等种间关系。
(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。
(3)协同进化的实例
协同进化
类型
包含类型
实例
不同物种
之间
种间互助
一种蛾与兰花
捕食
猎豹和斑马
寄生
黏液瘤病毒和兔子
种间竞争
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
2.生物多样性的形成
(1)内容:生物多样性主要包括 遗传(基因) 多样性、 物种 多样性和 生态系统 多样性。三个层次之间的关系如下:
(2)形成原因
a.从分子水平看:
b.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 选择在进化过程中共同作用的结果。
(3)生物进化的历程
【思维延伸】
有性生殖出现后生物进化的速度明显加快的原因是什么? 生物通过有性生殖实现了基因重组,增强了生物变异的多样性,使生物进化的速度明显加快 。
3.生物进化理论在发展
【高考联接】
一、生物进化和物种形成(高频)
1.(2025·云南卷,T7)研究人员观察到川金丝猴为黄色毛发、滇/缅甸金丝猴为黑色毛发、黔金丝猴为黑灰色—黄色的镶嵌毛发,因此对金丝猴属5种金丝猴进行研究,证实黔金丝猴起源于187万年前川金丝猴祖先群与滇/缅甸金丝猴祖先群的杂交后代,其遗传信息约70%来自川金丝猴祖先群,30%来自滇/缅甸金丝猴祖先群。下列结论无法得出的是()。
A.杂交促进了金丝猴间的基因交流,是黔金丝猴形成的重要因素
B.黔金丝猴毛色是有别于祖先群的新性状,该性状可遗传给后代
C.黔金丝猴毛色的形成是遗传和所处自然环境共同作用的结果
D.黔金丝猴群体中黄色毛发的基因频率大于黑色毛发的基因频率
【答案】 D
【解析】 因为黔金丝猴是川金丝猴祖先群与滇/缅甸金丝猴祖先群杂交产生的后代,所以杂交促进了金丝猴间的基因交流,是黔金丝猴形成的重要因素,A不符合题意;黔金丝猴毛色与祖先群不同,是新性状,由于它是杂交产生的,遗传物质发生改变,因此该性状可遗传给后代,B不符合题意;生物的性状通常是遗传和所处自然环境共同作用的结果,黔金丝猴的毛色也不例外,C不符合题意;虽然黔金丝猴的遗传信息约70%来自川金丝猴祖先群(川金丝猴为黄色毛发),30%来自滇/缅甸金丝猴祖先群(滇/缅甸金丝猴为黑色毛发),但仅根据遗传信息的来源比例不能直接得出“黔金丝猴群体中黄色毛发的基因频率大于黑色毛发的基因频率”的结论,D符合题意。
2.(2025·广东卷,T12)果蝇外骨骼角质中表皮烃的含量不仅影响果蝇的环境适应能力,也影响果蝇的交配对象选择(如图)。表皮烃的合成受mFAS基因控制。下列叙述错误的是()。
A.突变和自然选择驱动果蝇物种A和物种B的形成
B.自然选择使具有低表皮烃性状的果蝇适应潮湿环境
C.果蝇种群A和种群B交配减少加速了新物种的形成
D.mFAS基因突变带来的双重效应足以导致生殖隔离
【答案】 D
【解析】 突变为生物进化提供原材料,自然选择使种群的基因频率发生定向的改变并决定生物进化的方向,故突变和自然选择驱动果蝇物种A和物种B的形成,A正确;在潮湿环境中,低表皮烃个体因更高的存活率和繁殖力,其基因频率在种群中逐渐上升,即自然选择使具有低表皮烃性状的果蝇适应潮湿环境,B正确;果蝇种群A和种群B交配减少,导致种群间的基因交流减少,基因频率发生改变,最终形成生殖隔离,加速了新物种的形成,C正确;mFAS基因突变带来的双重效应不足以导致生殖隔离,生殖隔离需多因素协同作用,如基因库的长期积累、地理隔离、自然选择等,D错误。
二、协同进化和生物多样性
(2025·北京卷,T8)蝴蝶幼虫取食植物叶片,萝藦类植物进化出产生CA的能力,CA抑制动物细胞膜上N酶的活性,对动物产生毒性,从而阻止大部分蝴蝶幼虫取食。斑蝶类蝴蝶因N酶发生了一个氨基酸替换而对CA不敏感,其幼虫可以取食萝藦。下列叙述错误的是()。
A.斑蝶类蝴蝶对CA的适应主要源自基因突变和选择
B.斑蝶类蝴蝶取食萝藦可减少与其他蝴蝶竞争食物
C.N酶基因突变导致斑蝶类蝴蝶与其他蝴蝶发生生殖隔离
D.萝藦类植物和斑蝶类蝴蝶的进化是一个协同进化的实例
【答案】 C
【解析】 斑蝶类蝴蝶的N酶发生了一个氨基酸替换属于基因突变,自然选择保留有利变异,使其适应CA环境,A正确;斑蝶类蝴蝶幼虫取食萝藦后占据不同生态位,减少了与其他蝴蝶的食物资源竞争,符合生态位分化原理,B正确;生殖隔离是指不同物种间无法交配或产生的后代不育,仅N酶基因突变未直接导致生殖隔离,C错误;萝藦与斑蝶类蝴蝶相互影响、共同进化,体现了协同进化,D正确。
考点三 基因频率及基因型频率的计算
【夯实基础】
1.“定义法”求解基因频率
(1)某基因频率=某基因总数/全部等位基因数×100%。
(2)若在常染色体上,某基因频率=[某基因总数/(种群个体数×2)]×100%。
(3)若在X染色体上,某基因频率=[某基因总数/(2×女性个体数+男性个体数)]×100%。
2.“公式法”求解基因频率(以常染色体上一对等位基因A和a为例)
A基因频率=AA基因型频率+(1/2)×Aa基因型频率。
a基因频率=aa基因型频率+(1/2)×Aa基因型频率。
即PA=PAA+1/2PAa,Pa=Paa+1/2PAa。
3.利用遗传平衡定律计算基因型频率
(1)前提条件:a.种群非常大;b.所有雌、雄个体之间自由交配;c.没有迁入和迁出;d.没有自然选择;e.没有突变。
(2)计算公式
a.当等位基因只有两个(A、a)时,设p表示A基因的频率,q表示a基因的频率,则:
b.逆推计算:已知隐性纯合子的概率,求种群的基因频率和基因型频率。
若Paa=X%,则Pa=,PA=1-,PAA=(1-)2,PAa=2·(1-)。
4.自交与自由交配中基因频率的计算
【思考】
在种群足够大,没有突变发生,种群之间不存在个体的迁移或基因交流且没有自然选择的情况下,自交和自由交配对基因(型)频率分别有什么影响? 自交多代,后代基因频率不变,基因型频率改变,纯合子基因型频率升高。自由交配的种群,基因频率和基因型频率均不变 。
5.基因位于X染色体上时其基因频率和基因型频率相关的规律总结
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。
(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(若均为a)
应用:色盲在男性和女性中发病率的关系。
【深化探究】
一万多年前,某地区有四个湖泊(A、B、C、D),湖泊之间通过纵横交错的溪流连结起来,湖中有不少鳉鱼。后来,气候逐渐干旱,小溪流渐渐消失,形成了4个独立的湖泊(如图1),湖中的鱼形态差异也变得明显。设鳉鱼某对染色体上有一对等位基因A和a,该种群内的个体可自由交配,图2表示某段时间内D鳉鱼种群A基因频率的变化情况。
图1
图2
(1)溪流消失后,各个湖泊中的鳉鱼不再发生基因交流,原因是 。
(2)图2表示某段时间内种群A基因频率的变化情况,假设无基因突变,则该种群在 时间段内发生了进化,判断依据是 。
(3)在Y3~Y4时间段内,该种群中Aa的基因型频率为 。经历了图2所示变化后,D湖泊中是否产生了新物种? 。
(4)现在有人将四个湖泊中的一些鱼混合养殖,结果发现: A、B两湖泊的鳉鱼能进行交配且产生后代,但其后代高度不育,A、B两湖泊内鳉鱼的差异体现了 多样性。C、D两湖泊的鳉鱼交配,能生育具有正常生殖能力的子代,且子代个体间存在一定的性状差异,这体现了 多样性。
【答案】 (1)存在地理隔离 (2)Y1~Y3 种群中A基因频率发生变化 (3)42% 不确定 (4)物种 遗传(或基因)
【解析】 (1)溪流消失后,不同湖泊之间产生了地理隔离,使得各个湖泊中的鳉鱼不能发生基因交流。(2)生物进化的实质是种群基因频率的改变。由图2可知,鳉鱼种群的A基因频率在Y1~Y3时间段内发生变化,因此该种群在该阶段发生了进化。(3)该种群在Y3~Y4时间段内保持遗传平衡,A的基因频率是0.7,a的基因频率为1-0.7=0.3,故该时间段内Aa的基因型频率是2×0.7×0.3×100%=42%。生殖隔离是新物种形成的标志,图2所示时间段内该种群的基因频率发生了变化,说明D湖泊内的鳉鱼进化了,但不能确定是否形成了新物种。(4)A、B两湖泊的鳉鱼能进行交配且产生后代,但其后代高度不育,说明二者之间存在生殖隔离,它们属于两个物种,因此A、B两湖泊内鳉鱼的差异体现了物种多样性。C、D两湖泊的鳉鱼交配,能生育具有正常生殖能力的子代,说明它们属于同一个物种,子代之间存在一定的性状差异,这体现了生物多样性中的遗传(或基因)多样性。
【高考联接】
基因频率及基因型频率的计算
1.(2025·湖北卷,T16)若在一个随机交配的二倍体生物种群中,偶然出现一个有利突变基因,该突变基因可能是隐性基因或显性基因,具有突变表型的个体更容易生存和繁衍。图1与图2是在自然选择下突变基因的频率变化趋势图。据图分析,下列叙述正确的是()。
A.图1曲线在1 200代左右时形成了新物种
B.对比图1与图2,推测图1中有利突变基因为隐性基因
C.随着世代数的增加,图2曲线的峰值只能接近1,无法等于1
D.图2曲线在200~400代增长慢,推测该阶段含有利突变基因的纯合子占比少
【答案】 D
【解析】 据图分析,图1曲线在1 200代左右时有利突变基因频率接近1,种群基因频率改变,说明生物发生了进化,但新物种的形成通常需要生殖隔离的出现,仅基因频率变化不能直接证明新物种的形成,A错误;据图可知,图1中有利突变基因频率上升较快,而图2中有利突变基因频率初期增长缓慢但后期加速,据此推测图1中有利突变基因为显性基因,即该基因一旦发生突变,杂合子即可表现,B错误;图2曲线有利突变基因频率初期增长缓慢但后期加速,说明相关突变是隐性突变,由于其个体更容易生存和繁衍,显性个体被淘汰,因此最终可能导致峰值等于1,C错误;设相关基因是A/a,图2曲线在200~400代增长慢,可能是因为隐性基因的纯合子(aa)占比少,此时选择主要作用于杂合子(Aa),导致有利突变基因频率上升较慢,D正确。
2.(2025·安徽卷,T10)粗糙玉蜀螺是一种分布于海岸边的小海螺,其天冬氨酸转氨酶活性受一对等位基因Aat100和Aat120控制。至1987年,这对等位基因的频率在该种群世代间保持相对稳定(低潮带Aat120基因频率为0.4)。1988年,该螺分布区发生了一次有毒藻类爆发增殖,藻类分泌的藻毒素使低潮带个体大量死亡,而高潮带个体受影响较小,此后高潮带个体向低潮带扩散。1993年,种群又恢复到1987年的相对稳定状态。Aat120基因频率变化如图所示。下列叙述正确的是()。
A.1987年,含Aat120基因的个体在低潮带比高潮带具有更强的适应能力
B.在自然选择作用下,1993年后低潮带Aat100基因频率将持续上升
C.1988—1993年,影响低潮带种群基因频率变化的主要因素是个体迁移
D.1993年,含Aat100基因的个体在低潮带种群中所占比例为84%
【答案】 D
【解析】 1987年,低潮带的Aat120基因频率低于高潮带的,说明含Aat120基因的个体在高潮带比在低潮带具有更强的适应能力,A错误;1993年,种群又恢复到1987年的相对稳定状态,故在自然选择作用下,1993年后低潮带Aat100基因频率不会持续上升,B错误;1988—1993年,影响低潮带种群基因频率变化的主要因素是个体死亡,C错误;1993年,低潮带中Aat120基因频率为0.4,则Aat100基因频率为0.6,即60%,含Aat100基因的个体有纯合子和杂合子,可计算含Aat100基因的个体在低潮带种群中所占比例为60%×60%+2×60%×40%=84%,D正确。
实验10 探究抗生素对细菌的选择作用
【夯实基础】
1.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 耐药性 。在实验室连续培养细菌时,如果向培养基中添加抗生素, 耐药菌 有可能存活下来。
2.材料用具
3.实验步骤
4.实验结果
抑菌圈的直径随着传代次数增加而 减小 ,抑菌圈的逐代缩小说明细菌对抗生素的抗性逐代 增强 。
【高考联接】
实验的基本原理和过程分析及拓展
(2024·广西卷,T8)屠呦呦等科学家发现青蒿素,为全球疟疾治疗作出突出贡献。随着时间推移,发现疟原虫对单方青蒿素出现了一定抗药性,为了解决该问题,我国科学家继续研发出高效的青蒿素联合疗法并广泛应用。下列说法错误的是()。
A.疟原虫出现抗药性,说明疟原虫种群在进化
B.受单方青蒿素刺激,疟原虫产生了抗药性变异
C.若一直使用单方青蒿素,疟原虫种群抗药性基因频率会上升
D.青蒿素联合疗法可以有效地杀灭感染人体的抗药性疟原虫
【答案】 B
【解析】 疟原虫出现抗药性,说明在青蒿素的选择压力下,疟原虫种群中抗药基因频率在升高,这是生物进化的标志,A正确;使用单方青蒿素治疗疟疾时,单方青蒿素对疟原虫种群进行了选择,使得具有抗药性的疟原虫得以生存和繁殖,该过程中单方青蒿素不起诱导变异的作用,B错误;若一直使用单方青蒿素,由于青蒿素对疟原虫的选择作用,具有抗药性的疟原虫将更容易生存和繁殖,疟原虫种群中抗药性基因的频率会逐渐上升,C正确;青蒿素联合疗法通过使用多种药物来共同作用于疟原虫,从而有效地杀灭感染人体的抗药性疟原虫,这种方法可以解决因长期使用单方青蒿素而产生的疟原虫抗药性问题,D正确。
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