生物进化的原因

生物进化的原因 第一课时 ?教学目标 知识目标 1(了解英国曼彻斯特地区的两种桦尺蠖的数量随环境变化而改变的事例。 2(模拟保护色的形成过程，分析生物进化的原因。 能力目标 通过对事例的分析，养成运用生物知识分析生活中现象的能力。培养实际操作及动手能力。 情感目标 通过对生物进化事例的分析，使学生形成环保意识，以及环保的重要意义。 ?教学重点 1(模拟保护色的形成过程的探究实验。 2(通过模拟实验分析生物进化的原因。 ?教学难点 由模拟保护色的形成过程，分析生物进化的原因。 ?教学方法 实验式、启发式、演示式、谈话式。 ?教具准备 1(教师准备:有关英国曼彻斯特地区桦尺蠖颜色变化的图片及资料的多媒体课件;有关保护色的多媒体课件。 2(学生准备:彩色布料或彩纸(单色);彩色小纸片(大量)。 ?课时安排 1课时 ?教学过程 ,复习旧课，导入新课, 教师:上节课我们学习了生物进化的大致历程，对于生物进化的大致过程我们有了简单的了解，接下来让我们一起复习上节的有关 内容 财务内部控制制度的内容财务内部控制制度的内容人员招聘与配置的内容项目成本控制的内容消防安全演练内容 。 注:教师打开投影片 投影片: 1(请简单描述动物进化的大致过程。 2(请简单描述植物进化的大致过程。 3(根据动植物进化的大致过程，试总结生物进化的一般规律。 (学生回答) 学生1:动物的进化过程是从单细胞动物开始，逐渐进化为腔肠动物、扁形动物、线形动物、软体动物、环节动物、节肢动物、棘皮动物、鱼类、两栖类、爬行类、鸟类，最后到哺乳动物。 学生2:植物进化的过程:从蓝藻开始，逐步进化为藻类植物、苔藓植物、蕨类植物、裸子植物，最后出现发达的被子植物。 学生3:一般来说，生物进化的总趋势是从简单到复杂，从水生到陆生，从单细胞到多细胞，从低等到高等的。在漫长的进化过程中，既有新的生物种类产生，也有一些生物种类绝灭。各种生物在进化过程中形成了各自适应环境的形态结构和生活习性。 注:对学生的回答未完整的，教师可让其他同学完善、补充。最后对全体回答问题的同学给予鼓励性、赞赏性的评价。 ,讲授新课, 教师:通过上节课的学习，我们知道生物进化的过程中，不断有新物种的产生和老物种的灭绝。这是为什么呢,推动生物不断进化的原因是什么呢,对于这些问题，人们提出了各种不同的解释。从18世纪后期开始有很多人探讨此问题。首次提出系统进化学说的是19世纪初的拉马克，他提出用进废退和获得性遗传的法则。半个世纪后，即1859年，科学的生物进化论诞生了，主要代表是达尔文提出自然选择的学说，关于他及他的学说我们下节课学习。最终发展成现代的科学形态是在孟德尔的遗传学创立之后。今天，我们学习生物进化的原因，主要是以这三位生物学家提出的观点为依据的。借着前人的“肩膀”，我们通过下面一个实例来分析生物进化的原因。 注:教师播放多媒体课件，并板书。 多媒体课件:(有关内容) 先播放对照图片，图下为相关资料及讨论题。 (资料内容) 18世纪的英国曼彻斯特地区，山清水秀，绿树成荫，那里的森林及农田生活着一种桦尺蠖(huò)，其成虫是一种飞蛾，其名为椒花蛾。它们夜间活动，白天休止，通常栖息在有地衣覆盖的树干和石块上。到1848年，有关椒花蛾的报道都是浅色的。直到1850年在英国工业中心曼彻斯特才第一次报道有黑色型突变。随着英国工业化的日益扩大，烟尘和废气开始污染工业城市和近郊，使地衣不能生长而树皮裸露，椒花蛾栖息的背景由浅色地衣变为深色树干，于是黑色椒花蛾逐渐增加，在曼彻斯特达到90%以上，而在未受污染的农业区主要仍是浅色型。科学家们做了这样一个实验:他们先把数量相等的浅色的桦尺蠖和深色的桦尺蠖同时放到树干上，然后用望远镜观察到树干上所发生的情况。一群爱吃桦尺蠖的鸟儿飞过之后，他们发现，浅色桦尺蠖所剩无几，而大部分深色桦尺蠖却逃过了这场灾难。 讨论题: 1(黑色桦尺蠖的出现对于后代的生存有何意义, 2(黑色桦尺蠖的数量由少数逐渐变为多数，而浅色桦尺蠖数量的减少，主要是受什么的影响, 3(请你试着解释桦尺蠖体色变化的原因,你从中受到哪些启发, 板书:第三节 生物进化的原因 一、分析生物进化的原因 注:学生讨论后回答。 学生1:黑色桦尺蠖的出现属于自然变异的结果，在环境改变的情况下这种突变对其后代的生存是有利的。 学生2:黑色桦尺蠖数量逐渐增加，由少数变为常见类型，主要受环境的影响，一方面工厂排出的烟煤杀死了地衣，使树皮变黑;另一方面桦尺蠖的天敌决定桦尺蠖的不同颜色的数量。 学生3:桦尺蠖体色变化是由于体内的遗传物质发生变异，而且变异的性状传给了后代;并且是在外界环境变化及天敌的影响下，变异个体逐渐增加的结果。我认为:工厂排放出的煤烟是导致桦尺蠖颜色改变的关键，说到底是环境污染迫 使生物性状发生改变。所以，在工业高度发达的今天，更应注重环境保护，减少工业“三废”对环境的污染。 注:教师对作答的同学给予鼓励性、赞赏性的评价，可倾听多数同学的回答，直到较满意的答复。 教师:通过对桦尺蠖体色变化的分析，我们知道了“遗传和变异”是桦尺蠖体色变化的基础，而环境的改变是它体色变化的外在动力。如果要使英国曼彻斯特地区的浅色的桦尺蠖又重新恢复为常见类型，你认为该怎样做, 学生:我们应关掉曼彻斯特周围的工厂，保持桦尺蠖生活区域内清洁的空气，保持天敌的数目不变。这样浅色桦尺蠖便成为常见类型。 教师:由桦尺蠖体色变化的分析，我们可推想生物圈中不同种类生物的进化原因，是否与这一事例相类似呢, 学生:是。 教师:尽管我们不能重复桦尺蠖体色变化的整个过程，但我们可以设法模拟。模拟探究有助于你对这一现象的理解以及对生物进化原因的直观印象和深层次的理解。 在模拟探究之前，我们先了解自然界中几种常见的利用保护色捕食或防御敌害的例子。 注:打开多媒体课件(关于雷鸟、变色龙等体色随环境而变化;或者枯叶蝶、菜青虫、青蛙等在不同环境中的体色对比)。 教师:图中动物的体色与周围环境的色彩非常相似，这就是保护色。具有保护色的动物不易被其他动物发现，这对它躲避敌害或者捕食猎物是十分有利的。这种保护色是如何形成的,接下来我们模拟保护色的形成过程来探究保护色是如何形成的。 注:教师在做此实验前需强调以下注意事项: 1(全班分组，各组员统一听从组长的指挥。 2(不论彩色布料或彩纸颜色必须单一，每小组所选颜色可不一样;彩色小纸片颜色应多样化，但其中之一最好与彩色布料或彩纸的颜色一致或相近。 3(提醒学生在实验时一定要把自己想象成“捕食者”，在选取彩色小纸片时，不要事先观察小纸片的位置，一定不要特意寻找某一种颜色的小纸片。 4(要及时记录小纸片的数量，并进行分析。 5(分析探究后面的讨论题。 实验讨论完毕。各小组汇报其探究结果。 学生1:通过5代的筛选，幸存者数最多的是红色，因为我们组的布料是红色的。 学生2:我们组的结果是:蓝色数量最多，与布料的颜色一致。 学生3:通过5代筛选，幸存者数最多的是与布料颜色相近的粉红色。 „„ 注:教师引导学生回答讨论2、3、4题。 学生1:在第一代与第二代之间代表生物多样性的彩色纸片颜色种类很接近。而到了第五代，彩纸片的颜色种类大大减少，只保留与布料颜色相近的几种。 学生2:我们组黄色在“幸存者”群体中没有代表。因为我们组所用的布料是红色的，黄色纸片放在上面对比非常明显，所以“捕食者”最先将黄色捕捉。 学生3:我认为保护色的形成过程与它的天敌和周围环境有关系。与环境颜色较接近的就不容易被天敌发现，反之则易被捉住。这样与环境相适应的生物得以繁衍，它的体色便成了保护色。推动生物进化的动力是环境的改变，遗传与变异是基础。 注:教师应针对学生的回答给予客观、公正、鼓励性的评价，对回答不完善的同学给以补充。 教师:保护色的形成过程是与周围环境相适应的结果。这是自然环境对生物进行选择的一个方面。除了保护色之外你还能举出其他方面的例子吗, 学生:有一种蝴蝶，它的翅膀展开很像眼镜蛇体表的花纹，这样它可以避免它的天敌一种鸟的捕食。 教师:这是一种警戒色。 学生:有一种竹节虫，它的躯体与四肢修长。当爬在竹上，如果不动我们很难发现它。这也许是它存活下来的一个原因。 教师:这是一种拟态，模拟与周围相似的物体，不易被其天敌发现。像保护色、拟态、警戒色等都是在生物进化过程中，通过长期的自然选择而逐渐形成的适应性特征。由此，我们可以看出自然选择在生物进化的过程中所起的作用，生物只有适应不断变化的环境才能生存和繁衍。 最后，根据本节所学的知识，请大家总结生物进化的原因。 注:可以让学生讨论总结。教师补充完善并板书。 板书:1(生物进化的基础:遗传与变异。 2(生物进化的外在动力:环境的改变。 3(生物只有适应不断变化的环境才能生存和繁衍。 ,课堂小结, 教师:通过对英国曼彻斯特地区的两种桦尺蠖的数量随环境变化而改变的事例分析，以及模拟保护色的形成过程的探究，初步了解了生物进化的原因。简单地可归纳为两个方面:一是生物进化的动力即环境的改变;二是生物进化的基础即遗传与变异。生物只有适应不断变化的环境，才不会被淘汰，才能得以生存与繁衍。 ,巩固练习, 一、选择题 1(某些蛾类的幼虫的体表长有毒毛，但色彩鲜艳、有斑纹，像这些有毒刺或恶臭的动物所具有的鲜艳色彩和斑纹，叫做( ) A(保护色 B(拟态 C(警戒色 答案 八年级地理上册填图题岩土工程勘察试题省略号的作用及举例应急救援安全知识车间5s试题及答案 :C 2(导致桦尺蠖体色变化的动力原因是( ) A(环境的改变 B(体色的变异 C(体色的遗传 答案:A 3(在进行模拟保护色的探究活动中，“你”扮演的角色是( ) A(猎物 B(捕食者 C(幸存者 答案:B 二、思考题 4(通过模拟保护色的探究活动，试着分析生物进化的原因。 答案:遗传和变异是生物进化的基础，在外界环境改变的情况下，只有适应才能生存和繁衍。 ?板书设计 第三节 生物进化的原因 一、分析生物进化的原因 1(生物进化的基础:遗传与变异。 2(生物进化的外在动力:环境的改变。 3(生物只有适应不断变化的环境才能生存和繁衍。 ?备课资料 1(保护色、拟态和警戒色 (1)保护色 有些动物之所以不容易被发现，是因为它的体色与环境的色彩很相似。动物适应栖息环境而具有的与环境色彩相似的体色，叫做保护色。保护色对于动物躲避敌害或猎捕其他动物都是有利的。具有保护色的动物有很多。例如，大多数昆虫的体色往往与它们所处环境中的枯叶、绿叶、树皮、土壤等物体的色彩非常相似。生活在绿色草地和池塘中的青蛙，背部是绿色的，活动在山间溪流石块上的棘胸蛙却是深褐色的，而树蛙则随着它所栖息的树种不同而具有不同的体色。生活在北极地区的北极狐和白熊，毛是纯白色的，与冰天雪地的环境色彩协调一致，这有利于它们捕食动物。 有些动物在不同的季节具有不同的保护色。例如，生活在寒带的雷鸟，在白雪皑皑的冬天，体表的羽毛是纯白色的，一到夏天就换上棕褐色的羽毛，与夏季苔原的斑驳色彩很相近。有些蝗虫在夏天草木繁盛时体色是绿色的，到了秋末则变为黄褐色。 (2)警戒色 某种蛾类幼虫的体表色彩鲜艳，有斑纹，很容易被食虫鸟类发现。那么，这会不会对它们自身不利呢,再仔细观察一下，就会发现它们的体表长着毒毛。如果这些幼虫被鸟类吞食，这些毒毛就会刺伤鸟的口腔黏膜，吃过这种苦头的鸟再见到这些幼虫就不敢吃它了。像蛾类幼虫这样，某些有恶臭或毒刺的动物所具有的鲜艳色彩和斑纹，叫做警戒色。黄蜂腹部黑黄相间的条纹，有些毒蛇体表的斑 纹，等等，都是警戒色。警戒色的特点是色彩鲜艳，容易识别，能够对敌害起到预先示警的作用，因而有利于动物的自我保护。 (3)拟态 竹节虫的形态与树枝特别相似，几乎能以假乱真，因而很难被敌害发现。像这样，某些生物的外表形状或色泽斑纹，与其他生物或非生物非常相似的状态，叫做拟态。在丰富多彩的生物界，拟态的例子是很多的。例如，尺蠖的形状像树枝，枯叶蝶停息时的模样像枯叶(翅的背面比腹面颜色鲜艳，在停息的时候两翅合拢，现出枯叶的模样)。有的螳螂成虫的翅展开时像鲜艳的花朵，若虫的足像美丽的花瓣，可以诱使采食花粉的昆虫飞近，从而将这些昆虫捕食。蜂兰的唇形花瓣常常与雌黄蜂的外表相近，可以吸引雄黄蜂前来“交尾”。雄黄蜂从一朵蜂兰花飞向另一朵蜂兰花，就会帮助蜂兰花传粉。 保护色、警戒色和拟态等，都是生物在进化过程中，通过长期的自然选择而逐渐形成的适应性特征。 2(染色体突变 染色体突变(chromosomal aberration)也称染色体畸变或异常。它是指染色体数目、大小和结构的改变。染色体突变和基因突变一样，也是产生遗传变异的重要原因。 基因突变大都是DNA分子上碱基的变化，染色体突变则是整个DNA分子在较大范围内的变化，也就是说它有许多基因参与。因此，对生物表型变异的影响也较大。例如，德弗里斯(H(de Vries)关于月见草(Oenothera odorata)显著变异的著名试验，就是由染色体突变所引起的。基因突变通常发生在遗传物质复制的过程中，染色体突变一般发生在细胞核分裂的过程中，特别是减数分裂期间。 不同生物的染色体在数目、大小和结构上都不相同。例如马蛔虫(Parasaris univalens)有1对染色体，蝶(Lysandra atlantied)大约有220对，有些羊齿类植物〔如羊齿草(Ophiaglossum reticulatum)〕则超过600对。但染色体数目的多少与生物的亲缘程度无直接联系。同样的哺乳类，袋鼠是11对，而狗则是39对。 (1)染色体结构的变化 缺失 染色体上丢失一个片段(图1)，也即是一个或几个基因的丢失。一般认为，缺水部分如果较大，个体不能成活。最早证明染色体突变的证据是缺失，如布里奇斯(C. B. Bridges,1917)通过果腹果蝇获得缺刻翅的表型。一种称人类的猫叫综合征(Criduchat syndrom)就是第5染色体短臂的杂合缺失所致。此病的特征是小头、严重的生长异常和智力呆滞。患者通常不能活到成年。人类其他染色体如第4、13和18上的杂合缺失，也都伴有生理和智力上的缺陷。 重复 即染色体的某些片段有所增加(重复)。基因重复对个体生活影响不大或无影响，但在进化上可能有重要作用。 倒位 即染色体内部结构的顺序发生颠倒。倒位不改变染色体及其上面基因的数目。假如一条染色体上基因的顺序是ABCDEF，BCD片段的倒位就在染色体上形成ADCBEF的顺序(图2)。臂间倒位的片段包括着丝粒，臂内倒位则不包括。 易位 即非同源的染色体片段出现了交换。这种染色体片段的交换称相互易位，如一个片段移动到同一染色体的新位置上，或不同染色体上。如不出现相互交换称非相互易位，有时也称转位。 (2)染色体数目的变化 有些变化不改变遗传物质的总量(融合和断裂)(图3);有些则在总量上有所改变(非整倍体、单倍体和多倍体)(图4)。 着丝粒融合 即两条非同源染色体的整个或大部分合并成一条，丢去一个着丝粒，染色体数目也为此而减少。 着丝粒断裂 即一条染色体断成两段，它必须产生出一个新的着丝粒，否则细胞分裂时会丢失没有着丝粒的那条染色体。 非整倍体 即一套正常的染色体中丢失或增加一条或数条染色体。如缺失、单体、三体和四体等等。其中所谓三体即额外增加的一条染色体。人类的第一例非整倍性，即证明唐氏(Down)综合征病人是第21染色体三体。21三体综合症又称先天愚型，此病的原因即在21号染色体上多一条。 单倍体和多倍体 二倍体(2n)细胞的某同源染色体只有1个(2n-1)或在3个以上的现象。假如有3套染色体即称三倍体，4套者称四倍体，依此类推。多倍体较普遍的形式是染色体的套数乘2，也即四倍体、六倍体、八倍体，它们分别有4套、6套、8套染色体。 多倍体在某些植物群中很普遍，动物中则较少见。 3(基因重组 基因重组(gene recombination)是通过有性过程实现的。我们已知，任何一个基因的表型效应不仅决定于基因本身，还决定于基因之间的相互作用。因此，通过有性过程所实现的基因重组，虽然不改变基因本身，但新的组合可导致新的表型。在有性过程中，由于亲本具有杂合性(hybridity)，由此而发生的遗传基础的重组合，就会产生丰富的遗传变异。这也就是为什么有性生殖比无性生殖具有优越性的原因, (1)基因重组的分类 连锁互换 这类重组是同源染色体基因相互交换所发生的重新组合。它是较为稳定的重组。 自由组合 由它所形成的重组是不同对染色体的随机组合。 转座因子改变位置 细胞中能改变自身位置的一段DNA序列称转座因子(transposable element)。它从染色体一个位置转移到另一位置，或者从质粒转移到染色体上，从而产生变异。第一个转座因子是麦卡林托克(B. McClintock,1951)从玉米中发现的，她认为遗传基因可以转移，从染色体的一个位置跳到另一个位置，所以转座因子也称跳跃基因(jumping gene)。转座因子还具有控制其他基因开闭的作用，因为当它们插入某些基因，如影响玉米籽粒颜色的基因附近时，能在玉米籽粒发育期间改变其颜色图型，所以转座因子又可称为控制因子(controlling element)。目前已很清楚，原核生物和真核生物中都具有转座因子，例如多种细菌质粒、大肠杆菌、啤酒酵母(Saccharomyces cerevisiae)、果蝇等。这方面的材料可能与物种形成关系较大。 (2)基因重组与变异多样性 基因重组而引起变异的多样性，可以自由组合为例。一对等位基因可能形成1的基因型是3种(3): AA Aa aa 2 2对等位基因可以产生的基因型是9种(3): AABB AABb AAbb AaBB AaBb aaBB aaBb Aabb aabb n10 根据3，如有10对等位基因，那么就可得到3,59049种重组的基因型。10其中有2个是纯合型，其余全部是杂合型。如果考虑到复等位基因的存在，那么多样性就更丰富了。而且自然界里的植物和动物，除少数例外都有，少则上百个或上千个，多则上百万个基因。由此不难设想，杂交产生的个体间为什么没有两个完全相同的个体，以及由杂交产生后代的生物类群间为什么是多种多样的道理。 此外，还有细胞质基因突变。细胞质里也有遗传物质，如线粒体、叶绿体中各有自己的染色体和DNA，它们控制着细胞器的正常结构和功能。这些基因也和核内遗传物质一样，能发生突变，导致遗传变异。例如，某些植物的叶绿体基因突变，就会出现一系列的突变型。酵母菌中某些线粒体基因发生突变，影响有氧呼吸功能，也能产生一些小菌落突变型。这些突变型在一定条件下，都能正常生活，传留后代。 细胞质突变引起的遗传变异与细胞核相比虽然要少得多，但它有自己的连续性和相对自主性。这也是值得注意的一种机制。 4(遗传变异在群体中的保存 遗传变异产生后，在当时的环境中通常并不适宜。那么为什么这些变异没有被淘汰呢,这便需要讨论它们在群体中的保存问题。关于这点，有如下几种解释: (1)杂种优势 认为杂合体(Aa)的生存和繁殖较纯合体(AA或aa)更有利，因此等位基因A或a就不会被排除。这种机制最明显的例子，便是我们前面提到过的镰刀型血红蛋白贫血症。如前所述，这种遗传病是由于血红蛋白突变引起的。这类疾病盛行于赤道非洲和中东地区。既然病者细胞基因(s)(它的等位基因可写作S)明显不利，为什么在上述地区的有关基因的杂合子(Ss)可以相当高(高达30%,40%)呢,原来这种杂合体对该地区的重要致命疾病——疟疾具有抵抗力。这是因为杂合型个体Ss的红细胞容易形成狭小的镰刀形状，不利于疟原虫寄生，因此不怕疟疾侵袭。也就是说，在恶性疟病流行区，正常的纯合体(SS)容易死于疟病;贫血症纯合体(ss)，死于贫血;杂合体(Ss)则能健康生存。它们的这种优势即称杂种优势(heterosis,hybrid vigor)。某些生物正是凭着这种方式使许多变异保存于种群的基因库中。 (2)多样化选择 假如一物种面临多种复杂环境，那么突变和选择会使基因库发生分化，于是有许多变异型或等位基因可适应不同的小环境。近期的研究表明，由不同的等位基因所编码的变异酶，其催化效率、对温度和酸碱的敏感性以及对其他环境因素的反应都不相同，从而使它们变得易受自然所选择。例如，果蝇(Drosophila melanegaster)生长在较温暖地区，种群中会出现较多的乙醇脱氢酶的变异体，它们比生长在较寒冷地区的种群更能抗热。总之，生长在较复杂环境里的种群，可通过多样化选择，保持较高的变异性。 (3)频率相依选择 这是一种保持复等位基因的机制，认为等位基因在种群中的频率受环境变化而有波动。当它们不适合环境时，高的频率会很快减少，但达到某一最低点时其频率就趋向稳定而不再下降，也就是说，环境压力无法对低频率的变异体发生作用，因此有些变异就可得到保留。 总之，群体中的遗传变异为生物进化提供大量的机会，每当出现新的恶劣环境时，如气候变坏、捕食者入侵、竞争者迁入或人为的污染，生物群体往往都有一定的适应能力，这早已成为现实。 第二课时 ?教学目标 知识目标 1(了解达尔文及他的进化思想。 2(概述自然选择学说，形成生物进化的基本观点。 能力目标 培养学生收集、分析资料的能力。 情感目标 通过对达尔文的故事的学习，培养学生尊重客观事实，热爱科学，献身科学的态度。 ?教学重点 1(概述自然选择学说。 2(通过对达尔文进化思想的学习，形成生物进化的基本观点。 ?教学难点 概述自然选择学说。 ?教学方法 分析法、谈话法、归纳法。 ?教具准备 教师准备:投影片(有关自然选择学说的内容)。 ?课时安排 1课时 ?教学过程 ,复习旧课，导入新课, 教师:上节课我们通过对英国曼彻斯特地区桦尺蠖体色变化的分析，以及模拟保护色的探究活动，了解生物进化的原因。哪位同学试着分析一下生物进化的原因。 学生:导致生物进化的基础是遗传与变异，动力是环境的改变，生物只有适应不断变化的环境才能生存和繁衍。 教师:我们所了解的这些观点主要来自于达尔文的自然选择学说，他的进化思想是以大量的事实为依据，因此，具有科学性、客观性的特点，也就被广大的科学家及人们所接受。那么达尔文和他的进化思想是怎样产生的呢,接下来大家先阅读64页“科学家的故事”，你会从中找到答案的。 ,讲授新课, 注:学生阅读，教师板书，同时打开幻灯机。 板书:二、了解达尔文和他的进化思想。 投影片: 1(达尔文花费毕生的精力著成了一部巨著是什么,在这部书中他提出了什么样的进化观点, 2(通过对达尔文小故事的学习，你受到哪些启发, 注:学生阅读完讨论后回答。 学生1:达尔文的巨著是《物种起源》;在此书中他提出了自然选择学说，并认为生物是逐渐进化的。 学生2:我们应学习达尔文认真观察、不怕吃苦、勤于思考、勤于实践、不断探索的精神以及尊重客观事实、热爱科学、献身科学的态度和精神。 注:教师对学生的回答给予赞赏性评价。通过第2小题的回答引起学生热爱科学，献身科学情感上的共鸣。 教师:了解了达尔文这位伟大的科学家历经千难万苦，呕心沥血完成巨著《物种起源》，你们想了解他在这本书中提到的被人们普遍接受的一种进化学说——自然选择学说，这个观点的主要内容就在咱们书上62页。好，大家抓紧时间将它迅速阅读，然后看投影片上的问题。 注:教师板书，并打开投影片。 板书:三、自然选择 投影片: 1(你是如何理解生物普遍具有很强的繁殖能力的, 2(生物的繁殖能力是如此强大，但是事实上每种生物的后代能够生存下来的却很少，这是什么原因呢, 3(引起生物变异的根本原因是环境条件的改变。有的变异可以遗传，有的不能够遗传。但哪些变异可以遗传呢, 4(试着概括达尔文的自然选择学说。 5(对于长颈鹿长颈的形成原因，请用自然选择学说解释。 6(课后练习2题。 7(练习3题。 8(练习4题。 9(练习5题。 注:学生讨论完毕，进行回答。 学生1:比如:大象是一种繁殖很慢的动物，但是如果每一头雌象一生(30,90岁)产仔6头，每头活到30岁，而且都能进行繁殖的话，那么到750年以后，一对象的后代就可达到1900万头。因此，按照理论上的计算，就是繁殖不是很快的动物、植物，也会在不太长的时期内产生大量的后代而占满整个地球。可见，生物普遍具有很强的生殖能力。 学生2:虽然每种动物的繁殖能力很强，但生物赖以生存的食物和空间都是非常有限的，任何生物要生存下去，就得为获取足够的食物和空间而进行生存斗争。由于生存斗争，导致生物大量死亡，结果只有少数个体生存下来。 学生3:达尔文认为，在自然界中，生物个体都有遗传和变异的特性，只有那些具有有利变异的个体才能在斗争中生存下来，并将这些变异遗传给了下一代;而具有不利变异的个体则容易被淘汰。这就是适者生存，不适者被淘汰的自然法则。 学生4:达尔文的自然选择学说其主要内容有四点:?过度繁殖;?生存斗争;?遗传和变异;?适者生存。 注:教师对这几位同学的回答给予补充，回答准确的给予肯定、鼓励。同时教师可将第四位同学概括的内容让其板书到黑板上。回答继续进行。 板书:主要内容有四点:过度繁殖、生存竞争、遗传变异、适者生存。 学生5:自然选择学说是这样解释的:古代长颈鹿的长颈与短颈可以遗传。当环境发生变化，比如缺乏青草的时候，颈长的可以吃到高处的树叶得以生存下来，繁衍后代。而颈短的因为吃不到树叶，活下来的数目很少，其后代也更少，许多代以后，短颈的就被淘汰。所以我们今天看到的长颈鹿都是长颈的。 学生6:这是因为人工选择的结果，与自然选择相比，人们根据自己的需要和爱好有目的的选择可以加快生物演变的历程，缩短生物演化的时间。 学生7:这是自然选择的结果。由于这些海岛上经常刮大风，那些有翅能飞但翅膀不够强大的昆虫，就常常被大海吹到海里，因而生存和繁殖后代的机会就少。而无翅或残翅的昆虫由于不能飞翔，就不容易被风吹到海里，因而生存和繁殖后代的机会就多。经过一段时间的自然选择之后，岛上无翅的昆虫就特别多。 学生8:刚开始青霉素可以杀死大多数类型的细菌。但少数细菌由于变异而具有抵抗青霉素的特性，不能被青霉素杀死而生存下来，并将这些特性遗传给下一代。因此，下一代就有更多的具有抗药性的个体，经过青霉素的长期选择，使得有的细菌不再受其影响了。 学生9:自然选择留下来的变异并不都有利于生物生存，由于生物的变异偶然性很大，而且是不定向的。比如，在我们现代人后代中也会出现返祖现象。第二小题也不对。因为它们体表长有毒毛，食虫鸟吃后就很“痛苦”;而又由于它们体表颜色鲜艳，斑纹明显，很容易被食虫鸟辨认出来。吃过这种虫的鸟会告知它的邻鸟及它的后代，所以它的后代在取食时，便不再食这种蛾类幼虫。而这些幼虫将得以生存。这是自然选择的结果。 注:由于这几道练习题有一定难度，学生在回答时，须先提示。对于回答不完善的应给予完善、补充，并对积极回答问题的同学给予客观、肯定性的评价。 教师:通过分析与思考，我想大家已对达尔文的自然选择学说有了较深的理解。根据你对本节内容的理解，如何理解自然选择, 学生:自然选择就是指自然界中的生物，在生存斗争中，适者生存，不适者被淘汰的现象。 教师:概括得很好。生物的进化就是通过遗传变异和自然选择来实现的。 ,课堂小结, 教师:通过本节课的学习，我们对达尔文的自然选择学说有了大概了解。它的主要内容可概括为:过度繁殖、生存竞争、遗传变异、适者生存。从这一学说中我们吸收了生物进化的思想，这对于我们认识身边的事物和自然界有着重要意义，把我们从“神造人”的谬论中解放出来。 ,巩固练习, 一、看谁做得对 1(使用某种农药来防治某种害虫，开始效果很显著，但长期使用以后，效果就越来越差。原因是( ) A(害虫对农药进行了定向选择 B(害虫对农药产生了定向变异 C(害虫对农药产生了隔离 D(农药对害虫的抗药性变异进行了定向选择 答案:D 2(在俄罗斯北部的苔原地带，生活着一种棕熊，为了获得食物，有时与狼群进行争斗。这种现象属于( ) A(种内斗争 B(种间斗争 C(与外界环境之间的斗争 D(三者都有 答案:B 二、思考题 3(家牛与野牛相比发生了较大的变异，请解释其原因。 答案:这是因为人工选择的结果，与自然选择相比，人们根据自己的需要和爱好有目的的选择可以加快生物演变的历程，缩短生物演变的时间。 4(如果一只猫一年可繁殖1胎，假如每胎4只，雌雄各半，小猫一年后性成熟又能繁殖小猫，问四年后一只猫的后代有多少只,为什么现有猫的数量始终维持在一定的范围内, 答案:四年后一只猫的后代是32只。由于猫与猫之间要争夺食物，食物不足，导致猫数量减少;猫与其他食肉动物之间也要竞争食物与领地等;猫的数量受人为影响与控制。所以受多种因素的影响，猫的数量不会无限制地增加。 ?板书设计 第三节 生物进化的原因 二、了解达尔文和他的进化思想 三、自然选择 主要内容有:过度繁殖 生存竞争 遗传变异 适者生存 ?备课资料 1(达尔文进化论 (1)达尔文认为，世界不是静止的，而是进化的。物种不断地变异，新种产生，旧种消灭。人们无论从什么地方看生命的自然界，都会发现非用进化原理来说明问题，否则就毫无意义。化石资料对此作了极好的证明。正如达尔文说:“虽然许多情况现在还是隐晦不明，而在未来的长时期内也未必清楚，但是经过了我所能做到的最审慎的研究和冷静的批判，可以完全无疑虑地断言，许多自然学者直到最近还保持的、也是我过去所接受的那种观点——每一物种都是个别创造出来的——是错误的。我完全相信，物种不是不变的，那些所谓属于同属的物种，都是另一个一般已经灭亡的物种的直系后代，正如现在会认为某一个种的那些变种，都是这个种的后代。” 上述观点与拉马克进化论是一致的。 (2)生物进化是逐渐和连续的，其中不存在不连续的变异或突变。达尔文指出:“自然选择只能通过累积轻微的、连续的、有益的变异而发生作用，所以不能产生巨大的或突然的变化，它只能通过短且慢的步骤发生作用。因此，‘自然界没有飞跃’这个趋向于为每次新增加的知识所证实的原则，根据这个学说是可以理解的。” 这一观点，与拉马克学说也相一致。 (3)生物之间都有一定的亲缘关系，它们有着共同的祖先。例如，一切昆虫都有它们的原始祖种，一切哺乳动物也源于共同的祖先，其他的种群也都这样。达尔文的这一论述，与拉马克的多元论不同，它是属于一元论的范畴。 (4)自然选择(natural selection)是变异(variation)的最重要的途径。在人工选择(artificial selection)中，起主导作用的是人，而在自然选择中，起主导作用的则是自然界。达尔文学说表明，生物都具有繁殖过剩(overproduction)的倾向，即每个物种产生比能生存的多得多的后代。同时，它们的个体数都保持相对的恒定。但生物的生存空间和食物都是有限的，所以它们必须为生存而斗争。达尔文所讲的生存斗争或生存竞争(struggle for existence)包括种内斗争、种间斗争和生物跟无机环境的斗争三个方面。在同一群体的不同个体之间具有不同的变异，有些变异对生存比较有利，有些则不利。在生存斗争中就出现适者生存、不适者淘汰的现象。上述的过程就是达尔文所说的自然选择。 生物经自然选择后的有利性状为什么会在后代中得到保留并发展成新种呢,达尔文对采用了拉马克获得性状遗传的原理作了解释。达尔文还认为，自然环境变化大都是有方向的。因此，经过长期的有方向的选择，即定向选择(directed selection)微小的变异得到累积而成为显著的变异，最终可能导致新种的形成。上述内容可作如下表示: 在上述4点中，第1、2、3点讲的是进化思想;第4点实际讲的是进化机制，它是达尔文学说的核心内容。 2(自然选择的概念 自然选择学说是达尔文进化论的核心理论，也是现代达尔文主义的主要依据。达尔文认为，自然选择即最适者生存(survival of the fittest)，它是指适合于环境条件(包括食物、生存空间、风土气候等)的生物被保留下来，不适合者则被淘汰的现象。自然选择是在生存斗争中实现的，它通过对微小的有利变异的积累而促进生物进化。由于人类历史是“瞬息间的事”，因此一般只能看到选择的结果，而觉察不到这一缓慢变化的过程。 达尔文又说，他提出的“自然选择”这一名词并不确切，只仅仅是为方便而采用的比喻语句。自然界里并不存在有意识的选择，自然只是起着选择的作用而已。为此，达尔文写道:“我所谓的自然，是指许多自然定律的综合作用及其产物。所谓定律，是指我们所能证实的各种事物的因果关系。” 对于自然选择这一经典的概念，现代进化论有了新的认识。 首先，对“最适者”的理解问题。自然选择只作用于表型，即是个体的性状。但从进化的角度来说，只有当这种表型能遗传时才有意义。换句话说，虽然对生存有利，但如果不能繁衍后代，那么有利于生存的基因或基因型也就会随个体的死亡而消失。应当说，那些能留下最多后代的类型才是“最适者”，仅仅如马尔萨斯式的争斗胜利者并不一定是最适者。与达尔文差不多时期的哲学家斯宾塞(H(Spenser)，把适者生存理解为“优胜劣败”，这是不全面的。 其次，关于进化的单位问题。由于突变和基因重组，有性繁殖的个体不能保持其基因型的稳定地延续。只有相互繁育的群体(即孟德尔式的群体)才能保持一个相对稳定的基因库。也就是说，一个个体如果在遗传上发生有利生存的变异，有关的基因必须在群体里逐渐扩散，逐渐取代原有的基因，这样新的生物类型才能形成。因此，进化的基本单位不是个体而是群体(种群)。达尔文虽然重视群体的作用，但他无法了解群体遗传学上的这类原理。 第三，关于选择的模式问题。按达尔文理解，所谓选择就是去掉有害、保留有利性状的过程。现代进化论研究表明，除了消除有害等位基因的正常化选择模式外，自然界中还存在着多种其他的选择模式或机制。如在杂合体中，就有保留着许多有害的甚至致死基因的平衡选择。因此，对于“自然选择起着筛子作用”这样的理解，就有重新加以说明的必要。 在上述这些新的认识基础上，迈耶(E(Mayr)等提出了自然选择的新概念。他认为，自然选择是“不同基因型的有差异(区分性)的延续”;“自然选择是一个统计学现象，它只是意味着较好的基因型有‘较好的’延续的机会”。阿耶拉等认为，“自然选择可以简单地定义为不同遗传变异体的差别繁殖。它可以起因于差别的生存或差别的生殖力，或两者兼而有之”。这一认识是基于以下的事实而提出的，即在自然界中有些变异的个体较另一些变异的个体有更多的生存和繁殖的机会。 3(自然选择的实例 (1)海岛上特殊类型的昆虫 这是达尔文学说中一个经典的例子。讲的是在特殊自然环境条件下，由于选择的作用，有一般飞翔能力的甲虫被淘汰而残翅、无翅的或翅膀特别发达的类型被保留下来的现象。这里讲的是远离大陆的海岛上的生物类型，例如马德拉、克格伦岛上的一种生物类型。马德拉岛上有550种甲虫，其中200种翅膀很不发达，不能飞行。在29个本地特有的昆虫属中，有23个属全部翅膀退化(图1)。这些甲虫在大风吹刮时躲藏起来，等到风和日丽时才出来。达尔文很重视这一情况，并对此作了说明。他认为，偶尔落到海岛上的昆虫，由于翅膀退化不能飞行，因此不会被风吹到海里而被保存下来。他写道:“这几种事实的考察，使我相信许多马德拉甲虫无翅状态的形成，主要原因是自然选择的作用，大概还结合着不使用的效果。因为经历了许多世代，每一甲虫个体，因为翅发达的稍不完全，或者因为懒动的习性而飞翔最少，所以就不会被风吹入海而得生存的极好机会;反之，那些最喜欢飞翔的甲虫，就不免最常被风吹到海里以致遭到毁灭”，而那些翅膀特别发达者，也能抵挡住大风的袭击。 现代生物学修正了达尔文的某些说明，认为残翅型甲虫是一种突变型，不是由于用进废退而是自然突变的产物。 (2)工业黑化 工业黑化现象(industrial melanism)是现代的一个典型事例，讲的是由于工业污染而造成某种蛾类黑化类型增多的现象。为揭示工业黑化原因，学者们曾进行许多实验，并为自然选择的研究提供方法。 在英国等有关的工业区，已经发现多种蛾类的黑色类型的频率很高，但对其原因研究最具体的还是桦尺蛾(Biston betularia)(图2)。许多书上对工业黑化及其实验都有详细的记载。 大约在19世纪50年代前，几乎所有的桦尺蛾都是身体和翅膀上带有黑色斑纹的灰色常态型(typica)。1850年在曼彻斯特第一次捉到黑色的标本，称黑色突变型(carbonaria)。19世纪后半叶黑色尺蛾的频率迅速提高，在曼彻斯特尺蛾的群体中总计超过90%，其他工业城市及其近郊也发生类似的变化，但在乡村则没有或极少出现此类情况。 从遗传学上分析，通过杂交实验知道，尺蛾多态现象的产生主要在于对一对等位基因的差异。黑色对灰色呈显性，所以纯合(CC)和杂合(Cc)都是黑色。后来又发现另一种黑色突变型(insularia)，它对灰色呈显性，对黑色呈隐性。这种类型除英国的西部和南部，一般不多见。 1956年，凯特韦尔(Kettlewell)对工业黑色现象作过试验，他向未受污染的英国多塞特林区放出同样数目的带有标志的灰色和黑色类型的蛾子。使它们带有标志以便在重新捕获后便于识别。凯特韦尔发现，几天后重新捕获的尺蛾中，灰色类型比黑色类型要多得多，说明当地主要生存者是灰色常态型。若把相等的两类尺蛾放到受污染的伯明翰附近的林区，得到的结果则相反。这一试验的结果表明，在每种情况下凡显眼的类型得到生存的机会仅为不显眼类型的1/3到1/2。根据对树干上蛾子被鸟类捕食的直接观察的数据，也支持上述的结论。从这类观察试验也说明，尺蛾的选择者是鸟类。不同类型的尺蛾在不同的条件下，各有自己的保护色。 最近二十多年以来，由于注意了环境保护，污染现象明显好转，不少地区灰色尺蛾的比率正在不断增加。 尺蛾黑化的情况是很普遍的，不仅在英国，欧洲和北美都有此类现象。 带标志的两种蛾类在不同环境中重新捕获的数字比较(仿Edwrds) (3)(昆虫和细菌的抗药性 这是在人为条件下自然选择的另一个著名实例。自从使用杀虫剂以来，害虫中迟早会产生抗药性的类型。例如DDT在开始使用时杀虫的效果很好，长期使用后就减效了。甚至增加药剂的分量，杀虫的能力也不如当初。同样，在医药上使用抗菌素后，许多致病细菌也会出现抗药性的基因。例如，金黄色葡萄链状菌对青霉素就有明显的抗药性。 关于昆虫和细菌中产生抗药性的现象，一般有两种不同的看法。一是定向变异的观点，认为抗药性是在昆虫或细菌接触一定剂量的药物后引起的，并通过获得性遗传的途径传种接代;另一是突变选择的观点，认为抗药性基因是突变的结果，这类基因在自然群体中早已存在，只是在药物作用下产生了定向的选择，从而使抗药性基因的频率在群体中不断增加。现有较多的资料认为后者的观点比较正确。 首先，果蝇的试验支持了突变选择的假说。将黑腹果蝇分两组进行试验，第一组把许多果蝇混合饲养、自由交配，同时加入一定剂量的DDT。果蝇群体一代代地繁殖，每代都用DDT处理，并逐渐增加药剂的浓度。经过十几代后，发现它们有明显的抗药性，能忍受比原来高几百倍剂量的药剂。为进一步说明果蝇抗药性产生的原因，必须进行第二组试验。这组试验不是把许多果蝇在一起饲养，而是在每只瓶中放一对，并繁殖为一个家系。然后，将每个家系的果蝇分两瓶饲养，一瓶放有DDT，另一瓶不放。如果某一家系中放DDT的一瓶死亡率很高，那么整个这一家系都予以淘汰。如果某一家系放DDT的一瓶存活率很高，就将同系的另一瓶不放DDT的选留下来，并一对一对再分开繁殖为若干家系。对第二次分开的家系仍按前法分为二瓶，并分别处理、饲养，继续选留存活率高又没有经DDT处理的类型。每经过一次测试和选择，都增加DDT的剂量。如此循环往复，经过十多次的选择，出现了具有明显抗药性的果蝇家系，其抗性增加的速度与第一组试验相似。在第二组试验中，DDT仅起甄别作用，选留下来的是不接触DDT的那一半果蝇。所以从试验开始直到结束，抗药性家谱中的任何成员都从未接触过DDT。可见果蝇的抗药性显然不是定向变异造成的，而是在突变基础上自然选择的产物。 其次，致病细菌的抗药性又是怎么产生的呢,应当说仍然是突变选择的结果。细菌自然突变的频率是很低的，但这并不能阻止抗药性类型的产生。在有足量的抗菌素的条件下，可使绝大部分细菌死亡，只有个别可存活下来。假定只有10一个细菌具有抗药性，则经过24小时，即可产生出1百亿(10)个细菌，形成菌落。这个突变型就具有抗药的类型。细菌对抗菌素产生抗药性的现象，是自然选择中较特殊的例子。它的特点是时间短、见效快。抗菌素的出现使一般细菌的适合度为零，使抗药细菌的适合度为1。因此，选择即刻生效。 随着生化遗传学的发展，对抗药性基因的机制作了某些说明。例如认为昆虫的抗药性基因是调节体内代谢的原有基因的突变，这些基因本来就调节着代谢的生理、生化过程。抗药性基因这一名称的使用，只是为研究工作的需要，并不是每使用一种药物，昆虫或细菌就有一套相应的抗药性基因。