義務教育教科書生物學八年級下冊趙彥修主編濟南出版社第一章生命的起源和進化第一節生命的起源第二節生物進化的證據第三節生物進化的歷程第四節生物進化的原因第五單元生命的演化第一章生物與環境的相互作用第一節環境對生物的作用第二節生物對環境的適應與影響第六單元生物與環境2371318262731404146第二章人類的起源和進化第一節人類的起源第二節人類的進化第二章生態系統第一節生態系統的組成第二節食物鏈和食物網525358目錄第三章生物多樣性及保護第一節生物多樣性第二節生物多樣性的保護121808186附錄第一章生活中的生物技術第一節發酵技術第二節食品保存第七單元生物技術9596103第二章現代生物技術第一節基因工程第二節克隆技術109110115第三節能量流動和物質循環第四節生態系統的類型第五節生態系統的自我調節636873目錄生命的演化不可逆轉，我們無法穿越時空回到生命演化的起點，重新經歷生命起源和生物進化的過程。但是，在科學家的努力下，生命的誕生、物種的進化以及人類的起源等種種謎團，正在被逐步揭開。第五單元生命的演化三疊紀侏羅紀白堊紀23第一章生命的起源和進化生命的起源和進化第一章我們生活的地球萬木蔥郁、百花競妍，到處生機盎然，這些紛繁的生命都是自然進化的結果，是大自然的寶貴財富。生命的誕生與進化經過了極其漫長而又坎坷的歷程。23第一章生命的起源和進化生命的起源第一節我國古代有“天者萬物之祖，萬物非天不生”的說法。科學家在分析研究從太空墜落到地球上的隕石時，發現隕石中含有構成生命的基本元素，因此有人猜想地球上的生命來自太空(圖5.1-1)。在對生命起源的思考和探索中，盡管假說眾多，但大多數學者認為，地球上的原始生命是由非生命物質經過極其漫長的化學進化過程逐漸演變而來的。圖5.1-11976年在我國吉林隕石雨中收集到的隕石生命起源的化學進化根據科學推算，地球從誕生到現在大約有46億年的歷史。原始地球的內部構造極不穩定，火山活動頻繁。火山噴發所釋放出來的大量氣體，如水蒸氣、氫氣、氨氣、甲烷、硫化氫、二氧化碳等，逐漸形成了包圍著地球的原始大氣。水蒸氣在升入高空的過程中不斷冷卻、凝結，然后變成雨水降落下來。同時，地球表面的溫度慢慢下降，地球上的水越積越多，最終匯集成原始海洋。觀察思考化學進化學說主要是由蘇聯學者奧巴林(A.I.Oparin)提出的。他在20世紀20年代就推測，原始生命是通過一定的化學反應產生的。奧巴林把生命的發生看成是自然界長期進化的結果，并首次從整體上建立了生命在地球上發生的科學理論，因此被譽為研究生命起源的先驅。觀察圖5.1-2，思考生命起源的化學進化過程。45第一章生命的起源和進化圖5.1-2化學進化過程示意圖(蛋白質、核酸等)(氨基酸、核苷酸等)(水蒸氣、氫氣、氨氣、甲烷等)不斷完善外包原始界膜紫外線、閃電、高溫有機小分子物質無機物原始生命獨立的體系有機大分子物質1.與現在地球上的大氣相比，原始大氣的成分有什么特點？2.原始大氣中無機物合成有機物的能量來自哪里？3.為什么說原始海洋是原始生命的搖籃？生命起源的化學進化學說認為，地球上原本沒有生命，生命是由非生命物質逐漸演變而來的。在原始大氣中，無機物在紫外線、閃電、高溫等條件的作用下，形成了一些有機小分子物質，如氨基酸、核苷酸等。這些物質隨著降雨匯入原始海洋。在原始海洋中，有機小分子物質經過長期積累并相互作用，形成了比較復雜的有機大分子物質，如原始的蛋白質、核酸等。這些物質逐漸聚集并在外表形成了與周圍海水隔開的原始界膜，構成了相對獨立的體系。這種獨立的體系不斷完善，它們一旦能實現原始的新陳代謝和個體增殖，便意味著原始生命誕生了。原始生命從原始海洋中誕生后，就開始了生命進化的漫長歷程。生命起源的實驗探索在奧巴林化學進化學說的影響下，各國學者紛紛進行實驗研究，對生命起源的各個階段進行了更加深入的探索。原始大氣原始海洋45第一章生命的起源和進化1953年，美國科學家米勒(S.L.Miller)等人根據原始地球環境設計了一個模擬實驗(圖5.1-3)。在密閉的實驗裝置中通入氫氣、氨氣、甲烷等氣體在下部的燒瓶中加入水，并對其加熱，煮沸后持續加熱，利用水蒸氣推動氣體在裝置中循環流動。在上部的反應瓶中安裝上電極，通過火花放電，激發各種成分之間發生化學反應。反應瓶下部的冷凝器可使水蒸氣冷凝形成液體。通過持續實驗，燒瓶中無色透明的液體逐漸變成了暗褐色。經過化學分析發現，這些液體中含有包括多種氨基酸在內的有機小分子物質。對照圖5.1-3，嘗試分析實驗現象與結論。分析討論1.在米勒實驗中，密閉的實驗裝置內循環流動的氣體模擬了原始地球的什么成分？2.實驗過程中的火花放電模擬了原始地球的什么現象？冷凝器可使反應后的氣體與水蒸氣冷凝形成液體，這模擬了什么過程？3.米勒的實驗結果支持了生命起源過程中的哪個階段？圖5.1-3米勒實驗裝置示意圖米勒首創的化學進化模擬實驗，可以說是生命起源研究史上的一座里程碑。自此以后，類似這方面的研究普遍地開展起來，并成為探索生命起源的基本方法。科學家通過一系列科學實驗，驗證了生命化學進化氣體入口燒瓶反應瓶冷凝器取樣處高壓電源67第一章生命的起源和進化1.右圖是在澳大利亞西部發現的一種形態類似細菌的化石。這是目前所知的最古老的化石，距今約35億年。有的科學家據此推測，原始的生命形式可能就像現在的細菌。你認為這種推測有道理嗎？為什么？鞏固提高2.法國國家科研中心于2007年3月15日宣布，歐洲“火星快車”探測器發回的大量數據顯示，火星南極地區存在大量的冰，其含量大約為160萬立方千米。科學家稱，如果這些冰全部融化，那么整個火星將被11米深的水覆蓋。同時還發現，火星北極地區的固態水儲量與火星南極地區相當。美國國家航空航天局也發表報告稱，如今火星表面仍有一些液態水在流動，其源頭可能在地下。(1)從科學探測獲得的資料來看，火星上的自然環境與地球有哪些相似之處？據此能推測出什么結論？(2)關于生命起源還存在哪些看法？通過互聯網、報刊等媒體搜集有關生命起源的最新報道，并與同學交流。的可能性。1965年，我國科學工作者在世界上首次用人工方法合成了具有生物活性的結晶牛胰島素；1981年，我國科學工作者又人工合成了組成生命的另一種重要物質核酸。這些研究成果都反映了我國在探索生命起源問題上的重大成就。通過對生命起源的研究，人們不僅能夠了解幾十億年前地球上生命誕生的歷史，認識生命與環境的相互關系，而且有助于闡明生命活動的機理，更好地掌握生命發生和發展的規律。67第一章生命的起源和進化生物進化的證據第二節地球上眾多的生物是怎樣進化來的？為尋求問題的答案，科學家走遍了萬水千山，從崇山峻嶺到戈壁沙灘，到處都有他們的足跡(圖5.1-4)。現在，人們已經找到了大量可靠的證據，證明原始生命經過極其漫長的年代，不斷進化、繁衍，才形成了今天豐富多彩的生物世界。化石證據地球的演變過程盡管沒有文字記載，卻留下了許多特有的印記。化石(fossil)是保存在地層中的古代生物的遺體、遺物或生活痕跡。它們是由于某種原因被埋藏在地層中，經過億萬年的復雜變化形成的。如果我們把地層比作一部記載地球演化的史冊，那么化石就如同各地層中的特殊文字，記載著生物進化的歷史。化石是研究生物進化的最直接證據(圖5.1-5)。圖5.1-4重慶市云陽縣恐龍化石發掘現場在山東諸城發現的距今1.1億年前的恐龍足跡化石在河南云臺山地質公園發現的距今4億年前的三葉蟲化石89第一章生命的起源和進化圖5.1-5幾種不同地質年代的化石現代馬的進化過程有比較完整的化石證據。1867年在北美發現的始祖馬化石，是已知最早的馬化石。我國的馬化石也很豐富。根據圖5.1-6，分析馬的進化歷程。1.各個時期的馬在形態結構以及生活環境方面有怎樣的差異？這些差異與馬的進化有什么關系？2.馬的系列化石說明了什么問題？請說出你的觀點。分析討論距今5000萬年前的始祖馬，生活在叢林中。它們只有現代的狐那么大，前足四趾，后足三趾距今4000萬年前的馬，生活在叢林中。它們的體型像現代的羊那么大，前足和后足都有三趾距今2000萬年前的馬，生活在草原上。它們的四肢變長，中趾成為唯一著地的趾，增強了其奔跑能力距今1000萬300萬年前的馬，體型與現代馬相似，中趾趾端形成硬蹄，側趾退化成遺跡，適于在草原上快速奔跑圖5.1-6馬及其前肢的進化過程示意圖在遼寧凌源發現的距今1.24億年前的被子植物化石在河南南陽發現的距今9700萬年前的恐龍蛋化石89第一章生命的起源和進化早在19世紀初，法國博物學家居維葉(G.Cuvier)在研究地層時就發現，不同地層里埋藏著不同類型的動物化石。埋藏于較淺地層中的化石與現代動物的結構比較相似，埋藏于較深地層中的化石則與現代動物的結構差別較大，并且越是在古老地層中發掘的生物化石結構越簡單，越是在晚期地層中發掘的生物化石結構越復雜(圖5.1-7)。科學家進一步研究發現，地球上的各種生物并非在同一時期出現，而是有早有晚，它們有的一直延續至今，有的卻滅絕了。各類生物化石在地層中按照一定順序出現的事實證明，現代的各種各樣的生物是經過漫長的地質年代逐漸進化來的。圖5.1-7巖層與化石關系示意圖圖例三葉蟲魚類哺乳類鳥類菊石貝類高等植物恐龍地質年代地質年代是指地殼上不同年代的地層在形成過程中的時間和順序。地質學家和古生物學家根據地層形成的先后順序，將地層分為五代十二紀。五代即太古代、元古代、古生代、中生代、新生代。太古代沒有分紀，元古代只有震旦紀，古生代分為寒武紀、奧陶紀、志留紀、泥盆紀、石炭紀、二疊紀，中生代分為三疊紀、侏羅紀、白堊紀，新生代有第三紀、第四紀。各類生物在地質年代中的出現是有一定順序的。相關鏈接1011第一章生命的起源和進化解剖學證據比較不同物種生物個體的解剖結構，也是研究生物進化的常用方法。科學家在比較某些物種時發現，它們的某些器官在形態和結構上存在著演化趨勢，由此可以找出生物之間的親緣關系。觀察思考觀察圖5.1-8，比較四種脊椎動物的前肢和人的上肢形態結構的異同。1.鯨的鰭、鳥的翼、蝙蝠的翼手、狗的前肢和人的上肢在結構上有哪些相似之處？在功能上有哪些不同？2.通過比較這四種脊椎動物的前肢和人的上肢，你能得出什么結論？鯨的鰭、鳥的翼、蝙蝠的翼手、狗的前肢和人的上肢在外形和功能上差異很大，但在解剖結構上卻具有相似性。通過對比這些器官的結構和發育可以看出，它們都有相同的來源。我們把這樣的器官叫作同源器官(homologousorgan)。同源器官反映出生物之間存在著一定的親緣關系，凡是具有同源器官的生物都是由共同的原始祖先進化而來的。同源器官外形的差異是由于在進化過程中適應不同的生活環境、行使不同的功能而逐漸形成的。圖5.1-8四種脊椎動物的前肢和人的上肢比較1011第一章生命的起源和進化分子生物學證據20世紀后期，分子生物學的研究取得了一系列重大突破，采用分子生物學的方法研究生物進化具有特殊的意義。蛋白質和核酸的結構能夠反映生命活動的本質，通過測定蛋白質和核酸的結構可以準確地判斷生物之間的親緣關系。圖5.1-9不同生物細胞色素c的氨基酸序列差異比較分析討論人0猴10豬、牛、羊1090大袋鼠101160雞、火雞13129120鴨111081030響尾蛇1415202119170海龜151491187220金槍魚21211718171726180蛾3130272828273128320鏈孢霉494746494748474948470酵母菌45484646464647494747270酵母菌鏈孢霉蛾金槍魚海龜響尾蛇鴨雞、火雞大袋鼠豬、牛、羊猴人細胞色素c是生物細胞中與呼吸作用有關的一種蛋白質，由104個氨基酸組成。不同生物體內的細胞色素c在氨基酸的排列順序上存在著差異，并且其序列差異能反映生物之間的親緣關系。根據圖5.1-9中幾種生物體內組成細胞色素c的氨基酸序列差異，分析人與其他生物以及各種生物之間的親緣關系。1.在圖5.1-9所列的生物中，你認為哪種生物與人的親緣關系最近？哪種生物與人的親緣關系最遠？2.通過比較圖中不同生物細胞色素c的氨基酸序列差異，你發現了什么規律？1213第一章生命的起源和進化利用分子生物學技術比較不同生物體內同一種蛋白質或核酸的分子結構，即可根據其差異程度，來斷定生物之間的親緣關系和生物進化的順序。研究發現，親緣關系越近的生物，其蛋白質或核酸分子的相似性越高；親緣關系越遠的生物，其蛋白質或核酸分子的差別就越大。生物進化是一個漫長的過程，人們無法直接用觀察或實驗的方法再現生物進化的全過程，因而科學家始終在尋求各方面的證據，通過類比、歸納、推理等方法，不斷總結生物進化的規律。鞏固提高1.家里訂閱的報紙，一年下來積攢了一摞，在這摞報紙中，新的在上面，舊的在下面。地質巖層的形成也是如此。假設在A、B、C三個不同的地層內分別發掘到許多化石：在A層中發掘出恐龍蛋、始祖鳥、龜等化石，在B層中發掘出馬、象牙、犀牛等化石，在C層中發掘出三葉蟲、貝類等化石。請將這些地層按照地質年代由遠及近的順序排列，并陳述理由。2.象鼩鼱吻部細而尖，身體呈棕褐色，看上去和嚙齒類動物（如老鼠）很相似。正因為如此，人們一直認為象鼩鼱與嚙齒類動物的親緣關系很近。但是，當科學家將象鼩鼱的DNA分別與嚙齒類動物以及大象的DNA比較時，結果卻讓他們大吃一驚。相比嚙齒類動物，象鼩鼱的DNA與大象的DNA更為相似。通過對以上資料的分析，你能得出什么結論？1213第一章生命的起源和進化生物進化的歷程第三節在距今2億6500萬年前，恐龍曾經是地球上最繁盛的陸生脊椎動物(圖5.1-10)。隨著年代的更替和環境的變遷，許多種生物像恐龍一樣永遠地消失了。但是，還有許多生物類群頑強地存活下來，繁衍生息，不斷地進化和發展。生物進化的總體趨勢地球上的各類生物都是經過漫長的地質年代逐漸進化而來的。通過比較不同生物類群的主要特征，可以間接地概括出生物進化的趨勢。圖5.1-10恐龍復原圖分析下列圖文資料，比較不同動植物類群的有關特征。分析討論藻類植物結構簡單，沒有根、莖、葉的分化，沒有輸導組織，大都生活在水中苔蘚植物有莖、葉的分化，沒有真正的根，沒有輸導組織，生活在陰濕的地方1415第一章生命的起源和進化蕨類植物有根、莖、葉的分化，有簡單的輸導組織，生活在陰濕的地方種子植物根、莖、葉發達，有發達的輸導組織，適于陸地生活，是真正的陸生植物圖5.1-11幾種常見的植物類群魚類的心臟為一心房一心室兩棲類的心臟為兩心房一心室爬行類的心臟為兩心房一心室，心室內有不完全的隔膜鳥類和哺乳類的心臟為兩心房兩心室圖5.1-12脊椎動物心臟結構示意圖比較心房心室1.比較圖5.1-11中四類植物的生活環境和形態結構特點，你能得出什么結論？2.比較圖5.1-12中所示動物心臟的結構特點，推測哪類動物的血液輸送氧氣的能力最強。縱觀生物進化的歷程，其總體趨勢是：從簡單到復雜、從水生到陸生、從低等到高等。在這個過程中，絕大部分原始生物類群先后滅絕，新的生物類群相繼產生。地球上的生物就是這樣不斷地進化和發展著，而且各種生物在適應環境的過程中形成了獨特的形態結構和生活習性，生物界也因此變得更加豐富多彩。1415第一章生命的起源和進化生物進化的主要歷程從最早的原始生命發展到今天絢麗多姿的生物類群，生物的進化持續了30多億年的時間。經過數代科學家的共同努力，現在人們已經基本了解了生物進化的概況。觀察思考圖5.1-13生物進化樹爬行類魚類節肢動物軟體動物環節動物扁形動物單細胞動物原始生命腔腸動物線形動物苔蘚植物兩棲類裸子植物被子植物蕨類植物藻類植物哺乳類鳥類生物進化樹描繪了生物進化的歷程(圖5.1-13)。此“樹”從“樹根”到“樹梢”代表地質年代的延伸，“樹干”代表不同生物類群的共同祖先，“樹枝”代表相互關聯的各個生物類群的進化線索。觀察生物進化樹，嘗試描述生物進化的主要歷程。1617第一章生命的起源和進化1.植物和動物進化的主要歷程分別是怎樣的？請用一種簡捷的方式表示出來。2.有人認為生物進化樹還不夠全面，你認為怎樣修改才更完善？地球上最早出現的植物是生活在海洋中的原始單細胞藻類。它們經過漫長的年代，逐漸進化成為適應陸地生活的原始的苔蘚植物和蕨類植物，一部分原始的蕨類植物又進化成為原始的種子植物。地球上最早出現的動物是生活在海洋中的原始單細胞動物。它們經過漫長的年代，逐漸進化成為原始的無脊椎動物，包括腔腸動物、扁形動物、線形動物、環節動物、軟體動物、節肢動物等。后來出現了古代的脊椎動物魚類，并逐漸進化成為原始的兩棲類、爬行類，某些原始的爬行類又進化成為原始的鳥類和哺乳類。隨著科學技術的發展和新證據的不斷發現，人們對生物進化歷程的認識必將越來越接近歷史的全貌。鞏固提高(1)中華龍鳥哪些特征像爬行類？哪些特征像鳥類？(2)從生物進化的角度分析，你能得出什么結論？1.1996年在我國遼寧省熱河地區發現了中華龍鳥化石。中華龍鳥身上披有長而密的“羽毛”，“羽毛”成片狀，這些特征像鳥類；中華龍鳥的頭較大，有牙齒，后肢長而粗壯，前肢短，爪鉤銳利，尾椎數目多，尾相當長，這些特征又像爬行類中的恐龍。中華龍鳥化石及復原圖1617第一章生命的起源和進化2.大熊貓和小熊貓具有相似的身體結構，人們通常認為它們的親緣關系很近，而它們又分別與棕熊和浣熊有相似之處，科學家在很長時間里都無法確定這四種動物之間的親緣關系。后來，人們通過對這四種動物的DNA及其他一些證據的分析，重新認識了它們之間的親緣關系。請根據下圖嘗試描述這四種動物之間的親緣關系。浣熊小熊貓大熊貓棕熊1000萬年前2500萬年前4000萬年前四種“熊”的親緣關系共同祖先3.嘗試用硬紙板、白紙、鐵絲、膠水、彩筆等材料，設計制作生物進化樹模型并說明依據。小組間展示交流，評選出既科學又美觀的優秀作品。1819第一章生命的起源和進化生物進化的原因第四節19世紀，英國的曼徹斯特地區綠樹成蔭，生活在這里的樺尺蛾大都是淺色的，深色的樺尺蛾極為少見。它們夜間活動，白天棲息在長滿地衣的樹干上。隨著曼徹斯特地區工業的日益發展，大量的煤煙灰嚴重污染了城市和近郊，樹干上的地衣不斷死亡，樹干也被污染成了黑色，深色的樺尺蛾變成了常見類型，淺色的卻成了極少數(圖5.1-14)。樺尺蛾類型的變遷實際上就是一個生物進化的過程，生物的進化與環境的改變密切相關。自然選擇學說英國博物學家達爾文(C.R.Darwin)是生物進化論的奠基者(圖5.1-15)。他曾隨英國海軍勘探船“貝格爾”號進行了歷時5年的環球科學考察。每到一個地方，達爾文都要仔細考察當地的動植物資源和礦物資源，并采集大量的生物標本和礦物標本。經過觀察和研究，他提出了以自然選擇為基礎的生物進化理論，并于1859年出版了震動當時學術界的巨著物種起源。達爾文的進化論被譽為19世紀自然科學的三大發現之一。圖5.1-14樺尺蛾類型的變遷圖5.1-15達爾文1819第一章生命的起源和進化閱讀有關長頸鹿進化過程的資料，對照圖5.1-16，分析長頸鹿進化的原因。分析討論頸和前肢短的長頸鹿因吃不到高處的樹葉容易餓死，生存下來的機會就比較少環境的不斷選擇使頸和前肢長的長頸鹿被保留下來，逐漸形成了現在的長頸鹿圖5.1-16長頸鹿的進化過程示意圖長頸鹿祖先的頸和前肢在長度上存在差異。在植物繁盛時期，每只長頸鹿都可以獲得足夠的食物在缺乏青草的時期，頸和前肢長的長頸鹿能夠吃到高處的樹葉，容易得到食物而生存下來，并繁殖后代1.為什么長頸鹿祖先的頸和前肢有的長，有的短？2.在長頸鹿的進化過程中，環境變化起到了怎樣的作用？3.嘗試描述長頸鹿的進化過程。2021第一章生命的起源和進化絕大多數生物都有過度繁殖的傾向，它們能夠產生大量的后代，而這些后代中能夠生存下來的卻是少數個體。在自然界中，生物賴以生存的食物和空間都是非常有限的，任何生物要生存下去，都要為爭奪有限的生存條件而進行斗爭。在生存斗爭中，具有有利變異的個體容易生存下來并繁殖后代，同時將有利變異遺傳給下一代，而具有不利變異的個體則容易被淘汰。這種在生存斗爭中適者生存、不適者被淘汰的過程叫作自然選擇(naturalselection)。在生物的遺傳變異和環境因素的共同作用下，經過一代一代的自然選擇，生物的有利變異被定向積累，久而久之，就產生了與環境相適應的生物新類型。自達爾文提出自然選擇學說以來，隨著科學的發展，以自然選擇學說為核心的現代生物進化理論逐漸形成，極大地豐富和發展了達爾文的自然選擇學說，更好地解釋了生物進化的原因。人工選擇自然界中的野生生物都經過了長期的自然選擇，它們對環境具有很強的適應能力。達爾文認為，自然選擇和人工選擇(artificialselection)極為相似，人們可以從人工選擇中觀察到自然選擇的效應。分析討論歸巢性強、飛翔持久羽色悅目、體態新奇營養豐富、繁殖力強原鴿信鴿觀賞鴿肉食鴿圖5.1-17家鴿品種的選育過程據文獻記載，人類養鴿已有數千年的歷史。按用途不同，人們將家鴿分為信鴿、觀賞鴿、肉食鴿三大類，每一類又包括數十乃至數百個品種。這些家鴿都起源于共同的祖先原鴿。根據圖5.1-17，分析家鴿品種形成的原因。2021第一章生命的起源和進化1.在各種家鴿品種的形成過程中，起決定作用的因素是什么？2.家鴿品種的培育過程與長頸鹿的進化過程有什么區別？在生產和生活實踐中，人們根據自己的需求和愛好不斷選擇和培育生物新品種的過程，叫作人工選擇。飼養動物和栽培植物都是對野生動植物長期人工選擇的結果。人們利用生物的變異特性，通過人工方法不斷地培育所需要的個體，淘汰不需要的個體，以改良生物的性狀，培育優良品種(圖5.1-18、圖5.1-19)。圖5.1-18各種顏色的茶花人工選擇和自然選擇的比較人工選擇和自然選擇都是對變異的選擇，都可創造出生物新類型，但二者又有很大的不同：(1)人工選擇是在人的干預下發生的，是有計劃、有目的的選擇，選擇的時間短、見效較快；自然選擇一般是長期、緩慢發生或驟然發生的。(2)人工選擇保留的變異一般是人所能觀察或體驗到的；自然選擇保留的有利變異既涉及生物的形態結構，也包括生物的生理、行為等，因而更深刻。相關鏈接2223第一章生命的起源和進化鞏固提高1.假設一只家蠅一次產卵1000枚，每10天產生一代且全部成活，則一對家蠅在一年中產生的后代可以覆蓋整個地球2.54厘米厚。你認為實際情況會是這樣嗎？請嘗試用達爾文的進化理論進行解釋。2.20世紀50年代，有人做了如下實驗：將深色樺尺蛾和淺色樺尺蛾分別進行標記，放養于有煤煙灰污染的工業區和沒有污染的非工業區。經過一段時間，將所釋放的樺尺蛾盡可能收回，計算其數目，結果如下表：地區淺色樺尺蛾深色樺尺蛾釋放數回收數釋放數回收數工業污染區641615482非工業區3935440619圖5.1-19形態各異的金魚達爾文就是在研究人類飼養動物和栽培植物的過程中，獲得了重要啟示，并將人工選擇類推到自然界中，創立了著名的自然選擇學說。2223第一章生命的起源和進化(1)嘗試分析工業污染區淺色樺尺蛾和深色樺尺蛾的數量發生變化的原因。(2)如果工業區嚴格控制污染，工廠的排煙量大大減少，將對樺尺蛾產生怎樣的影響？3.一塊馬鈴薯種植地中，甲蟲泛濫成災。農民施用殺蟲劑后，甲蟲的數量急劇減少，然后又逐漸增加。一段時間后，農民又施用殺蟲劑，甲蟲數量發生了同樣的變化(見右圖)。試用達爾文的自然選擇學說分析回答下列問題：(1)曲線下降值為什么沒有達到零？(2)曲線回升是通過什么來實現的？(3)殺蟲劑對甲蟲起到了怎樣的作用？課外實踐樺尺蛾、北極熊等許多動物具有與環境色彩相似的體色，這種體色叫作保護色。保護色有利于動物逃避敵害、獵捕食物。模擬保護色的形成過程，有助于理解保護色是自然選擇的結果。提示：1.準備材料器具：邊長為1米的白色和黑色正方形大紙(代表樹干)，邊長為1厘米的白色和黑色正方形小紙片(代表體色不同的昆蟲)，鑷子，杯子，計時器。供參考的表格如下：模擬保護色的形成過程組別：大紙的顏色：開始時白色昆蟲開始時黑色昆蟲結束時白色昆蟲結束時黑色昆蟲結束時白色昆蟲的數目2結束時黑色昆蟲的數目2第1代2525第2代第3代第4代第5代代數昆蟲數目612050100殺蟲劑殺蟲劑繁殖代數個體相對數量2425第一章生命的起源和進化2.將大紙鋪在桌面上，均勻撒上白色和黑色的正方形小紙片各25枚。3.每5名同學一組，一名同學代表“小鳥”來捕食“昆蟲”，一名同學作為計時員。“小鳥”用鑷子將“昆蟲”轉移到杯子中，30秒后停止。4.數一數存留在大紙上的白色和黑色小紙片數目，并將數值填入表格的第一行中。5.將大紙上存留的兩種顏色的小紙片數目加倍，代表“昆蟲”進行了“繁殖”，并將“繁殖”后的兩種顏色的“昆蟲”數目分別填入表格第一行的后兩格和第二行的前兩格中。6.在大紙上撒上相應數目的“昆蟲”，重復步驟3至步驟5，直至“昆蟲”“繁殖”出另外四代。其間，小組中的同學要輪流扮演“小鳥”。7.將使用同一種顏色大紙的各小組的最后結果取平均值。收集整理全班的實驗結果，分析數據，得出結論。知識梳理在對生命起源的思考和探索中，盡管假說眾多，但大多數學者認為，地球上的原始生命是由非生命物質經過極其漫長的化學進化過程逐漸演變而來的。生物進化的證據主要包括化石證據、解剖學證據和分子生物學證據，其中化石證據是研究生物進化最直接的證據。地球上的各類生物都是由原始生命經過漫長的地質年代逐漸進化而來的。生物進化的總體趨勢是：從簡單到復雜、從水生到陸生、從低等到高等。達爾文提出的自然選擇學說較為科學地解釋了生物進化的原因。自然選擇學說的主要內容包括過度繁殖、生存斗爭、遺傳變異和適者生存。人們可以根據自己的需求和愛好，通過人工選擇改良生物的性狀，并培育生物新品種。2425第一章生命的起源和進化視野拓展山旺化石的產地，位于山東省臨朐縣城東北22千米處的山旺村東，是國家重點自然保護區，因地下蘊藏著大量形成于1800萬年以前的古生物化石而馳名中外，被稱為“古生物化石的寶庫”。山旺化石藏于硅藻土頁巖內，頁巖層薄如紙，稍加風化即層層翹起，宛若書頁，因此被形象地比喻為“萬卷書”。1935年5月，著名古生物學家楊鐘鍵教授來山旺進行考察，發現了樹葉、花、昆蟲、蝌蚪、魚、蛙等化石，這是我國科學家對山旺古生物化石的首次考察。截至目前，在山旺發現的古生物化石包括硅藻、裸子植物、昆蟲、魚類、兩棲類、爬行類、鳥類、哺乳類等10多個門類、700余屬種，其中13是已絕滅的物種。山旺化石門類之多、品種之全及體態之完美，屬舉世罕見。1976年發現的山旺山東鳥是我國首次發現的完整鳥化石，它填補了我國新生代中新世鳥類化石的空白，在國際古生物界引起了強烈轟動，具有極高的學術和研究價值。碩大臨朐鳥是我國發現的最大的鳥類化石，中華河鴨是我國目前已知鴨科甚至雁形目保存最完整、時代最早的化石代表。除此之外，揭開層層頁巖，遠古時代樹葉的葉脈、蝙蝠的翼膜、蜘蛛的足毛、蜻蜓的羽翅印痕清晰、歷歷可辨，就連極難形成化石的蝌蚪、青蛙、蠑螈、蜜蜂、花朵，都保持了原態，有的還保持了原來的色彩。這里的許多化石都稱得上“稀世珍寶”。山旺化石2627第二章人類的起源和進化人類的起源和進化第二章像地球上的其他生物一樣，人類的起源和進化也經歷了漫長曲折的歷史過程。在這個過程中，我們的遠古祖先不斷地與大自然進行斗爭，歷經數百萬年的發展變化，才演變成現在的模樣。2627第二章人類的起源和進化人類的起源第一節在科學不發達的古代，世界上很多民族都有關于人類起源的神話，我國就有“女媧摶土造人”的傳說(圖5.2-1)。隨著社會的進步和科技的發展，人類的起源問題正在逐步得到科學的闡釋。人類起源于古猿動物園的黑猩猩備受游客的喜愛，它們會用“手”靈巧地“拿”起東西，能表現出喜、怒、哀、樂等表情，還可以模仿人的一些行為。黑猩猩、大猩猩、猩猩和長臂猿都與人有很多相似的地方，統稱為類人猿(ape)。人和類人猿都屬于靈長類動物。觀察思考觀察圖5.2-2和圖5.2-3，結合自己的生活經驗和所學知識，比較人類與類人猿的異同點。圖5.2-2類人猿及其生活環境長臂猿大猩猩猩猩黑猩猩圖5.2-1“女媧造人”郵票2829第二章人類的起源和進化1.類人猿生活在什么樣的自然環境中？嘗試描述它們的運動方式。2為什么人的手比黑猩猩的“手”更加靈巧？3.類人猿與人類有哪些相似之處？你能得出什么結論？1863年，英國博物學家赫胥黎(T.H.Huxley)利用比較解剖等方法，首次提出“人猿同祖”的理論。1871年，達爾文在他的著作人類起源與性的選擇中，論述了人類起源于動物，并明確指出人類和現代的類人猿有著共同的祖先，人類是由已滅絕的某些古猿(fossilapes)進化而來的。從那時起，人們逐漸認識到人類并不是上帝或神創造的。圖5.2-3人與黑猩猩某些特征的比較圖5.2-4埃及古猿頭骨化石化石是人類起源于古猿最直接的證據。近百年來，人類學家在世界各地陸續發現了許多古猿和人類的化石。在埃及發現的古猿頭骨化石，被認為是人猿同祖的證據之一(圖5.2-4)。我國也發現了許多古猿黑猩猩人2829第二章人類的起源和進化古猿到人的演化人類學家認為，在距今約1200萬年以前，古猿主要分布在熱帶和亞熱帶的森林里，像現在的黑猩猩那樣，過著以樹棲為主的生活。隨著氣候逐漸變得寒冷干燥，大片的森林變成了稀樹草原，古猿的生活環境發生了巨大改變(圖5.2-6)。由于古猿適應環境的能力有差異，從而產生了分化：大部分古猿滅絕了；有一些古猿從森林邊緣退向深處，繼續過著樹棲生活，逐漸進化成了現代的類人猿；另一些古猿被迫從樹上轉移到地面，改營地面生活，最終進化成人類。圖5.2-5云南祿豐古猿牙齒化石化石(圖5.2-5)。這些化石顯示，古猿的犬齒和臼齒發達，與猿相似；門齒小，與人相似。從已發現的人類化石來看，距今年代越久遠的，在形態上與類人猿越相似；距今年代越近的，在形態上與人越相似。這些都說明，人類和類人猿是由古猿逐步進化而來的。隨著分子生物學的發展，人們發現類人猿也有A、B、O、AB等與人類相同的血型；獼猴與人類的基因相似度約為93%，大猩猩與人類的基因相似度約為98%，黑猩猩與人類的基因相似度約為99%。另外，類人猿也會患感冒、肺結核等與人類相似的疾病。這一切都說明，人類與類人猿是近親。圖5.2-6稀樹草原景觀3031第二章人類的起源和進化直立行走的行為方式不僅使視野擴大、前后肢有了明確的分工，而且為腦的進一步發展創造了條件，促進人類不斷地進化。人類學家將能否直立行走作為人猿分界的一個重要標準。1.在現代人類當中，偶爾會出現身披長毛的毛人或者長有尾巴的小孩。請嘗試說明為什么會出現這種現象。2.有人說：“現代類人猿能學會一些類似于人的行為，如梳頭、刷牙，甚至還會穿針引線、縫手帕，面部也有喜、怒、哀、樂的豐富表情，所以現代類人猿將來也會變成人。”你認為這種說法正確嗎？請嘗試說出自己的理由。鞏固提高在地面生活的過程中，古猿沒有尖牙利爪進行攻擊以獲取食物，也不能快速奔跑以逃避敵害，因而它們只能盡量發揮前肢的作用，利用樹枝、石塊等來增強獲取食物和防御敵害的能力。在這樣的條件下，古猿要用后肢行走，而將前肢解放出來使用天然工具。經過漫長的時期，它們的前肢越來越靈活，軀干和頭也逐步適應于直立的姿勢，重心下移、下肢骨增長、骨盆變短增寬、脊柱從弓形變為“S”形等。這樣，四肢行走的古猿逐漸轉變成了兩足直立行走的早期人類(圖5.2-7)。圖5.2-7距今370萬年前的早期人類足跡化石3031第二章人類的起源和進化人類的進化第二節1929年12月2日，我國人類學家裴文中在周口店龍骨山的山洞里，發現了第一個北京猿人頭蓋骨化石(圖5.2-8)。消息一經公布，學術界為之震撼。此后，科學家又陸續發掘出了許多北京猿人的化石、所用過的石器和用火的遺跡，為“從猿到人”學說提供了有力的證據，從而基本明確了人類進化的輪廓。1987年，聯合國教科文組織將北京周口店北京猿人遺址列入世界文化遺產名錄。人類進化的歷程從能夠直立行走的早期人類演變成現代的人，經歷了極其漫長的進化過程。在這個過程中，人類不斷地與猛獸遍布、風雨無常的大自然進行抗爭。從茹毛飲血到鉆木取火，從采擷野果到栽培種植，從打制石器到使用弓箭人類逐漸從被動求生的弱者變成能夠主動改造環境的強者。圖5.2-8周口店龍骨山及北京猿人頭蓋骨化石3233第二章人類的起源和進化閱讀下面的圖文資料，分析人類進化的過程。資料一1974年，人們在埃塞俄比亞的哈達地區發現了距今大約340萬年前的南方古猿化石“露西”少女(圖5.2-9)。她的骨盆的髖骨比較寬闊，下肢骨的股骨比較粗壯，這些特征與現代人相似；但她的腦容量較小，犬齒較大，上肢的長度大于下肢，這些特征與猿相似。分析討論圖5.2-9“露西”少女化石及復原像圖5.2-10能人頭骨化石、復原像和遺物資料二1972年在肯尼亞發現的距今200萬年前的能人頭骨化石，比“露西”的腦容量幾乎大出50%，頭骨形狀更像人，吻部突出，頭蓋低平，額向前傾，臼齒較小，并且在發現能人化石的地層中，還發現了簡單的石器和使用過的獸骨(圖5.2-10)。3233第二章人類的起源和進化圖5.2-11北京猿人復原像圖5.2-12北京猿人制造的石器砍砸器刮削器尖狀器刮削器資料三北京猿人生活在距今約50萬年前，住在天然洞穴里，以采集和狩獵為生。他們能和現代人一樣直立行走，四肢骨在長度、形狀等方面與現代人基本相同；但他們仍表現出一些原始的性狀，如身材稍矮、體格粗壯，前額低平并向后傾斜，面部鼻子寬扁、顴骨高突、眉嵴粗大、沒有明顯的下頦(圖5.2-11)。與早期人類相比，他們的大腦較發達，腦容量平均已達1059毫升，并且能打制不同用途的石器(圖5.2-12)。在他們居住過的山洞里，還發現了成堆成層的灰燼，內有被燒過的木頭、多種動物骨骼、石塊等。1.“露西”的骨盆、下肢骨與現代人的相似，請嘗試描述她的運動方式。2.在發現能人化石的地層中，還發現了簡單的石器和使用過的獸骨。通過這些發現，你能得出什么結論？3.在北京猿人居住過的山洞里發現了灰燼的遺跡，這說明了什么4.從“露西”到北京猿人，其腦容量逐漸增加，這對人類的進化會有哪些方面的影響？截至目前，在世界各地發現的人類化石，最早的距今只有600萬700萬年。盡管這些化石大多殘缺不全，其間還存在著很多空缺，但人類學家已經從中基本理清了人類進化的過程。人類的進化過程通常分為南方古猿(australopithecus)、能人(Homohabilis)、直立人(Homoerectus)和智人(Homosapiens)四個階段(圖5.2-13)。3435第二章人類的起源和進化生活在距今200萬20萬年前，腦容量可達1000毫升以上，會打制不同用途的石器，學會了用火，是人類進化最關鍵的一個階段生活在距今20萬1萬年前，腦容量平均為1360毫升，已學會人工取火，會制造精細的石器和骨器，能用骨針縫制獸皮衣物，可用標槍和長矛進行狩獵圖5.2-13人類進化的四個階段直立人智人制造工具和學會用火是人類區別于其他動物的重要特點。工具的制造和使用提高了人類的勞動能力，促進了腦的發展；而腦的發展又促使人類在群體生活中產生了語言，使得他們相互之間能更好地交流與合作。火的使用是人類進化歷程中的重大進步，用火的意義不僅在于享用熟食，改善身體的營養，還體現在人們用火驅寒、御敵、狩獵、照明等方面(圖5.2-14)。圖5.2-14南非奇跡洞內有大量100萬年前的木質灰燼、燒骨和石器生活在距今420萬150萬年前，腦容量在450530毫升之間，能使用天然工具，但不能制造工具，是已發現的最早階段的原始人類生活在距今200萬150萬年前，腦容量平均為680毫升，能制造簡單的工具(石器)南方古猿能人3435第二章人類的起源和進化現代人種的分化人類雖然起源于同一種古猿，但由于長期生活在不同的地理和氣候條件下，不同國家或地區的人在皮膚顏色、頭發特點、面部特征等方面有了很大的差別，表現出不同的遺傳特征。根據這些特征，可將現代人類分為四個種族(race)：蒙古利亞人(Mongoloid)、高加索人(Caucasoid)、尼格羅人(Negroid)和澳大利亞人(Australoid)(圖5.2-15)。圖5.2-15人類的四個種族高加索人澳大利亞人尼格羅人蒙古利亞