义务教育教科书生物学八年级下册赵彦修主编济南出版社第一章生命的起源和进化第一节生命的起源第二节生物进化的证据第三节生物进化的历程第四节生物进化的原因第五单元生命的演化第一章生物与环境的相互作用第一节环境对生物的作用第二节生物对环境的适应与影响第六单元生物与环境2371318262731404146第二章人类的起源和进化第一节人类的起源第二节人类的进化第二章生态系统第一节生态系统的组成第二节食物链和食物网525358目录第三章生物多样性及保护第一节生物多样性第二节生物多样性的保护121808186附录第一章生活中的生物技术第一节发酵技术第二节食品保存第七单元生物技术9596103第二章现代生物技术第一节基因工程第二节克隆技术109110115第三节能量流动和物质循环第四节生态系统的类型第五节生态系统的自我调节636873目录生命的演化不可逆转，我们无法穿越时空回到生命演化的起点，重新经历生命起源和生物进化的过程。但是，在科学家的努力下，生命的诞生、物种的进化以及人类的起源等种种谜团，正在被逐步揭开。第五单元生命的演化三叠纪侏罗纪白垩纪23第一章生命的起源和进化生命的起源和进化第一章我们生活的地球万木葱郁、百花竞妍，到处生机盎然，这些纷繁的生命都是自然进化的结果，是大自然的宝贵财富。生命的诞生与进化经过了极其漫长而又坎坷的历程。23第一章生命的起源和进化生命的起源第一节我国古代有“天者万物之祖，万物非天不生”的说法。科学家在分析研究从太空坠落到地球上的陨石时，发现陨石中含有构成生命的基本元素，因此有人猜想地球上的生命来自太空(图5.1-1)。在对生命起源的思考和探索中，尽管假说众多，但大多数学者认为，地球上的原始生命是由非生命物质经过极其漫长的化学进化过程逐渐演变而来的。图5.1-11976年在我国吉林陨石雨中收集到的陨石生命起源的化学进化根据科学推算，地球从诞生到现在大约有46亿年的历史。原始地球的内部构造极不稳定，火山活动频繁。火山喷发所释放出来的大量气体，如水蒸气、氢气、氨气、甲烷、硫化氢、二氧化碳等，逐渐形成了包围着地球的原始大气。水蒸气在升入高空的过程中不断冷却、凝结，然后变成雨水降落下来。同时，地球表面的温度慢慢下降，地球上的水越积越多，最终汇集成原始海洋。观察思考化学进化学说主要是由苏联学者奥巴林(A.I.Oparin)提出的。他在20世纪20年代就推测，原始生命是通过一定的化学反应产生的。奥巴林把生命的发生看成是自然界长期进化的结果，并首次从整体上建立了生命在地球上发生的科学理论，因此被誉为研究生命起源的先驱。观察图5.1-2，思考生命起源的化学进化过程。45第一章生命的起源和进化图5.1-2化学进化过程示意图(蛋白质、核酸等)(氨基酸、核苷酸等)(水蒸气、氢气、氨气、甲烷等)不断完善外包原始界膜紫外线、闪电、高温有机小分子物质无机物原始生命独立的体系有机大分子物质1.与现在地球上的大气相比，原始大气的成分有什么特点？2.原始大气中无机物合成有机物的能量来自哪里？3.为什么说原始海洋是原始生命的摇篮？生命起源的化学进化学说认为，地球上原本没有生命，生命是由非生命物质逐渐演变而来的。在原始大气中，无机物在紫外线、闪电、高温等条件的作用下，形成了一些有机小分子物质，如氨基酸、核苷酸等。这些物质随着降雨汇入原始海洋。在原始海洋中，有机小分子物质经过长期积累并相互作用，形成了比较复杂的有机大分子物质，如原始的蛋白质、核酸等。这些物质逐渐聚集并在外表形成了与周围海水隔开的原始界膜，构成了相对独立的体系。这种独立的体系不断完善，它们一旦能实现原始的新陈代谢和个体增殖，便意味着原始生命诞生了。原始生命从原始海洋中诞生后，就开始了生命进化的漫长历程。生命起源的实验探索在奥巴林化学进化学说的影响下，各国学者纷纷进行实验研究，对生命起源的各个阶段进行了更加深入的探索。原始大气原始海洋45第一章生命的起源和进化1953年，美国科学家米勒(S.L.Miller)等人根据原始地球环境设计了一个模拟实验(图5.1-3)。在密闭的实验装置中通入氢气、氨气、甲烷等气体在下部的烧瓶中加入水，并对其加热，煮沸后持续加热，利用水蒸气推动气体在装置中循环流动。在上部的反应瓶中安装上电极，通过火花放电，激发各种成分之间发生化学反应。反应瓶下部的冷凝器可使水蒸气冷凝形成液体。通过持续实验，烧瓶中无色透明的液体逐渐变成了暗褐色。经过化学分析发现，这些液体中含有包括多种氨基酸在内的有机小分子物质。对照图5.1-3，尝试分析实验现象与结论。分析讨论1.在米勒实验中，密闭的实验装置内循环流动的气体模拟了原始地球的什么成分？2.实验过程中的火花放电模拟了原始地球的什么现象？冷凝器可使反应后的气体与水蒸气冷凝形成液体，这模拟了什么过程？3.米勒的实验结果支持了生命起源过程中的哪个阶段？图5.1-3米勒实验装置示意图米勒首创的化学进化模拟实验，可以说是生命起源研究史上的一座里程碑。自此以后，类似这方面的研究普遍地开展起来，并成为探索生命起源的基本方法。科学家通过一系列科学实验，验证了生命化学进化气体入口烧瓶反应瓶冷凝器取样处高压电源67第一章生命的起源和进化1.右图是在澳大利亚西部发现的一种形态类似细菌的化石。这是目前所知的最古老的化石，距今约35亿年。有的科学家据此推测，原始的生命形式可能就像现在的细菌。你认为这种推测有道理吗？为什么？巩固提高2.法国国家科研中心于2007年3月15日宣布，欧洲“火星快车”探测器发回的大量数据显示，火星南极地区存在大量的冰，其含量大约为160万立方千米。科学家称，如果这些冰全部融化，那么整个火星将被11米深的水覆盖。同时还发现，火星北极地区的固态水储量与火星南极地区相当。美国国家航空航天局也发表报告称，如今火星表面仍有一些液态水在流动，其源头可能在地下。(1)从科学探测获得的资料来看，火星上的自然环境与地球有哪些相似之处？据此能推测出什么结论？(2)关于生命起源还存在哪些看法？通过互联网、报刊等媒体搜集有关生命起源的最新报道，并与同学交流。的可能性。1965年，我国科学工作者在世界上首次用人工方法合成了具有生物活性的结晶牛胰岛素；1981年，我国科学工作者又人工合成了组成生命的另一种重要物质核酸。这些研究成果都反映了我国在探索生命起源问题上的重大成就。通过对生命起源的研究，人们不仅能够了解几十亿年前地球上生命诞生的历史，认识生命与环境的相互关系，而且有助于阐明生命活动的机理，更好地掌握生命发生和发展的规律。67第一章生命的起源和进化生物进化的证据第二节地球上众多的生物是怎样进化来的？为寻求问题的答案，科学家走遍了万水千山，从崇山峻岭到戈壁沙滩，到处都有他们的足迹(图5.1-4)。现在，人们已经找到了大量可靠的证据，证明原始生命经过极其漫长的年代，不断进化、繁衍，才形成了今天丰富多彩的生物世界。化石证据地球的演变过程尽管没有文字记载，却留下了许多特有的印记。化石(fossil)是保存在地层中的古代生物的遗体、遗物或生活痕迹。它们是由于某种原因被埋藏在地层中，经过亿万年的复杂变化形成的。如果我们把地层比作一部记载地球演化的史册，那么化石就如同各地层中的特殊文字，记载着生物进化的历史。化石是研究生物进化的最直接证据(图5.1-5)。图5.1-4重庆市云阳县恐龙化石发掘现场在山东诸城发现的距今1.1亿年前的恐龙足迹化石在河南云台山地质公园发现的距今4亿年前的三叶虫化石89第一章生命的起源和进化图5.1-5几种不同地质年代的化石现代马的进化过程有比较完整的化石证据。1867年在北美发现的始祖马化石，是已知最早的马化石。我国的马化石也很丰富。根据图5.1-6，分析马的进化历程。1.各个时期的马在形态结构以及生活环境方面有怎样的差异？这些差异与马的进化有什么关系？2.马的系列化石说明了什么问题？请说出你的观点。分析讨论距今5000万年前的始祖马，生活在丛林中。它们只有现代的狐那么大，前足四趾，后足三趾距今4000万年前的马，生活在丛林中。它们的体型像现代的羊那么大，前足和后足都有三趾距今2000万年前的马，生活在草原上。它们的四肢变长，中趾成为唯一着地的趾，增强了其奔跑能力距今1000万300万年前的马，体型与现代马相似，中趾趾端形成硬蹄，侧趾退化成遗迹，适于在草原上快速奔跑图5.1-6马及其前肢的进化过程示意图在辽宁凌源发现的距今1.24亿年前的被子植物化石在河南南阳发现的距今9700万年前的恐龙蛋化石89第一章生命的起源和进化早在19世纪初，法国博物学家居维叶(G.Cuvier)在研究地层时就发现，不同地层里埋藏着不同类型的动物化石。埋藏于较浅地层中的化石与现代动物的结构比较相似，埋藏于较深地层中的化石则与现代动物的结构差别较大，并且越是在古老地层中发掘的生物化石结构越简单，越是在晚期地层中发掘的生物化石结构越复杂(图5.1-7)。科学家进一步研究发现，地球上的各种生物并非在同一时期出现，而是有早有晚，它们有的一直延续至今，有的却灭绝了。各类生物化石在地层中按照一定顺序出现的事实证明，现代的各种各样的生物是经过漫长的地质年代逐渐进化来的。图5.1-7岩层与化石关系示意图图例三叶虫鱼类哺乳类鸟类菊石贝类高等植物恐龙地质年代地质年代是指地壳上不同年代的地层在形成过程中的时间和顺序。地质学家和古生物学家根据地层形成的先后顺序，将地层分为五代十二纪。五代即太古代、元古代、古生代、中生代、新生代。太古代没有分纪，元古代只有震旦纪，古生代分为寒武纪、奥陶纪、志留纪、泥盆纪、石炭纪、二叠纪，中生代分为三叠纪、侏罗纪、白垩纪，新生代有第三纪、第四纪。各类生物在地质年代中的出现是有一定顺序的。相关链接1011第一章生命的起源和进化解剖学证据比较不同物种生物个体的解剖结构，也是研究生物进化的常用方法。科学家在比较某些物种时发现，它们的某些器官在形态和结构上存在着演化趋势，由此可以找出生物之间的亲缘关系。观察思考观察图5.1-8，比较四种脊椎动物的前肢和人的上肢形态结构的异同。1.鲸的鳍、鸟的翼、蝙蝠的翼手、狗的前肢和人的上肢在结构上有哪些相似之处？在功能上有哪些不同？2.通过比较这四种脊椎动物的前肢和人的上肢，你能得出什么结论？鲸的鳍、鸟的翼、蝙蝠的翼手、狗的前肢和人的上肢在外形和功能上差异很大，但在解剖结构上却具有相似性。通过对比这些器官的结构和发育可以看出，它们都有相同的来源。我们把这样的器官叫作同源器官(homologousorgan)。同源器官反映出生物之间存在着一定的亲缘关系，凡是具有同源器官的生物都是由共同的原始祖先进化而来的。同源器官外形的差异是由于在进化过程中适应不同的生活环境、行使不同的功能而逐渐形成的。图5.1-8四种脊椎动物的前肢和人的上肢比较1011第一章生命的起源和进化分子生物学证据20世纪后期，分子生物学的研究取得了一系列重大突破，采用分子生物学的方法研究生物进化具有特殊的意义。蛋白质和核酸的结构能够反映生命活动的本质，通过测定蛋白质和核酸的结构可以准确地判断生物之间的亲缘关系。图5.1-9不同生物细胞色素c的氨基酸序列差异比较分析讨论人0猴10猪、牛、羊1090大袋鼠101160鸡、火鸡13129120鸭111081030响尾蛇1415202119170海龟151491187220金枪鱼21211718171726180蛾3130272828273128320链孢霉494746494748474948470酵母菌45484646464647494747270酵母菌链孢霉蛾金枪鱼海龟响尾蛇鸭鸡、火鸡大袋鼠猪、牛、羊猴人细胞色素c是生物细胞中与呼吸作用有关的一种蛋白质，由104个氨基酸组成。不同生物体内的细胞色素c在氨基酸的排列顺序上存在着差异，并且其序列差异能反映生物之间的亲缘关系。根据图5.1-9中几种生物体内组成细胞色素c的氨基酸序列差异，分析人与其他生物以及各种生物之间的亲缘关系。1.在图5.1-9所列的生物中，你认为哪种生物与人的亲缘关系最近？哪种生物与人的亲缘关系最远？2.通过比较图中不同生物细胞色素c的氨基酸序列差异，你发现了什么规律？1213第一章生命的起源和进化利用分子生物学技术比较不同生物体内同一种蛋白质或核酸的分子结构，即可根据其差异程度，来断定生物之间的亲缘关系和生物进化的顺序。研究发现，亲缘关系越近的生物，其蛋白质或核酸分子的相似性越高；亲缘关系越远的生物，其蛋白质或核酸分子的差别就越大。生物进化是一个漫长的过程，人们无法直接用观察或实验的方法再现生物进化的全过程，因而科学家始终在寻求各方面的证据，通过类比、归纳、推理等方法，不断总结生物进化的规律。巩固提高1.家里订阅的报纸，一年下来积攒了一摞，在这摞报纸中，新的在上面，旧的在下面。地质岩层的形成也是如此。假设在A、B、C三个不同的地层内分别发掘到许多化石：在A层中发掘出恐龙蛋、始祖鸟、龟等化石，在B层中发掘出马、象牙、犀牛等化石，在C层中发掘出三叶虫、贝类等化石。请将这些地层按照地质年代由远及近的顺序排列，并陈述理由。2.象鼩鼱吻部细而尖，身体呈棕褐色，看上去和啮齿类动物（如老鼠）很相似。正因为如此，人们一直认为象鼩鼱与啮齿类动物的亲缘关系很近。但是，当科学家将象鼩鼱的DNA分别与啮齿类动物以及大象的DNA比较时，结果却让他们大吃一惊。相比啮齿类动物，象鼩鼱的DNA与大象的DNA更为相似。通过对以上资料的分析，你能得出什么结论？1213第一章生命的起源和进化生物进化的历程第三节在距今2亿6500万年前，恐龙曾经是地球上最繁盛的陆生脊椎动物(图5.1-10)。随着年代的更替和环境的变迁，许多种生物像恐龙一样永远地消失了。但是，还有许多生物类群顽强地存活下来，繁衍生息，不断地进化和发展。生物进化的总体趋势地球上的各类生物都是经过漫长的地质年代逐渐进化而来的。通过比较不同生物类群的主要特征，可以间接地概括出生物进化的趋势。图5.1-10恐龙复原图分析下列图文资料，比较不同动植物类群的有关特征。分析讨论藻类植物结构简单，没有根、茎、叶的分化，没有输导组织，大都生活在水中苔藓植物有茎、叶的分化，没有真正的根，没有输导组织，生活在阴湿的地方1415第一章生命的起源和进化蕨类植物有根、茎、叶的分化，有简单的输导组织，生活在阴湿的地方种子植物根、茎、叶发达，有发达的输导组织，适于陆地生活，是真正的陆生植物图5.1-11几种常见的植物类群鱼类的心脏为一心房一心室两栖类的心脏为两心房一心室爬行类的心脏为两心房一心室，心室内有不完全的隔膜鸟类和哺乳类的心脏为两心房两心室图5.1-12脊椎动物心脏结构示意图比较心房心室1.比较图5.1-11中四类植物的生活环境和形态结构特点，你能得出什么结论？2.比较图5.1-12中所示动物心脏的结构特点，推测哪类动物的血液输送氧气的能力最强。纵观生物进化的历程，其总体趋势是：从简单到复杂、从水生到陆生、从低等到高等。在这个过程中，绝大部分原始生物类群先后灭绝，新的生物类群相继产生。地球上的生物就是这样不断地进化和发展着，而且各种生物在适应环境的过程中形成了独特的形态结构和生活习性，生物界也因此变得更加丰富多彩。1415第一章生命的起源和进化生物进化的主要历程从最早的原始生命发展到今天绚丽多姿的生物类群，生物的进化持续了30多亿年的时间。经过数代科学家的共同努力，现在人们已经基本了解了生物进化的概况。观察思考图5.1-13生物进化树爬行类鱼类节肢动物软体动物环节动物扁形动物单细胞动物原始生命腔肠动物线形动物苔藓植物两栖类裸子植物被子植物蕨类植物藻类植物哺乳类鸟类生物进化树描绘了生物进化的历程(图5.1-13)。此“树”从“树根”到“树梢”代表地质年代的延伸，“树干”代表不同生物类群的共同祖先，“树枝”代表相互关联的各个生物类群的进化线索。观察生物进化树，尝试描述生物进化的主要历程。1617第一章生命的起源和进化1.植物和动物进化的主要历程分别是怎样的？请用一种简捷的方式表示出来。2.有人认为生物进化树还不够全面，你认为怎样修改才更完善？地球上最早出现的植物是生活在海洋中的原始单细胞藻类。它们经过漫长的年代，逐渐进化成为适应陆地生活的原始的苔藓植物和蕨类植物，一部分原始的蕨类植物又进化成为原始的种子植物。地球上最早出现的动物是生活在海洋中的原始单细胞动物。它们经过漫长的年代，逐渐进化成为原始的无脊椎动物，包括腔肠动物、扁形动物、线形动物、环节动物、软体动物、节肢动物等。后来出现了古代的脊椎动物鱼类，并逐渐进化成为原始的两栖类、爬行类，某些原始的爬行类又进化成为原始的鸟类和哺乳类。随着科学技术的发展和新证据的不断发现，人们对生物进化历程的认识必将越来越接近历史的全貌。巩固提高(1)中华龙鸟哪些特征像爬行类？哪些特征像鸟类？(2)从生物进化的角度分析，你能得出什么结论？1.1996年在我国辽宁省热河地区发现了中华龙鸟化石。中华龙鸟身上披有长而密的“羽毛”，“羽毛”成片状，这些特征像鸟类；中华龙鸟的头较大，有牙齿，后肢长而粗壮，前肢短，爪钩锐利，尾椎数目多，尾相当长，这些特征又像爬行类中的恐龙。中华龙鸟化石及复原图1617第一章生命的起源和进化2.大熊猫和小熊猫具有相似的身体结构，人们通常认为它们的亲缘关系很近，而它们又分别与棕熊和浣熊有相似之处，科学家在很长时间里都无法确定这四种动物之间的亲缘关系。后来，人们通过对这四种动物的DNA及其他一些证据的分析，重新认识了它们之间的亲缘关系。请根据下图尝试描述这四种动物之间的亲缘关系。浣熊小熊猫大熊猫棕熊1000万年前2500万年前4000万年前四种“熊”的亲缘关系共同祖先3.尝试用硬纸板、白纸、铁丝、胶水、彩笔等材料，设计制作生物进化树模型并说明依据。小组间展示交流，评选出既科学又美观的优秀作品。1819第一章生命的起源和进化生物进化的原因第四节19世纪，英国的曼彻斯特地区绿树成荫，生活在这里的桦尺蛾大都是浅色的，深色的桦尺蛾极为少见。它们夜间活动，白天栖息在长满地衣的树干上。随着曼彻斯特地区工业的日益发展，大量的煤烟灰严重污染了城市和近郊，树干上的地衣不断死亡，树干也被污染成了黑色，深色的桦尺蛾变成了常见类型，浅色的却成了极少数(图5.1-14)。桦尺蛾类型的变迁实际上就是一个生物进化的过程，生物的进化与环境的改变密切相关。自然选择学说英国博物学家达尔文(C.R.Darwin)是生物进化论的奠基者(图5.1-15)。他曾随英国海军勘探船“贝格尔”号进行了历时5年的环球科学考察。每到一个地方，达尔文都要仔细考察当地的动植物资源和矿物资源，并采集大量的生物标本和矿物标本。经过观察和研究，他提出了以自然选择为基础的生物进化理论，并于1859年出版了震动当时学术界的巨著物种起源。达尔文的进化论被誉为19世纪自然科学的三大发现之一。图5.1-14桦尺蛾类型的变迁图5.1-15达尔文1819第一章生命的起源和进化阅读有关长颈鹿进化过程的资料，对照图5.1-16，分析长颈鹿进化的原因。分析讨论颈和前肢短的长颈鹿因吃不到高处的树叶容易饿死，生存下来的机会就比较少环境的不断选择使颈和前肢长的长颈鹿被保留下来，逐渐形成了现在的长颈鹿图5.1-16长颈鹿的进化过程示意图长颈鹿祖先的颈和前肢在长度上存在差异。在植物繁盛时期，每只长颈鹿都可以获得足够的食物在缺乏青草的时期，颈和前肢长的长颈鹿能够吃到高处的树叶，容易得到食物而生存下来，并繁殖后代1.为什么长颈鹿祖先的颈和前肢有的长，有的短？2.在长颈鹿的进化过程中，环境变化起到了怎样的作用？3.尝试描述长颈鹿的进化过程。2021第一章生命的起源和进化绝大多数生物都有过度繁殖的倾向，它们能够产生大量的后代，而这些后代中能够生存下来的却是少数个体。在自然界中，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，都要为争夺有限的生存条件而进行斗争。在生存斗争中，具有有利变异的个体容易生存下来并繁殖后代，同时将有利变异遗传给下一代，而具有不利变异的个体则容易被淘汰。这种在生存斗争中适者生存、不适者被淘汰的过程叫作自然选择(naturalselection)。在生物的遗传变异和环境因素的共同作用下，经过一代一代的自然选择，生物的有利变异被定向积累，久而久之，就产生了与环境相适应的生物新类型。自达尔文提出自然选择学说以来，随着科学的发展，以自然选择学说为核心的现代生物进化理论逐渐形成，极大地丰富和发展了达尔文的自然选择学说，更好地解释了生物进化的原因。人工选择自然界中的野生生物都经过了长期的自然选择，它们对环境具有很强的适应能力。达尔文认为，自然选择和人工选择(artificialselection)极为相似，人们可以从人工选择中观察到自然选择的效应。分析讨论归巢性强、飞翔持久羽色悦目、体态新奇营养丰富、繁殖力强原鸽信鸽观赏鸽肉食鸽图5.1-17家鸽品种的选育过程据文献记载，人类养鸽已有数千年的历史。按用途不同，人们将家鸽分为信鸽、观赏鸽、肉食鸽三大类，每一类又包括数十乃至数百个品种。这些家鸽都起源于共同的祖先原鸽。根据图5.1-17，分析家鸽品种形成的原因。2021第一章生命的起源和进化1.在各种家鸽品种的形成过程中，起决定作用的因素是什么？2.家鸽品种的培育过程与长颈鹿的进化过程有什么区别？在生产和生活实践中，人们根据自己的需求和爱好不断选择和培育生物新品种的过程，叫作人工选择。饲养动物和栽培植物都是对野生动植物长期人工选择的结果。人们利用生物的变异特性，通过人工方法不断地培育所需要的个体，淘汰不需要的个体，以改良生物的性状，培育优良品种(图5.1-18、图5.1-19)。图5.1-18各种颜色的茶花人工选择和自然选择的比较人工选择和自然选择都是对变异的选择，都可创造出生物新类型，但二者又有很大的不同：(1)人工选择是在人的干预下发生的，是有计划、有目的的选择，选择的时间短、见效较快；自然选择一般是长期、缓慢发生或骤然发生的。(2)人工选择保留的变异一般是人所能观察或体验到的；自然选择保留的有利变异既涉及生物的形态结构，也包括生物的生理、行为等，因而更深刻。相关链接2223第一章生命的起源和进化巩固提高1.假设一只家蝇一次产卵1000枚，每10天产生一代且全部成活，则一对家蝇在一年中产生的后代可以覆盖整个地球2.54厘米厚。你认为实际情况会是这样吗？请尝试用达尔文的进化理论进行解释。2.20世纪50年代，有人做了如下实验：将深色桦尺蛾和浅色桦尺蛾分别进行标记，放养于有煤烟灰污染的工业区和没有污染的非工业区。经过一段时间，将所释放的桦尺蛾尽可能收回，计算其数目，结果如下表：地区浅色桦尺蛾深色桦尺蛾释放数回收数释放数回收数工业污染区641615482非工业区3935440619图5.1-19形态各异的金鱼达尔文就是在研究人类饲养动物和栽培植物的过程中，获得了重要启示，并将人工选择类推到自然界中，创立了著名的自然选择学说。2223第一章生命的起源和进化(1)尝试分析工业污染区浅色桦尺蛾和深色桦尺蛾的数量发生变化的原因。(2)如果工业区严格控制污染，工厂的排烟量大大减少，将对桦尺蛾产生怎样的影响？3.一块马铃薯种植地中，甲虫泛滥成灾。农民施用杀虫剂后，甲虫的数量急剧减少，然后又逐渐增加。一段时间后，农民又施用杀虫剂，甲虫数量发生了同样的变化(见右图)。试用达尔文的自然选择学说分析回答下列问题：(1)曲线下降值为什么没有达到零？(2)曲线回升是通过什么来实现的？(3)杀虫剂对甲虫起到了怎样的作用？课外实践桦尺蛾、北极熊等许多动物具有与环境色彩相似的体色，这种体色叫作保护色。保护色有利于动物逃避敌害、猎捕食物。模拟保护色的形成过程，有助于理解保护色是自然选择的结果。提示：1.准备材料器具：边长为1米的白色和黑色正方形大纸(代表树干)，边长为1厘米的白色和黑色正方形小纸片(代表体色不同的昆虫)，镊子，杯子，计时器。供参考的表格如下：模拟保护色的形成过程组别：大纸的颜色：开始时白色昆虫开始时黑色昆虫结束时白色昆虫结束时黑色昆虫结束时白色昆虫的数目2结束时黑色昆虫的数目2第1代2525第2代第3代第4代第5代代数昆虫数目612050100杀虫剂杀虫剂繁殖代数个体相对数量2425第一章生命的起源和进化2.将大纸铺在桌面上，均匀撒上白色和黑色的正方形小纸片各25枚。3.每5名同学一组，一名同学代表“小鸟”来捕食“昆虫”，一名同学作为计时员。“小鸟”用镊子将“昆虫”转移到杯子中，30秒后停止。4.数一数存留在大纸上的白色和黑色小纸片数目，并将数值填入表格的第一行中。5.将大纸上存留的两种颜色的小纸片数目加倍，代表“昆虫”进行了“繁殖”，并将“繁殖”后的两种颜色的“昆虫”数目分别填入表格第一行的后两格和第二行的前两格中。6.在大纸上撒上相应数目的“昆虫”，重复步骤3至步骤5，直至“昆虫”“繁殖”出另外四代。其间，小组中的同学要轮流扮演“小鸟”。7.将使用同一种颜色大纸的各小组的最后结果取平均值。收集整理全班的实验结果，分析数据，得出结论。知识梳理在对生命起源的思考和探索中，尽管假说众多，但大多数学者认为，地球上的原始生命是由非生命物质经过极其漫长的化学进化过程逐渐演变而来的。生物进化的证据主要包括化石证据、解剖学证据和分子生物学证据，其中化石证据是研究生物进化最直接的证据。地球上的各类生物都是由原始生命经过漫长的地质年代逐渐进化而来的。生物进化的总体趋势是：从简单到复杂、从水生到陆生、从低等到高等。达尔文提出的自然选择学说较为科学地解释了生物进化的原因。自然选择学说的主要内容包括过度繁殖、生存斗争、遗传变异和适者生存。人们可以根据自己的需求和爱好，通过人工选择改良生物的性状，并培育生物新品种。2425第一章生命的起源和进化视野拓展山旺化石的产地，位于山东省临朐县城东北22千米处的山旺村东，是国家重点自然保护区，因地下蕴藏着大量形成于1800万年以前的古生物化石而驰名中外，被称为“古生物化石的宝库”。山旺化石藏于硅藻土页岩内，页岩层薄如纸，稍加风化即层层翘起，宛若书页，因此被形象地比喻为“万卷书”。1935年5月，著名古生物学家杨钟键教授来山旺进行考察，发现了树叶、花、昆虫、蝌蚪、鱼、蛙等化石，这是我国科学家对山旺古生物化石的首次考察。截至目前，在山旺发现的古生物化石包括硅藻、裸子植物、昆虫、鱼类、两栖类、爬行类、鸟类、哺乳类等10多个门类、700余属种，其中13是已绝灭的物种。山旺化石门类之多、品种之全及体态之完美，属举世罕见。1976年发现的山旺山东鸟是我国首次发现的完整鸟化石，它填补了我国新生代中新世鸟类化石的空白，在国际古生物界引起了强烈轰动，具有极高的学术和研究价值。硕大临朐鸟是我国发现的最大的鸟类化石，中华河鸭是我国目前已知鸭科甚至雁形目保存最完整、时代最早的化石代表。除此之外，揭开层层页岩，远古时代树叶的叶脉、蝙蝠的翼膜、蜘蛛的足毛、蜻蜓的羽翅印痕清晰、历历可辨，就连极难形成化石的蝌蚪、青蛙、蝾螈、蜜蜂、花朵，都保持了原态，有的还保持了原来的色彩。这里的许多化石都称得上“稀世珍宝”。山旺化石2627第二章人类的起源和进化人类的起源和进化第二章像地球上的其他生物一样，人类的起源和进化也经历了漫长曲折的历史过程。在这个过程中，我们的远古祖先不断地与大自然进行斗争，历经数百万年的发展变化，才演变成现在的模样。2627第二章人类的起源和进化人类的起源第一节在科学不发达的古代，世界上很多民族都有关于人类起源的神话，我国就有“女娲抟土造人”的传说(图5.2-1)。随着社会的进步和科技的发展，人类的起源问题正在逐步得到科学的阐释。人类起源于古猿动物园的黑猩猩备受游客的喜爱，它们会用“手”灵巧地“拿”起东西，能表现出喜、怒、哀、乐等表情，还可以模仿人的一些行为。黑猩猩、大猩猩、猩猩和长臂猿都与人有很多相似的地方，统称为类人猿(ape)。人和类人猿都属于灵长类动物。观察思考观察图5.2-2和图5.2-3，结合自己的生活经验和所学知识，比较人类与类人猿的异同点。图5.2-2类人猿及其生活环境长臂猿大猩猩猩猩黑猩猩图5.2-1“女娲造人”邮票2829第二章人类的起源和进化1.类人猿生活在什么样的自然环境中？尝试描述它们的运动方式。2为什么人的手比黑猩猩的“手”更加灵巧？3.类人猿与人类有哪些相似之处？你能得出什么结论？1863年，英国博物学家赫胥黎(T.H.Huxley)利用比较解剖等方法，首次提出“人猿同祖”的理论。1871年，达尔文在他的著作人类起源与性的选择中，论述了人类起源于动物，并明确指出人类和现代的类人猿有着共同的祖先，人类是由已灭绝的某些古猿(fossilapes)进化而来的。从那时起，人们逐渐认识到人类并不是上帝或神创造的。图5.2-3人与黑猩猩某些特征的比较图5.2-4埃及古猿头骨化石化石是人类起源于古猿最直接的证据。近百年来，人类学家在世界各地陆续发现了许多古猿和人类的化石。在埃及发现的古猿头骨化石，被认为是人猿同祖的证据之一(图5.2-4)。我国也发现了许多古猿黑猩猩人2829第二章人类的起源和进化古猿到人的演化人类学家认为，在距今约1200万年以前，古猿主要分布在热带和亚热带的森林里，像现在的黑猩猩那样，过着以树栖为主的生活。随着气候逐渐变得寒冷干燥，大片的森林变成了稀树草原，古猿的生活环境发生了巨大改变(图5.2-6)。由于古猿适应环境的能力有差异，从而产生了分化：大部分古猿灭绝了；有一些古猿从森林边缘退向深处，继续过着树栖生活，逐渐进化成了现代的类人猿；另一些古猿被迫从树上转移到地面，改营地面生活，最终进化成人类。图5.2-5云南禄丰古猿牙齿化石化石(图5.2-5)。这些化石显示，古猿的犬齿和臼齿发达，与猿相似；门齿小，与人相似。从已发现的人类化石来看，距今年代越久远的，在形态上与类人猿越相似；距今年代越近的，在形态上与人越相似。这些都说明，人类和类人猿是由古猿逐步进化而来的。随着分子生物学的发展，人们发现类人猿也有A、B、O、AB等与人类相同的血型；猕猴与人类的基因相似度约为93%，大猩猩与人类的基因相似度约为98%，黑猩猩与人类的基因相似度约为99%。另外，类人猿也会患感冒、肺结核等与人类相似的疾病。这一切都说明，人类与类人猿是近亲。图5.2-6稀树草原景观3031第二章人类的起源和进化直立行走的行为方式不仅使视野扩大、前后肢有了明确的分工，而且为脑的进一步发展创造了条件，促进人类不断地进化。人类学家将能否直立行走作为人猿分界的一个重要标准。1.在现代人类当中，偶尔会出现身披长毛的毛人或者长有尾巴的小孩。请尝试说明为什么会出现这种现象。2.有人说：“现代类人猿能学会一些类似于人的行为，如梳头、刷牙，甚至还会穿针引线、缝手帕，面部也有喜、怒、哀、乐的丰富表情，所以现代类人猿将来也会变成人。”你认为这种说法正确吗？请尝试说出自己的理由。巩固提高在地面生活的过程中，古猿没有尖牙利爪进行攻击以获取食物，也不能快速奔跑以逃避敌害，因而它们只能尽量发挥前肢的作用，利用树枝、石块等来增强获取食物和防御敌害的能力。在这样的条件下，古猿要用后肢行走，而将前肢解放出来使用天然工具。经过漫长的时期，它们的前肢越来越灵活，躯干和头也逐步适应于直立的姿势，重心下移、下肢骨增长、骨盆变短增宽、脊柱从弓形变为“S”形等。这样，四肢行走的古猿逐渐转变成了两足直立行走的早期人类(图5.2-7)。图5.2-7距今370万年前的早期人类足迹化石3031第二章人类的起源和进化人类的进化第二节1929年12月2日，我国人类学家裴文中在周口店龙骨山的山洞里，发现了第一个北京猿人头盖骨化石(图5.2-8)。消息一经公布，学术界为之震撼。此后，科学家又陆续发掘出了许多北京猿人的化石、所用过的石器和用火的遗迹，为“从猿到人”学说提供了有力的证据，从而基本明确了人类进化的轮廓。1987年，联合国教科文组织将北京周口店北京猿人遗址列入世界文化遗产名录。人类进化的历程从能够直立行走的早期人类演变成现代的人，经历了极其漫长的进化过程。在这个过程中，人类不断地与猛兽遍布、风雨无常的大自然进行抗争。从茹毛饮血到钻木取火，从采撷野果到栽培种植，从打制石器到使用弓箭人类逐渐从被动求生的弱者变成能够主动改造环境的强者。图5.2-8周口店龙骨山及北京猿人头盖骨化石3233第二章人类的起源和进化阅读下面的图文资料，分析人类进化的过程。资料一1974年，人们在埃塞俄比亚的哈达地区发现了距今大约340万年前的南方古猿化石“露西”少女(图5.2-9)。她的骨盆的髋骨比较宽阔，下肢骨的股骨比较粗壮，这些特征与现代人相似；但她的脑容量较小，犬齿较大，上肢的长度大于下肢，这些特征与猿相似。分析讨论图5.2-9“露西”少女化石及复原像图5.2-10能人头骨化石、复原像和遗物资料二1972年在肯尼亚发现的距今200万年前的能人头骨化石，比“露西”的脑容量几乎大出50%，头骨形状更像人，吻部突出，头盖低平，额向前倾，臼齿较小，并且在发现能人化石的地层中，还发现了简单的石器和使用过的兽骨(图5.2-10)。3233第二章人类的起源和进化图5.2-11北京猿人复原像图5.2-12北京猿人制造的石器砍砸器刮削器尖状器刮削器资料三北京猿人生活在距今约50万年前，住在天然洞穴里，以采集和狩猎为生。他们能和现代人一样直立行走，四肢骨在长度、形状等方面与现代人基本相同；但他们仍表现出一些原始的性状，如身材稍矮、体格粗壮，前额低平并向后倾斜，面部鼻子宽扁、颧骨高突、眉嵴粗大、没有明显的下颏(图5.2-11)。与早期人类相比，他们的大脑较发达，脑容量平均已达1059毫升，并且能打制不同用途的石器(图5.2-12)。在他们居住过的山洞里，还发现了成堆成层的灰烬，内有被烧过的木头、多种动物骨骼、石块等。1.“露西”的骨盆、下肢骨与现代人的相似，请尝试描述她的运动方式。2.在发现能人化石的地层中，还发现了简单的石器和使用过的兽骨。通过这些发现，你能得出什么结论？3.在北京猿人居住过的山洞里发现了灰烬的遗迹，这说明了什么4.从“露西”到北京猿人，其脑容量逐渐增加，这对人类的进化会有哪些方面的影响？截至目前，在世界各地发现的人类化石，最早的距今只有600万700万年。尽管这些化石大多残缺不全，其间还存在着很多空缺，但人类学家已经从中基本理清了人类进化的过程。人类的进化过程通常分为南方古猿(australopithecus)、能人(Homohabilis)、直立人(Homoerectus)和智人(Homosapiens)四个阶段(图5.2-13)。3435第二章人类的起源和进化生活在距今200万20万年前，脑容量可达1000毫升以上，会打制不同用途的石器，学会了用火，是人类进化最关键的一个阶段生活在距今20万1万年前，脑容量平均为1360毫升，已学会人工取火，会制造精细的石器和骨器，能用骨针缝制兽皮衣物，可用标枪和长矛进行狩猎图5.2-13人类进化的四个阶段直立人智人制造工具和学会用火是人类区别于其他动物的重要特点。工具的制造和使用提高了人类的劳动能力，促进了脑的发展；而脑的发展又促使人类在群体生活中产生了语言，使得他们相互之间能更好地交流与合作。火的使用是人类进化历程中的重大进步，用火的意义不仅在于享用熟食，改善身体的营养，还体现在人们用火驱寒、御敌、狩猎、照明等方面(图5.2-14)。图5.2-14南非奇迹洞内有大量100万年前的木质灰烬、烧骨和石器生活在距今420万150万年前，脑容量在450530毫升之间，能使用天然工具，但不能制造工具，是已发现的最早阶段的原始人类生活在距今200万150万年前，脑容量平均为680毫升，能制造简单的工具(石器)南方古猿能人3435第二章人类的起源和进化现代人种的分化人类虽然起源于同一种古猿，但由于长期生活在不同的地理和气候条件下，不同国家或地区的人在皮肤颜色、头发特点、面部特征等方面有了很大的差别，表现出不同的遗传特征。根据这些特征，可将现代人类分为四个种族(race)：蒙古利亚人(Mongoloid)、高加索人(Caucasoid)、尼格罗人(Negroid)和澳大利亚人(Australoid)(图5.2-15)。图5.2-15人类的四个种族高加索人澳大利亚人尼格罗人蒙古利亚