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7.3.2生物进化的历程学习导引重点和难点本节的重点是举例说出研究生物进化的方法，列举证据说明生物是进化的，概述生物进化的主要历程；难点是形成生物进化的基本观点。研究进化生物学的比较方法比较是指根据一定的标准，把彼此有某种联系的事物加以对照，确定它们的相同和不同之处。通过对各个事物特征的比较，可以把握事物之间的内在联系，认识事物的本质。选择哪些特征作比较，在分析比较时需强调哪些特征，处理这些问题时要尽量避免个人主观因素。研究生物进化时，可通过不同年代化石的纵向比较推测生物进化的历程，也可通过现存生物种类的特征“横向”比较分析而追溯“纵向”的进化关系。化石证据要研究生物进化的问题，首先要了解过去的生物。但远古的生物大部分都已消失，只有少数以化石的形式保存了下来，成为人类认识古生物的重要依据。化石是保存在地层中的古生物遗体、遗物和生活遗迹，为研究生物进化提供了直接的证据。各类生物的化石在地层里是按照一定顺序出现的。科学家通过纵向比较不同地层中的生物化石，不仅可证明生物是进化的，而且可以了解这些生物的进化过程。化石显示：在形成越早、离现在越久远的地层中，形成化石的生物越低等、结构越简单，生物的种类也越少；在形成越晚、离现在越近的地层中，形成化石的生物越高等、结构越复杂，生物的种类也越多。科学家在地层中还发现了一些中间过渡类型的化石，这些化石揭示了不同生物之间的进化关系。例如在德国发现的始祖鸟化石，在我国辽宁发现的中华龙鸟、孔子鸟等大量的古鸟化石，这些化石证实鸟类起源于古代的爬行动物。还有其他证据来研究生物进化，如科学家通过横向比较现存生物的身体结构、胚胎发育、蛋白质以及DNA等的相似性，来确定它们之间的进化关系。生物进化的大致历程植物进化的历程大致是：生活在海洋中的原始藻类植物，经过极其漫长的年代，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，但是，它们的生殖都需要有水的环境。后来，一部分原始的蕨类植物进化成为原始的种子植物，包括原始的裸子植物和被子植物，它们的生殖完全脱离了水的限制，更加适应陆地生活。动物进化的历程大致是：生活在海洋中的原始单细胞动物，经过极其漫长的年代，逐渐进化成为种类繁多的原始的无脊椎动物，包括扁形动物、环节动物、软体动物和节肢动物等。地球上最早出现的脊椎动物是古代的鱼类。以后，某些鱼类进化成为原始的两栖类，某些两栖类进化成为原始的爬行类，某些爬行类又进化成为原始的鸟类和哺乳类。总之，生物进化的主要趋势为：生物的种类由少到多，生活环境由水生到陆生，身体的结构由简单到复杂、由低等向高等发展。知识闯关1．下列关于生物进化的叙述，正确的是：A．化石是研究地球上生物进化的最主要、最可靠的证据；B．生物进化的每个环节都有化石证据；C．越晚形成的地层中，形成化石的生物结构越简单、越低等；D．在最古老的地层中也有生物化石。答〔〕2．生物学家在研究生物进化时，最主要的依据是：A．现代生物的特征；B．现代生物生存的环境；C．古代生物的化石；D．生物遗传物质的相似性。答〔〕3．生物化石之所以能证明生物的进化，其根本原因是：A．化石是保存在地层中的生物遗体或生活遗迹；B．地壳岩石形成有一定顺序；C．化石是生物的祖先；D．各类生物化石在地层中出现有一定的顺序。答〔〕4．关于地层中生物化石分布情况的叙述，正确的是：A．在地质年代较近的地层中不可能找到低等生物的化石；B．地质年代古老的化石一定是低等生物的化石；C．在最古老的地层中存在着大量的低等生物化石；D．地质年代越久远的化石一定埋藏得越深。答〔〕5．下页图分别为鱼、蝾螈、龟、鸡、猪等脊椎动物和人的胚胎发育的比较，它们的早期胚胎都有鳃裂和尾。这说明：A．它们的早期胚胎都有游泳能力；B．脊椎动物和人的早期胚胎用鳃呼吸；C．它们的胚胎相似；D．脊椎动物和人都是由古代原始的有鳃有尾的共同祖先进化来的。答〔〕6．证明鲸的原始祖先是水生动物的证据是：A．鲸早期胚胎有尾；B．鲸早期胚胎有鳃裂；C．鲸生活在水中；D．鲸的鳍和鱼的鳍的结构相同。答〔〕7．始祖鸟化石可以证明：A．鸟类起源于现代爬行类；B．始祖鸟是鸟类和爬行类的共同祖先；C．鸟类和爬行类是同时出现的；D．鸟类起源于古代爬行动物。答〔〕8．下列不能用来作为生物进化的证据的是：A．DNA序列；B．细胞色素C的氨基酸差异数；C．身体的大小；D．身体结构的相似性。答〔〕9．生殖过程完全摆脱了对水的依赖的植物是：A．苔藓植物；B．多细胞植物；C．蕨类植物；D．种子植物。答〔〕10．下列关于生物进化趋势的叙述中，不合理的是：A．单细胞生物→多细胞生物；B．体形小的生物→体形大的生物；C．结构简单→结构复杂；D．低等生物→高等生物。答〔〕11．下图是四种脊椎动物前肢骨和人的上肢骨，通过比较可以发现它们在外形和功能上差异很大，但骨骼的基本组成却相同，而且排列方式也基本一致。一、鸟二、蝙蝠三、鲸四、马五、人1．肱骨2．桡骨3．尺骨4．腕骨5．掌骨Ⅰ—Ⅴ．指骨（1）可以证明这些生物：A．可能具有较近的亲缘关系；B．它们的生活环境相同；C．胚胎发育早期是相同的；D．具有相同的骨骼。答〔〕（2）这一证据来自：A．胚胎学；B．比较解剖学；C．遗传学；D．分子生物学。答〔〕（3）你可以推测出它们的生存环境吗？12．判断下列说法是否正确，正确的画“√”，错误的画“×”。（1）化石是证明生物进化的唯一证据。（）（2）过去发现的生物化石都是低等生物的化石，现在发现的化石都是高等生物的化石。（）（3）现今地球上的蕨类植物是由古代蕨类植物进化来的。（）13．化石在地层中的存在有一定的顺序，在越古老的地层中，成为化石的生物越__________、越__________，在越新近形成的地层中成为化石的生物越__________、越__________。探究乐园泄漏天机的分子问题：蛋白质结构如何揭示出不同生物在进化上的亲缘关系？实验步骤：（1）仔细看下面这张表，它显示了同一种蛋白质（细胞色素C）的某个区域在5种不同动物中的氨基酸序列。不同字母代表不同的氨基酸。（2）先预测一下，哪一种动物和黑猩猩的亲缘关系最近，哪一种最远？（3）比较黑猩猩和罗猴的氨基酸序列。这两种动物的氨基酸序列之间有几个氨基酸不一样？在笔记本上记下这个数字。（4）再比较一下黑猩猩和其余动物的氨基酸序列，然后记录有差异的氨基酸数目。各种动物的细胞色素C的部分区域氨基酸位置（示第x位）动物4041424344454647484950515253名称黑猩猩TGQAPGYSPTAANK罗猴TGQAPGYSYTAANK狗TGQAPGFSYTDANK龟TGQAEGFSYTEANK鲸TGQAVGFSYTDANK分析与结论：（1）哪一种动物的氨基酸序列和黑猩猩的最为相似？其他动物的氨基酸序列和黑猩猩相比又如何？（2）基于这些数据，哪一种动物和黑猩猩的亲缘关系最近，哪一种最远？（3）对于整个细胞色素C来说，黑猩猩和其他动物之间有差异的氨基酸数目如下：与罗猴相比的差异数为1个，与狗相比的差异数为11个，与龟相比的差异数为15个，与鲸相比的差异数为10个。由整个蛋白质氨基酸序列得出的亲缘关系与你得到的结果相比有区别吗？（4）为什么氨基酸序列能为确定生物的进化关系提供线索？课堂延伸1．鱼类氮代谢的终产物是氨，两栖类动物成体氮代谢的终产物是尿素，鸟类氮代谢的终产物主要是尿酸。在鸡的胚胎发育过程中，最初几天氮代谢的终产物是氨，过几天变成了尿素，最后以尿酸为主。（1）这一证据属于：A．胚胎学证据；B．比较解剖学证据；C．遗传学证据；D．分子生物学证据。答〔〕（2）鸡的早期胚胎像__________，过几天像__________，最后才像__________。（3）从鸡的氮代谢终产物的变化可以看出高等动物是由__________进化而来的，进化方向是__________。2．阅读资料，回答问题。始祖鸟化石是鸟类从爬行动物进化而来的最好的古生物证据，这种鸟类身披现代鸟类的羽毛，生活在距今大约1．5亿年前的晚侏罗纪，在骨骼特征上和爬行动物没什么两样。从晚侏罗纪开始的5亿年漫长的鸟类进化历史，大体可以分为以下几个重要阶段：（1）晚侏罗纪；（2）早白垩纪（距今1．44亿～0．99亿年）；（3）晚白垩纪（距今0．99亿～0．65亿年）；（4）新生代（距今0．65亿年至今）。迄今为止，晚侏罗纪的鸟类化石只有始祖鸟一种；晚白垩纪的鸟类化石表明，此时鸟类已经是比较进步的类型；新生代的鸟类已经相当的进步。然而，从19世纪末开始直到20世纪70年代，人们对于早白垩纪的鸟类的情况几乎一无所知。也就是说，距今1．5亿年到8000万年之间鸟类进化的历史始终是个空白。始祖鸟复原图1982年甘肃玉门偶然发现的一件中生代鸟类化石，拉开了我国中生代鸟类研究的序幕。这件仅仅保存了一侧不完整的后肢的古鸟类化石，在1984年被命名为“甘肃鸟”。化石一经发现，便开始受到国际上同行的关注。然而，真正填补了这一早期鸟类进化历史空白的，是从20世纪80年代末开始的来自辽西的一系列重要的化石发现。科学家根据“甘肃鸟”化石绘制的复原图（据新华社电）中美科学家于2006年6月15日在华盛顿宣布，在甘肃省玉门附近的昌马镇发现了生活在约1．1亿年前的“甘肃鸟”的较完整化石，分析显示这种有翅的鸟能像鸭子一样潜水。这一发现填补了鸟类进化树的空白，也为现代鸟类水栖起源的观点提供了有力佐证。次日出版的美国《科学》杂志刊登了有关论文。论文分析了5具“甘肃鸟”化石：其身体上半部结构表明它能从水面起飞；后腿和蹼足的细节显示，它可能是靠足推进的潜水鸟，很像现代的鸭子，但能力稍逊。另外，“甘肃鸟”骨骼中空程度低，因此较重也较笨拙。“甘肃鸟”是今鸟类（今鸟类是包括所有现存鸟类在内的具有进步飞行特征的鸟类的统称）已知最古老的成员。2006年6月21日的新闻联播也对此进行了报道。（2005年11月18日，东北新闻网报道）昨日，4件据估计生活于1．2亿年前的孔子鸟的化石，与其他2360件辽西古物化石由沈阳市海关移交给辽宁省国土资源管理局。这宣告轰动一时的“古生物化石走私第一案”彻底终结。孔子鸟、华夏鸟等中生代化石，是此次移交中最为珍贵的化石，将为研究鸟类起源、飞行起源及羽毛起源，提供宝贵的实物依据。孔子鸟化石及复原图1．2亿岁的孔子鸟回家（2005年7月24日，新华网辽宁频道）自20世纪90年代以来，辽宁西部陆续出土了20余个门类成千上万件的精美古生物化石，其中既包括古植物化石，也包括腹足类、昆虫类、鱼类、两栖类、爬行类（龟、蜥蜴、恐龙等）、鸟类和原始哺乳类等动物化石。其分布之广、数量之大、种类之多、保存之好、信息之全轰动了世界，“辽西热河生物群”已成为世界级化石宝库。美国著名古生物学家奥斯特罗姆感叹道：“世界上没有其他地方在如此关键的时间，保存如此完好的、如此多的化石群！”但是，辽西古生物化石在给中华民族带来喜悦的同时，也带来了忧虑。私挖盗采屡禁不止，伪造走私愈演愈烈，以“化石入股”与外商合资更引来一片质疑。除了非法盗挖滥采，一些获得了合法发掘权的部门单位，因为缺少专业人员和专业知识，也造成新的化石资源破坏，“合法发掘”中的破坏令人痛心。辽西化石产地（1）为什么“甘肃鸟”化石的发现引起了全世界科学家的广泛关注？（2）为什么辽西古生物化石在给中华民族带来喜悦的同时，也带来了忧虑？（3）阅读了以上资料，你对化石的价值有什么新的认识？谈谈你对保护古生物化石的建议或意见。参考答案知识闯关1．A2．C3．A4．B5．D6．B7．D8．C9．D10．B11．（1）A；（2）B；（3）鸟、蝙蝠能在空中飞行，鲸生活在水中，马生活在陆地（草原）上；12．（1）×（2）×（3）√13．简单低等复杂高等探究乐园（1）罗猴（只有一个氨基酸不同）狗、龟、鲸与黑猩猩的氨基酸差异数分别为3、4、4个；（2）基于这些数据，罗猴与黑猩猩的亲缘关系最近，龟和鲸与黑猩猩的亲缘关系最远；（3）有差异，如由整个蛋白质氨基酸序列可发现黑猩猩与龟的亲缘关系要比与鲸的亲缘关系远；（4）蛋白质是组成细胞的一类重要物质，它也经历了进化的历程，因此可通过