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第三章生命起源和生物进化本章综合解说本章内容概览生物圈中生命的延续离不开生物的生殖和发育，在生殖和发育过程中会出现遗传和变异现象，遗传和变异与环境的变化长期相互作用导致生物进化。本章从进化的角度比较详细地分析了生命的起源和发展。首先利用资料分析探究原始生命从无到有的过程，并通过列举不同生命起源的观点帮助我们形成对生命起源的正确认识；然后学习研究生物进化的基本方法，即用比较的方法来了解生物进化的大致历程；最后通过模拟探究活动，分析生物进化的原因，并着重介绍了达尔文的自然选择学说。生命起源和生物进化是一个无法再现和还原的过程，还有许多证据需要寻找和发现。本章内容在介绍科学知识的同时，注重对科学方法的介绍，并注重培养我们的质疑和探究精神。重点难点提示重点：1．地球上原始生命起源的条件和过程。2．研究生物进化的方法。3．生物进化的主要历程。4．自然选择学说的主要内容。难点：1．原始生命起源的过程（米勒实验）。2．生物进化的证据。3．生物进化的主要历程。4．生物进化的原因与自然选择学说。本章学法点津学习本部分知识要注意和以前所学知识相联系。例如，学习生物的进化历程时，结合以前学习的生物圈中的各种生物类群，从形态结构、生活习性、生理特征等方面，画出生物进化树，并归纳出生物进化的总体趋势。学习达尔文的自然选择学说时，结合“生物与环境”“遗传和变异”的有关知识，加深对生物进化原因的理解。另外，在学习中要渗透一些重要的科学方法，如运用证据和逻辑进行推理的方法，认识到证据与推测之间的逻辑关系一定要紧密；比较法在研究生物进化时的重要作用；还可从模拟实验的角度出发，阐明自然环境对生物的选择作用。第一节地球上生命的起源教材预习全解趣味情景导入地球大约是在46亿年前形成的。地球形成之初是没有生命的，天空中或赤日炎炎，或电闪雷鸣，地面上火山喷发，熔岩横流。那么地球是从何时开始有了生命呢？关于地球上的生命是怎么来的有很多种不同的解释，我国古代就有“女娲造人”（图7-3-1-1）的传说，在西方也有“上帝造人”的说法。地球上的生命真的是由神创造出来的吗？图7-3-1-1学习目标导航1．描述生命起源的过程。2．关注生命起源的不同观点。3．尝试运用证据和逻辑作出推测。相关知识链接1．巴斯德的鹅颈瓶实验证明了微生物不是自然发生的，而是由已存在的微生物产生的。2．细胞中的物质可以分为两大类：一类是分子较小的，如水、氧和无机盐等简单的无机物；另一类是分子较大的，如糖类、蛋白质、脂质和核酸等复杂的有机物。教材内容全解想一想，议一议（见教材第50页）提示：生命的存在必须具备的条件包括水和适宜的温度，大多数生物还需要氧气。知识点一研究生命起源的方法——科学推测1．推测（1）概念：推测是根据已知的事物，通过思维活动，对未知事物的真相提出一定的看法。（2）科学推测的要求①需要有一定的证据做基础；②需要有严密的逻辑；③需要丰富的联想和想象。2．地球上生命起源的推测地球上生命的生存需要有机物和能量，还需要其他的一些条件。关于生命的起源，我们无法亲自观察，也难以得到确凿的证据，但是，我们可以通过有关的研究进行科学推测。据研究发现，构成生物体的每一种元素在自然界中都能找到，没有一种元素是生物体所特有的，由此可以推测地球上的原始生命起源于非生命物质。例1历史上曾有女娲造人、上帝造人的传说，它们不正确的主要原因是（）A．人们的凭空想象B．人们的主观臆断C．没有一定的证据D．人们的突发奇想【解析】本题考查对科学推测的理解和应用。科学推测必须有一定的证据做基础，女娲造人、上帝造人的传说没有一定的证据，故不正确。【答案】C知识点二原始生命的起源（重点难点）1．教材第51页“资料分析”全解（1）原始地球①形成时间：地质学研究表明，地球大约是在46亿年前形成的。②环境条件：那时候地球的温度很高，环境与现在的完全不同：天空中或赤日炎炎，或电闪雷鸣，地面上火山喷发，熔岩横流。③原始大气：从火山中喷出的气体，如水蒸气、氢气、氨、甲焼、二氧化碳、硫化氢等，构成了原始的大气层。与现在的大气不同的是，原始大气中没有氧气。④原始海洋：科学家推测原始大气中的水蒸气，越积累越多，随着地球温度逐渐下降，水蒸气凝结成雨，降落下来形成回流，越积越多，最终汇聚成原始海洋。原始海洋是原始生命诞生的场所，是原始生命的“摇篮”。（2）证明生命起源的模拟实验（难点）①米勒的模拟实验a．过程：1953年，美国青年学者米勒模拟原始地球的条件和大气成分，将甲烷、氨、氢气、水蒸气等气体泵入一个密封的装置内，并进行火花放电（图7-3-1-2）。图7-3-1-2b．结果：一个星期后，米勒对瓶中的液体进行分析，结果惊喜地发现，其中合成了多种氨基酸。c．结论：在原始地球条件下，可以产生构成生命的有机物。②其他科学家的模拟实验：米勒的实验结果引起了许多科学家的兴趣，他们改进了米勒的实验，使用最初可能在地球上就已经存在的各种不同物质进行实验，制成了另外一些有机物，证明了生命物质能由非生命物质形成。（3）天外陨石①陨石：陨石就是降落到地球上的太阳系内的固体物质。②陨石的形成：太阳系星际空间中游荡着一些碎小的固体物质，叫流星体。在地球绕太阳运动的过程中，流星体有时以每秒十几千米到几十千米的速度撞入地球大气层，与大气发生剧烈的摩擦，形成生热发光的现象。绝大多数的流星体质量都很小，固体碎块很快就完全燃烧，化为气体和灰尘悬浮在离地面80000〜120000米的大气层。如果流星体没有在大气中全部燃烧，剩下的可以陨落或飘落到地球上来，这些来自星际空间的“贵客”就叫陨石，也叫陨星，民间还称之为“天落石”。③陨石带来的信息：通过对陨石中各种元素的同位素含量进行测定，可以推算出陨石的年龄，从而推算出太阳系开始形成的时期。陨石可能是小行星、行星、大的卫星或彗星分裂后产生的碎块，它能携带来自这些天体的原始信息，包括生命的信息。④推测a．构成生命的有机物来自宇宙空间，这些有机物被陨石等带到了地球，在地球上经过漫长的年代逐渐进化成了原始生命。b．原始生命来自其他星球，并在地球上进化，形成了现在丰富多彩的生物。这种观点被人们认为是生命起源的“宇生说”。⑤宇生说的证据1969年，人们在澳大利亚默奇森镇坠落的陨石中发现了并非来自地球的氨基酸。另外，天文学家在星际空间发现了数十种有机物。讨论（见教材第52页）1．现在的大气成分中有氧气，而原始大气的成分中没有氧气。2．原始地球上不存在生命，因为原始地球上没有生命存在的环境条件。3．根据米勒及其他学者的实验结果可以推测，原始地球上尽管不能形成生命，但能产生构成生物体的有机物。因此，生命的起源从无机物到有机物，这一阶段是完全能够实现的。4．从陨石中含有构成生物体所需要的有机物的事实，可以推测构成生物体的有机物能够在地球以外形成并被带到地球。例2科学研究中经常用模拟实验来解决不能或不便用直接实验法解决的问题，便于提高效率、获取证据。依据图7-3-1-3，下列对米勒模拟实验的解释，你不认同的是（）图7-3-1-3A．①内模拟了原始大气及闪电B．②内模拟了原始大气中的水蒸气凝结降雨的过程C．③为实验提供了水蒸气，并促进物质的循环流动D．④内产生了多种蛋白质【答案】D【解析】米勒模拟原始地球的条件和大气成分，在实验中，将水注入③内，先将①玻璃仪器中的空气抽去，然后泵入甲烷、氨和氢气等混合气体（模拟原始大气）。再将③内的水煮济，使水蒸气和混合气体在密封的玻璃管道内不断流动，经①内的火花放电（模拟闪电）一周，最后生成有机物，经过②冷凝器冷却后（模拟原始大气中的水蒸气凝结降雨的过程），积聚在④仪器底部（模拟原始大气中生成的有机物被雨水冲淋到原始海洋）。此实验过程生成了多种氨基酸，而不是蛋白质。点拨米勒的实验证明原始地球上的无机小分子物质在特殊条件下可以形成有机小分子物质。由无机物合成有机物是探索生命起源的一大突破。2．有关生命起源的“海洋化学起源说”（重点难点）关于地球上生命起源的问题，目前大多数科学家认同“海洋化学起源说”。（1）原始地球为生命起源提供的条件早期的地球是个炙热的球体，在这样的环境条件下是不会有生命产生的。后来随着地球表面的温度慢慢降低，才逐渐为生命的产生提供了一定的条件。原始地球为生命起源的化学进化提供的条件主要有以下三个方面：①场所条件：原始海洋。②物质条件：原始大气主要包括水蒸气、氢气、氨、甲烷、二氧化碳、硫化氢等。③能量条件：原始地球上不断出现的宇宙射线、紫外线、雷电、高温等。（2）生命起源的过程①无机小分子物质→有机小分子物质：在原始大气中，无机小分子物质在高温、紫外线以及雷电等条件的长期作用下，形成了一些氨基酸等有机小分子物质，这些物质随着雨水汇入原始海洋。②有机小分子物质→有机大分子物质：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。③有机大分子物质→有机多分子体系：这些有机大分子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，构成了相对独立的有机多分子体系。④有机多分子体系→原始生命：这种独立的有机多分子体系不断完善，一旦它们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。当原始生命在原始海洋中诞生之后，就开始了生命进化的漫长历程。此过程可用图7-3-1-4表示。图7-3-14拓展生命起源的其他假说①神创论：地球上的一切生命都是由上帝或神设计和创造的，或是在某种超自然的力量干预下产生的。②自然发生论：生命是从非生命物质中自发产生的。如我国古代认为的“腐草化萤”“腐肉生蛆”等。19世纪60年代，巴斯德的鹅颈瓶实验否定了这一假说。③热泉生态系统：有些学者通过研究发现，海底热泉喷口附近的环境不仅可以为生命的出现以及其后的生命延续提供所需的能量和物质，而且还可以避免地球外物体撞击地球时所造成的有害影响，因此热泉生态系统是孕育生命的理想场所。但另一些学者认为，生命可能是从地球表面产生，随后蔓延到深海热泉喷口周围。以后的撞击毁灭了地球表面所有的生命，只有隐藏在深海热泉喷口附近的生物得以保存下来并繁衍后代。因此，这些喷口附近的生物虽然不是地球上最早出现的，但却是现存所有生物的共同祖先。例3美国学者米勒等人所做的化学进化模拟实验，支持了生命起源过程的（）A．无机小分子物质→有机小分子物质B．有机小分子物质→有机大分子物质C．有机大分子物质→有机多分子体系D．有机多分子体系→原始生命【答案】A【解析】“海洋化学起源说”将生命的起源分为四个阶段：第一阶段，从无机小分子物质生成有机小分子物质；第二阶段，从有机小分子物质生成有机大分子物质；第三阶段，从有机大分子物质构成相对独立的有机多分子体系；第四阶段，有机多分子体系演变为原始生命。米勒通过实验模拟原始地球条件，利用原始大气成分（无机小分子物质），获得了一些简单的有机物（有机小分子物质），验证了海洋化学起源学说的第一阶段。知识点三教材第54页“技能训练”全解（运用证据和逻辑作出推测）科学推测需要有一定的证据做基础，凭空想象往往是站不住脚的。生命不是自然发生的，这一结论的获得就有许多科学的证据。如巴斯德的鹅颈瓶实验、斯帕兰扎尼证明肉汤中的微生物来自空气的实验等。1．分析下列证据和推测之间的逻辑关系是否严密证据推测是否严密分析鲜肉中没有蛆，腐肉生蛆。一度干涸的池塘，一旦有水（水中看不到任何动物），自然就会出现蝌蚪和青蛙生物是从非生命物质中自发产生的否腐肉中的蛆有可能是由外界的苍蝇产生的卵形成的，池塘中的青蛙、蝌蚪可能来自别处，推测的过程中，没有注意外界因素的干扰，只看到了表面现象斯帕兰扎尼的实验肉汤中的微生物不是自发产生的，而是来自瓶外是设计了对照组，考虑了其他因素的干扰，能证明微生物不是自然发生的巴斯德的实验肉汤中的微生物不是自发产生的，而是来自瓶外是设计了对照组，考虑了其他因素的干扰，能证明微生物不是自然发生的2．根据“有机物形成球状小滴”的实验，你能对生命的起源作出怎样的推测？从提供的资料推测：在生命起源的过程中，由生物大分子物质组成有机多分子体系（细胞）是完全有可能的。理由如下：球状小滴可看成是一个细胞，其