生物进化理论(第2课时).doc

第9章 第2节 生物进化理论（第2课时）上海理工大学附属中学 顾淼淼一、设计思路现代进化理论是在达尔文进化论的基础上发展起来的，学生通过前一节课的学习，已经了解自然选择学说基本内容，在此基础上，进一步学习现代进化理论。教学过程中，以设置问题情景、分析、计算、举例等方法，帮助学生理解，同时通过相关联的问题将现代进化理论的四个内容联系起来，形成连贯的、整体的学习，从而理解物种的形成过程。关于“灭绝”这部分内容，关键在于引导学生认识生物灭绝对地球生物进化的积极意义，通过分析、讨论使学生认识生物物种形成与灭绝之间的相互关联，懂得生命世界不断变化发展的客观性，从而树立辩证的世界观和生命观。二、教学目标1、知识与技能（1） 知道现代进化理论的基本内容。（2） 知道生物进化和物种形成的基本环节。（3） 知道灭绝对生物进化的积极意义。（4） 知道种群、基因库、基因频率、物种、地理隔离、生殖隔离、灭绝等概念。2、过程与方法通过设置问题情景和举例，激发学习兴趣，培养分析问题、解决问题的能力。3、情感态度和价值观 通过对物种的形成和灭绝的学习，初步建立辩证的生命观，并树立保护生物、保护环境和可持续发展的观念。三、重点和难点1、重点：现代进化理论 物种的形成和灭绝2、难点：生物进化和物种形成的基本环节 灭绝对生物进化的积极意义四、教学准备 查阅资料，制作PPT课件。五、教学过程教学内容教师行为学生行为教学说明引入提问达尔文的进化论是否完美无缺的终极真理？为什么？由于受到当时科学发展水平的限制，达尔文的自然选择学说存在着不足之处。随着现代生物科学的发展，人们对生物进化机制又有了更进一步的认识，丰富和发展了达尔文的进化学说，从而形成了现代综合进化理论。思考、回答。衔接上一节课的内容，使学生认识到人类对生命的认识是逐渐深入的。四、现代进化理论现代综合进化理论认为，进化是在生物种群中实现的，而突变、选择和隔离是生物进化和物种形成过程中的三个基本环节。1、种群是生物进化的基本单位（1）种群 概念 特征（2）基因库（3）基因频率（4）生物进化的实质什么是种群呢？举例比较生活在同一个湖泊中所有的鱼。（不是种群）生活在同一个湖泊中所有的鲤鱼。（是一个种群）校园里所有的鸟。（不是种群）校园里所有的白头翁。（是一个种群）总结种群的概念：生活在同一区域内同种生物个体的总合。一个物种通常包括许多分布在不同地点的种群。种群的一个主要特征是种群内的雌雄个体能通过有性生殖而实现基因的交流。种群是生物繁殖的基本单位。思考为什么进化的基本单位是种群而不是个体？设置情景回答问题如果在灰色翅（基因型为aa)昆虫的群体中偶然出现一只绿色翅（Aa)的变异个体，且绿色比灰色更不容易被敌害发现。根据达尔文“适者生存、不适者淘汰”的观点，该绿色个体能被选择下来吗？如果该绿色个体能很好的生活下来，它体内的A基因怎样才能传递给后代？因此，生物的进化都是群体或种群的进化，个体是谈不上进化的，因为个体总是要死的，种群才会继续保留。基因库的概念：一个种群中能进行生殖的生物个体所含有的全部基因（包括全部等位基因）的总和。我们知道多指为显性基因（A）控制的遗传病，而绝大多数人表现为正常（aa）。白化病是隐性基因（b）控制的遗传病，但绝大多数人表现正常（BB或Bb）。提问：以上事实说明了什么？说明不同的基因在种群的基因库中所占的比例是不同的。基因频率的概念：某一基因在它的全部等位基因中所占的比率。引导学生计算从某种种群中随机抽出100个个体测知基因型为AA、Aa、aa的个体分别为30、60和10，其中A基因频率为多少？a基因频率为多少？思考种群中某基因的频率能否发生变化？出示关于“英国曼彻斯特地区桦尺蛾从19世纪中期到20世纪中期，浅色型桦尺蛾和黑色型桦尺蛾所占比例发生剧烈变化过程”的材料。讨论（1）1850年以前该地区的桦尺蛾为什么以浅色为主？黑色个体很少的原因是什么？（2）为什么后来绝大多数的桦尺蛾是黑色型的？（3）两色桦尺蛾的数量变化的根本原因是什么？通过以上分析，我们知道基因突变、新基因的加入会引起基因频率发生改变，而基因频率的变化导致基因型发生变化最终引起性状的改变。因此说，生物进化的过程实质上就是种群基因频率发生变化的过程。提问导致种群中某基因的频率发生变化的因素有哪些呢？学生比较，分析共同点和差异。思考、回答。思考。学生进行计算、回答。学生阅读材料，讨论回答。思考、回答。通过举例比较，让学生分析四个例子中的共同点和差异，从而总结出种群的概念，加深理解。通过设置问题情景引起学生兴趣，并让学生分析相关问题，帮助理解生物的进化是以种群为基本单位的。以学生较为熟悉的两种遗传病进行分析，得出不同的基因在种群的基因库中所占的比例不同，从而引出基因频率的概念。通过实例，使学生学会基因频率的计算方法，并进一步理解基因频率的概念。以相关材料引起学生的兴趣，通过讨论培养学生分析问题、解决问题的能力，引导学生得出种群的基因频率会发生变化这一结论。最终理解生物进化的实质即种群基因频率的改变。通过回答引出下一个内容。2、突变为生物进化提供原料提问基因突变有什么特点？思考自然界中生物的自然突变频率很低，为什么还能够改变种群中的基因频率呢？计算果蝇有104对基因，假设每个基因的突变都是10-5，如果种群中有108个个体，则每一代出现的基因突变数为多少？说明种群中每一代产生的基因突变的数量是很大的，并通过繁殖得到积累。基因突变可产生新基因（等位基因），是基因频率改变的基础。基因突变是可遗传变异的根本来源。由于突变是随机的、不定向的，因此它们只是提供了生物进化的原材料，不能决定生物进化的方向。那么，生物进化的方向是怎样决定的？回答。思考。学生进行计算。回顾前面所学的知识，引出下一个问题。通过计算理解基因突变在种群中的数量是很大的。鉴于前面已经学过，教师可适当提一下，突变有利有害是相对的，取决于生物的生存环境。引出下一个内容。3、自然选择主导着进化的方向通过以上对于桦尺蛾体色变化的分析，我们知道适者生存，不适者被淘汰。从基因角度来看，不利变异的基因频率下降了，有利变异的基因频率增加了。由此可见，种群产生的变异是不定向的，经过长期的自然选择和种群的繁殖使有利变异基因不断积累，不利变异基因逐代淘汰，使种群的基因频率发生了定向改变，导致生物朝一定方向缓慢进化。因此，自然选择主导了生物进化的方向。听讲。4、隔离是新物种形成的必要条件（1） 物种（2） 地理隔离（3） 生殖隔离受精前生殖隔离受精后生殖隔离提问上述两种桦尺蛾是两个不同的物种吗？怎样判断是不是同一个物种？那么，什么是物种呢？物种是指分布在一定的自然区域内，具有一定的形态结构和生理功能，而且在自然状态下能够相互交配和繁殖，并能够产生可育后代的一群生物个体。思考新物种是怎样产生的？现代进化理论认为，隔离是新物种形成的必要条件。出示图片：加拉帕戈斯群岛上的地理环境提问加拉帕戈斯群岛之间的水域起了什么作用？地理隔离：一个种群由于地理环境原因被分割成了许多个小的种群。比如：海水把海岛和大陆的动物隔开；两个湖泊之间的陆地把两个湖泊的水生动物隔开。长期的地理隔离使两个种群分别接触不同环境，各自积累变异，如东北虎和华南虎成为两个不同的亚种。出示情景材料，进行分析在一个山谷中，生活着一个鼠种群。后来山洪爆发，在山谷中形成了一条汹涌的大河。将整个鼠种群分成了两个部分，一半在河这边，一半在那边。就这样过了几千年。后来，河流干涸，两个鼠种群又会合在一起。它们发现彼此大不相同，它们为什么会大不相同？还能算是同一个物种吗？长期的地理隔离最终使种群之间不能发生基因的交流，就导致了生殖隔离。生殖隔离：指进行有性生殖的生物彼此之间不能杂交或杂交不育。拉帕戈斯群岛上的14种地雀的形成过程，就是长期的地理隔离导致生殖隔离的结果。举例1麻鸭(左)和孚鸭(右)都是大雁的后代，由于长期地理隔离而没有相互交配，没有基因交流，形成了生殖隔离，现在即使人为让它们交配，也不能产生可育的后代了。也就是说，它们形成两个不同的物种了。举例215世纪欧洲人移到马德拉一小岛上的家兔，经过近500年的隔离，现在已不能与欧洲家免杂交繁殖后代了，已经完全变成了另一个新种了。生殖隔离包括受精前的生殖隔离和受精后的生殖隔离。受精前（交配前）生殖隔离：不能实现交配的生殖隔离。如：动物发情交配季节不同、有求偶行为的动物因鸣声、气味等信号刺激的差异而不能相互吸引等等。受精后（交配后）生殖隔离：交配后受精卵不能发育或能发育但不能产生健康而有生殖力后代的生殖隔离。提问你能举一些例子吗？举例 骡子是马和驴的杂交后代，不能繁殖，原因是马和驴是两个物种。这一事实说明不同物种之间不能交配，或即使交配成功，也不能产生可育的后代。总之，生殖隔离一旦形成，原来一个物种的种群就变成两个物种的种群了。讨论、回答。回答。讨论、回答。讨论、回答。通过分析，初步了解作为物种的基本条件，引出物种的概念。通过图片直观展现出加拉帕戈斯群岛之间的水域隔离。通过问题情景引起学生兴趣，通过分析引导学生从对地理隔离的理解到对生殖隔离的理解。通过举例进一步理解隔离是新物种形成的必要条件。由学生讨论、举例，可以激发他们的学习兴趣。小结出示图9-23生物进化的主要环节，请学生总结。思考、总结。将四个环节联系起来，形成统一的、整体的认识五、灭绝灭绝概念：指该物种的全部个体在地球上不复存在。出示海洋动物科的多样性变化曲线图，讨论（1）历史上共发生过几次大规模的生物灭绝事件？分别发生在什么时期？（2）灭绝对生物进化有何意义？介绍人类面临的第6次物种大灭绝，尤其近代物种灭绝速度比自然灭绝快1000倍，且要产生新物种很难。提问你认为导致物种灭绝的原因是什么？当今人类应该从历史事件中汲取什么教训？ 教师小结：导致物种灭绝的因素包括自然因素和人为因素。强调近代物种灭绝主要是人为因素造成的。为了可持续发展，保护生物、保护环境迫在眉睫!讨论、回答。通过分析使学生认识到灭绝是进化的正常过程，初步建立辩证的生命观。树立保护生物、保护环境和可持续发展的观念。拓展你听说过狮虎兽或虎狮兽吗？它们的父母分别是什么动物？如果它们发育到成年彼此之间能进行交配并产生可育的后代吗？在自然界，狮和虎是不可能相遇的。在动物园里，一般也是将这两种动物分开来圈养。近年来才出现将它们的幼崽放在一起饲养的做法，目的是获得有观赏价值的杂交后代。你对这种做法有什么看法？学生进行讨论。通过对狮虎兽或虎狮兽的讨论，一方面巩固相关知识，另一方面拓展学生的思维空间。附：资料1、加拉帕戈斯群岛科隆群岛（原名加拉帕戈斯群岛），位于太平洋东部的赤道上，它是由7个大岛，100多个小岛组成，面积约7500平方公里。现在它是厄瓜多尔共和国的一个省，离厄瓜多尔本土1100公里。 科隆群岛是一群火山岛，岛上多高山峻岭，许多地方怪石磷峋，因此初发现这个群岛时，称它为“斯坎塔达斯岛”（西班牙语意思为“魔鬼岛”）。 因为岛上有许多很大的乌龟，所以后来称它为“加拉帕戈斯群岛”（意为“巨龟之岛”）。厄瓜多尔统治这些岛后，又改名为“科隆群岛”。这里受秘鲁寒流影响，虽位于赤道，但气候凉爽干燥，草木茂盛，四周被汪洋大海阻隔，多少年来这个群岛形成了一个特有的生态环境。据专家考查，在这个群岛上，生活着700多种地面动物，80多种鸟类和许多昆虫，其中以巨龟和大晰蜴闻名世界。海狮、海豹、企鹅等寒带动物，也常在这里的海边出现，因此，科隆群岛被称为“世界最大的自然博物馆”。由于岛上生活着世界少见的珍奇动物，在1836年时，英国的大科学家达尔文在环球航海时到这个岛上进行了考察。他认为特殊的环境和食物，使这里的动物生长的外形发生了变化。今天这里的圣克里斯托巴尔岛上，还竖立着达尔文半身铜像。现在的科隆群岛，已于1978年被联合国教科文组织宣布为“人类自然财产保护区”。2、关于狮虎兽据动物专家介绍，雄虎与母狮交配，生产下的后代叫虎狮兽；母虎与雄狮交配生产下的后代叫狮虎兽。虎、狮本是水火不相容的两个物种群，狮子是群居动物，老少三代可同在一起生活，老虎是独居的，一般是分笼喂食，否则会因争抢食物而相互撕咬。它们可能会在一起玩耍，但相恋、怀孕的概率极低，即使在人工饲养的环境下，虎、狮受孕的机会也仅为1至2。幼兽由于先天不足等原因，成活率仅为五十万分之一左右。据资料显示，目前世界上存活的狮虎兽只有20只左右。狮子和老虎交配产生的后代身躯庞大，相貌与狮子相似，但身上长有虎纹。虎约重300公斤，狮子约重250公斤，狮虎兽约重400公斤。它们和老虎一样，喜欢游泳。在自然环境中狮和虎的栖息地很少重叠，狮虎兽主要是人类影响或主使之下的产物。狮虎兽的体型比狮或虎都要大。原因是雌性狮及雄性虎会把控制生长的遗传基因传给后代。狮虎兽因为并非雄虎与雌狮的后代，缺少了这一基因，所以生长不受控制。狮虎兽从出生起会不断生长，直至它的身体不能承受为止。老虎和狮子属于不同的物种，不同种属的物种之间为何偶尔可以交配，但杂交所产生的后代却常常没有生育能力。自然界的物种均是在几百万年乃至几千万年的生物进化过程中产生并逐步稳定遗传下来。在这个漫长的历史过程中，一些物种由于不适应变迁的环境而消亡了，另有一些新的物种又会应运而生。总体而言，生物界形成了一个个固定的种系，所有这些物种在遗传基因上都是相对稳定的。物种最大的特征之一就是物种间的生殖的隔离。我们所说的物种之所以能成为物种，是因为它们本身是非常稳定的。如果一个物种和别的物种可以不断的杂交并产生可育的后代，那么，它本身就一直处于分化变异之中。不同物种理论上是不能交配的，这是因为形成每一物种的遗传基因程序、染色体组的结构，特别是染色体的数目是不同的，这种不同决定了物种之间都不能进行种面的杂交。那么，为什么马和驴、狮和虎可以交配并产生后代呢？ 物种定义的关键内容之一就是生殖隔离，但在一小部分物种之间，特别是亲缘关系很近，属于同一个科目和属的物种，也有个别局部成功的例子。像马和驴生出骡，狮和虎生出狮虎兽或虎狮兽。但这些局部成功的例子在生物进化的意义上而言又不一定完全成功，如果这些杂交后代绝育，在物种进化上就没有意义。不同物种之间，染色体的数目往往是不一样的。在高等动物的遗传物质里面染色体在每一个体细胞里都是两套，一套来自父亲，另一套来自母亲。当亲本的染色体数目不一致时，精卵细胞的染色体无法全部联会配对，所产生后代即使能成活，但很难再产生有生育能力的生殖细胞(精子和卵子)。像马和驴，一个染色体数目是64，一个染色体数目是62。这种染色体数目的不同，使得它们杂交产生的后代性染色体的减数分裂无法进行，这样就使得这些杂交动物不能产生可育的生殖细胞，所以这些动物也就不再有繁殖能力。但对于某些低等动物，像节肢动物和无脊椎动物里，它们本身对染色体数目要求并不是很严格，它们突破原有物种形成新物种的可能还是有的。狮虎兽的生殖奇迹狮虎兽通常被认为是不能生育的，但是据说雌性可以生育，传闻在印度一家动物园中，一只雄狮和一只雌狮虎兽就有过后代，而雄性就不可以了。狮虎兽与虎狮兽是否像骡子一样不能生育呢？经过抽血鉴定，发现狮虎兽的染色体数量是19对，38条，据专家分析，染色体呈两倍体存在的动物，其保存稳定性会更好，这也是传宗接代的基础。3、关于第六次物种大灭绝100年内10%的鸟类会消失地球上的物种正在以惊人的速度减少。2004年12月19日，印度尼西亚安塔拉通讯社报道，印尼苏门答腊犀牛因人类的非法盗猎目前正濒临灭绝。苏门答腊犀牛在14年间减少了90%。而世界自然保护同盟11月17日公布的濒危物种红色名录表明，现在物种灭绝速度和恐龙大量灭绝时代的速度相近。斯坦福大学的科学家用计算机模拟的方法对9787种现存鸟类和129种已灭绝鸟类作了分析，该分析模型包括鸟类分布、生活史、物种灭绝速度、现有的保护措施以及气候和环境变化等很多因素。科学家们得出的结论是，100年内10%的鸟类将消失。人类面临第六次物种大灭绝世界自然保护同盟2004年11月在泰国曼谷举行的年会上宣布，又有5个物种被加入“