小學(xué)三年級(jí)英語(yǔ)的教案
發(fā)表時(shí)間:2020-06-20八年級(jí)生物下冊(cè)《生物進(jìn)化的原因》第三課時(shí)學(xué)案蘇教版。
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八年級(jí)生物下冊(cè)《生物進(jìn)化的原因》第三課時(shí)學(xué)案蘇教版
課時(shí)計(jì)劃
科目:生物時(shí)間:年月日第19個(gè)教案主備老師:
主備教案集體備課課題生物進(jìn)化的歷程學(xué)習(xí)目標(biāo)知識(shí)目標(biāo):1.舉例說(shuō)出研究生物進(jìn)化的方法。2、概述生物進(jìn)化的歷程。
能力目標(biāo):通過(guò)觀察、分析和比較,培養(yǎng)學(xué)生的觀察能力和推理能力。
情感目標(biāo):對(duì)生物進(jìn)化歷程的學(xué)習(xí),理解生物進(jìn)化的規(guī)律。教材分析重點(diǎn)1、生物進(jìn)化的證據(jù)。2、生物進(jìn)化的歷程。難點(diǎn)根據(jù)生物進(jìn)化歷程的實(shí)例,理解生物進(jìn)化的總體趨勢(shì)。教具多媒體教
學(xué)
過(guò)
程情景導(dǎo)入
播放一段恐龍的電影或短片《侏羅紀(jì)公園》,提出問(wèn)題:“現(xiàn)今的科學(xué)家發(fā)現(xiàn)了很多恐龍的化石,對(duì)恐龍化石的研究和其他資料研究表明,恐龍是距今約6000多萬(wàn)年前神秘地滅絕的,恐龍究竟為什么會(huì)滅絕呢?現(xiàn)在地球上形形色色的生物又是如何進(jìn)化而來(lái)的呢?”,從而引入課題。
新課講授
學(xué)習(xí)研究生物進(jìn)化的方法
展示問(wèn)題:
化石是怎樣形成的?他們?cè)诘貙又械姆植加泻我?guī)律?
始祖鳥(niǎo)和現(xiàn)代鳥(niǎo)類、爬行動(dòng)物的形態(tài)結(jié)構(gòu)有何異同?根據(jù)這些比較結(jié)果能夠得出什么結(jié)論?
比較生物之間細(xì)胞色素C的差異,能夠得出什么科學(xué)推測(cè)?
什么是比較,比較有哪些具體方法?
學(xué)生小組討論,并進(jìn)行科學(xué)家角色扮演,分析資料,解決問(wèn)題,并得出結(jié)論:
1、在研究生物進(jìn)化的過(guò)程中,化石是非常重要的證據(jù)。
2、在研究生物進(jìn)化過(guò)程中,比較是最重要的研究方法。
(二)生物進(jìn)化的大致歷程
1、引導(dǎo)學(xué)生完成教材插圖“生物進(jìn)化的大致過(guò)程”中的空白,討論下列問(wèn)題:
(1)按照從低等到高等的順序,各植物類群應(yīng)該如何排列?
(2)按照從低等到高等的順序,各動(dòng)物類群應(yīng)該如何排列?
(3)生物進(jìn)化歷程有什么樣的總體趨勢(shì)?請(qǐng)舉例說(shuō)明?!緒Ww.968Ok.cOm OK語(yǔ)錄網(wǎng)】
2、展示:
(1)植物進(jìn)化歷程
裸子植物
藻類植物苔蘚植物蕨類植物
被子植物
(2)動(dòng)物進(jìn)化歷程
無(wú)脊椎動(dòng)物:原始單細(xì)胞動(dòng)物腔腸動(dòng)物扁形動(dòng)物
線形動(dòng)物軟體動(dòng)物環(huán)節(jié)動(dòng)物和節(jié)肢動(dòng)物
鳥(niǎo)類
脊椎動(dòng)物:魚(yú)類兩棲類爬行類
哺乳類
(3)生物進(jìn)化的總趨勢(shì):由簡(jiǎn)單到復(fù)雜、由低等到高等、由水生到陸生。
三、總結(jié)布置作業(yè)金榜學(xué)案
板書(shū)設(shè)計(jì)
第二節(jié)生物進(jìn)化的歷程
研究生物進(jìn)化的方法和證據(jù)
生物進(jìn)化的歷程
趨勢(shì):簡(jiǎn)單復(fù)雜
低等高等
水生陸生
教學(xué)后記
擴(kuò)展閱讀
八年級(jí)生物下冊(cè)《生物進(jìn)化的原因》學(xué)案
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八年級(jí)生物下冊(cè)《生物進(jìn)化的原因》學(xué)案
一、教學(xué)內(nèi)容:
生物進(jìn)行的原因(第1課時(shí))
二、教材重、難點(diǎn):
1、重點(diǎn):形成自然選擇是生物主要原因的基本觀點(diǎn)。
2、難點(diǎn):通過(guò)保護(hù)色形成過(guò)程的模擬實(shí)驗(yàn),分析生物進(jìn)化的原因。
三、教學(xué)目標(biāo):
1、分析生物進(jìn)化的原因,概述自然選擇學(xué)說(shuō);
2、模擬保護(hù)色的形成過(guò)程,進(jìn)一步發(fā)展科學(xué)探究能力;
3、形成生物進(jìn)化的基本觀點(diǎn);
4、通過(guò)曼徹斯特地區(qū)樺尺蠖體色隨環(huán)境變化的案例,對(duì)學(xué)生進(jìn)行潛移默化的環(huán)保教育。
四、課時(shí)安排:1課時(shí)
五、教學(xué)策略:
展示長(zhǎng)頸鹿的圖片創(chuàng)設(shè)情境,導(dǎo)入新課。通過(guò)英國(guó)曼徹斯特地區(qū)樺尺蠖體色隨環(huán)境變化的案例進(jìn)行探究活動(dòng),讓學(xué)生能夠初步認(rèn)識(shí)到遺傳和變異是生物進(jìn)化的基礎(chǔ),環(huán)境的改變是生物進(jìn)化的外在動(dòng)力,生物只有適應(yīng)不斷變化的環(huán)境才能生存和繁衍。通過(guò)實(shí)驗(yàn)?zāi)M保護(hù)色的形成過(guò)程,培養(yǎng)學(xué)生的動(dòng)手能力,以及學(xué)生合作、交流、總結(jié)和分析問(wèn)題的能力,并對(duì)學(xué)生進(jìn)行環(huán)境保護(hù)方面的教育。
六、教具、學(xué)具:
多媒體教室教材教師自制課件報(bào)紙 白紙 黑紙等
七、教與學(xué)的活動(dòng)過(guò)程:
(一)圖片展示,導(dǎo)入新課。
課件 展示長(zhǎng)頸鹿的圖片
長(zhǎng)頸鹿是世界上最高的動(dòng)物,古生物學(xué)家研究表明,長(zhǎng)頸鹿祖先的個(gè)體只有1米多高。
教師提問(wèn):是什么原因使它們的脖子變長(zhǎng)的呢?
學(xué)生回答:(環(huán)境的變化使長(zhǎng)頸鹿的脖子發(fā)生了改變)
補(bǔ)充材料:法國(guó)博物學(xué)家拉馬克(1744—1829)在18世紀(jì)首先提出生物進(jìn)化論,是生物進(jìn)化論的先驅(qū)者,他的核心學(xué)說(shuō)是器官的用進(jìn)廢退和獲得性狀遺傳理論。拉馬克曾舉長(zhǎng)頸鹿的例子說(shuō),長(zhǎng)頸鹿的祖先預(yù)部并不長(zhǎng),由于干旱等原因。在低處已找不到食物,迫使它伸長(zhǎng)脖頸去吃高處的樹(shù)葉。于是“用進(jìn)廢退”,久而久之,它的頸部就變長(zhǎng)了。一代又一代,遺傳下去,它的脖子越來(lái)越長(zhǎng),終于進(jìn)化為現(xiàn)在我們所見(jiàn)的長(zhǎng)頸鹿這一新物種。
(二)合作交流,解讀探究
1、分析生物進(jìn)化的原因
英國(guó)的曼徹斯特地區(qū)樺尺蠖體色隨環(huán)境變化的案例
學(xué)生討論:從1890年到1960年,兩種體色的樺尺蛾數(shù)量發(fā)生了什么變化?為什么會(huì)發(fā)生這種變化?
2、模擬保護(hù)色的形成過(guò)程進(jìn)行探究活動(dòng)
認(rèn)真觀察冬天和夏天的雷鳥(niǎo),觀察幾種不同環(huán)境中的蛙,了解動(dòng)物保護(hù)色的作用,是為了躲避敵害或者捕食獵物。
提出問(wèn)題:動(dòng)物的這種保護(hù)色是怎樣形成的?
學(xué)生活動(dòng):模擬保護(hù)色的形成過(guò)程
教師建議:
(1)進(jìn)行探究活動(dòng)時(shí),要做到各司其職,相互配合,全組必須具有協(xié)作精神;
(2)提醒學(xué)生,實(shí)驗(yàn)時(shí)一定要把自己想像成“捕食者”,在選取彩色小紙片時(shí),不要事先觀察小紙片的位置,一定不要特意尋找某一種顏色的小紙片;
(3)要及時(shí)記錄小紙片的數(shù)量,并進(jìn)行分析,得出結(jié)論,并及時(shí)和同學(xué)進(jìn)行交流。
學(xué)生交流:各小組將本組的實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)和結(jié)論在全班交流,共同推測(cè)保護(hù)色形成的原因,從而分析生物進(jìn)化的原因。
教師總結(jié):遺傳和變異是生物進(jìn)化的基礎(chǔ),環(huán)境的改變是生物進(jìn)化的外在動(dòng)力,生物只有適應(yīng)不斷變化的環(huán)境才能生存和繁衍。
(三)應(yīng)用遷移,鞏固提高
例:變色龍隨環(huán)境而改變體色,瓢蟲(chóng)具有鮮艷的色斑,竹節(jié)蟲(chóng)具有酷似竹枝的形態(tài),這三種適應(yīng)現(xiàn)象在生物學(xué)中被稱為什么?
答:保護(hù)色,警戒色,擬態(tài)。
(四)總結(jié)反思,拓展延伸
(五)課堂跟蹤反饋
1、下列哪一項(xiàng)不是保護(hù)色
A、綠色稻田中的青蛙為綠色B、肥沃土壤中的蚯蚓為黑色
C、金環(huán)蛇身上的耀眼斑紋 D、早春的青蛙為土色
2、下列哪項(xiàng)實(shí)驗(yàn)不屬于模擬實(shí)驗(yàn)
A、制作模型探究魚(yú)尾鰭的作用 B、米勒實(shí)驗(yàn)
C、探究保護(hù)色的形成過(guò)程 D、探究花生果實(shí)大小的變異
3、你在模擬保護(hù)色形成的過(guò)程中,用到的彩色布料是模擬
A、“捕食者” B、“獵物”
C、“獵物”的生活環(huán)境 D、““捕食者”和“獵物”的生活環(huán)境
4、模擬保護(hù)色形成過(guò)程的實(shí)驗(yàn)中,準(zhǔn)備100張各種顏色的小紙片模擬的是
A、同種生物的不同變異類型B、多種生物的不同變異型
C、單純由環(huán)境引起的變異 D、不同環(huán)境下的變異
八年級(jí)生物下冊(cè)《生物進(jìn)化的原因》第二課時(shí)學(xué)案蘇教版
八年級(jí)生物下冊(cè)《生物進(jìn)化的原因》第二課時(shí)學(xué)案蘇教版
第二課時(shí)
●教學(xué)目標(biāo)
知識(shí)目標(biāo)
1.了解達(dá)爾文及他的進(jìn)化思想。
2.概述自然選擇學(xué)說(shuō),形成生物進(jìn)化的基本觀點(diǎn)。
能力目標(biāo)
培養(yǎng)學(xué)生收集、分析資料的能力。
情感目標(biāo)
通過(guò)對(duì)達(dá)爾文的故事的學(xué)習(xí),培養(yǎng)學(xué)生尊重客觀事實(shí),熱愛(ài)科學(xué),獻(xiàn)身科學(xué)的態(tài)度。
●教學(xué)重點(diǎn)
1.概述自然選擇學(xué)說(shuō)。
2.通過(guò)對(duì)達(dá)爾文進(jìn)化思想的學(xué)習(xí),形成生物進(jìn)化的基本觀點(diǎn)。
●教學(xué)難點(diǎn)
概述自然選擇學(xué)說(shuō)。
●教學(xué)方法
分析法、談話法、歸納法。
●教具準(zhǔn)備
教師準(zhǔn)備:投影片(有關(guān)自然選擇學(xué)說(shuō)的內(nèi)容)。
●課時(shí)安排
1課時(shí)
●教學(xué)過(guò)程
[復(fù)習(xí)舊課,導(dǎo)入新課]
教師:上節(jié)課我們通過(guò)對(duì)英國(guó)曼徹斯特地區(qū)樺尺蠖體色變化的分析,以及模擬保護(hù)色的探究活動(dòng),了解生物進(jìn)化的原因。哪位同學(xué)試著分析一下生物進(jìn)化的原因。
學(xué)生:導(dǎo)致生物進(jìn)化的基礎(chǔ)是遺傳與變異,動(dòng)力是環(huán)境的改變,生物只有適應(yīng)不斷變化的環(huán)境才能生存和繁衍。
教師:我們所了解的這些觀點(diǎn)主要來(lái)自于達(dá)爾文的自然選擇學(xué)說(shuō),他的進(jìn)化思想是以大量的事實(shí)為依據(jù),因此,具有科學(xué)性、客觀性的特點(diǎn),也就被廣大的科學(xué)家及人們所接受。那么達(dá)爾文和他的進(jìn)化思想是怎樣產(chǎn)生的呢?接下來(lái)大家先閱讀64頁(yè)“科學(xué)家的故事”,你會(huì)從中找到答案的。
[講授新課]
注:學(xué)生閱讀,教師板書(shū),同時(shí)打開(kāi)幻燈機(jī)。
板書(shū):二、了解達(dá)爾文和他的進(jìn)化思想。
投影片:
1.達(dá)爾文花費(fèi)畢生的精力著成了一部巨著是什么?在這部書(shū)中他提出了什么樣的進(jìn)化觀點(diǎn)?
2.通過(guò)對(duì)達(dá)爾文小故事的學(xué)習(xí),你受到哪些啟發(fā)?
注:學(xué)生閱讀完討論后回答。
學(xué)生1:達(dá)爾文的巨著是《物種起源》;在此書(shū)中他提出了自然選擇學(xué)說(shuō),并認(rèn)為生物是逐漸進(jìn)化的。
學(xué)生2:我們應(yīng)學(xué)習(xí)達(dá)爾文認(rèn)真觀察、不怕吃苦、勤于思考、勤于實(shí)踐、不斷探索的精神以及尊重客觀事實(shí)、熱愛(ài)科學(xué)、獻(xiàn)身科學(xué)的態(tài)度和精神。
注:教師對(duì)學(xué)生的回答給予贊賞性評(píng)價(jià)。通過(guò)第2小題的回答引起學(xué)生熱愛(ài)科學(xué),獻(xiàn)身科學(xué)情感上的共鳴。
教師:了解了達(dá)爾文這位偉大的科學(xué)家歷經(jīng)千難萬(wàn)苦,嘔心瀝血完成巨著《物種起源》,你們想了解他在這本書(shū)中提到的被人們普遍接受的一種進(jìn)化學(xué)說(shuō)——自然選擇學(xué)說(shuō),這個(gè)觀點(diǎn)的主要內(nèi)容就在咱們書(shū)上62頁(yè)。好,大家抓緊時(shí)間將它迅速閱讀,然后看投影片上的問(wèn)題。
注:教師板書(shū),并打開(kāi)投影片。
板書(shū):三、自然選擇
投影片:
1.你是如何理解生物普遍具有很強(qiáng)的繁殖能力的?
2.生物的繁殖能力是如此強(qiáng)大,但是事實(shí)上每種生物的后代能夠生存下來(lái)的卻很少,這是什么原因呢?
3.引起生物變異的根本原因是環(huán)境條件的改變。有的變異可以遺傳,有的不能夠遺傳。但哪些變異可以遺傳呢?
4.試著概括達(dá)爾文的自然選擇學(xué)說(shuō)。
5.對(duì)于長(zhǎng)頸鹿長(zhǎng)頸的形成原因,請(qǐng)用自然選擇學(xué)說(shuō)解釋。
6.課后練習(xí)2題。
7.練習(xí)3題。
8.練習(xí)4題。
9.練習(xí)5題。
注:學(xué)生討論完畢,進(jìn)行回答。
學(xué)生1:比如:大象是一種繁殖很慢的動(dòng)物,但是如果每一頭雌象一生(30~90歲)產(chǎn)仔6頭,每頭活到30歲,而且都能進(jìn)行繁殖的話,那么到750年以后,一對(duì)象的后代就可達(dá)到1900萬(wàn)頭。因此,按照理論上的計(jì)算,就是繁殖不是很快的動(dòng)物、植物,也會(huì)在不太長(zhǎng)的時(shí)期內(nèi)產(chǎn)生大量的后代而占滿整個(gè)地球??梢?jiàn),生物普遍具有很強(qiáng)的生殖能力。
學(xué)生2:雖然每種動(dòng)物的繁殖能力很強(qiáng),但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,就得為獲取足夠的食物和空間而進(jìn)行生存斗爭(zhēng)。由于生存斗爭(zhēng),導(dǎo)致生物大量死亡,結(jié)果只有少數(shù)個(gè)體生存下來(lái)。
學(xué)生3:達(dá)爾文認(rèn)為,在自然界中,生物個(gè)體都有遺傳和變異的特性,只有那些具有有利變異的個(gè)體才能在斗爭(zhēng)中生存下來(lái),并將這些變異遺傳給了下一代;而具有不利變異的個(gè)體則容易被淘汰。這就是適者生存,不適者被淘汰的自然法則。
學(xué)生4:達(dá)爾文的自然選擇學(xué)說(shuō)其主要內(nèi)容有四點(diǎn):①過(guò)度繁殖;②生存斗爭(zhēng);③遺傳和變異;④適者生存。
注:教師對(duì)這幾位同學(xué)的回答給予補(bǔ)充,回答準(zhǔn)確的給予肯定、鼓勵(lì)。同時(shí)教師可將第四位同學(xué)概括的內(nèi)容讓其板書(shū)到黑板上。回答繼續(xù)進(jìn)行。
板書(shū):主要內(nèi)容有四點(diǎn):過(guò)度繁殖、生存競(jìng)爭(zhēng)、遺傳變異、適者生存。
學(xué)生5:自然選擇學(xué)說(shuō)是這樣解釋的:古代長(zhǎng)頸鹿的長(zhǎng)頸與短頸可以遺傳。當(dāng)環(huán)境發(fā)生變化,比如缺乏青草的時(shí)候,頸長(zhǎng)的可以吃到高處的樹(shù)葉得以生存下來(lái),繁衍后代。而頸短的因?yàn)槌圆坏綐?shù)葉,活下來(lái)的數(shù)目很少,其后代也更少,許多代以后,短頸的就被淘汰。所以我們今天看到的長(zhǎng)頸鹿都是長(zhǎng)頸的。
學(xué)生6:這是因?yàn)槿斯みx擇的結(jié)果,與自然選擇相比,人們根據(jù)自己的需要和愛(ài)好有目的的選擇可以加快生物演變的歷程,縮短生物演化的時(shí)間。
學(xué)生7:這是自然選擇的結(jié)果。由于這些海島上經(jīng)常刮大風(fēng),那些有翅能飛但翅膀不夠強(qiáng)大的昆蟲(chóng),就常常被大海吹到海里,因而生存和繁殖后代的機(jī)會(huì)就少。而無(wú)翅或殘翅的昆蟲(chóng)由于不能飛翔,就不容易被風(fēng)吹到海里,因而生存和繁殖后代的機(jī)會(huì)就多。經(jīng)過(guò)一段時(shí)間的自然選擇之后,島上無(wú)翅的昆蟲(chóng)就特別多。
學(xué)生8:剛開(kāi)始青霉素可以殺死大多數(shù)類型的細(xì)菌。但少數(shù)細(xì)菌由于變異而具有抵抗青霉素的特性,不能被青霉素殺死而生存下來(lái),并將這些特性遺傳給下一代。因此,下一代就有更多的具有抗藥性的個(gè)體,經(jīng)過(guò)青霉素的長(zhǎng)期選擇,使得有的細(xì)菌不再受其影響了。
學(xué)生9:自然選擇留下來(lái)的變異并不都有利于生物生存,由于生物的變異偶然性很大,而且是不定向的。比如,在我們現(xiàn)代人后代中也會(huì)出現(xiàn)返祖現(xiàn)象。第二小題也不對(duì)。因?yàn)樗鼈凅w表長(zhǎng)有毒毛,食蟲(chóng)鳥(niǎo)吃后就很“痛苦”;而又由于它們體表顏色鮮艷,斑紋明顯,很容易被食蟲(chóng)鳥(niǎo)辨認(rèn)出來(lái)。吃過(guò)這種蟲(chóng)的鳥(niǎo)會(huì)告知它的鄰鳥(niǎo)及它的后代,所以它的后代在取食時(shí),便不再食這種蛾類幼蟲(chóng)。而這些幼蟲(chóng)將得以生存。這是自然選擇的結(jié)果。
注:由于這幾道練習(xí)題有一定難度,學(xué)生在回答時(shí),須先提示。對(duì)于回答不完善的應(yīng)給予完善、補(bǔ)充,并對(duì)積極回答問(wèn)題的同學(xué)給予客觀、肯定性的評(píng)價(jià)。
教師:通過(guò)分析與思考,我想大家已對(duì)達(dá)爾文的自然選擇學(xué)說(shuō)有了較深的理解。根據(jù)你對(duì)本節(jié)內(nèi)容的理解,如何理解自然選擇?
學(xué)生:自然選擇就是指自然界中的生物,在生存斗爭(zhēng)中,適者生存,不適者被淘汰的現(xiàn)象。
教師:概括得很好。生物的進(jìn)化就是通過(guò)遺傳變異和自然選擇來(lái)實(shí)現(xiàn)的。
[課堂小結(jié)]
教師:通過(guò)本節(jié)課的學(xué)習(xí),我們對(duì)達(dá)爾文的自然選擇學(xué)說(shuō)有了大概了解。它的主要內(nèi)容可概括為:過(guò)度繁殖、生存競(jìng)爭(zhēng)、遺傳變異、適者生存。從這一學(xué)說(shuō)中我們吸收了生物進(jìn)化的思想,這對(duì)于我們認(rèn)識(shí)身邊的事物和自然界有著重要意義,把我們從“神造人”的謬論中解放出來(lái)。
[鞏固練習(xí)]
一、看誰(shuí)做得對(duì)
1.使用某種農(nóng)藥來(lái)防治某種害蟲(chóng),開(kāi)始效果很顯著,但長(zhǎng)期使用以后,效果就越來(lái)越差。原因是( )
A.害蟲(chóng)對(duì)農(nóng)藥進(jìn)行了定向選擇
B.害蟲(chóng)對(duì)農(nóng)藥產(chǎn)生了定向變異
C.害蟲(chóng)對(duì)農(nóng)藥產(chǎn)生了隔離
D.農(nóng)藥對(duì)害蟲(chóng)的抗藥性變異進(jìn)行了定向選擇
答案:D
2.在俄羅斯北部的苔原地帶,生活著一種棕熊,為了獲得食物,有時(shí)與狼群進(jìn)行爭(zhēng)斗。這種現(xiàn)象屬于( )
A.種內(nèi)斗爭(zhēng)
B.種間斗爭(zhēng)
C.與外界環(huán)境之間的斗爭(zhēng)
D.三者都有
答案:B
二、思考題
3.家牛與野牛相比發(fā)生了較大的變異,請(qǐng)解釋其原因。
答案:這是因?yàn)槿斯みx擇的結(jié)果,與自然選擇相比,人們根據(jù)自己的需要和愛(ài)好有目的的選擇可以加快生物演變的歷程,縮短生物演變的時(shí)間。
4.如果一只貓一年可繁殖1胎,假如每胎4只,雌雄各半,小貓一年后性成熟又能繁殖小貓,問(wèn)四年后一只貓的后代有多少只?為什么現(xiàn)有貓的數(shù)量始終維持在一定的范圍內(nèi)?
答案:四年后一只貓的后代是32只。由于貓與貓之間要爭(zhēng)奪食物,食物不足,導(dǎo)致貓數(shù)量減少;貓與其他食肉動(dòng)物之間也要競(jìng)爭(zhēng)食物與領(lǐng)地等;貓的數(shù)量受人為影響與控制。所以受多種因素的影響,貓的數(shù)量不會(huì)無(wú)限制地增加。
●板書(shū)設(shè)計(jì)
第三節(jié)生物進(jìn)化的原因
二、了解達(dá)爾文和他的進(jìn)化思想
三、自然選擇
主要內(nèi)容有:過(guò)度繁殖
生存競(jìng)爭(zhēng)
遺傳變異
適者生存
●備課資料
1.達(dá)爾文進(jìn)化論
(1)達(dá)爾文認(rèn)為,世界不是靜止的,而是進(jìn)化的。物種不斷地變異,新種產(chǎn)生,舊種消滅。人們無(wú)論從什么地方看生命的自然界,都會(huì)發(fā)現(xiàn)非用進(jìn)化原理來(lái)說(shuō)明問(wèn)題,否則就毫無(wú)意義?;Y料對(duì)此作了極好的證明。正如達(dá)爾文說(shuō):“雖然許多情況現(xiàn)在還是隱晦不明,而在未來(lái)的長(zhǎng)時(shí)期內(nèi)也未必清楚,但是經(jīng)過(guò)了我所能做到的最審慎的研究和冷靜的批判,可以完全無(wú)疑慮地?cái)嘌?,許多自然學(xué)者直到最近還保持的、也是我過(guò)去所接受的那種觀點(diǎn)——每一物種都是個(gè)別創(chuàng)造出來(lái)的——是錯(cuò)誤的。我完全相信,物種不是不變的,那些所謂屬于同屬的物種,都是另一個(gè)一般已經(jīng)滅亡的物種的直系后代,正如現(xiàn)在會(huì)認(rèn)為某一個(gè)種的那些變種,都是這個(gè)種的后代?!?br>
上述觀點(diǎn)與拉馬克進(jìn)化論是一致的。
(2)生物進(jìn)化是逐漸和連續(xù)的,其中不存在不連續(xù)的變異或突變。達(dá)爾文指出:“自然選擇只能通過(guò)累積輕微的、連續(xù)的、有益的變異而發(fā)生作用,所以不能產(chǎn)生巨大的或突然的變化,它只能通過(guò)短且慢的步驟發(fā)生作用。因此,‘自然界沒(méi)有飛躍’這個(gè)趨向于為每次新增加的知識(shí)所證實(shí)的原則,根據(jù)這個(gè)學(xué)說(shuō)是可以理解的?!?br>
這一觀點(diǎn),與拉馬克學(xué)說(shuō)也相一致。
(3)生物之間都有一定的親緣關(guān)系,它們有著共同的祖先。例如,一切昆蟲(chóng)都有它們的原始祖種,一切哺乳動(dòng)物也源于共同的祖先,其他的種群也都這樣。達(dá)爾文的這一論述,與拉馬克的多元論不同,它是屬于一元論的范疇。
(4)自然選擇(naturalselection)是變異(variation)的最重要的途徑。在人工選擇(artificialselection)中,起主導(dǎo)作用的是人,而在自然選擇中,起主導(dǎo)作用的則是自然界。達(dá)爾文學(xué)說(shuō)表明,生物都具有繁殖過(guò)剩(overproduction)的傾向,即每個(gè)物種產(chǎn)生比能生存的多得多的后代。同時(shí),它們的個(gè)體數(shù)都保持相對(duì)的恒定。但生物的生存空間和食物都是有限的,所以它們必須為生存而斗爭(zhēng)。達(dá)爾文所講的生存斗爭(zhēng)或生存競(jìng)爭(zhēng)(struggleforexistence)包括種內(nèi)斗爭(zhēng)、種間斗爭(zhēng)和生物跟無(wú)機(jī)環(huán)境的斗爭(zhēng)三個(gè)方面。在同一群體的不同個(gè)體之間具有不同的變異,有些變異對(duì)生存比較有利,有些則不利。在生存斗爭(zhēng)中就出現(xiàn)適者生存、不適者淘汰的現(xiàn)象。上述的過(guò)程就是達(dá)爾文所說(shuō)的自然選擇。
生物經(jīng)自然選擇后的有利性狀為什么會(huì)在后代中得到保留并發(fā)展成新種呢?達(dá)爾文對(duì)采用了拉馬克獲得性狀遺傳的原理作了解釋。達(dá)爾文還認(rèn)為,自然環(huán)境變化大都是有方向的。因此,經(jīng)過(guò)長(zhǎng)期的有方向的選擇,即定向選擇(directedselection)微小的變異得到累積而成為顯著的變異,最終可能導(dǎo)致新種的形成。上述內(nèi)容可作如下表示:
在上述4點(diǎn)中,第1、2、3點(diǎn)講的是進(jìn)化思想;第4點(diǎn)實(shí)際講的是進(jìn)化機(jī)制,它是達(dá)爾文學(xué)說(shuō)的核心內(nèi)容。
2.自然選擇的概念
自然選擇學(xué)說(shuō)是達(dá)爾文進(jìn)化論的核心理論,也是現(xiàn)代達(dá)爾文主義的主要依據(jù)。達(dá)爾文認(rèn)為,自然選擇即最適者生存(survivalofthefittest),它是指適合于環(huán)境條件(包括食物、生存空間、風(fēng)土氣候等)的生物被保留下來(lái),不適合者則被淘汰的現(xiàn)象。自然選擇是在生存斗爭(zhēng)中實(shí)現(xiàn)的,它通過(guò)對(duì)微小的有利變異的積累而促進(jìn)生物進(jìn)化。由于人類歷史是“瞬息間的事”,因此一般只能看到選擇的結(jié)果,而覺(jué)察不到這一緩慢變化的過(guò)程。
達(dá)爾文又說(shuō),他提出的“自然選擇”這一名詞并不確切,只僅僅是為方便而采用的比喻語(yǔ)句。自然界里并不存在有意識(shí)的選擇,自然只是起著選擇的作用而已。為此,達(dá)爾文寫(xiě)道:“我所謂的自然,是指許多自然定律的綜合作用及其產(chǎn)物。所謂定律,是指我們所能證實(shí)的各種事物的因果關(guān)系?!?br>
對(duì)于自然選擇這一經(jīng)典的概念,現(xiàn)代進(jìn)化論有了新的認(rèn)識(shí)。
首先,對(duì)“最適者”的理解問(wèn)題。自然選擇只作用于表型,即是個(gè)體的性狀。但從進(jìn)化的角度來(lái)說(shuō),只有當(dāng)這種表型能遺傳時(shí)才有意義。換句話說(shuō),雖然對(duì)生存有利,但如果不能繁衍后代,那么有利于生存的基因或基因型也就會(huì)隨個(gè)體的死亡而消失。應(yīng)當(dāng)說(shuō),那些能留下最多后代的類型才是“最適者”,僅僅如馬爾薩斯式的爭(zhēng)斗勝利者并不一定是最適者。與達(dá)爾文差不多時(shí)期的哲學(xué)家斯賓塞(H.Spenser),把適者生存理解為“優(yōu)勝劣敗”,這是不全面的。
其次,關(guān)于進(jìn)化的單位問(wèn)題。由于突變和基因重組,有性繁殖的個(gè)體不能保持其基因型的穩(wěn)定地延續(xù)。只有相互繁育的群體(即孟德?tīng)柺降娜后w)才能保持一個(gè)相對(duì)穩(wěn)定的基因庫(kù)。也就是說(shuō),一個(gè)個(gè)體如果在遺傳上發(fā)生有利生存的變異,有關(guān)的基因必須在群體里逐漸擴(kuò)散,逐漸取代原有的基因,這樣新的生物類型才能形成。因此,進(jìn)化的基本單位不是個(gè)體而是群體(種群)。達(dá)爾文雖然重視群體的作用,但他無(wú)法了解群體遺傳學(xué)上的這類原理。
第三,關(guān)于選擇的模式問(wèn)題。按達(dá)爾文理解,所謂選擇就是去掉有害、保留有利性狀的過(guò)程?,F(xiàn)代進(jìn)化論研究表明,除了消除有害等位基因的正?;x擇模式外,自然界中還存在著多種其他的選擇模式或機(jī)制。如在雜合體中,就有保留著許多有害的甚至致死基因的平衡選擇。因此,對(duì)于“自然選擇起著篩子作用”這樣的理解,就有重新加以說(shuō)明的必要。
在上述這些新的認(rèn)識(shí)基礎(chǔ)上,邁耶(E.Mayr)等提出了自然選擇的新概念。他認(rèn)為,自然選擇是“不同基因型的有差異(區(qū)分性)的延續(xù)”;“自然選擇是一個(gè)統(tǒng)計(jì)學(xué)現(xiàn)象,它只是意味著較好的基因型有‘較好的’延續(xù)的機(jī)會(huì)”。阿耶拉等認(rèn)為,“自然選擇可以簡(jiǎn)單地定義為不同遺傳變異體的差別繁殖。它可以起因于差別的生存或差別的生殖力,或兩者兼而有之”。這一認(rèn)識(shí)是基于以下的事實(shí)而提出的,即在自然界中有些變異的個(gè)體較另一些變異的個(gè)體有更多的生存和繁殖的機(jī)會(huì)。
3.自然選擇的實(shí)例
(1)海島上特殊類型的昆蟲(chóng) 這是達(dá)爾文學(xué)說(shuō)中一個(gè)經(jīng)典的例子。講的是在特殊自然環(huán)境條件下,由于選擇的作用,有一般飛翔能力的甲蟲(chóng)被淘汰而殘翅、無(wú)翅的或翅膀特別發(fā)達(dá)的類型被保留下來(lái)的現(xiàn)象。這里講的是遠(yuǎn)離大陸的海島上的生物類型,例如馬德拉、克格倫島上的一種生物類型。馬德拉島上有550種甲蟲(chóng),其中200種翅膀很不發(fā)達(dá),不能飛行。在29個(gè)本地特有的昆蟲(chóng)屬中,有23個(gè)屬全部翅膀退化(圖1)。這些甲蟲(chóng)在大風(fēng)吹刮時(shí)躲藏起來(lái),等到風(fēng)和日麗時(shí)才出來(lái)。達(dá)爾文很重視這一情況,并對(duì)此作了說(shuō)明。他認(rèn)為,偶爾落到海島上的昆蟲(chóng),由于翅膀退化不能飛行,因此不會(huì)被風(fēng)吹到海里而被保存下來(lái)。他寫(xiě)道:“這幾種事實(shí)的考察,使我相信許多馬德拉甲蟲(chóng)無(wú)翅狀態(tài)的形成,主要原因是自然選擇的作用,大概還結(jié)合著不使用的效果。因?yàn)榻?jīng)歷了許多世代,每一甲蟲(chóng)個(gè)體,因?yàn)槌岚l(fā)達(dá)的稍不完全,或者因?yàn)閼袆?dòng)的習(xí)性而飛翔最少,所以就不會(huì)被風(fēng)吹入海而得生存的極好機(jī)會(huì);反之,那些最喜歡飛翔的甲蟲(chóng),就不免最常被風(fēng)吹到海里以致遭到毀滅”,而那些翅膀特別發(fā)達(dá)者,也能抵擋住大風(fēng)的襲擊。
現(xiàn)代生物學(xué)修正了達(dá)爾文的某些說(shuō)明,認(rèn)為殘翅型甲蟲(chóng)是一種突變型,不是由于用進(jìn)廢退而是自然突變的產(chǎn)物。
(2)工業(yè)黑化 工業(yè)黑化現(xiàn)象(industrialmelanism)是現(xiàn)代的一個(gè)典型事例,講的是由于工業(yè)污染而造成某種蛾類黑化類型增多的現(xiàn)象。為揭示工業(yè)黑化原因,學(xué)者們?cè)M(jìn)行許多實(shí)驗(yàn),并為自然選擇的研究提供方法。
在英國(guó)等有關(guān)的工業(yè)區(qū),已經(jīng)發(fā)現(xiàn)多種蛾類的黑色類型的頻率很高,但對(duì)其原因研究最具體的還是樺尺蛾(Bistonbetularia)(圖2)。許多書(shū)上對(duì)工業(yè)黑化及其實(shí)驗(yàn)都有詳細(xì)的記載。
大約在19世紀(jì)50年代前,幾乎所有的樺尺蛾都是身體和翅膀上帶有黑色斑紋的灰色常態(tài)型(typica)。1850年在曼徹斯特第一次捉到黑色的標(biāo)本,稱黑色突變型(carbonaria)。19世紀(jì)后半葉黑色尺蛾的頻率迅速提高,在曼徹斯特尺蛾的群體中總計(jì)超過(guò)90%,其他工業(yè)城市及其近郊也發(fā)生類似的變化,但在鄉(xiāng)村則沒(méi)有或極少出現(xiàn)此類情況。
從遺傳學(xué)上分析,通過(guò)雜交實(shí)驗(yàn)知道,尺蛾多態(tài)現(xiàn)象的產(chǎn)生主要在于對(duì)一對(duì)等位基因的差異。黑色對(duì)灰色呈顯性,所以純合(CC)和雜合(Cc)都是黑色。后來(lái)又發(fā)現(xiàn)另一種黑色突變型(insularia),它對(duì)灰色呈顯性,對(duì)黑色呈隱性。這種類型除英國(guó)的西部和南部,一般不多見(jiàn)。
1956年,凱特韋爾(Kettlewell)對(duì)工業(yè)黑色現(xiàn)象作過(guò)試驗(yàn),他向未受污染的英國(guó)多塞特林區(qū)放出同樣數(shù)目的帶有標(biāo)志的灰色和黑色類型的蛾子。使它們帶有標(biāo)志以便在重新捕獲后便于識(shí)別。凱特韋爾發(fā)現(xiàn),幾天后重新捕獲的尺蛾中,灰色類型比黑色類型要多得多,說(shuō)明當(dāng)?shù)刂饕嬲呤腔疑B(tài)型。若把相等的兩類尺蛾放到受污染的伯明翰附近的林區(qū),得到的結(jié)果則相反。這一試驗(yàn)的結(jié)果表明,在每種情況下凡顯眼的類型得到生存的機(jī)會(huì)僅為不顯眼類型的1/3到1/2。根據(jù)對(duì)樹(shù)干上蛾子被鳥(niǎo)類捕食的直接觀察的數(shù)據(jù),也支持上述的結(jié)論。從這類觀察試驗(yàn)也說(shuō)明,尺蛾的選擇者是鳥(niǎo)類。不同類型的尺蛾在不同的條件下,各有自己的保護(hù)色。
最近二十多年以來(lái),由于注意了環(huán)境保護(hù),污染現(xiàn)象明顯好轉(zhuǎn),不少地區(qū)灰色尺蛾的比率正在不斷增加。
尺蛾黑化的情況是很普遍的,不僅在英國(guó),歐洲和北美都有此類現(xiàn)象。
帶標(biāo)志的兩種蛾類在不同環(huán)境中重新捕獲的數(shù)字比較(仿Edwrds)
(3).昆蟲(chóng)和細(xì)菌的抗藥性
這是在人為條件下自然選擇的另一個(gè)著名實(shí)例。自從使用殺蟲(chóng)劑以來(lái),害蟲(chóng)中遲早會(huì)產(chǎn)生抗藥性的類型。例如DDT在開(kāi)始使用時(shí)殺蟲(chóng)的效果很好,長(zhǎng)期使用后就減效了。甚至增加藥劑的分量,殺蟲(chóng)的能力也不如當(dāng)初。同樣,在醫(yī)藥上使用抗菌素后,許多致病細(xì)菌也會(huì)出現(xiàn)抗藥性的基因。例如,金黃色葡萄鏈狀菌對(duì)青霉素就有明顯的抗藥性。
關(guān)于昆蟲(chóng)和細(xì)菌中產(chǎn)生抗藥性的現(xiàn)象,一般有兩種不同的看法。一是定向變異的觀點(diǎn),認(rèn)為抗藥性是在昆蟲(chóng)或細(xì)菌接觸一定劑量的藥物后引起的,并通過(guò)獲得性遺傳的途徑傳種接代;另一是突變選擇的觀點(diǎn),認(rèn)為抗藥性基因是突變的結(jié)果,這類基因在自然群體中早已存在,只是在藥物作用下產(chǎn)生了定向的選擇,從而使抗藥性基因的頻率在群體中不斷增加。現(xiàn)有較多的資料認(rèn)為后者的觀點(diǎn)比較正確。
首先,果蠅的試驗(yàn)支持了突變選擇的假說(shuō)。將黑腹果蠅分兩組進(jìn)行試驗(yàn),第一組把許多果蠅混合飼養(yǎng)、自由交配,同時(shí)加入一定劑量的DDT。果蠅群體一代代地繁殖,每代都用DDT處理,并逐漸增加藥劑的濃度。經(jīng)過(guò)十幾代后,發(fā)現(xiàn)它們有明顯的抗藥性,能忍受比原來(lái)高幾百倍劑量的藥劑。為進(jìn)一步說(shuō)明果蠅抗藥性產(chǎn)生的原因,必須進(jìn)行第二組試驗(yàn)。這組試驗(yàn)不是把許多果蠅在一起飼養(yǎng),而是在每只瓶中放一對(duì),并繁殖為一個(gè)家系。然后,將每個(gè)家系的果蠅分兩瓶飼養(yǎng),一瓶放有DDT,另一瓶不放。如果某一家系中放DDT的一瓶死亡率很高,那么整個(gè)這一家系都予以淘汰。如果某一家系放DDT的一瓶存活率很高,就將同系的另一瓶不放DDT的選留下來(lái),并一對(duì)一對(duì)再分開(kāi)繁殖為若干家系。對(duì)第二次分開(kāi)的家系仍按前法分為二瓶,并分別處理、飼養(yǎng),繼續(xù)選留存活率高又沒(méi)有經(jīng)DDT處理的類型。每經(jīng)過(guò)一次測(cè)試和選擇,都增加DDT的劑量。如此循環(huán)往復(fù),經(jīng)過(guò)十多次的選擇,出現(xiàn)了具有明顯抗藥性的果蠅家系,其抗性增加的速度與第一組試驗(yàn)相似。在第二組試驗(yàn)中,DDT僅起甄別作用,選留下來(lái)的是不接觸DDT的那一半果蠅。所以從試驗(yàn)開(kāi)始直到結(jié)束,抗藥性家譜中的任何成員都從未接觸過(guò)DDT??梢?jiàn)果蠅的抗藥性顯然不是定向變異造成的,而是在突變基礎(chǔ)上自然選擇的產(chǎn)物。
其次,致病細(xì)菌的抗藥性又是怎么產(chǎn)生的呢?應(yīng)當(dāng)說(shuō)仍然是突變選擇的結(jié)果。細(xì)菌自然突變的頻率是很低的,但這并不能阻止抗藥性類型的產(chǎn)生。在有足量的抗菌素的條件下,可使絕大部分細(xì)菌死亡,只有個(gè)別可存活下來(lái)。假定只有一個(gè)細(xì)菌具有抗藥性,則經(jīng)過(guò)24小時(shí),即可產(chǎn)生出1百億(1010)個(gè)細(xì)菌,形成菌落。這個(gè)突變型就具有抗藥的類型。細(xì)菌對(duì)抗菌素產(chǎn)生抗藥性的現(xiàn)象,是自然選擇中較特殊的例子。它的特點(diǎn)是時(shí)間短、見(jiàn)效快??咕氐某霈F(xiàn)使一般細(xì)菌的適合度為零,使抗藥細(xì)菌的適合度為1。因此,選擇即刻生效。
隨著生化遺傳學(xué)的發(fā)展,對(duì)抗藥性基因的機(jī)制作了某些說(shuō)明。例如認(rèn)為昆蟲(chóng)的抗藥性基因是調(diào)節(jié)體內(nèi)代謝的原有基因的突變,這些基因本來(lái)就調(diào)節(jié)著代謝的生理、生化過(guò)程??顾幮曰蜻@一名稱的使用,只是為研究工作的需要,并不是每使用一種藥物,昆蟲(chóng)或細(xì)菌就有一套相應(yīng)的抗藥性基因。
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八年級(jí)生物下冊(cè)《生物進(jìn)化的原因》第一課時(shí)學(xué)案蘇教版
●教學(xué)目標(biāo)
知識(shí)目標(biāo)
1.了解英國(guó)曼徹斯特地區(qū)的兩種樺尺蠖的數(shù)量隨環(huán)境變化而改變的事例。
2.模擬保護(hù)色的形成過(guò)程,分析生物進(jìn)化的原因。
能力目標(biāo)
通過(guò)對(duì)事例的分析,養(yǎng)成運(yùn)用生物知識(shí)分析生活中現(xiàn)象的能力。培養(yǎng)實(shí)際操作及動(dòng)手能力。
情感目標(biāo)
通過(guò)對(duì)生物進(jìn)化事例的分析,使學(xué)生形成環(huán)保意識(shí),以及環(huán)保的重要意義。
●教學(xué)重點(diǎn)
1.模擬保護(hù)色的形成過(guò)程的探究實(shí)驗(yàn)。
2.通過(guò)模擬實(shí)驗(yàn)分析生物進(jìn)化的原因。
●教學(xué)難點(diǎn)
由模擬保護(hù)色的形成過(guò)程,分析生物進(jìn)化的原因。
●教學(xué)方法
實(shí)驗(yàn)式、啟發(fā)式、演示式、談話式。
●教具準(zhǔn)備
1.教師準(zhǔn)備:有關(guān)英國(guó)曼徹斯特地區(qū)樺尺蠖顏色變化的圖片及資料的多媒體課件;有關(guān)保護(hù)色的多媒體課件。
2.學(xué)生準(zhǔn)備:彩色布料或彩紙(單色);彩色小紙片(大量)。
●課時(shí)安排
1課時(shí)
●教學(xué)過(guò)程
[復(fù)習(xí)舊課,導(dǎo)入新課]
教師:上節(jié)課我們學(xué)習(xí)了生物進(jìn)化的大致歷程,對(duì)于生物進(jìn)化的大致過(guò)程我們有了簡(jiǎn)單的了解,接下來(lái)讓我們一起復(fù)習(xí)上節(jié)的有關(guān)內(nèi)容。
注:教師打開(kāi)投影片
投影片:
1.請(qǐng)簡(jiǎn)單描述動(dòng)物進(jìn)化的大致過(guò)程。
2.請(qǐng)簡(jiǎn)單描述植物進(jìn)化的大致過(guò)程。
3.根據(jù)動(dòng)植物進(jìn)化的大致過(guò)程,試總結(jié)生物進(jìn)化的一般規(guī)律。(學(xué)生回答)
學(xué)生1:動(dòng)物的進(jìn)化過(guò)程是從單細(xì)胞動(dòng)物開(kāi)始,逐漸進(jìn)化為腔腸動(dòng)物、扁形動(dòng)物、線形動(dòng)物、軟體動(dòng)物、環(huán)節(jié)動(dòng)物、節(jié)肢動(dòng)物、棘皮動(dòng)物、魚(yú)類、兩棲類、爬行類、鳥(niǎo)類,最后到哺乳動(dòng)物。
學(xué)生2:植物進(jìn)化的過(guò)程:從藍(lán)藻開(kāi)始,逐步進(jìn)化為藻類植物、苔蘚植物、蕨類植物、裸子植物,最后出現(xiàn)發(fā)達(dá)的被子植物。
學(xué)生3:一般來(lái)說(shuō),生物進(jìn)化的總趨勢(shì)是從簡(jiǎn)單到復(fù)雜,從水生到陸生,從單細(xì)胞到多細(xì)胞,從低等到高等的。在漫長(zhǎng)的進(jìn)化過(guò)程中,既有新的生物種類產(chǎn)生,也有一些生物種類絕滅。各種生物在進(jìn)化過(guò)程中形成了各自適應(yīng)環(huán)境的形態(tài)結(jié)構(gòu)和生活習(xí)性。
注:對(duì)學(xué)生的回答未完整的,教師可讓其他同學(xué)完善、補(bǔ)充。最后對(duì)全體回答問(wèn)題的同學(xué)給予鼓勵(lì)性、贊賞性的評(píng)價(jià)。
[講授新課]
教師:通過(guò)上節(jié)課的學(xué)習(xí),我們知道生物進(jìn)化的過(guò)程中,不斷有新物種的產(chǎn)生和老物種的滅絕。這是為什么呢?推動(dòng)生物不斷進(jìn)化的原因是什么呢?對(duì)于這些問(wèn)題,人們提出了各種不同的解釋。從18世紀(jì)后期開(kāi)始有很多人探討此問(wèn)題。首次提出系統(tǒng)進(jìn)化學(xué)說(shuō)的是19世紀(jì)初的拉馬克,他提出用進(jìn)廢退和獲得性遺傳的法則。半個(gè)世紀(jì)后,即1859年,科學(xué)的生物進(jìn)化論誕生了,主要代表是達(dá)爾文提出自然選擇的學(xué)說(shuō),關(guān)于他及他的學(xué)說(shuō)我們下節(jié)課學(xué)習(xí)。最終發(fā)展成現(xiàn)代的科學(xué)形態(tài)是在孟德?tīng)柕倪z傳學(xué)創(chuàng)立之后。今天,我們學(xué)習(xí)生物進(jìn)化的原因,主要是以這三位生物學(xué)家提出的觀點(diǎn)為依據(jù)的。借著前人的“肩膀”,我們通過(guò)下面一個(gè)實(shí)例來(lái)分析生物進(jìn)化的原因。
注:教師播放多媒體課件,并板書(shū)。
多媒體課件:(有關(guān)內(nèi)容)
先播放對(duì)照?qǐng)D片,圖下為相關(guān)資料及討論題。
(資料內(nèi)容)
18世紀(jì)的英國(guó)曼徹斯特地區(qū),山清水秀,綠樹(shù)成蔭,那里的森林及農(nóng)田生活著一種樺尺蠖(huò),其成蟲(chóng)是一種飛蛾,其名為椒花蛾。它們夜間活動(dòng),白天休止,通常棲息在有地衣覆蓋的樹(shù)干和石塊上。到1848年,有關(guān)椒花蛾的報(bào)道都是淺色的。直到1850年在英國(guó)工業(yè)中心曼徹斯特才第一次報(bào)道有黑色型突變。隨著英國(guó)工業(yè)化的日益擴(kuò)大,煙塵和廢氣開(kāi)始污染工業(yè)城市和近郊,使地衣不能生長(zhǎng)而樹(shù)皮裸露,椒花蛾棲息的背景由淺色地衣變?yōu)樯钌珮?shù)干,于是黑色椒花蛾逐漸增加,在曼徹斯特達(dá)到90%以上,而在未受污染的農(nóng)業(yè)區(qū)主要仍是淺色型??茖W(xué)家們做了這樣一個(gè)實(shí)驗(yàn):他們先把數(shù)量相等的淺色的樺尺蠖和深色的樺尺蠖同時(shí)放到樹(shù)干上,然后用望遠(yuǎn)鏡觀察到樹(shù)干上所發(fā)生的情況。一群愛(ài)吃樺尺蠖的鳥(niǎo)兒飛過(guò)之后,他們發(fā)現(xiàn),淺色樺尺蠖所剩無(wú)幾,而大部分深色樺尺蠖卻逃過(guò)了這場(chǎng)災(zāi)難。
討論題:
1.黑色樺尺蠖的出現(xiàn)對(duì)于后代的生存有何意義?
2.黑色樺尺蠖的數(shù)量由少數(shù)逐漸變?yōu)槎鄶?shù),而淺色樺尺蠖數(shù)量的減少,主要是受什么的影響?
3.請(qǐng)你試著解釋樺尺蠖體色變化的原因?你從中受到哪些啟發(fā)?
板書(shū):第三節(jié) 生物進(jìn)化的原因
一、分析生物進(jìn)化的原因
注:學(xué)生討論后回答。
學(xué)生1:黑色樺尺蠖的出現(xiàn)屬于自然變異的結(jié)果,在環(huán)境改變的情況下這種突變對(duì)其后代的生存是有利的。
學(xué)生2:黑色樺尺蠖數(shù)量逐漸增加,由少數(shù)變?yōu)槌R?jiàn)類型,主要受環(huán)境的影響,一方面工廠排出的煙煤殺死了地衣,使樹(shù)皮變黑;另一方面樺尺蠖的天敵決定樺尺蠖的不同顏色的數(shù)量。
學(xué)生3:樺尺蠖體色變化是由于體內(nèi)的遺傳物質(zhì)發(fā)生變異,而且變異的性狀傳給了后代;并且是在外界環(huán)境變化及天敵的影響下,變異個(gè)體逐漸增加的結(jié)果。我認(rèn)為:工廠排放出的煤煙是導(dǎo)致樺尺蠖顏色改變的關(guān)鍵,說(shuō)到底是環(huán)境污染迫使生物性狀發(fā)生改變。所以,在工業(yè)高度發(fā)達(dá)的今天,更應(yīng)注重環(huán)境保護(hù),減少工業(yè)“三廢”對(duì)環(huán)境的污染。
注:教師對(duì)作答的同學(xué)給予鼓勵(lì)性、贊賞性的評(píng)價(jià),可傾聽(tīng)多數(shù)同學(xué)的回答,直到較滿意的答復(fù)。
教師:通過(guò)對(duì)樺尺蠖體色變化的分析,我們知道了“遺傳和變異”是樺尺蠖體色變化的基礎(chǔ),而環(huán)境的改變是它體色變化的外在動(dòng)力。如果要使英國(guó)曼徹斯特地區(qū)的淺色的樺尺蠖又重新恢復(fù)為常見(jiàn)類型,你認(rèn)為該怎樣做?
學(xué)生:我們應(yīng)關(guān)掉曼徹斯特周圍的工廠,保持樺尺蠖生活區(qū)域內(nèi)清潔的空氣,保持天敵的數(shù)目不變。這樣淺色樺尺蠖便成為常見(jiàn)類型。
教師:由樺尺蠖體色變化的分析,我們可推想生物圈中不同種類生物的進(jìn)化原因,是否與這一事例相類似呢?
學(xué)生:是。
教師:盡管我們不能重復(fù)樺尺蠖體色變化的整個(gè)過(guò)程,但我們可以設(shè)法模擬。模擬探究有助于你對(duì)這一現(xiàn)象的理解以及對(duì)生物進(jìn)化原因的直觀印象和深層次的理解。
在模擬探究之前,我們先了解自然界中幾種常見(jiàn)的利用保護(hù)色捕食或防御敵害的例子。
注:打開(kāi)多媒體課件(關(guān)于雷鳥(niǎo)、變色龍等體色隨環(huán)境而變化;或者枯葉蝶、菜青蟲(chóng)、青蛙等在不同環(huán)境中的體色對(duì)比)。
教師:圖中動(dòng)物的體色與周圍環(huán)境的色彩非常相似,這就是保護(hù)色。具有保護(hù)色的動(dòng)物不易被其他動(dòng)物發(fā)現(xiàn),這對(duì)它躲避敵害或者捕食獵物是十分有利的。這種保護(hù)色是如何形成的?接下來(lái)我們模擬保護(hù)色的形成過(guò)程來(lái)探究保護(hù)色是如何形成的。
注:教師在做此實(shí)驗(yàn)前需強(qiáng)調(diào)以下注意事項(xiàng):
1.全班分組,各組員統(tǒng)一聽(tīng)從組長(zhǎng)的指揮。
2.不論彩色布料或彩紙顏色必須單一,每小組所選顏色可不一樣;彩色小紙片顏色應(yīng)多樣化,但其中之一最好與彩色布料或彩紙的顏色一致或相近。
3.提醒學(xué)生在實(shí)驗(yàn)時(shí)一定要把自己想象成“捕食者”,在選取彩色小紙片時(shí),不要事先觀察小紙片的位置,一定不要特意尋找某一種顏色的小紙片。
4.要及時(shí)記錄小紙片的數(shù)量,并進(jìn)行分析。
5.分析探究后面的討論題。
實(shí)驗(yàn)討論完畢。各小組匯報(bào)其探究結(jié)果。
學(xué)生1:通過(guò)5代的篩選,幸存者數(shù)最多的是紅色,因?yàn)槲覀兘M的布料是紅色的。
學(xué)生2:我們組的結(jié)果是:藍(lán)色數(shù)量最多,與布料的顏色一致。
學(xué)生3:通過(guò)5代篩選,幸存者數(shù)最多的是與布料顏色相近的粉紅色。
……
注:教師引導(dǎo)學(xué)生回答討論2、3、4題。
學(xué)生1:在第一代與第二代之間代表生物多樣性的彩色紙片顏色種類很接近。而到了第五代,彩紙片的顏色種類大大減少,只保留與布料顏色相近的幾種。
學(xué)生2:我們組黃色在“幸存者”群體中沒(méi)有代表。因?yàn)槲覀兘M所用的布料是紅色的,黃色紙片放在上面對(duì)比非常明顯,所以“捕食者”最先將黃色捕捉。
學(xué)生3:我認(rèn)為保護(hù)色的形成過(guò)程與它的天敵和周圍環(huán)境有關(guān)系。與環(huán)境顏色較接近的就不容易被天敵發(fā)現(xiàn),反之則易被捉住。這樣與環(huán)境相適應(yīng)的生物得以繁衍,它的體色便成了保護(hù)色。推動(dòng)生物進(jìn)化的動(dòng)力是環(huán)境的改變,遺傳與變異是基礎(chǔ)。
注:教師應(yīng)針對(duì)學(xué)生的回答給予客觀、公正、鼓勵(lì)性的評(píng)價(jià),對(duì)回答不完善的同學(xué)給以補(bǔ)充。
教師:保護(hù)色的形成過(guò)程是與周圍環(huán)境相適應(yīng)的結(jié)果。這是自然環(huán)境對(duì)生物進(jìn)行選擇的一個(gè)方面。除了保護(hù)色之外你還能舉出其他方面的例子嗎?
學(xué)生:有一種蝴蝶,它的翅膀展開(kāi)很像眼鏡蛇體表的花紋,這樣它可以避免它的天敵一種鳥(niǎo)的捕食。
教師:這是一種警戒色。
學(xué)生:有一種竹節(jié)蟲(chóng),它的軀體與四肢修長(zhǎng)。當(dāng)爬在竹上,如果不動(dòng)我們很難發(fā)現(xiàn)它。這也許是它存活下來(lái)的一個(gè)原因。
教師:這是一種擬態(tài),模擬與周圍相似的物體,不易被其天敵發(fā)現(xiàn)。像保護(hù)色、擬態(tài)、警戒色等都是在生物進(jìn)化過(guò)程中,通過(guò)長(zhǎng)期的自然選擇而逐漸形成的適應(yīng)性特征。由此,我們可以看出自然選擇在生物進(jìn)化的過(guò)程中所起的作用,生物只有適應(yīng)不斷變化的環(huán)境才能生存和繁衍。
最后,根據(jù)本節(jié)所學(xué)的知識(shí),請(qǐng)大家總結(jié)生物進(jìn)化的原因。
注:可以讓學(xué)生討論總結(jié)。教師補(bǔ)充完善并板書(shū)。
板書(shū):1.生物進(jìn)化的基礎(chǔ):遺傳與變異。
2.生物進(jìn)化的外在動(dòng)力:環(huán)境的改變。
3.生物只有適應(yīng)不斷變化的環(huán)境才能生存和繁衍。
[課堂小結(jié)]
教師:通過(guò)對(duì)英國(guó)曼徹斯特地區(qū)的兩種樺尺蠖的數(shù)量隨環(huán)境變化而改變的事例分析,以及模擬保護(hù)色的形成過(guò)程的探究,初步了解了生物進(jìn)化的原因。簡(jiǎn)單地可歸納為兩個(gè)方面:一是生物進(jìn)化的動(dòng)力即環(huán)境的改變;二是生物進(jìn)化的基礎(chǔ)即遺傳與變異。生物只有適應(yīng)不斷變化的環(huán)境,才不會(huì)被淘汰,才能得以生存與繁衍。
[鞏固練習(xí)]
一、選擇題
1.某些蛾類的幼蟲(chóng)的體表長(zhǎng)有毒毛,但色彩鮮艷、有斑紋,像這些有毒刺或惡臭的動(dòng)物所具有的鮮艷色彩和斑紋,叫做( )
A.保護(hù)色B.?dāng)M態(tài) C.警戒色
答案:C
2.導(dǎo)致樺尺蠖體色變化的動(dòng)力原因是(?。?br>
A.環(huán)境的改變B.體色的變異C.體色的遺傳
答案:A
3.在進(jìn)行模擬保護(hù)色的探究活動(dòng)中,“你”扮演的角色是(?。?br>
A.獵物B.捕食者C.幸存者
答案:B
二、思考題
4.通過(guò)模擬保護(hù)色的探究活動(dòng),試著分析生物進(jìn)化的原因。
答案:遺傳和變異是生物進(jìn)化的基礎(chǔ),在外界環(huán)境改變的情況下,只有適應(yīng)才能生存和繁衍。
●板書(shū)設(shè)計(jì)
第三節(jié)生物進(jìn)化的原因
一、分析生物進(jìn)化的原因
1.生物進(jìn)化的基礎(chǔ):遺傳與變異。
2.生物進(jìn)化的外在動(dòng)力:環(huán)境的改變。
3.生物只有適應(yīng)不斷變化的環(huán)境才能生存和繁衍。
●備課資料
1.保護(hù)色、擬態(tài)和警戒色
(1)保護(hù)色
有些動(dòng)物之所以不容易被發(fā)現(xiàn),是因?yàn)樗捏w色與環(huán)境的色彩很相似。動(dòng)物適應(yīng)棲息環(huán)境而具有的與環(huán)境色彩相似的體色,叫做保護(hù)色。保護(hù)色對(duì)于動(dòng)物躲避敵害或獵捕其他動(dòng)物都是有利的。具有保護(hù)色的動(dòng)物有很多。例如,大多數(shù)昆蟲(chóng)的體色往往與它們所處環(huán)境中的枯葉、綠葉、樹(shù)皮、土壤等物體的色彩非常相似。生活在綠色草地和池塘中的青蛙,背部是綠色的,活動(dòng)在山間溪流石塊上的棘胸蛙卻是深褐色的,而樹(shù)蛙則隨著它所棲息的樹(shù)種不同而具有不同的體色。生活在北極地區(qū)的北極狐和白熊,毛是純白色的,與冰天雪地的環(huán)境色彩協(xié)調(diào)一致,這有利于它們捕食動(dòng)物。
有些動(dòng)物在不同的季節(jié)具有不同的保護(hù)色。例如,生活在寒帶的雷鳥(niǎo),在白雪皚皚的冬天,體表的羽毛是純白色的,一到夏天就換上棕褐色的羽毛,與夏季苔原的斑駁色彩很相近。有些蝗蟲(chóng)在夏天草木繁盛時(shí)體色是綠色的,到了秋末則變?yōu)辄S褐色。
(2)警戒色
某種蛾類幼蟲(chóng)的體表色彩鮮艷,有斑紋,很容易被食蟲(chóng)鳥(niǎo)類發(fā)現(xiàn)。那么,這會(huì)不會(huì)對(duì)它們自身不利呢?再仔細(xì)觀察一下,就會(huì)發(fā)現(xiàn)它們的體表長(zhǎng)著毒毛。如果這些幼蟲(chóng)被鳥(niǎo)類吞食,這些毒毛就會(huì)刺傷鳥(niǎo)的口腔黏膜,吃過(guò)這種苦頭的鳥(niǎo)再見(jiàn)到這些幼蟲(chóng)就不敢吃它了。像蛾類幼蟲(chóng)這樣,某些有惡臭或毒刺的動(dòng)物所具有的鮮艷色彩和斑紋,叫做警戒色。黃蜂腹部黑黃相間的條紋,有些毒蛇體表的斑紋,等等,都是警戒色。警戒色的特點(diǎn)是色彩鮮艷,容易識(shí)別,能夠?qū)澈ζ鸬筋A(yù)先示警的作用,因而有利于動(dòng)物的自我保護(hù)。
(3)擬態(tài)
竹節(jié)蟲(chóng)的形態(tài)與樹(shù)枝特別相似,幾乎能以假亂真,因而很難被敵害發(fā)現(xiàn)。像這樣,某些生物的外表形狀或色澤斑紋,與其他生物或非生物非常相似的狀態(tài),叫做擬態(tài)。在豐富多彩的生物界,擬態(tài)的例子是很多的。例如,尺蠖的形狀像樹(shù)枝,枯葉蝶停息時(shí)的模樣像枯葉(翅的背面比腹面顏色鮮艷,在停息的時(shí)候兩翅合攏,現(xiàn)出枯葉的模樣)。有的螳螂成蟲(chóng)的翅展開(kāi)時(shí)像鮮艷的花朵,若蟲(chóng)的足像美麗的花瓣,可以誘使采食花粉的昆蟲(chóng)飛近,從而將這些昆蟲(chóng)捕食。蜂蘭的唇形花瓣常常與雌黃蜂的外表相近,可以吸引雄黃蜂前來(lái)“交尾”。雄黃蜂從一朵蜂蘭花飛向另一朵蜂蘭花,就會(huì)幫助蜂蘭花傳粉。
保護(hù)色、警戒色和擬態(tài)等,都是生物在進(jìn)化過(guò)程中,通過(guò)長(zhǎng)期的自然選擇而逐漸形成的適應(yīng)性特征。
2.染色體突變
染色體突變(chromosomalaberration)也稱染色體畸變或異常。它是指染色體數(shù)目、大小和結(jié)構(gòu)的改變。染色體突變和基因突變一樣,也是產(chǎn)生遺傳變異的重要原因。
基因突變大都是DNA分子上堿基的變化,染色體突變則是整個(gè)DNA分子在較大范圍內(nèi)的變化,也就是說(shuō)它有許多基因參與。因此,對(duì)生物表型變異的影響也較大。例如,德弗里斯(H.deVries)關(guān)于月見(jiàn)草(Oenotheraodorata)顯著變異的著名試驗(yàn),就是由染色體突變所引起的?;蛲蛔兺ǔ0l(fā)生在遺傳物質(zhì)復(fù)制的過(guò)程中,染色體突變一般發(fā)生在細(xì)胞核分裂的過(guò)程中,特別是減數(shù)分裂期間。
不同生物的染色體在數(shù)目、大小和結(jié)構(gòu)上都不相同。例如馬蛔蟲(chóng)(Parasarisunivalens)有1對(duì)染色體,蝶(Lysandraatlantied)大約有220對(duì),有些羊齒類植物〔如羊齒草(Ophiaglossumreticulatum)〕則超過(guò)600對(duì)。但染色體數(shù)目的多少與生物的親緣程度無(wú)直接聯(lián)系。同樣的哺乳類,袋鼠是11對(duì),而狗則是39對(duì)。
(1)染色體結(jié)構(gòu)的變化
缺失 染色體上丟失一個(gè)片段(圖1),也即是一個(gè)或幾個(gè)基因的丟失。一般認(rèn)為,缺水部分如果較大,個(gè)體不能成活。最早證明染色體突變的證據(jù)是缺失,如布里奇斯(C.B.Bridges,1917)通過(guò)果腹果蠅獲得缺刻翅的表型。一種稱人類的貓叫綜合征(Cridu?chatsyndrom)就是第5染色體短臂的雜合缺失所致。此病的特征是小頭、嚴(yán)重的生長(zhǎng)異常和智力呆滯?;颊咄ǔ2荒芑畹匠赡?。人類其他染色體如第4、13和18上的雜合缺失,也都伴有生理和智力上的缺陷。
重復(fù) 即染色體的某些片段有所增加(重復(fù))。基因重復(fù)對(duì)個(gè)體生活影響不大或無(wú)影響,但在進(jìn)化上可能有重要作用。
倒位 即染色體內(nèi)部結(jié)構(gòu)的順序發(fā)生顛倒。倒位不改變?nèi)旧w及其上面基因的數(shù)目。假如一條染色體上基因的順序是ABCDEF,BCD片段的倒位就在染色體上形成ADCBEF的順序(圖2)。臂間倒位的片段包括著絲粒,臂內(nèi)倒位則不包括。
易位 即非同源的染色體片段出現(xiàn)了交換。這種染色體片段的交換稱相互易位,如一個(gè)片段移動(dòng)到同一染色體的新位置上,或不同染色體上。如不出現(xiàn)相互交換稱非相互易位,有時(shí)也稱轉(zhuǎn)位。
(2)染色體數(shù)目的變化 有些變化不改變遺傳物質(zhì)的總量(融合和斷裂)(圖3);有些則在總量上有所改變(非整倍體、單倍體和多倍體)(圖4)。
著絲粒融合 即兩條非同源染色體的整個(gè)或大部分合并成一條,丟去一個(gè)著絲粒,染色體數(shù)目也為此而減少。
著絲粒斷裂 即一條染色體斷成兩段,它必須產(chǎn)生出一個(gè)新的著絲粒,否則細(xì)胞分裂時(shí)會(huì)丟失沒(méi)有著絲粒的那條染色體。
非整倍體 即一套正常的染色體中丟失或增加一條或數(shù)條染色體。如缺失、單體、三體和四體等等。其中所謂三體即額外增加的一條染色體。人類的第一例非整倍性,即證明唐氏(Down)綜合征病人是第21染色體三體。21三體綜合癥又稱先天愚型,此病的原因即在21號(hào)染色體上多一條。
單倍體和多倍體 二倍體(2n)細(xì)胞的某同源染色體只有1個(gè)(2n-1)或在3個(gè)以上的現(xiàn)象。假如有3套染色體即稱三倍體,4套者稱四倍體,依此類推。多倍體較普遍的形式是染色體的套數(shù)乘2,也即四倍體、六倍體、八倍體,它們分別有4套、6套、8套染色體。
多倍體在某些植物群中很普遍,動(dòng)物中則較少見(jiàn)。
3.基因重組
基因重組(generecombination)是通過(guò)有性過(guò)程實(shí)現(xiàn)的。我們已知,任何一個(gè)基因的表型效應(yīng)不僅決定于基因本身,還決定于基因之間的相互作用。因此,通過(guò)有性過(guò)程所實(shí)現(xiàn)的基因重組,雖然不改變基因本身,但新的組合可導(dǎo)致新的表型。在有性過(guò)程中,由于親本具有雜合性(hybridity),由此而發(fā)生的遺傳基礎(chǔ)的重組合,就會(huì)產(chǎn)生豐富的遺傳變異。這也就是為什么有性生殖比無(wú)性生殖具有優(yōu)越性的原因?
(1)基因重組的分類
連鎖互換 這類重組是同源染色體基因相互交換所發(fā)生的重新組合。它是較為穩(wěn)定的重組。
自由組合 由它所形成的重組是不同對(duì)染色體的隨機(jī)組合。
轉(zhuǎn)座因子改變位置 細(xì)胞中能改變自身位置的一段DNA序列稱轉(zhuǎn)座因子(transposableelement)。它從染色體一個(gè)位置轉(zhuǎn)移到另一位置,或者從質(zhì)粒轉(zhuǎn)移到染色體上,從而產(chǎn)生變異。第一個(gè)轉(zhuǎn)座因子是麥卡林托克(B.McClintock,1951)從玉米中發(fā)現(xiàn)的,她認(rèn)為遺傳基因可以轉(zhuǎn)移,從染色體的一個(gè)位置跳到另一個(gè)位置,所以轉(zhuǎn)座因子也稱跳躍基因(jumpinggene)。轉(zhuǎn)座因子還具有控制其他基因開(kāi)閉的作用,因?yàn)楫?dāng)它們插入某些基因,如影響玉米籽粒顏色的基因附近時(shí),能在玉米籽粒發(fā)育期間改變其顏色圖型,所以轉(zhuǎn)座因子又可稱為控制因子(controllingelement)。目前已很清楚,原核生物和真核生物中都具有轉(zhuǎn)座因子,例如多種細(xì)菌質(zhì)粒、大腸桿菌、啤酒酵母(Saccharomycescerevisiae)、果蠅等。這方面的材料可能與物種形成關(guān)系較大。
(2)基因重組與變異多樣性
基因重組而引起變異的多樣性,可以自由組合為例。一對(duì)等位基因可能形成的基因型是3種(31):
AAAaaa
2對(duì)等位基因可以產(chǎn)生的基因型是9種(32):
AABB AABb AAbb AaBB AaBb aaBB aaBb Aabb aabb
根據(jù)3n,如有10對(duì)等位基因,那么就可得到310=59049種重組的基因型。其中有210個(gè)是純合型,其余全部是雜合型。如果考慮到復(fù)等位基因的存在,那么多樣性就更豐富了。而且自然界里的植物和動(dòng)物,除少數(shù)例外都有,少則上百個(gè)或上千個(gè),多則上百萬(wàn)個(gè)基因。由此不難設(shè)想,雜交產(chǎn)生的個(gè)體間為什么沒(méi)有兩個(gè)完全相同的個(gè)體,以及由雜交產(chǎn)生后代的生物類群間為什么是多種多樣的道理。
此外,還有細(xì)胞質(zhì)基因突變。細(xì)胞質(zhì)里也有遺傳物質(zhì),如線粒體、葉綠體中各有自己的染色體和DNA,它們控制著細(xì)胞器的正常結(jié)構(gòu)和功能。這些基因也和核內(nèi)遺傳物質(zhì)一樣,能發(fā)生突變,導(dǎo)致遺傳變異。例如,某些植物的葉綠體基因突變,就會(huì)出現(xiàn)一系列的突變型。酵母菌中某些線粒體基因發(fā)生突變,影響有氧呼吸功能,也能產(chǎn)生一些小菌落突變型。這些突變型在一定條件下,都能正常生活,傳留后代。
細(xì)胞質(zhì)突變引起的遺傳變異與細(xì)胞核相比雖然要少得多,但它有自己的連續(xù)性和相對(duì)自主性。這也是值得注意的一種機(jī)制。
4.遺傳變異在群體中的保存
遺傳變異產(chǎn)生后,在當(dāng)時(shí)的環(huán)境中通常并不適宜。那么為什么這些變異沒(méi)有被淘汰呢?這便需要討論它們?cè)谌后w中的保存問(wèn)題。關(guān)于這點(diǎn),有如下幾種解釋:
(1)雜種優(yōu)勢(shì)
認(rèn)為雜合體(Aa)的生存和繁殖較純合體(AA或aa)更有利,因此等位基因A或a就不會(huì)被排除。這種機(jī)制最明顯的例子,便是我們前面提到過(guò)的鐮刀型血紅蛋白貧血癥。如前所述,這種遺傳病是由于血紅蛋白突變引起的。這類疾病盛行于赤道非洲和中東地區(qū)。既然病者細(xì)胞基因(s)(它的等位基因可寫(xiě)作S)明顯不利,為什么在上述地區(qū)的有關(guān)基因的雜合子(Ss)可以相當(dāng)高(高達(dá)30%~40%)呢?原來(lái)這種雜合體對(duì)該地區(qū)的重要致命疾病——瘧疾具有抵抗力。這是因?yàn)殡s合型個(gè)體Ss的紅細(xì)胞容易形成狹小的鐮刀形狀,不利于瘧原蟲(chóng)寄生,因此不怕瘧疾侵襲。也就是說(shuō),在惡性瘧病流行區(qū),正常的純合體(SS)容易死于瘧??;貧血癥純合體(ss),死于貧血;雜合體(Ss)則能健康生存。它們的這種優(yōu)勢(shì)即稱雜種優(yōu)勢(shì)(heterosis,hybridvigor)。某些生物正是憑著這種方式使許多變異保存于種群的基因庫(kù)中。
(2)多樣化選擇
假如一物種面臨多種復(fù)雜環(huán)境,那么突變和選擇會(huì)使基因庫(kù)發(fā)生分化,于是有許多變異型或等位基因可適應(yīng)不同的小環(huán)境。近期的研究表明,由不同的等位基因所編碼的變異酶,其催化效率、對(duì)溫度和酸堿的敏感性以及對(duì)其他環(huán)境因素的反應(yīng)都不相同,從而使它們變得易受自然所選擇。例如,果蠅(Drosophilamelanegaster)生長(zhǎng)在較溫暖地區(qū),種群中會(huì)出現(xiàn)較多的乙醇脫氫酶的變異體,它們比生長(zhǎng)在較寒冷地區(qū)的種群更能抗熱??傊?,生長(zhǎng)在較復(fù)雜環(huán)境里的種群,可通過(guò)多樣化選擇,保持較高的變異性。
(3)頻率相依選擇
這是一種保持復(fù)等位基因的機(jī)制,認(rèn)為等位基因在種群中的頻率受環(huán)境變化而有波動(dòng)。當(dāng)它們不適合環(huán)境時(shí),高的頻率會(huì)很快減少,但達(dá)到某一最低點(diǎn)時(shí)其頻率就趨向穩(wěn)定而不再下降,也就是說(shuō),環(huán)境壓力無(wú)法對(duì)低頻率的變異體發(fā)生作用,因此有些變異就可得到保留。
總之,群體中的遺傳變異為生物進(jìn)化提供大量的機(jī)會(huì),每當(dāng)出現(xiàn)新的惡劣環(huán)境時(shí),如氣候變壞、捕食者入侵、競(jìng)爭(zhēng)者遷入或人為的污染,生物群體往往都有一定的適應(yīng)能力,這早已成為現(xiàn)實(shí)。