學習導引
重點和難點
本節(jié)的重點是舉例說出研究生物進化的方法，列舉證據(jù)說明生物是進化的，概述生物進化的主要歷程；難點是形成生物進化的基本觀點。
研究進化生物學的比較方法
比較是指根據(jù)一定的標準，把彼此有某種聯(lián)系的事物加以對照，確定它們的相同和不同之處。通過對各個事物特征的比較，可以把握事物之間的內(nèi)在聯(lián)系，認識事物的本質(zhì)。選擇哪些特征作比較，在分析比較時需強調(diào)哪些特征，處理這些問題時要盡量避免個人主觀因素。研究生物進化時，可通過不同年代化石的縱向比較推測生物進化的歷程，也可通過現(xiàn)存生物種類的特征“橫向”比較分析而追溯“縱向”的進化關(guān)系。
化石證據(jù)
要研究生物進化的問題，首先要了解過去的生物。但遠古的生物大部分都已消失，只有少數(shù)以化石的形式保存了下來，成為人類認識古生物的重要依據(jù)。化石是保存在地層中的古生物遺體、遺物和生活遺跡，為研究生物進化提供了直接的證據(jù)。
各類生物的化石在地層里是按照一定順序出現(xiàn)的?？茖W家通過縱向比較不同地層中的生物化石，不僅可證明生物是進化的，而且可以了解這些生物的進化過程。化石顯示：在形成越早、離現(xiàn)在越久遠的地層中，形成化石的生物越低等、結(jié)構(gòu)越簡單，生物的種類也越少；在形成越晚、離現(xiàn)在越近的地層中，形成化石的生物越高等、結(jié)構(gòu)越復雜，生物的種類也越多。科學家在地層中還發(fā)現(xiàn)了一些中間過渡類型的化石，這些化石揭示了不同生物之間的進化關(guān)系。例如在德國發(fā)現(xiàn)的始祖鳥化石，在我國遼寧發(fā)現(xiàn)的中華龍鳥、孔子鳥等大量的古鳥化石，這些化石證實鳥類起源于古代的爬行動物。
還有其他證據(jù)來研究生物進化，如科學家通過橫向比較現(xiàn)存生物的身體結(jié)構(gòu)、胚胎發(fā)育、蛋白質(zhì)以及DNA等的相似性，來確定它們之間的進化關(guān)系。
生物進化的大致歷程
植物進化的歷程大致是：生活在海洋中的原始藻類植物，經(jīng)過極其漫長的年代，逐漸進化成為適應(yīng)陸地生活的原始的苔蘚植物和蕨類植物，但是，它們的生殖都需要有水的環(huán)境。后來，一部分原始的蕨類植物進化成為原始的種子植物，包括原始的裸子植物和被子植物，它們的生殖完全脫離了水的限制，更加適應(yīng)陸地生活。
動物進化的歷程大致是：生活在海洋中的原始單細胞動物，經(jīng)過極其漫長的年代，逐漸進化成為種類繁多的原始的無脊椎動物，包括扁形動物、環(huán)節(jié)動物、軟體動物和節(jié)肢動物等。地球上最早出現(xiàn)的脊椎動物是古代的魚類。以后，某些魚類進化成為原始的兩棲類，某些兩棲類進化成為原始的爬行類，某些爬行類又進化成為原始的鳥類和哺乳類。
總之，生物進化的主要趨勢為：生物的種類由少到多，生活環(huán)境由水生到陸生，身體的結(jié)構(gòu)由簡單到復雜、由低等向高等發(fā)展。
知識闖關(guān)
1．下列關(guān)于生物進化的敘述，正確的是：
A．化石是研究地球上生物進化的最主要、最可靠的證據(jù)；
B．生物進化的每個環(huán)節(jié)都有化石證據(jù)；
C．越晚形成的地層中，形成化石的生物結(jié)構(gòu)越簡單、越低等；
D．在最古老的地層中也有生物化石?！ 〈稹病 ?/span>
2．生物學家在研究生物進化時，最主要的依據(jù)是：
A．現(xiàn)代生物的特征； B．現(xiàn)代生物生存的環(huán)境；
C．古代生物的化石； D．生物遺傳物質(zhì)的相似性?！ ?答〔 〕
3．生物化石之所以能證明生物的進化，其根本原因是：
A．化石是保存在地層中的生物遺體或生活遺跡；
B．地殼巖石形成有一定順序；
C．化石是生物的祖先；
D．各類生物化石在地層中出現(xiàn)有一定的順序。 答〔 〕
4．關(guān)于地層中生物化石分布情況的敘述，正確的是：
A．在地質(zhì)年代較近的地層中不可能找到低等生物的化石；
B．地質(zhì)年代古老的化石一定是低等生物的化石；
C．在最古老的地層中存在著大量的低等生物化石；
D．地質(zhì)年代越久遠的化石一定埋藏得越深?！ 〈稹病 ?/span>
5．下頁圖分別為魚、蠑螈、龜、雞、豬等脊椎動物和人的胚胎發(fā)育的比較，它們的早期胚胎都有鰓裂和尾。這說明：
A．它們的早期胚胎都有游泳能力；
B．脊椎動物和人的早期胚胎用鰓呼吸；
C．它們的胚胎相似；
D．脊椎動物和人都是由古代原始的有鰓有尾的共同祖先進化來的。 答〔 〕
6．證明鯨的原始祖先是水生動物的證據(jù)是：
A．鯨早期胚胎有尾；
B．鯨早期胚胎有鰓裂；
C．鯨生活在水中；
D．鯨的鰭和魚的鰭的結(jié)構(gòu)相同。 答〔 〕
7．始祖鳥化石可以證明：
A．鳥類起源于現(xiàn)代爬行類；
B．始祖鳥是鳥類和爬行類的共同祖先；
C．鳥類和爬行類是同時出現(xiàn)的；
D．鳥類起源于古代爬行動物?！ 〈稹病 ?/span>
8．下列不能用來作為生物進化的證據(jù)的是：
A．DNA序列；
B．細胞色素C的氨基酸差異數(shù)；
C．身體的大??；
D．身體結(jié)構(gòu)的相似性。 答〔 〕
9．生殖過程完全擺脫了對水的依賴的植物是：
A．苔蘚植物； B．多細胞植物；
C．蕨類植物； D．種子植物?！ ?答〔 〕
10．下列關(guān)于生物進化趨勢的敘述中，不合理的是：
A．單細胞生物→多細胞生物；
B．體形小的生物→體形大的生物；
C．結(jié)構(gòu)簡單→結(jié)構(gòu)復雜；
D．低等生物→高等生物?！ 〈稹病 ?/span>
11．下圖是四種脊椎動物前肢骨和人的上肢骨，通過比較可以發(fā)現(xiàn)它們在外形和功能上差異很大，但骨骼的基本組成卻相同，而且排列方式也基本一致。
一、鳥 二、蝙蝠 三、鯨 四、馬 五、人
1．肱骨 2．橈骨 3．尺骨 4．腕骨 5．掌骨 Ⅰ—Ⅴ．指骨
?。?）可以證明這些生物：
A．可能具有較近的親緣關(guān)系；
B．它們的生活環(huán)境相同；
C．胚胎發(fā)育早期是相同的；
D．具有相同的骨骼?！ 〈稹病 ?/span>
?。?）這一證據(jù)來自：
A．胚胎學； B．比較解剖學；
C．遺傳學； D．分子生物學?！ ?答〔 〕
（3）你可以推測出它們的生存環(huán)境嗎？12．判斷下列說法是否正確，正確的畫“√”，錯誤的畫“×”。
?。?）化石是證明生物進化的唯一證據(jù)?！ 。ā。?/span>
?。?）過去發(fā)現(xiàn)的生物化石都是低等生物的化石，現(xiàn)在發(fā)現(xiàn)的化石都是高等生物的化石。
（?。?/span>
（3）現(xiàn)今地球上的蕨類植物是由古代蕨類植物進化來的?！ 。ā。?/span>
13．化石在地層中的存在有一定的順序，在越古老的地層中，成為化石的生物越__________、越__________，在越新近形成的地層中成為化石的生物越__________、越__________。
探究樂園
泄漏天機的分子
問題：蛋白質(zhì)結(jié)構(gòu)如何揭示出不同生物在進化上的親緣關(guān)系？
實驗步驟：
?。?）仔細看下面這張表，它顯示了同一種蛋白質(zhì)（細胞色素C）的某個區(qū)域在5種不同動物中的氨基酸序列。不同字母代表不同的氨基酸。
?。?）先預測一下，哪一種動物和黑猩猩的親緣關(guān)系最近，哪一種最遠？
?。?）比較黑猩猩和羅猴的氨基酸序列。這兩種動物的氨基酸序列之間有幾個氨基酸不一樣？在筆記本上記下這個數(shù)字。
?。?）再比較一下黑猩猩和其余動物的氨基酸序列，然后記錄有差異的氨基酸數(shù)目。
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各種動物的細胞色素C的部分區(qū)域 |
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氨基酸位置（示第x位） |
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動物 名稱 |
40 |
41 |
42 |
43 |
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45 |
46 |
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50 |
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黑猩猩 |
T |
G |
Q |
A |
P |
G |
Y |
S |
P |
T |
A |
A |
N |
K |
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羅猴 |
T |
G |
Q |
A |
P |
G |
Y |
S |
Y |
T |
A |
A |
N |
K |
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狗 |
T |
G |
Q |
A |
P |
G |
F |
S |
Y |
T |
D |
A |
N |
K |
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龜 |
T |
G |
Q |
A |
E |
G |
F |
S |
Y |
T |
E |
A |
N |
K |
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鯨 |
T |
G |
Q |
A |
V |
G |
F |
S |
Y |
T |
D |
A |
N |
K |
分析與結(jié)論：
（1）哪一種動物的氨基酸序列和黑猩猩的最為相似？其他動物的氨基酸序列和黑猩猩相比又如何？
?。?）基于這些數(shù)據(jù)，哪一種動物和黑猩猩的親緣關(guān)系最近，哪一種最遠？
（3）對于整個細胞色素C來說，黑猩猩和其他動物之間有差異的氨基酸數(shù)目如下：與羅猴相比的差異數(shù)為1個，與狗相比的差異數(shù)為11個，與龜相比的差異數(shù)為15個，與鯨相比的差異數(shù)為10個。由整個蛋白質(zhì)氨基酸序列得出的親緣關(guān)系與你得到的結(jié)果相比有區(qū)別嗎？
?。?）為什么氨基酸序列能為確定生物的進化關(guān)系提供線索？
課堂延伸
1．魚類氮代謝的終產(chǎn)物是氨，兩棲類動物成體氮代謝的終產(chǎn)物是尿素，鳥類氮代謝的終產(chǎn)物主要是尿酸。在雞的胚胎發(fā)育過程中，最初幾天氮代謝的終產(chǎn)物是氨，過幾天變成了尿素，最后以尿酸為主。
?。?）這一證據(jù)屬于：
A．胚胎學證據(jù)； B．比較解剖學證據(jù)；
C．遺傳學證據(jù)； D．分子生物學證據(jù)。 答〔 〕
?。?）雞的早期胚胎像__________，過幾天像__________，最后才像__________。
?。?）從雞的氮代謝終產(chǎn)物的變化可以看出高等動物是由__________進化而來的，進化方向是__________。
2．閱讀資料，回答問題。
始祖鳥化石是鳥類從爬行動物進化而來的最好的古生物證據(jù)，這種鳥類身披現(xiàn)代鳥類的羽毛，生活在距今大約1．5億年前的晚侏羅紀，在骨骼特征上和爬行動物沒什么兩樣。從晚侏羅紀開始的5億年漫長的鳥類進化歷史，大體可以分為以下幾個重要階段：（1）晚侏羅紀；（2）早白堊紀（距今1．44億～0．99億年）；（3）晚白堊紀（距今0．99億～0．65億年）；（4）新生代（距今0．65億年至今）。迄今為止，晚侏羅紀的鳥類化石只有始祖鳥一種；晚白堊紀的鳥類化石表明，此時鳥類已經(jīng)是比較進步的類型；新生代的鳥類已經(jīng)相當?shù)倪M步。然而，從19世紀末開始直到20世紀70年代，人們對于早白堊紀的鳥類的情況幾乎一無所知。也就是說，距今1．5億年到8000萬年之間鳥類進化的歷史始終是個空白。
始祖鳥復原圖
1982年甘肅玉門偶然發(fā)現(xiàn)的一件中生代鳥類化石，拉開了我國中生代鳥類研究的序幕。這件僅僅保存了一側(cè)不完整的后肢的古鳥類化石，在1984年被命名為“甘肅鳥”?；唤?jīng)發(fā)現(xiàn)，便開始受到國際上同行的關(guān)注。然而，真正填補了這一早期鳥類進化歷史空白的，是從20世紀80年代末開始的來自遼西的一系列重要的化石發(fā)現(xiàn)。
科學家根據(jù)“甘肅鳥”化石繪制的復原圖
（據(jù)新華社電）中美科學家于2006年6月15日在華盛頓宣布，在甘肅省玉門附近的昌馬鎮(zhèn)發(fā)現(xiàn)了生活在約1．1億年前的“甘肅鳥”的較完整化石，分析顯示這種有翅的鳥能像鴨子一樣潛水。這一發(fā)現(xiàn)填補了鳥類進化樹的空白，也為現(xiàn)代鳥類水棲起源的觀點提供了有力佐證。次日出版的美國《科學》雜志刊登了有關(guān)論文。論文分析了5具“甘肅鳥”化石：其身體上半部結(jié)構(gòu)表明它能從水面起飛；后腿和蹼足的細節(jié)顯示，它可能是靠足推進的潛水鳥，很像現(xiàn)代的鴨子，但能力稍遜。另外，“甘肅鳥”骨骼中空程度低，因此較重也較笨拙。“甘肅鳥”是今鳥類（今鳥類是包括所有現(xiàn)存鳥類在內(nèi)的具有進步飛行特征的鳥類的統(tǒng)稱）已知最古老的成員。2006年6月21日的新聞聯(lián)播也對此進行了報道。
（2005年11月18日，東北新聞網(wǎng)報道）昨日，4件據(jù)估計生活于1．2億年前的孔子鳥的化石，與其他2360件遼西古物化石由沈陽市海關(guān)移交給遼寧省國土資源管理局。這宣告轟動一時的“古生物化石走私第一案”徹底終結(jié)?？鬃峪B、華夏鳥等中生代化石，是此次移交中最為珍貴的化石，將為研究鳥類起源、飛行起源及羽毛起源，提供寶貴的實物依據(jù)。
1．2億歲的孔子鳥回家
（2005年7月24日，新華網(wǎng)遼寧頻道）自20世紀90年代以來，遼寧西部陸續(xù)出土了20余個門類成千上萬件的精美古生物化石，其中既包括古植物化石，也包括腹足類、昆蟲類、魚類、兩棲類、爬行類（龜、蜥蜴、恐龍等）、鳥類和原始哺乳類等動物化石。其分布之廣、數(shù)量之大、種類之多、保存之好、信息之全轟動了世界，“遼西熱河生物群”已成為世界級化石寶庫。美國著名古生物學家奧斯特羅姆感嘆道：“世界上沒有其他地方在如此關(guān)鍵的時間，保存如此完好的、如此多的化石群！”但是，遼西古生物化石在給中華民族帶來喜悅的同時，也帶來了憂慮。私挖盜采屢禁不止，偽造走私愈演愈烈，以“化石入股”與外商合資更引來一片質(zhì)疑。除了非法盜挖濫采，一些獲得了合法發(fā)掘權(quán)的部門單位，因為缺少專業(yè)人員和專業(yè)知識，也造成新的化石資源破壞，“合法發(fā)掘”中的破壞令人痛心。
遼西化石產(chǎn)地
?。?）為什么“甘肅鳥”化石的發(fā)現(xiàn)引起了全世界科學家的廣泛關(guān)注？
?。?）為什么遼西古生物化石在給中華民族帶來喜悅的同時，也帶來了憂慮？
?。?）閱讀了以上資料，你對化石的價值有什么新的認識？談?wù)勀銓ΡＷo古生物化石的建議或意見。
參考答案
知識闖關(guān)
1．A 2．C 3．A 4．B 5．D 6．B 7．D 8．C 9．D 10．B
11．（1）A；（2）B；（3）鳥、蝙蝠能在空中飛行，鯨生活在水中，馬生活在陸地（草原）上；
12．（1）×（2）×（3）√
13．簡單 低等 復雜 高等
探究樂園
?。?）羅猴（只有一個氨基酸不同） 狗、龜、鯨與黑猩猩的氨基酸差異數(shù)分別為3、4、4個；
（2）基于這些數(shù)據(jù)，羅猴與黑猩猩的親緣關(guān)系最近，龜和鯨與黑猩猩的親緣關(guān)系最遠；
?。?）有差異，如由整個蛋白質(zhì)氨基酸序列可發(fā)現(xiàn)黑猩猩與龜?shù)挠H緣關(guān)系要比與鯨的親緣關(guān)系遠；
?。?）蛋白質(zhì)是組成細胞的一類重要物質(zhì)，它也經(jīng)歷了進化的歷程，因此可通過比較不同生物的同一種蛋白質(zhì)（細胞色素C）的氨基酸的差異數(shù)來推斷出生物之間的親緣關(guān)系。
課堂延伸
1．（1）A；
?。?）魚 兩棲類 鳥；
?。?）低等動物 由低等到高等。
2．（1）主要原因在于“甘肅鳥”化石填補了早期鳥類進化歷史的空白，詳細分析見資料。
?。?）由于這些化石的價值，一些人為了商業(yè)利益非法盜挖濫采、弄虛作假，使化石本身及中國科學家的聲譽受到了嚴重影響。
?。?）（開放性題目）古生物化石是一種不可再生的文物資源，政府有義務(wù)嚴格保護。任何打著開發(fā)利用的旗號追逐商業(yè)利益的行為，都可能對化石產(chǎn)生不可彌補的損害。
孔子鳥化石及復原圖
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