苏教版必修2 生物进化和生物多样性 教案Word下载.docx
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4．生物的五界系统的特征、类别及代表生物。
5．经历“根据地质年代划分和主要进化事件”的课题研究，通过制作进化树，初步形成“动手做科学”的能力、课题研究意识、信息的收集与甄别的能力、批判性学习的能力、交流与交往的能力。
6．尝试根据生物的特征分类，通过描述生物五界系统的特征和类别，讨论生命发展史的三大阶段和进化的三大方向。
7．经历图表信息的读取和分析训练，培养学生图表信息读取和分析及口头表达能力。
8．通过学习生物进化的历程，引导学生树立辩证唯物主义的世界观、人生观和正确的科学观。
9．通过学习生物多样性，增强学生的爱国主义热情，提高学生热爱自然、热爱生物、珍惜生命的理念，增强自觉保护生物多样性的意识。
第一课时 生物进化的基本历程
课件展示：
江边桃花盛开，竹林成阴，小鸟在树枝上啁啾，蝴蝶在花丛中飞舞，鹰击长空，鱼翔浅底……
师：
如此美丽而灵动的大自然，真令人流连忘返，看着如此生机勃勃的生物界，你们想过，大自然的各种生物是由什么而来的？
板 书：
第二节 生物进化和生物多样性
一、生物进化的基本历程
没有人能够亲自经历生物进化几十亿年的历史，那么用什么方法弄清生物进化的历程呢？
资料一：
（1）化石是生物的遗体、遗物或生活痕迹，由于种种原因被埋藏在地层中，经过若干万年的复杂变化形成的科学家通过对化石的研究发现，鱼类的化石在比较古老的地层中就出现了，两栖类、爬行类和哺乳动物则依次在越来越晚的地层中才出现。
（2）1861年，在德国发现了一种动物的化石——科学家把这种动物叫做始祖鸟。
始祖鸟的大小和乌鸦差不多，被覆羽毛，它具有和鸟翅膀一样的前肢，但前肢的末端还有指，指的末端有爪，它的嘴里有牙齿，但嘴的外形像鸟喙。
也就是说，它的身体结构和爬行动物有相同之处，又和鸟类有相同之处。
（3）多种多样的蛋白质是组成细胞的一类重要物质，细胞色素C是其中的一种，科学家比较了一些生物的细胞色素C的差异，发现人与黑猩猩的差异最小，与马的差异则大一些，而与果蝇、向日葵的差异则更大。
分析上述3个资料，科学家在研究生物进化问题时采用了哪些方法？
学生活动：
小组讨论、自由回答。
生甲：
采用了找化石，分析比较不同类型动物的化石在地层中出现的顺序，从而判断动物的进化顺序的方法。
生乙：
采用了比较动物的形态和解剖特征的方法，通过对始祖鸟与现代鸟和爬行动物的形态和解剖特征的比较，说明鸟类是由始祖鸟进化而来的，始祖鸟是一种过渡状态，是爬行动物向鸟类进化的中间过渡类型。
生丙利用的是组成生物体的一些重要物质的差异性，来比较生物之间的亲缘关系的方法。
（1）在三个资料中都用到了比较，有纵向也有横向的比较。
在生物学的研究中常常用到比较的方法。
例如，对不同生物种类的形态结构进行比较，可以推断它们之间的亲缘关系。
（2）比较是指一种常用的研究方法，在研究生物进化的过程中，化石是非常重要的证据。
我国在这方面也是很早就有记录的，宋朝的沈括在《梦溪笔谈》中就谈到他在太行山和其他地方看到的动物化石和植物化石。
根据太行山山崖上的化石，沈括认为太行山曾经是海滨。
（3）地球上现存的生物都是进化的结果，对现存生物亲缘关系的研究，也可以帮助我们追溯生物进化的过程。
1．地质年代划分和主要进化事件
资料二：
（1）对动物、植物的器官和系统进行解剖和比较研究的方法。
比较解剖学为生物进化提供最重要的证据是同源器官。
同源器官是指起源相同，结构和部位相似，而形态和功能不同的器官。
例如，一些脊椎动物的前肢——鸟的翼、蝙蝠的翼手、鲸的鳍、马的前肢和人的上肢，从外形看，这些器官很不相同，但是它们的内部结构却基本一致。
不仅组成一致，而且排列的方式也基本一致（见下图）。
因此，这些器官都是同源器官。
同源器官的存在，证明凡是具有同源器官的生物，都是由共同的原始祖先进化而来的。
只是在进化过程中，由于生活环境不同，同源器官适应于不同的生活环境，逐渐出现了形态和功能上的不同。
（2）有关化石
生物化石是指由于某种原因，埋藏在地层中的生物的遗体、遗物或生活痕迹。
化石保留了古代生物原有的特点，所以被用来研究古代生物，它们可以直接或间接证明某种生物曾经在地球上生活过。
化石有很多种，有由生物体的坚硬部分形成的遗体化石，如骨骼化石、贝壳化石等；
有保存植物叶片痕迹的印痕化石；
还有遗迹、遗物化石等。
为什么化石能够说明生物的进化？
地球的地层形成有早有晚，不同的地层中有不同的生物化石。
根据存在于各个地层中的化石，可以判断生物类型和生存的年代。
对不同地层中的化石进行分析比较发现：
最古老的地层中没有化石；
从大约39亿年前的地层中开始发现生物化石；
越古老的地层中，成为化石的生物越简单、越低等，越晚形成的地层中成为化石的生物越复杂、越高等；
古老的地层中水生生物的化石较多；
晚形成的地层中陆生生物的化石较多。
（3）比较蛋白质分子差异的方法。
①比较各种生物的同一种蛋白质的氨基酸组成，可以看出生物进化过程中分子结构变化的渐进特征，并以此判断生物之间的亲缘关系和进化顺序。
细胞色素C是一种缓慢进化的蛋白质，常用作比较生物进化和分类的依据。
细胞色素C是一种具有104～112个氨基酸的多肽分子。
从进化上看，细胞色素C是一种很保守的分子，据科学家估计，它的氨基酸顺序每200万年才发生1%的改变。
正因为细胞色素C分子变化的缓慢和保守，所以它在进化中才能够被保留下来。
不同生物的细胞色素C中氨基酸的组成和顺序反映了这些生物之间的亲缘关系。
在所查的几十种生物中，细胞色素C分子中有27个氨基酸残基是相同的，其余的氨基酸残基则随生物的不同而有不同的差异。
这些差异的不同说明生物之间的同源性程度，差异越小，表明亲缘关系越近，差异越大，表明亲缘关系越远。
下表是几种生物和人的组成细胞色素C的氨基酸之间的差异。
②十种生物与人的细胞色素C的氨基酸组成的差异
生物名称
与组成人的细胞色素C的氨基酸的差别
黑猩猩
猕猴
1
狗
11
马
12
鸡
13
金枪鱼
21
果蝇
27
向日葵
38
链孢霉
43
螺旋菌
45
从表中可以看出，黑猩猩与人的亲缘关系最近，其次是猕猴，螺旋菌与人的亲缘关系最远。
根据细胞色素C的差异所绘制出的生物界的系统树，与根据化石、比较形态学制成的系统树是一致的。
事实上，生物进化问题的研究，是建立在对许多科学领域（如地质学、遗传学、胚胎学和分类学等）的研究进行综合分析的基础上的，涉及到许多研究方法，其中最重要的方法之一是比较。
科学家们通过对不同年代化石的纵向比较，以及对现存生物种类的横向比较等方法，推断出了生物进化的大致过程。
地球经历了从没有生命到出现最初的生命形式再到现在形形色色的生物，究竟经历了哪些进化环节呢？
请同学们动动手，利用所给的材料亲手制作进化的树形图。
（1）分小组将准备材料（印有单细胞动物、腔肠动物、扁形动物等名称和各地质年代的代表性生物）逐个剪下。
（2）在硬纸板上画上树干轮廓，将代表生物依次粘贴。
（3）以小组为单位，交流、评比。
进化的树形图
在方框中应填入什么？
生：
由下而上应填入两栖动物、哺乳动物和被子动物。
现在你能看出生物进化的趋势是什么？
板 书：
2．生物进化的一般规律
地球上的生物是从单细胞到多细胞，从简单到复杂，从水生到陆生，从低级到高级逐渐进化而来的。
从进化树上看，在树的根部是单细胞生物，结构简单，然后单细胞生物分化为动物和植物两支。
最初的生命都是离不开水的，要终生生活在水中，越往上发展，生物对水的依赖就越小，同时生物的结构也越来越复杂，以适应陆地多变的环境。
1．化石和对化石的研究
化石记录着古生物的信息，是人类能够见到并加以研究的古代生物体的一部分，或它们生活的痕迹。
化石一般可以分为两类，一类是由生物的遗体直接形成的，这些化石常常是植物或动物身体的坚硬部分，例如，植物的茎干，动物的骨骼、贝壳等。
有的则是完整的生物体，如琥珀里的昆虫，寒武纪时代的三叶虫化石等。
另一类则是由生物的生活痕迹和遗物形成的，如恐龙的脚印、恐龙蛋和粪便等。
研究化石不是一件很容易的事情。
因为保存下来的化石很少是完整的，人们必须将各个部分按照它们适当的关系重新进行正确的组装。
这就要求古生物学家必须掌握生物的解剖知识，而且还应确定未保存下来的结构的位置。
最后，古生物学家根据化石，复原出生物生活时的大小和形状，并根据现代生物的颜色推出复原模型的颜色。
不同的学者对同样的化石可能有不同的解释，而且从化石本身推论得越远，解释的差异就可能越大。
化石与地层：
构成地球表层成层的岩石，叫做地层。
地层本来是一层一层地沉积而成的，一般来说，先沉积的地层在下面，后沉积的地层在上面，所以下层地层的年代比上层的古老。
但是，由于地球表面不断地运动，地层也会随着上升、下降、扭曲等，使地层的顺序发生某些变化。
化石在地层中出现的顺序，是人们研究生物进化的一个重要的方面。
不同生物化石的出现和地层的形成，有着平行的关系。
也就是说，在越古老的地层中，挖掘出的化石所代表的生物结构越简单，分类地位越低等。
在距今越近的地层中，挖掘出的化石所代表的生物结构越复杂，分类地位越高等。
地层一层层地重叠，像书页一样，保存着地球上生命世界的历史记录，化石就像这巨大历史书中的文字。
人们根据地层中的岩石，可以分析出地层形成的年代，而其中的化石，就是推断当时生命世界的根据。
2．比较和研究动植物的胚胎形成和发育过程的方法。
它也为生物进化提供了重要的证据
一切高等动植物的胚胎发育都是从一个受精卵开始的。
这说明高等生物起源于低等的单细胞生物。
鱼类、两栖类、爬行类、鸟类、哺乳类和人，彼此间的差异十分显著，但是，它们的胚胎在发育初期都很相似，那就是都有鳃裂和尾，头部较大，身体弯曲，彼此不容易区别。
只是到了发育晚期，除鱼以外，其他动物和人的鳃裂都消失了，人的尾也消失了。
这种现象说明了高等脊椎动物是从某些古代的低等动物进化而来的，所以在生物的个体发育过程中，迅速重演了它们祖先的主要发育阶段。
例如，古代脊椎动物原始的共同祖先生活在水中，所以陆生脊椎动物和人在胚胎发育过程中，还出现鳃裂，等等。
3．古生代地球的演化
早古生代指整个古生代的前半期，包括寒武纪、奥陶纪和志留纪三个纪，始于距今约5.7亿年，结束于距今约4亿年。
这段时间形成的地层叫“下古生界”，相应地包括寒武系、奥陶系、志留系三个系。
寒武系、志留系早在1835年就建立了，当时认定它们构成了下古生界，1878年美国地质学家拉普沃思把志留系和寒武系之间的一段重复部分分出，另命名为奥陶系，同时提出下古生界三分的观点。
早古生代时，地球发生过强烈的构造运动，地质学家们统称“加里东运动”（即加里东构造旋回），而狭义的“加里东运动”则是指发生在志留纪末期，或志留纪与泥盆纪之交的褶皱运动、造山运动。
其典型地区是英国北方苏格兰（“加里东”即苏格兰之古称）延至斯堪地那维亚半岛西部的挪威。
那里分布有褶皱山系和变质程度很高的岩石，对全球地质和生物演化影响很大。
早古生代末古大西洋关闭，从而使北美板块与俄罗斯板块碰撞对接，形成“劳亚大陆”。
中国西部柴达木板块与中朝板块拼合，古祁连海褶皱关闭。
其他许多古海洋（如古乌拉尔海洋、古北亚海洋、古太平洋、原特提斯洋等）都遭到加里东运动不同程度的影响，导致各大陆板块边缘的陆壳增生。
陆地面积进一步扩大，古老地台更趋向于稳定。
早古生代气候总的特征是温暖（仅南部冈瓦纳古陆局部地区在奥陶纪晚期及志留纪早期有短暂大冰期），由于早古生代时浅海陆棚区扩大，海水化学性质改变，从寒武纪起，就有众多海生无脊椎动物呈爆发性地出现。
进入寒武纪后，最主要是三叶虫大量繁育，以往人们一直把寒武纪称为“三叶虫时代”。
与此同时大量出现的还有多种门类的生物，如小壳动物、古杯动物、腕足动物、软体动物等。
近年来，我国的古生物学家在云南发现的只具软躯体而又保存完美的“澄江动物化石群”蜚声海外，它们代表着在寒武纪时生物多样性已达到较高水平。
寒武纪稍晚又出现了头足类、笔石等动物。
奥陶纪时期笔石非常兴盛，珊瑚和鹦鹉螺大量出现，海洋中双壳类、腹足动物、棘皮动物各主要门类都有了代表，所以奥陶纪一度被称为“无脊椎动物时代”。
志留纪代表性生物是单枝型笔石，以往称志留纪为“单笔石时代”。
这一时期珊瑚、腕足动物、软体动物等继续繁盛，但节肢动物中三叶虫逐渐衰减，而出现板足鲎等新的类别。
早古生代最重大的演化事件，一是寒武纪生命大爆炸——澄江动物群的出现；
其次是原始脊椎动物淡水无颌类已相当繁盛，植物由原始的藻类发展到陆生的裸蕨类。
这标志着以往地球陆地是光秃秃的死寂世界，而今逐渐披上了绿装，植物首先登陆为以后鱼类、昆虫等从海水到淡水、由水生到陆生创造了条件。
早古生代生物体内结构的演化在化石特征上就反映得很清楚，构造已很复杂，代表显生宙的开始。
地质学家认为，无论从海陆构造格局的演变、生物各门类的进化来看，早古生代在地球发展史上都是一个重要的阶段。
4．始祖鸟及有关鸟类起源的争议
鸟类是由古代爬行动物的一支进化而来的。
最早的鸟类化石，就是世界闻名的始祖鸟化石。
1860年，在德国巴伐利亚省的石灰岩层（该地层属晚侏罗纪时期，距今约1.5亿年）中，发现了第一个始祖鸟化石。
始祖鸟的身体大小如乌鸦，它保留了爬行类的许多特征，例如嘴里有牙齿，而不是形成现代鸟类那样的角质喙；
有一条由21节尾椎组成的长尾巴；
前肢三块掌骨彼此分离，没有愈合成腕掌骨，指端有爪；
骨骼内部还没有气窝；
等等。
但是另一方面，始祖鸟又具有鸟类的一些特征，如已经具有羽毛，而且已经有了初级飞羽、次级飞羽、尾羽以及复羽的分化。
此外，它在一些骨骼形态上也表现出一些鸟类特征或过渡特征，如它的第三掌骨已经与腕骨愈合，但第二和第一掌骨则尚未愈合，一些科学家认为这正反映了鸟类掌骨愈合成腕掌骨的开始。
根据以上特征，科学家认为始祖鸟是由爬行类进化到鸟类的一个过渡类型。
鸟类到底是由哪一类的爬行动物进化而来的呢？
自从始祖鸟发现以后的100多年以来，科学家们就一直争论不休，下面简单介绍其中影响比较大的一种假说。
这种假说认为鸟类起源于恐龙，即起源于兽脚类恐龙。
其主要依据是鸟类与虚骨龙类（虚骨龙类是兽脚类恐龙中的一种）在身体骨骼上的相似。
这种假说的支持者在虚骨龙类恐龙的头骨特征中找到了证据。
鸟类起源于恐龙的假说得到了大多数研究鸟类起源的古生物学家的认同。
近年来，在我国辽宁省西部地区的一些重大发现，为鸟类起源的争论提供了新的证据，特别是中华龙鸟（中华龙鸟是一种长有毛状皮肤结构的恐龙）和北票龙的发现，使人更加容易相信，鸟类起源于恐龙。
中华龙鸟和北票龙大约生活在1.3亿年前的晚侏罗纪时代。
中华龙鸟化石发现于1996年9月，它的个体大小类似家鸡，头很大，嘴里长着带有小锯齿状的尖锐的牙齿，前肢非常短，尾巴却很长，背部从头到尾长着毛状的结构，这种毛状的结构被认为是一种原始的羽毛。
北票龙发现于1999年5月，这是世界上继中华龙鸟之后，所发现的第二种保存毛状皮肤结构的恐龙。
我国科学工作者还在辽西地区发现了其他一些长着原始羽毛的恐龙，比如，中国鸟龙和小盗龙等。
尽管很多研究支持鸟类起源于恐龙的假说，但它还是遭到了攻击，最主要的原因包括：
（1）提出这种假说的人认为与始祖鸟进行对比的虚骨龙类的时代不是比始祖鸟晚就是差不多，反对者认为，时代上如此接近的两类动物是不可能存在进化关系的；
（2）虚骨龙类本身已经是比较特化的类群，因而不能作为始祖鸟的祖先；
（3）虽然虚骨龙类和鸟类确实存在很大的相似，但是这些相似完全可能是平行进化的结果，也就是说完全可能是由各自独立地进化而获得的，因而并不能表明它们之间实际存在什么密切的关系。
除鸟类起源于恐龙的假说之外，有的古生物学家还提出了另外一些假说，其中比较著名的有以下两种，一是鸟类在三叠纪时代起源于某种槽齿类爬行动物，另一种是鸟类在三叠纪时代起源于某种鳄形动物。
第二课时 生物进化和生物多样性的形成
（一）
同学们欣赏过美国影片《侏罗纪公园》吗？
下面我们来回顾几个精彩片段。
美国影片《侏罗纪公园》恐龙的各种活动情景。
在地球上恐龙何时出现的？
又是何时灭绝的呢？
生恐龙出现在三叠纪时期，繁盛在侏罗纪时期，灭绝在白垩纪时期。
恐龙是距今6500万年前绝灭的，这一类统治地球达一亿多年的庞然大物神秘地消失了，那么恐龙是如何绝灭的呢？
小组讨论、自由交流，学生推选一人代表小组发言。
有假说认为是小行星撞击地球导致了恐龙的灭绝，人们曾在墨西哥发现了一个6000多万年前由一颗直径近10千米的小行星撞击地球造成的大坑，地球在那个时期遭连续撞击，绝大部分的恐龙在当时绝灭了。
在接下来的几百万年里因为不适应新的气候和环境变化而最终相继灭绝。
在6500万年前，地球上的气候由于种种原因发生了异常的变化，地球上的生产者因为不能适应而大量死亡，因此，植食性的动物大大减少，肉食性的动物也随之减少，恐龙就是在这个气候骤变的时期绝灭了。
（1）恐龙灭绝成为千古之谜一直吸引着人们去追寻、去探索。
有关恐龙的推测很多，不过，人们普遍认为，恐龙绝灭的原因是复杂的，有些科学家认为，大约在六千多万年前，一颗小行星、陨石或彗星撞击了地球，引起了海啸和火山爆发，导致恐龙迅速绝灭。
除了同学所说的证据外，科学研究还表明，恐龙大量绝灭的时间相对较短，科学家还发现恐龙的化石常常是集中出现，表明它们可能是同时大批地死亡的。
（2）另外还有一些科学家认为恐龙是逐渐消亡的，绝灭的原因是不能适应当时的环境变化。
支持这种说法的证据有，当时研究表明，在造成墨西哥的大坑事件以后，恐龙还生存了几十万年，恐龙数量减少的同一时期，气候变得干燥而寒冷，植物种类和数量减少。
有人还发现，在某一批70个恐龙蛋的化石中，只有一个有胚胎，这表明恐龙蛋的受精率比较低。
化石证据显示，在绝灭之前一段时期的恐龙，骨骼出现变形，蛋壳变得很薄，因此，卵中的胚胎容易受到威胁。
总之在地球上的46亿年的历史中，恐龙曾轰轰烈烈地演绎了三个世纪。
（3）虽然我们无法倒转历史的车轮，再现生物进化的真实历程，但是通过科学家的努力，地质年代的划分和生物进化的主要历程已经基本清楚。
阅读书P31的“积极思维”地质年代划分和主要事件。
生命最早出现在什么时候？
生命最早出现在3500～3100百万年前，在前寒武纪时期。
回忆这个时期的地球的状态，思考这个时期的生物新陈代谢类型是什么？
这时的地球上出现的生物的新陈代谢类型是异养厌氧型，光能合成自养型和异养需氧型。
纵观地质年代的划分及主要进化事件，想一想真核细胞是什么时候产生的？
在寒武纪约2100百万年前。
那么，它的出现有何意义呢？
在这以前是比较简单的原核生物，没有进化到组织器官的结构形式，当真核细胞出现后，生物可以进行有丝分裂和减数分裂，这为生物的有性生殖奠定了基础。
真核细胞的出现是继原核细胞起源之后的又一重大的进化事件，它对以后的生物进化起到了极其重要的影响，其生物学的意义在于：
（1）为生物性分化和有性生殖打下基础。
有丝分裂是真核生物和原核生物的主要区别之一，减数分裂与有丝分裂在机制上相似，前者是在后者的基础上与双倍性同时产生，即出现生殖细胞的融合（染色体的双倍化）以及融合后的还原（减数分裂）。
由两性个体组成种群进行有性生殖，个体不能一成不变地延续自己的基因型。
在有性生殖方式下，个体具有两套基因，使基因重组产生新的遗传变异成为可能。
这样不但提高了物种的变异性，而且增大了变异量，从而大大推进了进化的速度。
在生物进化的30多亿年的历史中，无性生物时代占去近2/3的时间。
在这段时期，生命长期处在单细胞阶段，进化极其缓慢。
自从出现有性生殖后，生物进化速度才明显加快。
今天地球上已发现的约200多万种生物中，行有性生殖的种类占绝大多数，约98%以上。
（2）推动生物向多细胞化方向发展。
尽管某些原核生物，如蓝藻有多细胞化的倾向，但原核细胞的遗传系统还不足以实现复杂的细胞间遗传调控。
因此，所有原核生物都没有进化到组织、器官的结构形式，都还只停留在单个细胞或细胞集群的等级上。
只有真核细胞才使多细胞化成为可能，最终发展出具有分化的组织和行使特殊功能的器官的复杂生物，进而导致了动、植物的分化，不但使生物的体型向高级方向发展，而且，地球上整个生态系统也由原来的二极变为三极，变得更加复杂化了。
从此，生物进化的水平进入了一个崭新的阶段。
在长期研究真核细胞的起源问题的基础上，学术界提出了发展介于进化生物学和细胞生物学、分子生物学、原生生物学与物种生物学之间的一门新兴交叉学科——进化细胞生物学。
其根本目的在于：
在研究真核细胞的起源与进化的基础上，从进化的角度考查细胞生物学中的一切重要问题。
这
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