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生物的进化一、生物的多样性与统一性及解释1生物的多样性不同的环境生活着不同的生物，这些生物在结构、功能、行为、生活方式等方面都有各自的特点，构成了生物的多样性。生物多样性是在特定环境中自然选择的定向性和不同生物生存环境的多样性共同形成的。多样的环境必然对生物进行多方向的选择，选择的结果必然是不同环境中的生物多种多样。2生物的统一性生物界虽然在类型上具有巨大的多样性，但在模式上却具有高度的统一性。每一个或大或小的生物分类群，乃至整个生物界，在生物体、细胞或生物大分子等层次上，总会在一个或几个层次的结构与功能上存在着统一的模式。(1)统一的生物体模式：举例：爬行动物、哺乳动物、鸟类都是脊椎动物。人的手臂、海豚的鳍肢、鸟和蝙蝠的翼手，它们的外形和功能不同，但结构相似。同源器官：指起源相同，结构和部位相似，而形态和功能不同的器官。在脊椎动物方面，如鱼类的胸鳍，鸟类的翼和马的前肢，都是前肢的各种状态，属同源器官；在高等植物方面，如皂荚枝上的刺，葡萄的卷须，洋葱的鳞茎和马铃薯的块茎，虽然形态上区别极大，但都是茎的变态，也属同源器官。同源器官的存在，是支持生物进化观点的一种间接证据。同源器官最有力地说明了这些动物起源相同，有共同的祖先。只是它们在进化的过程中，由于所处的环境不同，而在结构上出现形态和功能的不同。这是生物对生活环境的适应性。(2)统一的细胞模式：如动物、植物、真菌、原生生物都是由细胞组成的。(3)统一的生物大分子组成模式：如真核生物和原核生物都是由相同类型的分子组成；所有生物共用一套遗传密码，共用一套转运RNA，说明多样性的生物具有高度的统一性，说明各种生物是由共同的祖先发展进化来的。3进化论对生物的统一性和多样性的解释(1)随着时间的推移，由于自然选择等因素的作用，进化使一个物种演变为另一个物种。同一物种的不同种群生活环境不同，种群之间发生性状的分歧，一个物种可以发展出多个物种，一种类型可以发展出多种类型。(2)彼此不同而不相似的物种，由一个祖先物种发展而来，遗传的力量使它们保持某种结构和功能的统一模式。由于所有的动物有一个共同由来，所有的植物有一个共同由来，乃至整个生物界有一个共同由来。生物界既存在着巨大的多样性，又在不同层次上存在着高度的统一性。二、自然选择是进化的一个重要动力和机制1自然选择学说内容的整合 2自然选择的对象(1)直接对象是生物的变异性状(表现型)。(2)间接对象是相关的基因型。(3)根本对象是与变异性状相对应的基因。即自然选择的实质是环境对变异所对应的基因的选择，因而可以改变种群的基因频率。3自然选择的因素对生物的变异起选择作用的是个体所处的自然环境。环境对变异的选择是定向的。4自然选择的手段：生存斗争(1)类型：包括种内斗争、种间斗争(竞争)、生物与非生物环境之间的斗争。(2)意义：生存斗争对生物的某些个体的生存不利，但对物种的生存是有利的，并能推动生物的进化。5自然选择的结果：适者生存，不适者淘汰。通过多次的自然选择，使生物的微小有利变异通过繁殖遗传给后代的部分个体，使之得以积累和加强，使生物更好地适应环境，并朝着特定方向进化发展。自然选择只选择与环境相适应的变异类型。所以，生物产生的变异一般是多方向的，但是自然选择是定向的，决定着生物进化的方向。三、突变和重组产生进化的原材料 四、基因频率与基因型频率1基因频率与基因型频率的计算(1)公式：基因频率某基因的总数/种群中全部等位基因的总数。基因型频率某基因型个体数/种群个体总数。(2)两者之间的关系：种群中任何一对等位基因的频率之和等于1，各种基因型频率之和也等于1。一个等位基因的频率该等位基因纯合子的频率1/2杂合子的频率。如：已知AA%30%，Aa%60%，aa%10%，则a%aa%1/2Aa%10%1/260%40%，A%AA%1/2Aa%30%1/260%60%。2遗传平衡定律(1)公式：如果用p代表基因Y的频率，q代表基因y的频率。那么，遗传平衡定律可以写成：(pq)2p22pqq21。其中，p2代表一个等位基因(如Y)纯合子的频率，q2代表另一个等位基因(如y)纯合子的频率，2pq代表杂合子(如Yy)的频率。如果一个种群达到了遗传平衡，其基因型频率应当符合p22pqq21。(2)适用条件：种群是极大的。种群个体间的交配是随机的，也就是说，种群中每一个个体与种群中其他个体的交配机会是相等的。没有突变产生。种群之间不存在个体的迁移或基因交流。没有自然选择。3基因频率与进化的关系生物进化的实质是种群基因频率发生定向改变，因此，可认为生物基因频率发生了改变就意味着生物发生了进化。五、地理隔离与生殖隔离的比较项目地理隔离生殖隔离区别概念同一物种由于地理上的障碍而分成不同的种群，使得种群间不能发生基因交流不同的物种间不能相互交配，即使交配成功，也不能产生可育后代特点自然条件下基因不能交流，一定条件下可以进行基因交流种群间不能发生基因交流结果形成不同的亚种形成不同的物种联系地理隔离是物种形成的量变阶段，生殖隔离是物种形成的质变时期；长期的地理隔离最终形成生殖隔离，生殖隔离是物种形成的关键，是物种形成的最后阶段六、物种形成的方式1异地的物种形成 现代生物进化理论的观点对物种形成的解释是：经过长期的地理隔离，再达到生殖隔离。判断新物种形成的标志是是否出现了生殖隔离。2同地的物种形成不同物种间都存在生殖隔离，物种的形成必须经过生殖隔离时期，但不一定要经过地理隔离，如在同一自然区A物种进化为B物种。这就是所谓的同地的物种形成，图示如下：同一种群不同个体出现生殖隔离新物种如：多倍体的形成。二倍体植物二倍体配子一、生物的多样性、统一性及解释典例1下列观点符合生物的统一性的是()A植物、动物、真菌等生物在结构、功能、生活方式等方面各有特点B人类和大猿的脑容量相差较大，人能直立行走，能制造并使用工具C人的手臂、海豚的鳍肢和蝙蝠的翼手在外形和功能上各不相同D爬行动物、鸟类、哺乳动物都是脊椎动物解析不同生物总有一个或几个层次的结构与功能存在着统一的模式。答案D(1)整个生物界既具统一性的一面又具有多样性的一面。(2)不同物种的由来是由于遗传、变异和环境的选择。二、自然选择学说典例2(江苏高考)某医院对新生儿感染的细菌进行了耐药性实验，结果显示70%的致病菌具有耐药性。下列有关叙述正确的是()A孕妇食用了残留抗生素的食品，导致其体内大多数细菌突变B即使孕妇和新生儿未接触过抗生素，感染的细菌也有可能是耐药菌C新生儿体内缺少免疫球蛋白，增加了致病菌的耐药性D新生儿出生时没有及时接种疫苗，导致耐药菌形成解析抗生素并非导致突变的因素，即变异在前选择在后，抗生素对细菌只起选择作用，即A选项错误；细菌的变异与是否接触过抗生素无关，所以即使新生儿未接触过抗生素，进入新生儿体内的细菌也存在抗药性的类型，故B选项正确。免疫球蛋白与致病菌的耐药性无关，故C选项错误。新生儿出生时没有及时接种疫苗时，将导致致病菌在体内的繁殖，而耐药菌的形成是基因突变所致，与疫苗无关，故D选项是错误。答案B人工选择与自然选择的区别(1)人工选择：生物中普遍存在变异，人们根据自己的需要，把某些比较合乎要求的变异个体挑选出来，让它们保留后代，把其他变异个体淘汰掉，不让它们传留后代。经过连续数代的选择，人类所需要的变异被保存下来，微小的变异因此积累成为显著变异，从而培育出新品种。(2)自然选择：环境条件以某种方式选择适应环境的个体繁殖后代。那些性状特征与环境相适应的个体较之没有这种特征的个体能繁殖出更多的后代，这样这种性状特征经过数代选择后被保留下来，并得以积累，微小变异也可以成为显著变异，从而形成新的生物类型。这个过程就是自然选择。达尔文认为，自然选择是进化的一个重要动力和机制，是导致地球上出现生物多样性的重要原因。三、基因频率的计算典例3(山东高考) 用基因型为Aa的小麦分别进行连续自交、随机交配、连续自交并逐代淘汰隐性个体、随机交配并逐代淘汰隐性个体，根据各代Aa基因型频率绘制曲线如下图。下列分析错误的是()A. 曲线的F3中Aa基因型频率为0.4B. 曲线的F2中Aa基因型频率为0.4C. 曲线的Fn中纯合体的比例比上一代增加(1/2)n1D. 曲线和的各子代间A和a的基因频率始终相等解析对题目中提到四种交配方式逐一分析：(1)杂合子连续自交Fn中Aa的概率为(1/2)n，图中曲线符合；自交得到的Fn中纯合体比例为11/2n，Fn1中纯合体的比例为1(1/2)(n1)，二者之间差值是1/2n ，C错误。由于在杂合子的连续自交过程中没有选择，各代的A和a的基因频率始终相等，D中关于曲线的描述正确；(2)杂合子的随机交配：亲本中Aa比例为1，随机交配子一代中Aa概率为1/2，继续随机交配不受干扰，A和a的基因频率不改变，Aa的比例也保持定值，曲线符合此种小麦的交配方式，同时D中关于曲线的描述正确，D项正确；(3)连续自交并逐代淘汰隐性个体：亲本中Aa概率为1，自交一次并淘汰隐性个体后F1中Aa概率为2/3，再自交一次并淘汰隐性个体后F2中Aa的概率为2/5，即0.4，再自交一次并淘汰隐性个体后F3中Aa的比例为2/9，所以曲线为连续自交并逐代淘汰隐性个体，B项正确。(4)随机交配并逐代淘汰隐性个体：亲本中Aa，随机交配一次(可视为自交)产生子一代淘汰掉隐性个体后Aa概率是2/3，再随机交配产生子二代并淘汰掉隐性个体后Aa概率是1/2，A基因频率为3/4，a的基因频率为1/4，产生子三代中Aa的比例为2/5，曲线符合。在的F3中，Aa的基因型频率为0.4，A正确。答案C四、隔离典例4(上海高考)研究者对分布在喜马拉雅山东侧不同海拔高度的358种鸣禽进行了研究，绘制了该地区鸣禽物种的演化图表(部分)及其在不同海拔分布情况的示意图(图中数字编号和字母代表不同鸣禽物种的种群)。(1)在四个物种中，亲缘关系最近的两种_。(2)该研究发现，种群分布区域的扩大是喜马拉雅鸟类新物种形成的关键步骤之一，就、形成过程而言，种群X分布区域扩大的意义是_。(3)由种群X进化成为两个物种的历程约为7百万年，和成为两个不同物种的标志是_。下列关于这一进化历程的叙述，正确的是_(多选)。AX中的个体发生了可遗传的突变B中每个个体是进化的基本单位C一直利用相同的生物和非生物资源D自然选择的直接对象是种群X中不同的等位基因E不同海拔高度的选择有利于不同种群的基因频率朝不同方向演化解析(1)据图分析，分支越向后，亲缘关系越近，因为、是由最近的同一祖先进行而来的，故四个物种中，亲缘关系最近的是。 (2) 种群分布区域的扩大会使物种、的生活环境发生变化，与原种群之间不能彼此接触，逐渐形成地理隔离而导致生殖隔离。(3)新物种形成的标志就是生殖隔离，导致新物种形成的原因一般是原有物种产生了不同的可遗传变异，再由于不同生活环境的选择不同，经过长期的地理隔离，使种群的基因频率朝不同方向演化而渐变形成的。答案(1)、 (2) 有利于在原种群之间形成地理隔离/使原种群之间彼此不能接触，失去交配机会 (3) 生殖隔离 A、E新物种形成不一定经过地理隔离，但不管哪种方式都需要达到生殖隔离。五、生物进化的过程及实质典例5回答下列有关生物进化的问题。(1)图1表示某小岛上蜥蜴进化的基本过程。X、Y、Z表示生物进化中的基本环节。X、Y分别是_、_。(2)该小岛上的蜥蜴原种由许多个体组成，这些个体的总和称为_，这是生物进化的_。(3)小岛上能进行生殖的所有蜥蜴个体含有的全部基因，称为蜥蜴的_。(4)小岛上蜥蜴原种的脚趾逐渐出现两种性状，W代表蜥蜴脚趾的分趾基因；w代表连趾(趾间有蹼)基因。图2表示这两种性状比例变化的过程。由于蜥蜴过度繁殖，导致_加剧。小岛上食物短缺，连趾蜥蜴个体比例反而逐渐上升，其原因可能是_。图2所示的过程说明，自然环境的变化引起不同性状蜥蜴的比例发生变化，其本质是因为蜥蜴群体内的_发生了改变。(5)从生物多样性角度分析，图2所示群体中不同个体的存在反映了_多样性。解析(1)生物进化的过程包括三个环节：突变和基因重组(变异)为生物进化提供原材料、自然选择决定生物进化的方向、隔离导致新物种的产生。(2)生活在一定区域的同种生物为一个种群，种群是生物进化的单位。(3)种群中所有个体的基因为基因库。(4)由于过度繁殖，种群密度增大，种内斗争加剧。性状的有利与有害是相对的，当环境缺少食物时，连趾个体适合游泳，可以从水中获取食物，更适应环境。环境对生物性状的选择从分子水平看是对有利基因的选择，从而引起基因频率的改变。(5)同一物种个体间的差异为遗传多样性。答案(1)突变(变异)、自然选择(2)种群基本单位(3)基因库(4)生存斗争(种内斗争)连趾型个体趾间有蹼，适合于游泳，可以从水中获取食物。因此，在岛上食物短缺时，连趾个体的生存和繁殖机会较多(合理即可)基因频率(5)遗传1下列关于进化论对生物的统一性和多样性的解释说法错误的是()A自然选择导致形成生物的多样性B物种保持结构和功能模式的统一性与遗传有关C物种随着时间推移是可变的D物种统一性是自然选择使生物定向变异的结果解析：选D进化论认为物种是可变的，生物体在繁殖时产生的子代发生的变异是不定向的，而自然选择是定向的，不同环境的选择可以形成生物的多样性，生物在结构和功能模式上的统一性与遗传有关。2下列有关种群基因库的叙述不正确的是()A一个种群的基因库包括这个种群所含有的全部基因B生物的个体总是要死亡的，但基因库却因种群个体的繁殖而代代相传C种群中每个个体含有种群基因库的全部基因D基因突变可改变基因库的组成解析：选C一个种群的基因库包括这个种群所含有的全部基因，基因库不会因种群个体的死亡而消失，而因种群个体的繁殖而代代相传，基因突变可产生新的基因，改变基因库的组成。316世纪末，张谦德在朱砂鱼谱中总结金鱼选种的经验时说：“蓄类贵广，而选择贵精，须每年夏间市取数千头，分数缸饲养，逐日去其不佳者，百存一二，并作两三缸蓄之，加意培养，自然奇品悉具。”其中“逐日去其不佳者”和“分数缸饲养”的作用分别是()A自然选择，地理隔离B人工选择，地理隔离C自然选择，生殖隔离 D人工选择，生殖隔离解析：选B“逐日去其不佳者”是人工选择并去掉不好的个体；“分数缸饲养”是指利用地理上的障碍使彼此间无法相遇而不能交配，属于地理隔离。4.从某种群中随机抽出100个个体，测知基因型为AA、Aa、aa的个体分别是30、60和10个，则该种群中A、a基因的基因频率分别是()A70%,30% B60%,40%C40%,60% D50%,50%解析：选B解法一：通过基因型计算基因频率。在这100个个体中共有200个基因，其中A基因有23060120个，a基因有2106080(个)，A基因的基因频率为12020060%，a基因的基因频率为8020040%。解法二：通过基因型频率计算基因频率。依据题意，基因型为AA、Aa、aa的个体分别是30个、60个、10个，即AA、Aa、aa的基因型频率分别为0.3、0.6、0.1。因为一个等位基因的频率等于它的纯合子频率与1/2杂合子频率之和，所以A的频率为0.31/20.660%，基因a的频率为0.11/20.640%。5下列关于物种的叙述，正确的是()A不同种群的生物不属于同一个物种B能相互交配的一群生物个体是一个物种C隔离是形成新物种的必要条件D同一个物种的个体之间的性状是相同的答案：C6桦尺蠖的体色受一对等位基因控制，其中黑色(S)对浅色(s)为显性。将某桦尺蠖种群分成两组，分别迁移到A、B两个区域，A地是煤炭工业重镇，B地是闭塞的山区，数年后抽样调查，结果如下表。下列有关说法中不正确的是()区域SS(%)Ss(%)ss(%)A80182B2890AA地S基因的频率为89%，B地S基因的频率为6%BA、B两地的桦尺蠖因长期地理隔离而属于两个物种C从上述材料得知生物进化的方向是由自然选择决定的D从上述材料得知生物进化的实质就是种群基因频率的变化解析：选B由题干中的数据可知A种群内S的基因频率100%89%，s的基因频率100%11%，而B种群内S的基因频率100%6%，而s的基因频率100%94%，可见A种群内控制黑色的S基因的基因频率较高，而B种群内控制浅色的s基因频率较大，这些不同是与这两个种群的生活环境有关。A种群生活在污染严重的环境中，而B种群生活在基本未受污染的环境中。可见生物进化的实质是自然选择使生物的基因频率发生改变，但A、B种群间并不存在生殖隔离。7根据生物进化理论，下列观点中正确的是()A人工培育的新物种只能生活在人工环境中B生物进化的方向与基因突变的方向一致C冬季来临时植物叶中可溶性糖含量增高是为了更好地防止冻害D受农药处理后种群中抗药性强的个体有更多机会将基因传递给后代解析：选D人工培育的新物种有的也可以生活在野外如杂交水稻等；基因突变具有多方向性，而生物进化的方向取决于自然选择的方向。冬季来临时，植物体内可溶性糖含量增加，增大了细胞内溶液的浓度，降低了凝固点，有利于适应寒冷环境，而不是为了适应寒冷环境。农药处理后选择了具有抗药性的个体，淘汰了没有抗药性的个体，因此抗药性强的个体生存下来并繁殖的机会大大增加。8.右图是物种形成的一种模式。物种a因为地理障碍分隔为两个种群a1和a2，经过漫长的进化，分别形成新物种b和c。在此进程中的某一时刻，a1种群的部分群体越过障碍外迁与a2同域分布，向d方向进化。下列有关叙述正确的是()Ab和d存在地理隔离，所以一定存在生殖隔离Bc和d不存在地理隔离，却可能存在生殖隔离Ca1中的外迁群体与当时留居群体的基因频率相同，则b和d是同一物种Da1中的外迁群体与当时a2种群的基因频率不同，则c和d是不同物种解析：选B判断是不是一个物种的标准是：两个种群间能否随机交配并产生可育的后代。基因频率不同只能说明生物发生了进化，不一定产生生殖隔离，形成新物种。新物种的形成一般先经过地理隔离而后产生生殖隔离，但经过地理隔离不一定就产生生殖隔离。没有地理隔离时，由于c和d基因库的差别也可能产生生殖隔离。9对于达尔文在加拉帕戈斯群岛上发现几种地雀，下列根据生物进化理论对其的解释中，错误的是()A经过长期的地理隔离达到生殖隔离，导致原始地雀物种形成现在条件下的地雀物种B生殖隔离一旦形成，原来属于同一物种的地雀很快进化形成不同的物种C这些地雀原先属于同一雀种，从南美大陆迁来后，逐渐分布在不同的群岛，出现不同的突变和基因重组D自然选择对不同种群的基因频率的改变所起的作用有所差别，最终导致这些种群的基因库变得很不相同，并逐步出现生殖隔离解析：选B原属同一物种的地雀，从南美大陆迁来后，因在不同群岛上生活(地理隔离)，产生不同的突变和基因重组，这是生物进化的原材料。由于每个岛上的食物和栖息条件互不相同，自然选择对其基因频率的改变所起的作用就有差别，在同一个种群中，某些基因被保留下来，而在另一个种群中，被保留下来的可能是另一些基因，久而久之，由于自然选择的不同使各个种群的基因库变的很不相同，并逐步出现生殖隔离，生殖隔离一旦形成，原来同一物种的地雀就形成了不同物种的地雀。不过物种的进化是十分缓慢的，往往要成千上万年才能实现，不是一朝一夕就可形成的。10新物种形成最显著的标志和生物进化的标志分别是()具有了特殊的形态结构种群基因频率发生改变具有了一定的生理功能产生了生殖隔离A B.C D解析：选C生殖隔离是新物种形成的最显著标志，有新物种形成一定存在生物进化。因为新物种形成过程中，适者生存，不适者淘汰，种群基因频率必定发生改变。因此，生物进化的标志是种群基因频率发生改变。生物有进化但不一定有新物种的形成。11在一个海岛上，一种海龟中有的脚趾是连趾(ww)，有的脚趾是分趾(WW、Ww)，连生的脚趾便于划水，游泳能力强，分趾则游泳能力较弱。若开始时，连趾和分趾的基因频率各为0.5，当海龟数量增加到岛上食物不足时，连趾的海龟容易从海水中得到食物，分趾的海龟则不易获得食物而饿死，若干万年后，基因频率变化成W为0.2，w为0.8。请问：(1)该种群中所有海龟所含的基因称为该种群的_。基因频率变化后，从理论上计算，连趾海龟占整个种群的比例为_；杂合子数量占分趾海龟数量的比例为_，由此可见，自然选择通过作用于种群个体的_，从而引起种群基因频率的改变。(2)根据题意，海龟是否发生了生物进化？_，请简述理由_。(3)这种基因频率的改变，是否产生了新的物种？_，请简述理由_。(4)海龟等爬行动物，在此过程中，适应陆地生活的需要，在胚胎发育过程中出现了_。幼体性别在不同的温度条件下出现不同的比例，说明_。解析：(1)该种群中所有海龟所含的基因称为该种群的基因库，连趾海龟占整个种群的比例为：(0.8)264%，分趾海龟数量所占比例为：(0.2)220.80.236%，其中杂合体占32%，纯合体占4%，杂合体在分趾海龟中所占的比例为8/9。(2)生物进化的标志是基因频率的改变，既然基因频率有了变化，说明生物发生了进化。(3)基因频率虽然发生了改变，由于没有出现生殖隔离，因此没有出现新的物种。答案：(1)基因库64%8/9表现型(2)是种群基因频率已经改变(3)没有虽然种群基因频率发生了改变，但并没有产生生殖隔离(4)羊膜生物的表现型是基因型和环境条件共同作用的结果12某地区从1964年开始使用杀虫剂杀灭蚊子幼虫，至1967年中期停用。下图是五年间蚊子幼虫基因型频率变化曲线。R表示杀虫剂抗性基因，S表示野生敏感型基因。据图回答：(1)R基因的出现是_的结果。(2)在RR基因型频率达到峰值时，RS、SS基因型频率分别为4%和1%，此时R基因的频率为_。(3)1969年中期RR基因型几近消失，表明在_的环境条件下，RR基因型幼虫比SS基因型幼虫的生存适应能力_。(4)该地区从此不再使用杀虫剂，预测未来种群中，最终频率最高的基因型是_，原因是_。解析：(1)新基因的出现是基因突变的结果。(2)RS、SS基因型频率分别是4%和1%，则RR的基因型频率为95%，则R的基因频率为95%4%297%。(3)根据现代生物进化理论观点，适者生存，不适者被淘汰，因此1967年中期停用杀虫剂后，RR基因型频率下降，SS基因型频率上升，说明在不使用杀虫剂的环境条件下，RR基因型幼虫比SS基因型幼虫的生存适应能力低。(4)由(3)分析可知，不再使用杀虫剂，SS基因型幼虫更能适应环境，RR基因型幼虫不适应环境，从而使S基因频率上升，R基因频率下降，这样的持续选择作用导致SS基因型频率最高。答案：(1)基因突变(2)97%(3)不再使用杀虫剂低(4)SS在不使用杀虫剂的环境条件下，持续的选择作用使R基因频率越来越低13
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