协同进化与生物多样性的形成
【学习目标】
1．举例说明隔离在物种形成过程中的作用。
2．结合具体实例概述生物的协同进化和多样性的形成过程。
【学习重点】
举例说明隔离在物种形成过程中的作用。
【学习难点】
结合具体实例概述生物的协同进化和多样性的形成过程。
【学习过程】
知识点一：隔离在物种形成中的作用
知识梳理
1．物种的概念：能够在自然状态下相互交配并且产生可育后代的一群生物称为一个物种。
2．隔离
(1)不同物种之间一般是不能相互交配的，即使交配成功，也不能产生可育后代，这种现象称为生殖隔离，例如马和驴交配产生不可育的螺，故马和驴为不同物种。
(2)同种生物由于地理障碍而分成不同的种群，使得种群间不能发生基因交流的现象，叫作地理隔离。
(3)地理隔离和生殖隔离都是指不同群体间的个体，在自然条件下基因不能自由交流的现象，这里统称为隔离。
3．隔离及其在物种形成中的作用
(1)新物种的形成过程
(2)结论
隔离是物种形成的必要条件。,
思维空间
特别提醒：种群与物种的关系
(1)一个物种可以包括许多种群，如同一种鲫鱼可以生活在不同的池塘、湖泊等，形成一个个被陆地隔离的不同种群。
(2)同一物种的不同种群之间存在地理隔离，长期发展下去可能形成不同的亚种，进而形成许多个新物种。
问题探究：
如何判断两种动物是否是同一物种？
提示：设计杂交实验，是否能产生可育后代，即是否存在生殖隔离。
问题探究：
二倍体西瓜和四倍体西瓜是不是同一物种？为什么？三倍体西瓜是不是一个物种？为什么？
提示：不是。因为二倍体和四倍体杂交产生的三倍体不可育，存在生殖隔离，所以不是同一物种。三倍体西瓜不是一个物种，因为自然状态下不能相互交配产生可育后代。
问题探究：
新物种的形成一定要经过地理隔离吗？
提示：不一定，但一定要经过生殖隔离，如低温造成某植株染色体加倍形成新物种，没有经过地理隔离。
典例精析
[例1]如图为某哺乳动物种群因河道改变而发生的变化，下列与之相关的说法正确的是（ ）
A．河道的改变使同一种群的生物变成了不同的物种
B．河道的改变使两个种群失去了基因交流的机会
C．B种群和C种群基因频率的不同仅与环境的变化有关
D．地理隔离必然导致生殖隔离，生殖隔离必然源于地理隔离
解题分析：河道的改变使一个种群被分割成两部分，从而形成两个种群，这两个种群因河流的阻隔，形成地理隔离，失去了基因交流的机会，但是并没有证据说明B、C两种群的生物成为了两个物种，A错误，B正确；种群基因频率的差异与环境的选择作用有关，还与突变和基因重组等有关，C错误；长期的地理隔离有可能导致生殖隔离，生殖隔离未必就一定源自地理隔离，例如多倍体的形成过程，D错误。
答案：B
[例2]如图表示渐进式新物种形成的基本环节，对图示的相关分析正确的是（ ）
A．图中①表示基因突变和基因重组，为进化提供了原材料
B．图中②表示地理隔离，地理隔离使种群间基因交流受阻
C．图中③表示生殖隔离，指两种生物不能交配且不能产生可育后代
D．种群基因频率的改变一定会导致新物种形成
解题分析：①表示突变和基因重组，即基因突变、基因重组和染色体变异，为生物进化提供原材料，A错误；生殖隔离是指不同物种之间一般是不能相互交配的，即使交配成功，也不能产生可育后代，C错误；自然选择导致种群基因频率定向改变，使生物朝一定的方向进化，但生殖隔离的出现才会导致新物种形成，D错误。
答案：B
技法提升
判断是否形成新物种类试题的解法
(1)判断依据：是否产生生殖隔离。
(2)判断方法：杂交后不能产生可育后代，则说明出现了新物种，或就不能杂交。
(3)生物进化的实质是基因频率的改变，这种改变可大可小，不一定会导致新物种的形成。
知识点二：协同进化与生物多样性的形成
知识梳理
1．协同进化
(1)概念：不同物种之间、生物与无机环境之间在相互影响中不断进化和发展。
(2)方式
①生物与生物之间协同进化。
捕食者所吃掉的大多是被捕食者中年老、病幼或年幼的个体，客观上起到了促进种群发展的作用。
②生物与无机环境之间协同进化。
地球上的原始大气没有氧气，最早的生物是厌氧型生物，能进行光合作用的生物的出现，使大气中有了氧气，为好氧生物的出现创造了前提条件。
(3)结果：通过漫长的协同进化过程，地球上不仅出现了千姿百态的物种，丰富多彩的基因库，而且形成了多种多样的生态系统。
2．生物多样性的形成
(1)主要内容
遗传多样性(基因多样性)、物种多样性和生态系统多样性。
(2)生物进化历程中的关键事件
①最初地球上的生物主要是海洋中种数不多的原核生物——蓝藻和细菌。这一时期的生态系统中只有生产者和分解者。
②有性生殖的出现，生物实现了基因重组，增强了其变异的多样性，生物进化的速度明显加快，多细胞植物和动物的种类不断增多。
③寒武纪大爆发：海洋中大量的无脊椎动物物种爆发式地迅速形成。大量的动物构成了生态系统的第三极——消费者，使生态系统具有更复杂的结构。
④生物的登陆改变着陆地环境，陆地上复杂的环境又为生物的进化提供了广阔的舞台。
⑤在进化过程中，许多物种由于不适应环境的变化而绝灭。例如恐龙绝灭。恐龙的绝灭为哺乳类的兴盛腾出了空间，使生物进化翻开了崭新的一页。
思维空间
特别提醒：生物多样性三个层次之间的联系
3．生物进化理论在发展
(1)以自然选择学说为核心的现代生物进化理论对自然界的生命史作出了科学的解释：适应是自然选择的结果；种群是生物进化的基本单位；突变和基因重组提供进化的原材料，自然选择导致种群基因频率的定向改变，进而通过隔离形成新的物种；生物进化的过程实际上是生物与生物、生物与无机环境协同进化的过程；生物多样性是协同进化的结果。
(2)中性突变学说：大量的基因突变是中性的，自然选择对这些基因突变不起作用，因此有人主张决定生物进化方向的是中性突变的逐渐积累，而不是自然选择。
(3)间断平衡学说：根据许多物种是在短时间内迅速形成的现象，有人提出物种形成并不都是渐变的过程，而是物种长期稳定与迅速形成新物种交替出现的过程。
典例精析
[例1] 下列有关生物的进化和生物多样性的叙述，错误的是（ ）
A．人类的生存和发展始终受益于生物多样性，保护生物多样性就是保护人类自己
B．狼和鹿通过捕食和被捕食进行着相互选择，实现协同进化
C．从分子水平上看，生物的性状具有多样性的直接原因是基因的多样性
D．生物多样性包括遗传多样性、物种多样性和生态系统多样性
解题分析：生物多样性的直接原因是蛋白质分子的多样性，遗传多样性是生物多样性的根本原因，C错误。
答案：C
[例2]下列有关生物多样性和进化的叙述中，不正确的是（ ）
A．生态系统从古至今都是由生产者、消费者和分解者组成
B．蜂鸟细长的喙与倒挂金钟的筒状花萼是它们长期协同进化形成的相互适应特征
C．异地新物种的形成通常要经过突变和基因重组、自然选择及隔离三个基本环节
D．自然选择能定向改变种群的基因频率，使生物朝一定方向进化
解题分析：生态系统起初只有生产者和分解者，寒武纪大爆发后出现消费者，A错误。
答案：A
当堂检验
1．下列关于物种的叙述，正确的是（ ）
A．不同种群的生物肯定不属于同一物种
B．物种是能相互交配的一群生物个体
C．隔离是形成新物种的必要条件
D．在新物种形成过程中必须有地理隔离和生殖隔离
答案：C
解析：不同种群的生物可能属于同一个物种，例如不同池塘的鲤鱼，A错误；能相互交配且产生可育后代的一群生物属于一个物种，B错误；隔离是形成新物种的必要条件，产生生殖隔离是形成新物种的标志，C正确；在物种形成过程中必须有生殖隔离，不一定有地理隔离，例如多倍体形成过程，D错误。
2．新物种形成最显著的标志是（ ）
A．具有一定的形态结构 B．具有一定的生理功能
C．产生了生殖隔离 D．改变了基因频率
答案：C
3．在生物进化过程中，下列几种生物类型出现的排列顺序，可能性最大的是（ ）
A．自养、厌氧异养、需氧异养
B．需氧自养、厌氧自养、自养
C．厌氧自养、需氧异养、光能合成自养
D．厌氧异养、光能合成自养、需氧异养
答案：D
解析：地球上的原始大气中是没有氧气的，因此，最早出现的生物都是厌氧(进行无氧呼吸)的；最早的光合生物的出现，使得原始大气中有了氧气，这就为好氧生物的出现创造了前提条件。
4．昆虫的保护色越来越逼真，它们的天敌的视觉也越来越发达，结果双方都没有取得明显的优势，这说明（ ）
A．自然选择不起作用
B．生物为生存而进化
C．双方在斗争中不分胜负
D．双方相互选择，协同进化
答案：D
5．下列关于生物进化的叙述，正确的是（ ）
A．在进化地位上越高等的生物，适应能力越强
B．生态系统多样性形成的原因可以概括为协同进化
C．生物多样性包括遗传多样性、物种多样性和变异多样性
D．最早登陆的生物是适应陆地生活的原始的两栖类
答案：B
解析：遗传多样性越高的生物适应能力越强，与进化地位无关，A错误；生物多样性主要包括三个层次内容，遗传多样性、物种多样性和生态系统多样性，C错误；最早登陆的生物为植物，主要是蕨类植物，D错误。
6．如图是加拉帕戈斯群岛上物种演化的模型：图中上半部分为甲岛的物种演化模型，下半部分为乙岛的物种演化模型，A、B、C、D为四个物种及其演化关系。请看图回答问题：
(1)由A物种进化为B、C两个物种的内因是____________，外因是____________________，进化的实质是____________________________。
(2)甲岛上的B物种迁到乙岛后，不与C物种发生基因交流，其原因是____________________。
(3)迁到乙岛的B物种可能会____________________。
(4)假设种群中有一对等位基因A、a，A的基因频率为0.1，a的基因频率为0.9，那么AA、Aa、aa三种基因型的频率分别为________________；若环境的选择作用使a的频率逐渐下降，A的频率逐渐上升，则后代中aa基因型个体数量的变化趋势是________________。
答案：(1)遗传变异 甲、乙两岛环境不同且有地理隔离 种群基因频率的改变
(2)已形成生殖隔离
(3)形成新的物种(答案合理即可)
(4)1%、18%、81% 逐渐下降
解析：(1)渐变式物种形成的内因是遗传变异(突变和基因重组)，外因是地理隔离和自然选择，即甲、乙两岛环境不同且有地理隔离，进化的实质是种群基因频率的改变。
(2)当两个种群不能发生基因交流时，说明二者之间存在生殖隔离。
(3)迁到乙岛的B物种由于环境发生改变，会发生进化，可能会形成新物种。
(4)A%＝0.1，a%＝0.9，所以AA%＝0.01，aa%＝0.81，Aa%＝1－0.01－0.81＝0.18。若a的频率逐渐下降，A的频率逐渐上升，则后代中aa基因型个体数量的变化趋势是逐渐下降。