
課題
第二節(jié) 生物進(jìn)化的歷程
教學(xué)目標(biāo)
1.概述研究生物進(jìn)化的證據(jù)及研究方法
2.嘗試區(qū)分事實(shí)和觀點(diǎn);
教學(xué)重難點(diǎn)
重點(diǎn):
1.嘗試區(qū)分事實(shí)和觀點(diǎn);
2.概述生物進(jìn)化的主要?dú)v程
難點(diǎn):
1.嘗試區(qū)分事實(shí)和觀點(diǎn);
2.練習(xí)使用比較、推理等思維和研究方法;
教學(xué)過程
3.研究生物進(jìn)化的方法和證據(jù)
3.1研究生物進(jìn)化的化石證據(jù)地球上在很多地方存在的沉積巖,表明地球的形成,是一個(gè)不斷積累的過程。峽谷兩側(cè)的巖壁,我們可以看到沉積巖一層疊著一層??拷鼚{谷頂部的沉積巖形成得最晚,是年輕的巖層。越靠近峽谷的底部,巖層越古老。在這些地層中,埋藏著古生物的化石,化石是古生物曾經(jīng)在地球上生活過的直接證據(jù)。在越早形成的地層,成為化石的生命越古老,越近形成的地層,成為化石的生物越年輕。地層和埋藏于其中的化石,形成了一部生命演化的歷史書。
我們觀看這本書,會(huì)發(fā)現(xiàn),在較深的地層中,化石所代表的生物種類少,結(jié)構(gòu)簡單,而在較新的地層中,生物種類多,結(jié)構(gòu)也更為復(fù)雜。這稱為相對(duì)測(cè)時(shí)法。
由此可以做出推測(cè):生命的演化,是從簡單到復(fù)雜,從種類少逐漸發(fā)展為種類多樣。
但是巖層常會(huì)因?yàn)榈刭|(zhì)活動(dòng)發(fā)生扭曲變形,使得這種判斷方法出現(xiàn)問題。再者,這種判斷方法只能判斷哪塊巖層或者化石較為古老,不能確定化石形成的實(shí)際年代。
絕對(duì)測(cè)時(shí)法,可以測(cè)定化石的實(shí)際年代?;诘膸r石中含有放射性元素,容易衰變或分裂成其他不同的元素??茖W(xué)家可以通過對(duì)樣品中的放射性元素以及它所衰變成的元素的含量進(jìn)行比較,來計(jì)算這塊巖石的年齡,由此就能知道化石形成的年代了。
科學(xué)家利用這種方法,計(jì)算出了許多不同化石和巖石的年齡。根據(jù)這些信息,創(chuàng)建了一張地球歷史的“歷書”,這部史書,也包含了生物演化發(fā)展的歷史。
不同地質(zhì)年代所發(fā)現(xiàn)的不同化石是直接論述生物進(jìn)化的最可靠、最直接的證據(jù)。
迄今為止,人類發(fā)現(xiàn)的最古老的生物化石,是距今35億年前的絲狀細(xì)菌的化石,該化石把生命起源的時(shí)間定位在35億年前。不僅如此,根據(jù)這個(gè)化石的特點(diǎn),研究者判斷最早的生物是沒有細(xì)胞核的單細(xì)胞生物。
從最早的生命在35億年前出現(xiàn),到人類的出現(xiàn),不同種類的生命是在什么時(shí)候出現(xiàn),都標(biāo)注在這份史書上。例如距今5.6億年前的寒武紀(jì)就出現(xiàn)的最有代表性的遠(yuǎn)古動(dòng)物,是節(jié)肢動(dòng)物的一種,全身明顯分為頭、胸、尾三部分,背甲堅(jiān)硬,背甲為兩條背溝縱向分為大致相等的三片——一個(gè)軸葉和兩個(gè)肋葉,因此名為三葉蟲。
三葉蟲在5億~4.3億年前發(fā)展到高峰,至2.4億年前的二疊紀(jì)完全滅絕,前后在地球上生存了3.2億多年,可見這是一類生命力極強(qiáng)的生物。在漫長的時(shí)間長河中,它們演化出繁多的種類,有的長達(dá)70厘米,有的只有2毫米。
三葉蟲化石是重要化石之一,是劃分和對(duì)比寒武紀(jì)地層的重要依據(jù)。三葉蟲和許多其它生物一起共同揭開了地球走進(jìn)生物多樣化的序幕,從此,一個(gè)欣欣向榮的生物世界才真正出現(xiàn)。
另外,過渡類型的生物化石,為我們提供了一類生物如何演變成另一類生物方面的有力證據(jù)。
讓我們來看看一個(gè)發(fā)現(xiàn)于德國的始祖鳥化石。從這個(gè)化石中,你看到了什么?對(duì)于非專業(yè)人士,觀察化石的特征,會(huì)有一些困難,所以研究者會(huì)根據(jù)化石的形態(tài)結(jié)構(gòu)特點(diǎn),參照現(xiàn)有的相似的生物,把化石做成復(fù)原圖。始祖鳥化石所代表的生物,既有鳥類的特征,又有爬行動(dòng)物的特征。
以上研究結(jié)果顯示,始祖鳥是介于爬行動(dòng)物和鳥類之間的中間過渡類型。證明了生物類群間的進(jìn)化。
雖然這樣的研究很直接,但是遺憾的是,并不是所有的生物都留下了化石。因此關(guān)于地球生物演化歷程的研究,還需要其他的證據(jù)。
接下來我們來截取一個(gè)片段看看具體的研究時(shí)如何展開的。
例如,魚類、兩棲類、鳥類、爬行類和哺乳類同屬于脊椎動(dòng)物,它們之間的進(jìn)化歷程是如何的呢?請(qǐng)同學(xué)們根據(jù)你已有的知識(shí)做個(gè)推測(cè)。
請(qǐng)同學(xué)們判斷這兩種推測(cè),哪個(gè)更準(zhǔn)確:
接下來,讓我們看看關(guān)于這一推測(cè)的證據(jù)。
魚類,生活在水中,按照進(jìn)化論的觀點(diǎn),古代魚類逐漸演化發(fā)展為古代兩棲類,然后是古代爬行類,然后在地球上出現(xiàn)哺乳類和鳥類。
按照此觀點(diǎn),魚類是所有四足動(dòng)物的最早祖先。能夠證實(shí)這一觀點(diǎn)的證據(jù)有哪些呢?
1938年,人們發(fā)現(xiàn)了一種肉鰭魚類,命名為拉蒂邁魚。它是原被認(rèn)為早在距今1億2千萬年前(白堊紀(jì)早期)就已絕滅的現(xiàn)生代表。在中國古動(dòng)物博物館中,珍藏著科摩羅政府在1982年贈(zèng)送給我國的一條拉蒂邁魚標(biāo)本,這個(gè)標(biāo)本是中國古動(dòng)物館的鎮(zhèn)館之寶之一。
我們熟悉的魚類的鰭,都是由沒肉沒骨頭的鰭條構(gòu)成,但拉蒂邁魚的鰭肉乎乎的,完全有別于我們熟悉的魚鰭,它的鰭肌肉發(fā)達(dá),內(nèi)部還有骨骼支撐,這是不是隱約有點(diǎn)四肢的樣子了?
肉鰭魚類最繁盛的時(shí)代,是三億多年前的泥盆紀(jì),后來幾乎都滅絕了,但拉蒂邁魚卻一直存活到了現(xiàn)在,我們稱它為“活化石”。
活化石,專指經(jīng)歷過漫長的地質(zhì)時(shí)期而變化很小迄今還活著的物種,必須具備以下條件:
在解剖上真正與某一古老物種相似;
這一生物種至少有2000~3000萬年以至上億年的歷史;
分布范圍非常狹小,且現(xiàn)存生物種僅有一種或少數(shù)種為代表。
這些活化石,成為研究生物進(jìn)化的重要證據(jù),是活著的化石。
肉鰭魚不斷演化,鰭肢越來越強(qiáng)壯,終于在大約3.6億年前的泥盆紀(jì)末演化出了魚石螈類。魚石螈類是最古老的四足動(dòng)物,即最原始的廣義兩棲動(dòng)物,最早的化石是1929年在格陵蘭島發(fā)現(xiàn)的。它身長約1米,兼有魚類和兩棲類的特性。古生物學(xué)界普遍認(rèn)為這種由“提塔利克魚”進(jìn)化而來的最古老的四足動(dòng)物,登上了陸地。亞洲唯一的發(fā)現(xiàn)——潘氏中國螈,發(fā)現(xiàn)于中國寧夏,標(biāo)本也保存在中國古動(dòng)物館。
那么,長出四肢,動(dòng)物是不是就可以上岸了呢?魚離不開水,是因?yàn)樗鼈儞碛兄荒茉谒泻粑钠鞴佟w,因此除了運(yùn)動(dòng)器官四肢之外,肉鰭魚類登陸還需要另一套革命性的器官——呼吸器官。陸生脊椎動(dòng)物靠肺呼吸,魚類用鰓呼吸,但它們還有一個(gè)與呼吸有關(guān)的結(jié)構(gòu),那就是鰾。這是魚類體內(nèi)儲(chǔ)存空氣的器官,它的收縮和膨脹可以協(xié)助魚兒在水中下沉或上浮。肉鰭魚類在發(fā)展四肢的時(shí)候,體內(nèi)的這個(gè)泡狀器官也變得越來越復(fù)雜,慢慢演變成了原始肺,為陸上生活準(zhǔn)備了全新的呼吸器官。
就這樣,有了原始的四肢,有了肺等在陸地呼吸的器官,肉鰭魚類就可以勇敢地登陸了。兩棲類、爬行類、鳥類、哺乳類,四肢的共同的源頭都是肉鰭魚。人類也是一種“超級(jí)改進(jìn)版”的肉鰭魚,我們用“胸鰭”翻書、玩手機(jī),并用“腹鰭”走路。
之前我們也分析過,始祖鳥化石,是古代爬行類向鳥類演化發(fā)展的中間過渡類型。
那么,爬行類、鳥類和哺乳類之間又是怎樣的演化關(guān)系呢?
在澳大利亞,有一種古來的生物,鴨嘴獸,2500萬年前就已經(jīng)在地球上出現(xiàn),但時(shí)至今日其外形外貌依然沒有多少改變,屬于未完全進(jìn)化的動(dòng)物。關(guān)于它的分類,也曾令科學(xué)家頭疼不已。鴨嘴獸是胎生的,胎生的動(dòng)物應(yīng)該都是哺乳類動(dòng)物,但鴨嘴獸卻是卵生,小鴨嘴獸是通過孵化后從蛋中破殼出世的;然而,它們又通過哺乳行為養(yǎng)育幼崽。研究者一致認(rèn)同,這種既具有爬行動(dòng)物特點(diǎn),又具有哺乳動(dòng)物特點(diǎn)的卵生哺乳動(dòng)物,是古代爬行類向現(xiàn)代哺乳類演化發(fā)展的過渡類型。
以上都是化石提供的證據(jù),在對(duì)化石進(jìn)行研究時(shí),研究者將化石所代表的生物與其他古生物進(jìn)行比較,還將這些古生物與現(xiàn)存生物進(jìn)行比較,比較它們的化石在地層中的順序,它們的形態(tài)結(jié)構(gòu)特點(diǎn)等,進(jìn)行比較,根據(jù)相似程度,來推斷生物演化的規(guī)律和不同生物的進(jìn)化歷程以及生物之間的親緣關(guān)系。
3.2.研究生物進(jìn)化的胚胎學(xué)證據(jù)、比較解剖學(xué)證據(jù)和分子生物學(xué)證據(jù)
除了化石證據(jù),還有一些其他的證據(jù),也可以顯示生物之間的進(jìn)化關(guān)系和親緣關(guān)系。
如,人們發(fā)現(xiàn),魚類、兩棲類、爬行類、鳥類和哺乳類的個(gè)體,都是從受精卵發(fā)育而來的,由此推斷:這些動(dòng)物可能都起源于單細(xì)胞的生物。
人們還發(fā)現(xiàn),這些動(dòng)物早期胚胎非常相似,都具有鰓裂和尾,由此推斷:這些動(dòng)物可能起源于共同的祖先,該古老生物生活在水中,用鰓呼吸,有尾。
以上個(gè)體發(fā)育特點(diǎn)的證據(jù),被稱為胚胎學(xué)證據(jù)。
還有一類證據(jù),來自比較解剖學(xué),研究者以一系列的動(dòng)物為對(duì)象,比較不同動(dòng)物的形態(tài)結(jié)構(gòu)上的異同,以確立它們彼此間的親緣關(guān)系,從而闡明進(jìn)化的途徑與規(guī)律。例如:對(duì)幾種哺乳動(dòng)物前肢結(jié)構(gòu)和位置等進(jìn)行比較,發(fā)現(xiàn)它們的結(jié)構(gòu)高度相似,但是形態(tài)和功能有差異。結(jié)構(gòu)的高度相似性,可以說明:這些動(dòng)物是由共同的祖先發(fā)展來的。而形態(tài)上的差異,則反映這些動(dòng)物在進(jìn)化過程中,在不同的環(huán)境中生活(蝙蝠和鳥類在空中飛,海豚在水中,馬在陸地,而人的生活環(huán)境和方式又高度特化),適應(yīng)這些不同的環(huán)境,它們的功能趨異,形態(tài)上也產(chǎn)生了差異。
隨著科學(xué)技術(shù)的進(jìn)步,研究者從分子水平,對(duì)不同生物進(jìn)行比較,來驗(yàn)證他們之間的相似性,從而進(jìn)一步確認(rèn)它們的親緣關(guān)系。例如:
對(duì)幾種生物細(xì)胞色素C,這種蛋白質(zhì)的氨基酸序列進(jìn)行比較,發(fā)現(xiàn)人與黑猩猩的親緣關(guān)系較近,而與酵母菌的親緣關(guān)系較遠(yuǎn)。這也與其他證據(jù)是高度契合的。
讓我們來小結(jié)一下:研究生物進(jìn)化,最直接的證據(jù)是化石證據(jù)。研究者將化石所代表的古生物和古生物進(jìn)行比較,還把古生物與現(xiàn)存生物進(jìn)化比較,還把現(xiàn)存生物與現(xiàn)存的其他生物進(jìn)行比較?;罨?,因?yàn)榧染哂泄爬系奶卣鳎质乾F(xiàn)存的生物,成為研究生物進(jìn)化非常好的素材。
3.3生物進(jìn)化研究證據(jù)和方法的小結(jié)
研究者在比較上述生物的時(shí)候,會(huì)比較它們的它們?cè)诘貙又谐霈F(xiàn)的先后順序,比較它們的形態(tài)結(jié)構(gòu)特點(diǎn)、個(gè)體發(fā)育特點(diǎn),甚至是它們的遺傳物質(zhì),或者是特殊蛋白質(zhì)的氨基酸序列。在這些事實(shí)基礎(chǔ)上,對(duì)生物的進(jìn)化進(jìn)行推理。不僅推理生物進(jìn)化的規(guī)律和趨勢(shì),這個(gè)規(guī)律和趨勢(shì)可以從三方面來總結(jié):(1)從形態(tài)結(jié)構(gòu)來看,是從簡單到復(fù)雜;(2)從生活環(huán)境來看,是從水生到陸生;(3)從進(jìn)化水平來看,是從低等到高等。
同時(shí),還可以確定不同生物的親緣關(guān)系:相似程度越高,親緣關(guān)系越近。
4.生物進(jìn)化的歷程
當(dāng)然,通過這樣的研究,也確定了生物之間進(jìn)化的關(guān)系。
關(guān)于生物進(jìn)化的研究成果,還被勾畫出“進(jìn)化樹”這樣的表達(dá)方法。在如圖所示的進(jìn)化樹上,所有的生物都是從單細(xì)胞的生物演化發(fā)展而來的。
4.1無脊椎動(dòng)物的進(jìn)化歷程
單細(xì)胞生物中的一支,逐漸演化發(fā)展為動(dòng)物。
從身體只有一個(gè)細(xì)胞的動(dòng)物,逐漸演化發(fā)展為多細(xì)胞的動(dòng)物;
從身體輻射對(duì)稱,有口無肛門的腔腸動(dòng)物,到身體兩側(cè)對(duì)稱,有口無肛門的扁形動(dòng)物。
到了線形動(dòng)物,身體雖然圓柱狀,但是這類動(dòng)物有口也有肛門;
再接下來,動(dòng)物的一支,發(fā)展出了軟體動(dòng)物這樣,有專門運(yùn)動(dòng)結(jié)構(gòu)的動(dòng)物,它們還只能生活在水中或潮濕的地方,身體上的貝殼對(duì)柔軟的身體起到了保護(hù)作用。動(dòng)物開始能夠適應(yīng)更為復(fù)雜的環(huán)境。
到了環(huán)節(jié)動(dòng)物,身體開始出現(xiàn)了分節(jié),身體結(jié)構(gòu)變得更為復(fù)雜,例如蚯蚓,用濕潤的體壁進(jìn)行呼吸,可以在潮濕的泥土中生活,生物開始逐漸擺脫水的束縛。
節(jié)肢動(dòng)物不僅身體分節(jié),附肢也分節(jié),大大增加了它們運(yùn)動(dòng)的靈活度。不僅如此,體表的外骨骼,既可以保護(hù)體內(nèi)柔弱的器官,還可以防止水分過度散失,動(dòng)物成功地登上了陸地。迄今為止,節(jié)肢動(dòng)物依然是地球上適應(yīng)性最好的生物之一,種類繁多。
4.2脊椎動(dòng)物的進(jìn)化歷程
動(dòng)物演化的另外一支,體內(nèi)逐漸演化出了脊柱,脊柱給了動(dòng)物身體更為強(qiáng)大的支撐,運(yùn)動(dòng)能力進(jìn)一步加強(qiáng)。這類有脊柱的動(dòng)物,逐漸演化發(fā)展為魚類,古代魚類,例如我們之前說的總鰭魚類,是四足動(dòng)物最早的祖先,脊椎動(dòng)物演化發(fā)展的歷程:魚類(用鰓呼吸,依靠鰭輔助游泳,只能生活在水里)→兩棲類(幼體用鰓呼吸,只能生活在水里,成體用肺兼用皮膚輔助呼吸,從而實(shí)現(xiàn)了水陸兩棲)→爬行類是真正適應(yīng)陸地生活的脊椎動(dòng)物類群。爬行類因?yàn)轶w內(nèi)受精,卵外有堅(jiān)硬的卵殼,從而真正擺脫了水的束縛,成為另外一類成功登陸的動(dòng)物。古代爬行類,一支演化發(fā)展為鳥類,另外一支演化發(fā)展為哺乳類。
4.3植物的進(jìn)化歷程
以上是動(dòng)物演化發(fā)展的歷程,當(dāng)我們把目光投向植物,原始的單細(xì)胞生物,一支演化發(fā)展成為動(dòng)物,另外一支演化發(fā)展為單細(xì)胞的植物,這些單細(xì)胞的植物逐漸發(fā)展為多細(xì)胞的植物-藻類植物,這一類植物結(jié)構(gòu)簡單,沒有根、莖、葉的分化,只能生活在水中;植物向前演化發(fā)展,逐漸出現(xiàn)了莖和葉等器官的分化,這類只有莖和葉,沒有根的植物,是苔蘚植物,苔蘚植物體內(nèi)還沒有輸導(dǎo)組織的分化,所以長得矮小,只能生活在陰濕的環(huán)境中;蕨類植物,體內(nèi)出現(xiàn)了輸導(dǎo)組織的分化,有了真正意義上的根、莖、葉,
生物進(jìn)化樹上,不僅可以看到不同生物之間的進(jìn)化關(guān)系,還可以看到他們之間親緣關(guān)系。
5.本節(jié)課小結(jié)
本節(jié)課我們首先了解了研究生命起源和生物進(jìn)化的主要方法,是基于證據(jù),運(yùn)用邏輯推理,做出推測(cè)。這個(gè)推測(cè)是建立在證據(jù)基礎(chǔ)上,對(duì)現(xiàn)象的解釋,會(huì)進(jìn)一步接受證據(jù)的檢測(cè),得到更多證據(jù)支撐的推測(cè),將會(huì)受到更多人的接受,逐漸發(fā)展為理論體系。
接下來,我們學(xué)習(xí)了生命起源的海洋化學(xué)起源說,深海熱泉說和星外來客說,這些學(xué)說各有自己的證據(jù)和邏輯,都將繼續(xù)接受新的證據(jù)的檢測(cè)。
本節(jié)課最主要的內(nèi)容是研究生物進(jìn)化的方法和證據(jù)。研究生物進(jìn)化最直接的證據(jù)是化石證據(jù),依據(jù)化石在地層中的順序,以及化石所代表的生物的特征,研究者構(gòu)建了生物進(jìn)化的理論體系,來自胚胎學(xué)、比較解剖學(xué)和分子生物學(xué)的證據(jù)能證明生物進(jìn)化的觀點(diǎn),是可靠的。這個(gè)理論體系已經(jīng)被越來越多的證據(jù)證實(shí),成為被廣泛接受的理論體系。
生物進(jìn)化有著明顯的規(guī)律和趨勢(shì):
身體結(jié)構(gòu):簡單到復(fù)雜
生活環(huán)境:水生到陸生
進(jìn)化趨勢(shì):低等到高等
這是一份人教版 (新課標(biāo))第二節(jié) 生物進(jìn)化的歷程教案及反思,共3頁。
這是一份初中人教版 (新課標(biāo))第二節(jié) 生物進(jìn)化的歷程教學(xué)設(shè)計(jì)及反思,共5頁。教案主要包含了教學(xué)目標(biāo),教學(xué)重點(diǎn),教學(xué)難點(diǎn),教學(xué)用具,課時(shí)安排,教學(xué)過程等內(nèi)容,歡迎下載使用。
這是一份初中人教版 (新課標(biāo))第二節(jié) 生物進(jìn)化的歷程教學(xué)設(shè)計(jì),共2頁。教案主要包含了知識(shí)目標(biāo),能力目標(biāo),情感目標(biāo)等內(nèi)容,歡迎下載使用。
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