备课素材：如何理解协同进化与生物的多样性的形成-高一下学期生物人教版必修2

如何理解协同进化与生物的多样性的形成人教版生物学新教材增加了“协同进化与生物多样性的形成”一节内容。一些学生对这一内容难以理解。协同进化是指两个相互作用的物种在进化过程中发展的相互适应的共同进化。一个物种由于另一物种影响而发生遗传进化的进化类型。（个人认为，协同进化是物种间的进化，但人教版的表述中有包含生物与无机环境之间在相互影响中不断进化与发展，不知何故？）例如，一种植物由于食草昆虫所施加的压力而发生遗传变化，这种变化又导致昆虫发生遗传性变化。解释：由于生物个体的进化过程是在其环境的选择压力（选择压力，又称为进化压力，指外界施与一个生物进化过程的压力，从而改变该过程的前进方向，所谓达尔文的自然选择，或者物竞天择、适者生存，即是指自然界施与生物体选择压力从而使得适应自然环境者得以存活和繁衍）下进行的，而环境不仅包括非生物因素也包括其他生物。因此一个物种的进化必然会改变作用于其他的生物的选择压力，引起其他生物也发生变化，这些变化又反过来引起相关物种的进一步变化，在很多情况下两个或更多的物种单独进化常常会相互影响形成一个相互作用的协同适应系统。根据协同进化的含义，物种间的协同进化，可产生在捕食者与猎物物种之间，寄生者与宿主物种之间、竞争物种之间。1.竞争物种间的协同进化从理论上来说，物种通过生态位的分离可以用下图来表示。两个物种对资源谱的利用曲线完全分开。这样就有一些中间资源没有被利用。谁能开发出这一个资源带，对谁就有利（a）；若重叠太多，两个物种所需的资源几乎相同，即生态位基本重叠，竞争就会十分激烈（c）；竞争的结果使两个物种均能充分利用资源而又达到共存（b）。2.捕食者与猎物的协同进化捕食者在进化过程中发展了锐齿、利爪、尖喙、毒牙等工具，运用诱饵追击、集体围猎等方式，以更有利的捕食猎物；另一方面猎物相应的发展了保护色、拟态、警戒色、假死、集体抵御等种种方式以逃避捕食者，二者形成了复杂的协同进化关系。在二者的关系中，自然选择对于捕食者在于提高发现、捕获和取食猎物的效率；而对于猎物在于提高逃避被捕食的效率。这两种选择是对立的，显然猎物趋于中断这种关系，捕食者则维持这种关系。在多种捕食者捕食多种猎物的系统中，一种被捕食者可能通过隐藏来躲避捕食者，另一种可能以快速飞跑来逃避捕食者，而捕食者就难以在进化中同时获得这两种互相矛盾的捕食能力。对于捕食者来说，自然选择有利于逃避捕食者，但多种捕食者各具不同的捕食策略，因此被捕食者也难以获得适合于逃脱所有捕食者的行为和本能。3.植物和食草动物的协同进化植物是生态系统的生产者。尽管有大量的食草动物的危害，但世界仍然是绿色的。其中的原因是植物和食草动物之间存在着协同进化关系。蝴蝶与植物花协同进化（1）植物对危害后的反应植物受到危害后，并不是完全被动的，而会产生各种补偿和防卫反应。补偿作用：植物的一些枝叶受损后，将降低对其他叶子的遮阴，提高其光合作用效率，改善整株植物光合与呼吸间的平衡；受损植物可以利用贮藏于各组织和器官内的主要碳水化合物得到补偿；受损植物可能改变光合产物的分布，以维持根和枝比的平衡；动物啃食可能刺激单位面积光合效率的提高。植物的防卫反应：植物本身有化学防卫能力，在受到动物取食的压力胁迫后，还将产生次生代谢物质等防卫能力来对付动物的取食。另外，机械防卫，植物的枝叶特化为刺和棘，可以阻挡植食动物的取食；生殖抑制，一些植物如冷杉含有昆虫激素的衍生物，这些衍生物被昆虫吸收后能阻止幼虫蜕皮，减少昆虫的繁殖输出；大量结实，植物产生大量的种子，提高部分种子存活的概率；缺乏化学引诱剂，一些植物能通过不产生草食植物所吸引的化学引诱剂，而使动物不能发现自己，达到阻止被采食的目的。（2）食草动物对植物反应的适应在进化过程中，植物发展了防卫机制，食草动物则随之产生相关的适应性，如对付植物防卫机制的办法可能表现为发展特殊的酶进行解毒，或者调整取食时间以避开植物的有毒化合物。于是二者之间就形成了紧密的协同进化关系。植物和食草动物之间的协同进化，是彼此相互适应对方的过程。通过偶发的突变和重组，被子植物产生了一系列与其基本代谢没有直接关系，但对正常生长并非不利的化合物。偶尔某些化合物具有防卫食草动物的优越性，通过自然选择巩固下来，随辐射进化扩展为一科或一群相近科的特征。另一方面，食草动物在进化过程中也发展了解毒和免疫的功能。由于没有其他食草动物的竞争，就有更多的机会来发展多样性；反过来，食草动物多样性又促进了植物多样性。4.寄主和寄生物间的协同进化寄生物与其寄主间紧密的关联，经常会提高彼此相反的进化选择压力，在这种压力下，寄主对寄生物反应的进化变化会提高寄生物的进化变化，这是一种协同进化。结果可引起‘军备竞赛’，当寄主提高防御机制，遇到了寄生物为克服这些防御而发展的进攻机制的反击时，‘军备竞赛’不断加强。如大豆与其真菌寄生物锈菌之间的协同进化，就发展成了寄生物的毒性基因与寄主的抗性基因间的对等关系，称之为基因对基因协同进化。例1、根据现代生物进化理论，下列说法正确的是（）A．物种之间的共同进化都是通过物种之间的生存斗争实现的B．生物多样性的形成也就是新的物种不断形成的过程C．在环境条件保持稳定的前提下，种群的基因频率不会发生变化D．隔离是新物种形成的必要条件解析：物种之间的共同进化主要是通过物种之间的生存斗争实现的，也可以是在互利的条件下，相互选择，共同进化，A错误；生物多样性包括基因的多样性、物种的多样性、生态系统的多样性，而新的物种的形成只是其中的一个方面，B错误；若物种生存的环境相对稳定，则该物种也会发生进化，因为变异是客观存在的，环境会对这些变异进行选择，从而使基因频率改变，C错误；隔离是新物种形成的必要条件，当然，这里指的隔离是生殖隔离，D正确。答案为D。物种的共同进化既可以是相互斗争，相互淘汰，从而改变种群基因频率，导致进化发生，如捕食竞争等。也可以是在互利的条件下，相互选择，共同进化，如紫海葵和小丑鱼共同分享捕捉到的食物，海葵能清除小丑鱼身上的寄生虫并靠触手起保护作用，小丑鱼鲜艳的色彩引诱其它鱼到海葵旁，被海葵捕食。例2、如图表示3个共存物种的资源利用曲线，图a和图b中3个物种的资源利用状况不同。下面是对图a中3个物种与图b中3个物种相比较的几种说法，正确的是()A．图a中3个物种的种间竞争激烈B．图b中3个物种的种内斗争激烈C．如果资源有限，图a中物种2有灭绝的危险，图b中物种2也有灭绝危险D．两图中物种的种间竞争激烈程度相等解析：由图a、b两图可知，在图a中3个物种共同利用的资源比较不多，因而种内斗争比较激烈，图b中3个物种有许多共同利用的资