第12課 破解生命起源之謎[備課資料].doc

人教版必修3第12課 探索生命起源之謎備課資料九江市一中 周明學(xué)時(shí)間：2012、12、30課程標(biāo)準(zhǔn)：簡(jiǎn)述進(jìn)化論的主要觀點(diǎn)，概括科學(xué)與宗教在人類起源問(wèn)題上產(chǎn)生分歧的根源。本課是介紹自然科學(xué)中的生物學(xué)成就。上一課物理學(xué)是介紹無(wú)生命現(xiàn)象領(lǐng)域的研究成果，本課是介紹生命現(xiàn)象領(lǐng)域的研究成果。生命是怎樣來(lái)的？是怎樣發(fā)展的？不同時(shí)代、不同立場(chǎng)的人們可能有不同的看法。歷史上對(duì)這個(gè)問(wèn)題也存在著多種臆測(cè)和假說(shuō)，并有很多爭(zhēng)議。隨著認(rèn)識(shí)的不斷深入和各種不同的證據(jù)的發(fā)現(xiàn)，人們對(duì)生命起源的問(wèn)題有了更深入的研究。神學(xué)家和科學(xué)家的看法分歧較大。其中影響最大的是“神創(chuàng)論”和“進(jìn)化論”。一、基督教會(huì)的“神創(chuàng)論”和“不變論”：1、內(nèi)容：中古世紀(jì)，由于天主教傳統(tǒng)勢(shì)力的影響，“神創(chuàng)論”“不變論”在歐洲占優(yōu)勢(shì)。“神創(chuàng)論”即生命是由上帝創(chuàng)造的，“圣經(jīng)”中詳細(xì)描述了上帝創(chuàng)造各種生物以至最后創(chuàng)造人的故事。認(rèn)為生物界的所有物種（包括人類），以及天體和大地，都是由上帝創(chuàng)造出來(lái)的；“不變論”世界上的萬(wàn)物一經(jīng)造成，就不再發(fā)生任何變化，即使有變化，也只能在該物種的范圍內(nèi)發(fā)生變化，既不減少（淘汰），也不增多（絕對(duì)不可能形成新的物種的）。物種原來(lái)是這樣，現(xiàn)在和將來(lái)也是這樣。可以說(shuō)，18世紀(jì)以前，圣經(jīng)及其宣揚(yáng)的神創(chuàng)論、不變論在西方學(xué)術(shù)界、知識(shí)界以及整個(gè)西方文化中占據(jù)著統(tǒng)治地位。后來(lái)宗教改革運(yùn)動(dòng)和文藝復(fù)興的影響，導(dǎo)致法國(guó)大革命。在此前后，大批學(xué)者擺脫教會(huì)的影響，反對(duì)教權(quán)，宣傳無(wú)神論，但對(duì)萬(wàn)物起源的問(wèn)題，尚未提出一個(gè)系統(tǒng)的學(xué)說(shuō)與神創(chuàng)論抗衡。2、原因：（1）生產(chǎn)力落后，生物知識(shí)貧乏，認(rèn)識(shí)水平有限（客觀上）（2）教會(huì)維護(hù)專制統(tǒng)治，推行蒙昧主義和愚民政策（主觀上）3、影響：致使生物學(xué)研究進(jìn)展緩慢（一般認(rèn)為，自然科學(xué)中受中世紀(jì)神學(xué)束縛最大的學(xué)科是生物學(xué)；“塞爾維特之死”，一個(gè)醫(yī)生在病態(tài)年代的非正常死亡）。二、生物進(jìn)化論的創(chuàng)立： 1、進(jìn)化論含義：生物，是具有生命的個(gè)體的統(tǒng)稱，包括植物和動(dòng)物。生物進(jìn)化論，簡(jiǎn)稱進(jìn)化論，又稱演化論，是生物物種起源和發(fā)展的理論，是生物學(xué)最基本的理論之一，也是生物科學(xué)的最高層理論。進(jìn)化（Evolution），是指生物在遺傳、變異和自然選擇下的演變發(fā)展，包括物種淘汰和物種產(chǎn)生過(guò)程。地球上原來(lái)無(wú)生命，大約在30多億年前，在一定的條件下，形成了原始生命，其后，生物不斷的進(jìn)化，直至今天世界上存在著170多萬(wàn)個(gè)物種。所以，進(jìn)化論是關(guān)于生物由無(wú)生命到有生命，由低級(jí)到高級(jí)，由簡(jiǎn)單到復(fù)雜逐步演變過(guò)程的學(xué)說(shuō)。進(jìn)化論突破了千百年來(lái)“神創(chuàng)論”“不變論”的傳統(tǒng)思想。進(jìn)化論，是譯自英文“evolution”。達(dá)爾文并未對(duì)“evolution”下過(guò)定義，在1859年出版的物種起源第一版中，也并未使用“evolution”這個(gè)字。evolution這個(gè)字在當(dāng)時(shí)生物學(xué)上的意義，指的是胚胎發(fā)育的過(guò)程，并且在當(dāng)時(shí)的一般用語(yǔ)中具有“進(jìn)步”的意含，而達(dá)爾文反對(duì)將“進(jìn)步”之類的用語(yǔ)來(lái)描述生物改變的過(guò)程。他曾在物種起源第7章中說(shuō)：“（天擇）的最后結(jié)果，包括了生物體的進(jìn)步（advance）及退步（retrogression）兩種現(xiàn)象”。后來(lái)包括達(dá)爾文在內(nèi)，改用evolution來(lái)描述生物演化現(xiàn)象。對(duì)“evolution”這個(gè)字，有不同的翻譯，日譯為“進(jìn)化”，嚴(yán)復(fù)反對(duì)，譯為“天演”，近年臺(tái)灣教育部卻更改課本，以“演化論”代替。目前中文對(duì)于如何翻譯“evolution”仍有爭(zhēng)議。支持使用“演化”的學(xué)者認(rèn)為，演化在字面上的意義比較中性，能表達(dá)連續(xù)與隨機(jī)的意義；進(jìn)化則帶有“進(jìn)步”的含意。而且由于漢語(yǔ)中“進(jìn)”與“退”是代表相反意義的兩個(gè)字，因此若使用進(jìn)化，則在邏輯上不易將“退化”定義為進(jìn)化的一種類型。對(duì)翻譯的爭(zhēng)論也表現(xiàn)了人們對(duì)進(jìn)化論理解的變化，過(guò)去“進(jìn)化”多表示生物朝適應(yīng)環(huán)境的方向演化，而當(dāng)前多人為生物的演化是隨機(jī)的，并沒(méi)有進(jìn)步退步之分。2、背景：（1）文藝復(fù)興、宗教改革和啟蒙運(yùn)動(dòng)沖擊了基督教神學(xué)，自然科學(xué)取得重大進(jìn)展，“人文主義”和“理性主義”深入人心 （2）1718世紀(jì)資產(chǎn)階級(jí)革命、工業(yè)革命相繼發(fā)生，視野不斷拓寬，思想更加開(kāi)放（3）19世紀(jì)初期細(xì)胞學(xué)說(shuō)的建立，為生物進(jìn)化論的創(chuàng)立奠定了基礎(chǔ)細(xì)胞學(xué)說(shuō)三個(gè)基本觀點(diǎn)，認(rèn)為一切生物都由細(xì)胞組成；細(xì)胞是生命的結(jié)構(gòu)單位；細(xì)胞只能由細(xì)胞分裂而來(lái)。17世紀(jì)細(xì)胞的發(fā)現(xiàn)第一個(gè)發(fā)現(xiàn)細(xì)胞的是英國(guó)科學(xué)家胡克。胡克發(fā)明了顯微鏡，隨之發(fā)現(xiàn)了細(xì)胞。羅伯特胡克是英國(guó)物理學(xué)家和天文學(xué)家，胡克的重要貢獻(xiàn)主要是在儀器制造方面，如協(xié)助波義耳改進(jìn)抽氣機(jī)，制造了復(fù)式顯微鏡、輪式氣壓計(jì)、擺鐘、海洋測(cè)深儀、海水取樣器等等，被后人譽(yù)為“現(xiàn)代儀器發(fā)明之父”，被譽(yù)為“現(xiàn)代儀器發(fā)明之父”。顯微鏡主要用于放大微小物體成為人的肉眼所能看到的儀器，是人類這個(gè)時(shí)期最偉大的發(fā)明物之一。在它發(fā)明出來(lái)之前，人類關(guān)于周圍世界的觀念局限在用肉眼，或者靠手持透鏡幫助肉眼所看到的東西。現(xiàn)在的光學(xué)顯微鏡可把物體放大1600倍。胡克發(fā)明顯微鏡后，對(duì)它愛(ài)不釋手，常在顯微鏡下觀察一些小東西。一天，他在顯微鏡下觀察一塊軟木薄片時(shí)，意外發(fā)現(xiàn)軟木在顯微鏡下原來(lái)是另一個(gè)樣子，它是由無(wú)數(shù)個(gè)蜂窩狀的小房間（或者小格子）所構(gòu)成的。他非常興奮，在1665年編寫(xiě)的顯微鏡一書(shū)中，詳細(xì)記述了這一發(fā)現(xiàn)，并把這些小房間（或者小格子）取名為“細(xì)胞”。這就是細(xì)胞發(fā)現(xiàn)的過(guò)程。但實(shí)際上，胡克當(dāng)時(shí)看到的并不是完整的細(xì)胞，而只是植物細(xì)胞的外殼細(xì)胞壁。19世紀(jì)細(xì)胞學(xué)說(shuō)的創(chuàng)立從胡克發(fā)現(xiàn)細(xì)胞開(kāi)始，相隔170多年后，德國(guó)植物學(xué)家施萊登和動(dòng)物學(xué)家施旺創(chuàng)立了細(xì)胞學(xué)說(shuō)。1838年德意志植物學(xué)家施萊登提出細(xì)胞是一切植物結(jié)構(gòu)的基本單位，植物的發(fā)育過(guò)程就是細(xì)胞的形成過(guò)程。1839年德意志動(dòng)物學(xué)家施旺發(fā)現(xiàn)動(dòng)物組織也由細(xì)胞組成的。這樣就形成了整個(gè)生物界的細(xì)胞學(xué)說(shuō)。施旺提出了“細(xì)胞學(xué)說(shuō)”名詞。1858年德意志科學(xué)家魏爾肖作出了另一個(gè)重要的論斷：所有的細(xì)胞都必定來(lái)自已存在的活細(xì)胞。即認(rèn)為個(gè)體的所有細(xì)胞都是由原有細(xì)胞分裂產(chǎn)生的?！耙磺屑?xì)胞來(lái)自細(xì)胞”這個(gè)斷言，至今仍未被推翻。至此，以上三位科學(xué)家的研究結(jié)果加上許多其他科學(xué)家的發(fā)現(xiàn)，共同形成了比較完備的細(xì)胞學(xué)說(shuō)。細(xì)胞學(xué)說(shuō)創(chuàng)立的意義：細(xì)胞學(xué)說(shuō)將植物學(xué)、動(dòng)物學(xué)聯(lián)系在一起，打破了動(dòng)、植物的界限，論證了整個(gè)生物界在結(jié)構(gòu)上的統(tǒng)一性（皆由細(xì)胞組成），以及在進(jìn)化上的共同起源（一切細(xì)胞來(lái)自細(xì)胞），有力推動(dòng)了生物學(xué)向微觀領(lǐng)域的發(fā)展。恩格斯曾把細(xì)胞學(xué)說(shuō)譽(yù)為19世紀(jì)最重大的發(fā)現(xiàn)之一。（結(jié)構(gòu)上的同一性，進(jìn)化上的同源性）量子論推動(dòng)了物理學(xué)向微觀領(lǐng)域的發(fā)展。3、經(jīng)過(guò)：（1）19世紀(jì)初拉馬克提出早期生物進(jìn)化論拉馬克，法國(guó)博物學(xué)家。生物學(xué)偉大的奠基人之一，生物學(xué)一詞是他發(fā)明的，最先提出生物進(jìn)化的學(xué)說(shuō)，是進(jìn)化論的倡導(dǎo)者和先驅(qū)。拉馬克的進(jìn)化理論，即通常所稱的拉馬克學(xué)說(shuō)。主要觀點(diǎn)：生物由低級(jí)向高級(jí)發(fā)展進(jìn)化，物種是可變的（如長(zhǎng)頸鹿的脖子越來(lái)越長(zhǎng)）；進(jìn)化的動(dòng)因有二，提出了兩個(gè)法則：一個(gè)是用進(jìn)廢退；一個(gè)是獲得性遺傳。用進(jìn)廢退：生物體的器官經(jīng)常使用就會(huì)變得發(fā)達(dá)，而不經(jīng)常使用就會(huì)逐漸退化；獲得性遺傳：是“后天獲得性狀遺傳”的簡(jiǎn)稱，指生物在個(gè)體生活過(guò)程中，受外界環(huán)境條件的影響，產(chǎn)生帶有適應(yīng)意義和一定方向的性狀變化，并能夠遺傳給后代的現(xiàn)象。此觀點(diǎn)強(qiáng)調(diào)外界環(huán)境條件是生物發(fā)生變異（變異是生物體子代與親代之間遺傳基因發(fā)生改變的現(xiàn)象。指同種生物后代與前代、同代生物不同個(gè)體之間在形體特征、生理特征等方面所表現(xiàn)出來(lái)的差別）的主要原因，并對(duì)生物進(jìn)化有巨大推動(dòng)作用。一句話：所有生物變異即獲得性狀都是可遺傳的。拉馬克舉的較有名的例子除長(zhǎng)頸鹿外（頁(yè)59），還有對(duì)鷺、鶴等涉禽長(zhǎng)腿的解釋，即這些鳥(niǎo)類長(zhǎng)期生活在水邊，但不喜歡游水，為了不使身體陷進(jìn)淤泥，就盡力伸長(zhǎng)腿部；為了吃到水里的魚(yú)蝦，又不至于濡濕身體，就盡力伸長(zhǎng)頸部。這樣獲得的性狀，逐代遺傳下去，年深日久，就成了長(zhǎng)頸長(zhǎng)腿的涉禽了。 獲得性狀是否能遺傳一直是生物進(jìn)化研究中爭(zhēng)論的焦點(diǎn)。達(dá)爾文的另外解釋，就是長(zhǎng)頸鹿因?yàn)榛虻碾[性和顯性的問(wèn)題，有的高，有的矮，高活下來(lái)，基因得以遺傳給下一代,，就越來(lái)越高，而矮的，因?yàn)闆](méi)有食物而死亡，基因很難遺傳，所以最后消失。拉馬克關(guān)于長(zhǎng)頸鹿脖子越來(lái)越長(zhǎng)的解釋，已被科學(xué)發(fā)展證明是錯(cuò)誤的，但它反對(duì)物種不變論，是有意義的。（2）19世紀(jì)中期達(dá)爾文創(chuàng)立生物進(jìn)化論：被恩格斯贊譽(yù)為19世紀(jì)自然科學(xué)三大發(fā)現(xiàn)：細(xì)胞學(xué)說(shuō)、生物進(jìn)化論、能量守恒與轉(zhuǎn)化定律。標(biāo)志：1859年，達(dá)爾文發(fā)表物種起源物種是生物分類的基本單元，也是生物繁殖的基本單元。分類通常包括7個(gè)主要級(jí)別：種、屬、科、目、綱、門(mén)、界。種（物種）是基本單元，近緣的種歸合為屬，近緣的屬歸合為科，科隸于目，目隸于綱，綱隸于門(mén)，門(mén)隸于界。隨著研究的進(jìn)展，分類層次可以不斷的增加。一個(gè)物種或物類，以至整個(gè)植物界和動(dòng)物界，都有自己的歷史。內(nèi)容：達(dá)爾文進(jìn)化論主要包括四個(gè)子學(xué)說(shuō)。一般進(jìn)化論：生物是進(jìn)化的，經(jīng)歷了由低級(jí)向高級(jí)、由簡(jiǎn)單到復(fù)雜的發(fā)展過(guò)程；物種是可變的，現(xiàn)有的物種是從別的物種變來(lái)的，一個(gè)物種可以變成新的物種。此點(diǎn)系繼承先賢。共同祖先學(xué)說(shuō)：所有的生物都來(lái)自共同的祖先。自然選擇學(xué)說(shuō)：自然選擇是生物進(jìn)化的途徑和原因，主要內(nèi)容有四點(diǎn)，含義：“自然選擇學(xué)說(shuō)”，通俗地說(shuō)就是“適者生存”的理論；自然選擇指生物在生存斗爭(zhēng)中適者生存、不適者被淘汰的現(xiàn)象。自然選擇不過(guò)是生物與自然環(huán)境相互作用的結(jié)果。地位：自然選擇學(xué)說(shuō)是達(dá)爾文生物進(jìn)化論的核心理論，是現(xiàn)代生物進(jìn)化理論發(fā)展的基礎(chǔ)；自然選擇是導(dǎo)致生物進(jìn)化的關(guān)鍵因素和途徑。自然選擇是生物進(jìn)化的動(dòng)力。例如，英國(guó)有一種樺尺蛾，在1850年前都是灰色類型。1850年在曼徹斯特發(fā)現(xiàn)了黑色的突變體。19世紀(jì)后半葉，隨著工業(yè)化的發(fā)展，廢氣中的HS殺死了樹(shù)皮上的灰色地衣，煤煙又把樹(shù)干熏成黑色。結(jié)果，原先歇息在地衣上得到保護(hù)的灰色類型，這時(shí)在黑色樹(shù)干上卻易被鳥(niǎo)類捕食；而黑色類型則因煤煙的掩護(hù)免遭鳥(niǎo)類捕食反而得到生存和發(fā)展。于是黑色類型的頻率迅速提高，灰色類型的頻率則不斷下降。到19世紀(jì)末，前者已由不到1%上升至90%以上；后者則從90%以上下降為不到5%。這種情形就是人們所能看到的自然選擇。其主要內(nèi)容有四點(diǎn)：過(guò)度繁殖，生存斗爭(zhēng)（也叫生存競(jìng)爭(zhēng)），遺傳和變異，適者生存。這點(diǎn)之間是相互聯(lián)系的，并不是孤立存在的。內(nèi)容：過(guò)度繁殖：（自然選擇的條件）達(dá)爾文的理論認(rèn)為，地球上的各種生物普遍具有很強(qiáng)的繁殖能力，且都有依照幾何比率增長(zhǎng)的傾向。達(dá)爾文指出，象是一種繁殖很慢的動(dòng)物，但是如果每一頭雌象一生（3090歲）產(chǎn)仔6頭，每頭活到100歲，而且都能夠進(jìn)行繁殖的話，那么到750年以后，一對(duì)象的后代就可達(dá)到1 900萬(wàn)頭。因此，按照理論上的計(jì)算，就是繁殖不是很快的動(dòng)、植物，也會(huì)在不太長(zhǎng)的時(shí)期內(nèi)產(chǎn)生大量的后代而占滿整個(gè)地球。如果沒(méi)有過(guò)度繁殖，自然選擇就不會(huì)進(jìn)行。任何生物都不可能無(wú)限增加個(gè)體。生存斗爭(zhēng)：（自然選擇的動(dòng)力、手段）生物的繁殖能力是如此強(qiáng)大，但事實(shí)上，每種生物的后代能夠生存下來(lái)的卻很少。這是什么原因呢？達(dá)爾文認(rèn)為，這主要是繁殖過(guò)度引起的生存斗爭(zhēng)的緣故。任何一種生物在生活過(guò)程中都必須為生存而斗爭(zhēng)。生存斗爭(zhēng)包括生物與無(wú)機(jī)環(huán)境之間的斗爭(zhēng)，生物種內(nèi)的斗爭(zhēng)，如為食物、配偶和棲息地等的斗爭(zhēng)，以及生物種間的斗爭(zhēng)。由于生存斗爭(zhēng)，導(dǎo)致生物大量死亡，結(jié)果只有少量個(gè)體生存下來(lái)。但在生存斗爭(zhēng)中，什么樣的個(gè)體能夠獲勝并生存下去呢？達(dá)爾文用遺傳和變異來(lái)進(jìn)行解釋。遺傳和變異：（自然選擇的基礎(chǔ)）子代與上代的形狀既有相同的，又有不同的。相同的或者相似性的為遺傳，不同的為變異。生物的遺傳和變異是通過(guò)生殖和發(fā)育而實(shí)現(xiàn)的。遺傳是生物的普遍特征，生物有了這個(gè)特征，物種才能穩(wěn)定存在。一切生物都具有產(chǎn)生變異的特性。引起變異的根本原因是環(huán)境條件的改變。變異的主要形式是基因突變和基因重組，新基因是好是壞，是福是禍，不得而知，所以變異是不定向的。在生物產(chǎn)生的各種變異中，又包括有利變異和有害變異兩種。有的可以遺傳，有的不能夠遺傳。但哪些變異可以遺傳呢？達(dá)爾文用適者生存來(lái)進(jìn)行解釋。適者生存：（自然選擇的結(jié)果）一是生存斗爭(zhēng)中獲勝者，得以生存；二是有利變異者，得以生存下去。反之，具有不利變異的個(gè)體，則容易在生存斗爭(zhēng)中失敗而死亡。這就是說(shuō)，凡是生存下來(lái)的生物都是適應(yīng)環(huán)境的，而被淘汰的生物都是對(duì)環(huán)境不適應(yīng)的，這就是適者生存。達(dá)爾文把在生存斗爭(zhēng)中，適者生存、不適者被淘汰的過(guò)程叫做自然選擇。達(dá)爾文認(rèn)為，自然選擇過(guò)程是一個(gè)長(zhǎng)期的、緩慢的、連續(xù)的過(guò)程。由于生存斗爭(zhēng)不斷地進(jìn)行，因而自然選擇也是不斷地進(jìn)行，通過(guò)一代代的生存環(huán)境的選擇作用，物種變異被定向地向著一個(gè)方向積累，于是性狀逐漸和原來(lái)的祖先不同了，這樣，新的物種就形成了。由于生物所在的環(huán)境是多種多樣的，因此，生物適應(yīng)環(huán)境的方式也是多種多樣的，所以，經(jīng)過(guò)自然選擇也就形成了生物界的多樣性（所有的生物都有共同的祖先，生物的多樣性是進(jìn)化的結(jié)果）。進(jìn)化漸變論：生物進(jìn)化的步調(diào)是漸變式的，是一個(gè)在自然選擇作用下累積微小的有利變異的逐漸改進(jìn)的過(guò)程，而不是躍變式的，從而形成生物新種。此漸變，可能經(jīng)歷幾千年、幾萬(wàn)年乃至幾百萬(wàn)年，甚至用地質(zhì)年代（用億作單位）來(lái)衡量。這是達(dá)爾文進(jìn)化論中