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生物进化的历程
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第一课时
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●教学目标
知识目标
1．举例说出研究生物进化的方法。
2．学习比较法在研究生物进化中的重要作用。
能力目标
通过对地层、化石、始祖鸟与现代鸟、各动物细胞色素C的比较，提高学生分析问题、解决问题的能力。
情感目标
通过对化石资料的搜集，培养学生学习生物的兴趣，热爱科学的态度。
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●教学重点
1．举例说出研究生物进化的方法。
2．学习比较法在研究生物进化中的重要作用。
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●教学难点
学习比较法在研究生物进化中的重要作用。
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●教学方法
讨论、谈话、多媒体放映。
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●教具准备
投影片、挂图、化石标本、多媒体课件。
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●课时安排
1课时
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●教学过程
［复习旧课，导入新课］
教师：上节课我们一起学习了有关地球上生命起源的问题，我们知道这个问题到现在还是一团迷雾，世界出现了各种不同的说法。我们一起学习了5种，比如——
学生：神创论、小水滴、外星球或星际尘埃、热泉喷发、无机小分子……
教师：虽然生命的起始点还找不到源头，但生物进化的脚步并没有因此而停止。生物逐渐按由简单到复杂、由低等到高等、由水生到陆生的进化顺序演变成现在的万物。生物进化的历史是久远的，没有人能在历史的隧道中畅游，所以生命起源和生物进化失去了见证人。那么，科学家是怎样研究生物进化的历程呢？这节课我们就来学习“第二节生物进化的历程”。
［讲授新课］
板书：第二节生物进化的历程
教师：首先我们一起来学习第一个问题，研究生物进化的方法。
板书：一、研究生物进化的方法
教师：研究生物进化的方法很多。今天我们主要看以下几种。首先，大家翻开书53页；阅读“资料分析一”，仔细观察课本上所提供的这两幅图，动动脑，能否从中发现一些问题呢？
（学生阅读，教师出示挂图或标本。）
教师：挂图上所示是课本上两幅图的放大图，以及其他的一些生物化石。大家注意比对，把你发现的一些问题和得出的结论告诉大家。
学生A：我曾经看过一个资料，里面介绍了一些有关化石的问题。有些化石是生物的遗体，像琥珀里的昆虫；有些是遗物，例如恐龙蛋、粪便等；还有的则是它的生活痕迹，例如已经发现的恐龙大脚印。这些化石都为研究生物的进化，提供了非常重要的证据。
教师：化石为研究生物进化提供了证据，为什么它能起到这样的作用呢？
学生B：化石之所以能为研究提供证据，因为古生物的遗体、遗物、生活痕迹都是因为某种原因而被埋藏在地层中，经过若干万年后形成了化石，而且这些化石与当时的生活年代是在一起的。
学生C：在第二幅图中，我观察到这样几个问题：
（1）地球表面在生物进化中是不断运动的，地层也随之上升、下降、扭曲等；
（2）通过对地层由下到上的比较，我发现从下到上的地层中生物遗体越来越复杂；
（3）通过同一地层中的生物化石，可以大致了解生活在同一时代的不同生物。
教师：回答得非常好。从刚才的学习中，我们可以发现通过对不同地层中的化石或同一地层中的不同化石作比较，就可以从中得出一些有关生物进化的问题。
板书：1．资料
（1）化石
——生物的遗体、遗物或生活痕迹，由于某种原因被埋藏在地层中，经若干万年的复杂变化形成的。
教师：接下来我们一起来看第二幅挂图——始祖鸟复原图。仔细观察这种始祖鸟更像哪种动物？有哪些异同点？
（学生讨论）
学生D：我感觉它比较像鸟类。它的身体表面有羽毛，还有翅膀，嘴的外形又比较像鸟的喙，所以我认为它应该归属到鸟类中。
学生F：我认为它更像爬行类动物。在它的前肢上长有指，指的末端有爪，嘴里还留有锋利的牙齿，这些特征都与爬行类动物的主要特征吻合。
教师：F同学，你提到了爬行动物的主要特征，你能简单地来向大家介绍一下爬行类的主要特征吗？
学生F：爬行动物的体表都覆盖着角质的鳞片或甲；用肺呼吸；体内受精，陆上产卵，卵表面有坚韧的卵壳；体温不恒定。
教师：我们D同学和F同学各持一种观点，而且都非常有道理，到底是哪一类呢？有些学者认为始祖鸟是由爬行类进化到鸟类的一个过渡类型。那么，鸟类到底是由哪一类的爬行动物进化而来的呢？自从始祖鸟发现以后的100多年以来，科学家们就一直争论不休。
板书：（2）始祖鸟化石
教师：下面我们来看一个课件内容。
多媒体课件内容如下：
教师：我们通过上表中一些生物与人的细胞色素C差异的比较，可以发现人和哪种动物的亲缘关系最近？
学生：黑猩猩。
教师：对了，从这些数字可以看出人与黑猩猩的亲缘关系是最近的，其次是猕猴，与马的差异性大一些，而与果蝇和向日葵就更大了。
板书：（3）细胞色素C
教师：在对上述3个资料的学习中，不知道大家有没有注意，我们始终在进行上、下、左、右的——
学生：比较。
教师：我们请三位同学分别对三个资料中所渗透的比较法作一下总结。
学生E：资料1中，科学家采用了比较不同类型动物的化石在地层中出现的顺序，从而判断出生物的进化顺序，比如鱼类、两栖类、爬行类和哺乳类的进化顺序为：鱼类→两栖类→爬行类→哺乳类。
学生G：资料2，采用了比较动物的形态、特征的方法，对始祖鸟与现代鸟类和爬行动物作比较，说明了鸟类是由始祖鸟进化而来的，始祖鸟是爬行动物向鸟类进化的中间过渡类型。
学生H：在资料3中，利用人类和生物体的一些重要物质的差异性，比如细胞色素C；来比较人与各种生物之间的亲缘关系。
教师：在生物学研究中常常用到比较的方法。什么是比较呢？
学生I：比较首先要有一定的标准，把彼此有联系的事物加以对照，确定它们的相同和不同之处。
板书：2．方法——比较。
教师：通过对各种事物特征的比较，可以把握事物之间的内在联系，认识事物的本质。事实上，生物进化问题的研究，是建立在对许多科学领域比如地质学、遗传学、胚胎学和分类学等等的研究进行综合分析的基础上的，涉及到了许多种研究方法，其中最重要的方法之一就是比较。
［课堂小结］
教师：在研究生物进化的过程中，化石是非常重要的证据。科学家们通过对不同年代化石的纵向比较，以及对现存生物种类的横向比较等方法，推断出了生物进化的大致历程。在这一过程中，科学家们大量地使用了比较的方法，得出了令人信服的结论，我们在平时的生活和学习中也要学会用比较的方法，使自己与时俱进。
［巩固练习］
1．比较是指根据_________，把彼此有某种联系的事物加以_________，确定它们的_________和_________之处。
答案：一定的标准对照相同不同
2．化石为什么可以作为生物进化研究过程中的重要证据？
答案：科学家根据各个地层中的化石，可以推断出某种生物生存的年代，以及当时的自然环境。在越古老的地层里，成为化石的生物越简单、越低等，水生生物的化石也越多；而在越晚近的地层里，成为化石的生物越复杂、越高等，陆生生物的化石也越多。这种现象说明了，生物是由简单到复杂、由低等到高等、由水生到陆生逐渐进化而来的。另外，科学家们还发现，在最古老的地层中是没有生物化石的。
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●板书设计
第二节生物进化的历程
一、研究生物进化的方法
1．资料
（1）化石——生物的遗体、遗物或生活痕迹，由于某种原因被埋藏在地层中，经过若干万年的复杂变化形成的。
（2）始祖鸟化石——鸟类、爬行类
（3）细胞色素C——人类与其他生物
2．方法——比较
根据一定的标准，把彼此有某种联系的事物加以对照，确定它们的相同和不同之处。
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●活动与探究
1．查找20年前的一些生物与环境的资料，与现在进行对比，分析原因，写出报告。
2．查阅有关恐龙灭绝原因说法的不同资料，你更赞同哪一种呢？
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●备课资料
1．世界上最古老的岩石
加拿大一个科学家小组宣布，他们在加拿大魁北克省境内发现了一块有38.25亿年历史的岩石，这是科学家迄今发现的世界上最古老的岩石。科学家称这一发现将有助于研究地球的起源。
该小组发表新闻公报说，他们研究的岩石样品取自魁北克省北部地区的火山沉积岩。对岩石的年龄测量主要采用放射性元素蜕变计算法。放射性元素在蜕变时，速度很稳定，不受外界条件影响。在一定时间内，一定量的放射性元素分裂多少、生成多少新物质都是固定的。因此，科学家可以根据岩石中现在铀和铅的含量算出岩石的年龄。
此前，科学界已知的最古老岩石位于丹麦格陵兰岛的伊苏阿地区，测量年龄为38亿年。
科学家说，对地球岩石的研究有助于推算地球年龄以及研究地球早期的演变过程。目前，科学家们估算的地球年龄约为46亿年。
2．世界上最小的化石——钙质超微化石
地质古生物学家们习惯于把肉眼可直接鉴别的化石称为大化石；而肉眼不能识别、须借助光学显微镜甚至扫描电镜观察研究的叫小化石，称作“微体化石”。按个体大小和鉴别手段，微体化石又分为两类：一类以毫米为度量单位，借助中、低倍显微镜观察；另一类则是以微米（1/1000毫米）为度量单位，只能在高倍光学显微镜或扫描电镜下观察研究。钙质超微化石就是属于后一类，它是目前科学家所研究的最小的古生物化石。它的个体一般为2～15微米，个别可达20甚至30微米。在对钙质超微化石作常规鉴别时，通常需将光学显微镜调整放大至800～1000倍；而在进行内部结构、分类谱系或新属种建立时，则需配用扫描电镜，放大几千至上万倍观察研究。
（1）曾被怀疑为动物界“臣民”
钙质超微化石的现生代表是颗石藻（又译称球石藻或钙板金藻），在分类学上属于浮游植物的金胞藻目。但是长期以来，金胞藻目中许多属种的某些类别（包括颗石藻在内），不但具有吞噬性异养特点，摄食细菌和其他单细胞生物，而且还能借助鞭毛自由运动。也就是说，具有一些典型的动物生活方式。所以在一个较长时期内，颗石藻等曾被当作动物界的“臣民”，归入原生动物门中的鞭毛虫类。直至50多年前，科学家们发现这类“动物”的细胞型和丝状型的结构特征，与典型的藻类极为相似甚至一样，其细胞内进行光合作用的色素与金藻类植物也完全相同，这才对它们的身份和分类位置进行了“甄别”。
目前，海洋浮游生物学家们将颗石藻归入金藻植物门的金胞藻目，其下建有颗石藻（或球石藻，或钙板金藻）亚目。颗石藻是一种单细胞生物，主要分布于热带亚热带远洋广海和浅海环境中，生活在水深50～100米水层；在两极海域，其主要分布于水深30米以上水层。在地中海生活的个别优势种，最大密度可达1800个/毫升。
颗石藻由细胞核及色素体等构成，在细胞膜外有黏液层，在黏液层中（或外）分布着一系列由微小方解石晶片构成的细小颗粒或圆粒，这些颗粒或圆粒就是颗石。这些形状各异的颗石，披嵌在颗石藻细胞的外层，组成类似于“外骨骼”的似球体，即颗石球。当颗石藻死亡后，其软体部分腐烂分解，而钙质的硬体部分（颗石球）完整地保存下来，或解体成为单个的颗石保存下来，它们石化后就是钙质超微化石。
（2）形状最不规则的化石
最早描述钙质超微化石的，是1836年德国生物学家艾伦伯格。他在波罗的海吕根岛约1亿年前的白垩夹层中（白垩系），发现许多呈平椭圆盘状的细小微粒，他绘制了图形，称它们为“钙质结晶盘石”，并认为这些细粒属无机成因。1858年，在北大西洋敷设海底电缆时，法国著名生物学家赫胥黎在深海软泥中，也观察到大量的艾伦伯格描述过的“晶形物”，这位科学家又给它换了个新名字，称为“颗石”，这个名字直到现在仍然在使用。但对其成因，赫胥黎错认为是无机的。直到1861年，德国人瓦利奇等发现颗石具有独特的光学特点，而这种性质不可能存在于无机物中。结合其他特征，瓦利奇等学者提出颗石是一种有机物体，从而奠定了颗石的有机成因学说。后来，一些欧洲学者，诸如德佛兰、肯普特等把颗石专门作为古生物化石来研究，并提出“超微化石”这个名称概念。
根据近半个世纪的研究，现在比较清楚地知道，目前所称的钙质超微化石实际上包括亲缘关系还不太清楚的两大类，即颗石类和非颗石类，后者也被称为广义的颗石类。它们各有特点，形状更是五花八门，简单说有圆形、椭圆形、菱形、星形、舟形、楔形、棒锤形、马蹄形等等多种形状，但它们都具有共同特点：①每个钙质超微化石的成分均为碳酸钙，呈现为极微小的方解石“晶粒”或“鳞片”；②方解石“晶粒”有片状、条状、枝状、楔状等，同形或异形的“晶粒”叠覆，或紧密，或疏松平行，或呈辐射状，或呈螺塔状，以各种排列方式组成化石；③在正交偏振光下，这些“组合晶粒”具有各自独特的消光图形和干涉颜色。
目前，世界各国专业研究人员主要根据组成钙质超微化石“晶粒”的形状和数量、排列方式、它们的上下和侧面组合形态，以及在偏振光下所呈现的消光图像和干涉色特点等，来区分不同类别和属种。
（3）个子小，用处大
虽然人们发现钙质超微化石已有160年的历史，但它在地质学上真正大显身手发挥作用，却还是近50年来的事情。二次大战后，随着海洋地质调查的扩大、海上油气田的开发，特别是1967年以来深海钻探工程的实施，地质古生物学家们逐渐认识到这种微小化石的重要性。由于钙质超微化石个体小、数量多、分布广、演化速度极快（有些属种生存持续时间短至5万年，这一“寿命”与漫长地球史相比实在只算“一瞬间”），加之研究时需用样品量极少，且分析方法十分简易，从而在科学研究和生产实践中具有独特的学术地位和应用价值，特别是在全球中生—新生代地层划分对比上具有一定的重要性。目前国际超微古生物学家们，将侏罗纪、白垩纪、第三纪和第四纪的钙质超微化石共划分出86个带（有些更细到有120个带或亚带）。依据这些化石带与磁性年代地层的对比，获得每个化石带（或亚带）底界和顶界的绝对年龄数值，以及重要化石或标准化石的初现面（时）或末现面（时）的年龄值。根据这些化石可以把地层划分标准的时限精细到20万年为单元，这就大大提高了地层的分辨率。此外，利用区域地层中钙质超微化石带（或亚带）的存在、缺失、连续、跳跃等特点，可以进行全球大剖面性的地层对比，推测判断海陆分布、海水进退等。
近20年来，在我国东部海区和西部塔里木盆地，特别是南海北部和东海油气勘探开发过程中，钙质超微化石地层学都发挥了重大作用。另外，这门学科在我国探索青藏高原喜马拉雅地质构造特征、研究东太平洋地质发展史、探讨大洋多金属结核成因，以及中国海域底质特性和划界等众多领域中，都在发挥着重要的作用。
3．进化的古生物学证据——化石
化石是古代生物的遗体、遗迹或遗物，是反映生物进化历程的不成文记录。借助于古生物学的方法和技术，在不同地质时代的沉积岩层中可以找到不同生物类型的化石。愈是古老的地层，化石生物愈是简单原始；愈是年轻的地层，化石生物愈是高级复杂。而且，许多种属进化的化石生物系列，许多类群分化的中间类型化石，也都陆续被发现。它们是生物进化的直接证据。
遗体化石是古代生物死亡以后躯体被埋藏并在一定条件下石化而形成的。形成化石的条件主要是泥沙的沉积，天长地久，泥沙变成岩石，在石化过程中，矿物质填充了生物坚硬部分留下的空隙，形成化石。有时候火山爆发，生物埋藏在火山灰下，也会形成化石。有时昆虫停留在树枝上，忽然被流下的树脂淹没，形成栩栩如生的琥珀化石。冰川时代被埋藏的生物，因为冰冻而不腐败，如1901年在西伯利亚冻土层中发现的完整猛犸没有变质的尸体，也可以叫做化石。
遗迹化石是指生物死亡后躯体的某些部分在地层中慢慢消失，而周围的物质却石化而保存生物的形象。最常见的是在隔绝空气的条件下，由于热力作用使埋藏的躯体中氮、氢、氧等成分先后消失，只留下黑色的炭痕，如植物枝叶的印痕化石和动物介壳的印模化石。此外，如恐龙留下的足迹化石、动物行动的孔迹化石，也属于遗迹化石。
遗物化石有粪化石、卵化石等。
形成化石的条件是相当困难的。柔软的原生生物和水生生物几乎不可能保存，水生动物的介壳和骨骼只有在形成海底沉积的地点才能保存。陆生动植物保存更加困难，必须埋藏在隔绝空气条件下，才不会腐败分解。而形成化石后被发现的条件必须经过“沧海桑田”的地壳变动，也是千载难逢的。尽管如此，通过化石的研究，仍能对古代生物的宏观进化获得概括的了解。
4．进化的形态解剖学证据
生物进化在形态解剖学上最有价值的证据是同源器官和痕迹器官，它们是研究进化的有力手段。
同源器官最初是法国动物学家圣提雷尔（SaintHilaire1772～1884）比较不同动物相同位置上的器官发现的。当时他把这一现象叫做器官相似原则。后来由英国的比较解剖学和古生物学家奥温（S．R．Owen1804～1892）叫做同源器官，以便跟同功器官区别。例如不同脊椎动物（人、蝙蝠、鲸、马、鸟等）的前肢，虽然它们的功能各不相同，但在发育中起源相同，在躯体上占据相似位置，并且结构相同。这些前肢的近躯体部分都是肱骨，前面是桡骨和尺骨，再前面是腕骨和掌骨，最后是指骨。这些同源器官的位置和结构相似，只能用这些生物之间的亲缘关系和起源于共同祖先来解释，只是由于进化过程中所处的环境不同，适应于不同功能，才有了形态上的不同。
同源器官跟功能相同而起源不一定相同的同功器官是有区别的。如鸟和昆虫的翅是同功器官，鸟翅是前肢变成的，昆虫翅则是由表皮分化形成的。同功器官是不同生物的不同器官适应于相似环境的结果，并不说明它们的亲缘关系和共同起源。
痕迹器官是失去功能因而在发育中退化只留残迹的器官。人的瞬膜、耳动肌、蚓突、胸毛、尾椎骨等都是痕迹器官，是人类起源于动物的证据。鲸鱼体内有后肢带的痕迹，跟脊椎已失去了联系，说明现在生活在水里的鲸类起源于陆生哺乳动物。蟒蛇体内也有后肢残留下来的髋骨，身体外侧鳞片中并能找到跟髋骨相联系的爪，说明爬行动物的无足类型是由有足类型起源的，在改变生活条件的过程中才失去四肢。
在植物中，葡萄适于攀缘的卷须、马铃薯适于贮藏的块茎、仙人掌贮藏水分的肉质茎，也是同源器官。仙人掌上的刺是叶的痕迹器官，它还有保护的功能。
5．进化的生理学证据
生物进化在生理学上的证据也是十分丰富的。例如①所有生物的原生质都含有几乎相同的元素组成，都含有比例上大体相近的碳水化合物、脂类、蛋白质和核酸。②所有生物的代谢反应都由酶来催化，而且很多酶蛋白在生物中的分布极广泛。像分解淀粉的淀粉酶，从海绵动物到人类都是同样的；分解蛋白质的胰蛋白酶，从原生动物到哺乳动物都能找到。③所有生物都以ATP作为细胞代谢中的能量流通物质，呼吸作用都通过糖酵解的最初途径。这些共同特征，只能用生物的共同起源来解释。
生物的分化和亲缘关系也可从生理学方面找到许多线索，比较血清学证据就是其中最典型的实例。如用人的血清作为抗原注射到家兔体内，产生抗体，再用这种家兔的抗人血清来检查人和其他哺乳动物的血清反应。结果表明，跟人的亲缘关系愈密切，抗原抗体反应愈接近，它们的血清跟家兔抗人血清混合后出现的沉淀反应愈多。血清学反应现在已成功地应用在植物上，把某种植物蛋白注射到家兔体内，产生抗血清，然后用不同植物的蛋白测定血清反应，也可以由此确定它们亲缘关系的远近。对这种抗血清产生的沉淀反应愈显著的植物，亲缘愈密切；否则就愈疏远。
6．进化的分类学证据
分类学是研究生物系统分类的科学。按照生物性状的综合，把所有生物归入一定的界、门、纲、目、科、属、种等不同分类范围内，构成自然分类系统，这也反映生物的亲缘关系和起源进化。因此，现代分类学也叫系统学。
在分类学中，作为进化证据最明显的实例是中间类型生物。例如：
（1）栉蚕（或叫多足虫）它是介于环节动物门和节肢动物门之间的中间环节，在现代分类系统中属于有爪门。栉蚕的身体细长，有多数体节，只有不分节而带爪的疣足，用肾管排泄，跟环节动物相似，但它们有开放的循环系统，用气管呼吸，有附肢变成的口器和触角等，又类似节肢动物。这说明环节动物跟节肢动物起源于共同的祖先。
（2）鸭嘴兽它是爬行纲和哺乳纲的中间环节，在现代分类系统中属于哺乳纲、原兽亚纲、单孔目，只生存在澳洲大陆。它们虽然全身披毛，用乳汁哺育幼仔，有原始哺乳动物的特征，但生殖方式仍是卵生，只有共同的泄殖孔，又类似爬行动物。这说明哺乳动物由爬行类进化而来。
（3）树鼩它是介于食虫目和灵长目的中间环节，在现代分类系统中归为食虫目，但有时被列入灵长目。树鼩鼻子长而尖，外形像松鼠，前肢五指，拇指和其余四指分开，上颚每侧门齿2枚、犬齿1枚、臼齿6枚，很像灵长目的齿式。说明灵长目由古代的食虫类进化而来。
7．进化的地理学依据
生物地理学是研究生物类型地理分布的一门分支科学。生物进化的时间历程总是要反映在它们的空间地理分布上，因此，研究生物类型的地理分布，可以追溯它们的进化历程，为生物进化提供又一方面的证据。其中最典型的实例是：
（1）澳洲大陆有袋类的适应辐射
根据现代地质学中的板块理论或大陆漂移学说，大约在2亿年以前，地球上各个板块还集中为统一的大陆，以后才开始解体，变成包括欧亚板块、北美板块的北方大陆群和包括南美板块、非洲板块、印度板块、澳大利亚板块、南极板块的南方大陆群。澳洲大陆是在大约1亿8千万年前从南方大陆群中分离出来的，那时原始的哺乳类已经形成，而有胎盘哺乳类还没有分化，因此独立发展成现在澳大利亚动物地理区所特有的区系。在澳洲大陆可以找到鸭嘴兽、针鼹等卵生的单孔目哺乳类，这在其他动物地理区是完全没有的。由于没有像其他动物地理区那样受到新兴的高等有胎盘哺乳类的竞争和排挤，没有真正胎盘的有袋目能发展成适应于各种生态条件的不同类型，如大袋鼠、袋跳鼠、袋鼹、袋鼯、袋熊、袋狼等。
（2）海洋岛屿上生物类型的特点
海洋岛屿是由地底上升而形成的。它们在开始出现时没有生物类型，以后的物种是由邻近大陆迁来的。一般岛屿愈小，物种的组成愈贫乏。岛上生活条件的差异和完善的隔离，使它们在进化过程中逐渐演变成当地的特有种。例如达尔文曾研究过加拉巴哥斯群岛上的生物，这里跟南美西海岸相距约1000公里，所遇到的108个物种中82种是特有种。有15种陆上龟类，每个岛上都不相同；在48种陆生软体动物中，41种是特有种。所有这些特有种都跟南美西海岸相应物种相似，保留大陆类型的痕迹，说明它们是南美洲起源的，但是岛上新的生态条件下，使它们向不同的方向发生性状分歧，形成各具特色的特有种。
8．进化的育种学证据
家畜和栽培植物的品种，是在人类干预下由它们的野生祖先演化而来的。从某种意义上说，通过人类育种所完成的家养动物和栽培植物品种的分化，也是生物进化的一种特殊形式。达尔文进化学说的诞生，就是在研究了人工选择后，并由此推想在自然条件下生物是进化的。
达尔文曾详细地研究过家鸽品种的起源。不下150种家鸽的品种，在体型大小、羽毛形状、色泽和数目、眼睑形态、鼻孔大小、飞行习性和鸣声的特点，都有不同。例如，球胸鸽的特点是嗉囊特别发达；毛领鸽的特点在于颈部四周有蓬松翻起的羽饰；扇尾鸽的特点在于尾部有多达30～48根尾羽，而不是一般的12～14根；等等。但是，不管品种间的差异多么显著，它们都喜欢群居，不会在树上筑巢，有共同的求偶习性，彼此能够杂交，杂交后能得到蓝灰色的杂种后代，它们都起源于地中海沿岸野生的蓝灰色岩鸽。
不同的家鸽品种都起源于南亚野生的原鸡，各种家猪品种都起源于欧洲的野猪和亚洲猪。在栽培植物方面，各种不同的甘蓝如结球甘蓝、抱子甘蓝、羽衣甘蓝、球茎甘蓝和花椰菜，都起源于地中海沿岸的野生甘蓝。家畜和栽培植物的起源和品种分化，证明生物类型的可变性，它们的演化是野生动植物在驯化条件下长期人工选择的结果。
家畜和栽培植物的起源和品种分化跟自然界变种、亚种和种的起源和分化又有不同之处。前者是驯化条件下人工选择的结果，后者是不同生态条件下自然选择的结果；前者的选择过程一般以个体为选择对象，后者的选择起因于自然群体中基因频率的变化；前者保留了适合于人类不同需要的个体，而淘汰了不适于人类需要的个体；后者则保留了适应于一定生态条件的种群，它们在长期隔离条件下才能由变种或亚种分化成独立的种。
9．进化的胚胎学证据
胚胎学是研究生物胚胎发育过程中组织、器官和系统分化规律的科学。德国胚胎学家赫克尔（E．Haeckel）1866年在前人研究的基础上，曾提出著名的生物发生律，也叫重演律，认为“个体胚胎发育是系统发育简短而迅速的重演”。因此，胚胎学的研究也能取得生物进化的重要证据。
不同脊椎动物的胚胎发育是说明生物进化经典的例证。所有脊椎动物的胚胎都是从受精卵开始发育的，相当于单细胞的原生动物，以后经过卵裂，形成桑椹期，然后形成原肠期，出现了内胚层和外胚层，相当于两胚层的腔肠动物，再后出现了中胚层，次第形成初生和次生体腔，相当于组织更高级的三胚层动物。而所有器官的起源和发育也都是大体上相似的，例如所有这些动物的外胚层都参加形成身体的外皮、感觉器官和神经系统；内胚层形成消化道、消化腺、鳃或肺的内膜；中胚层产生体腔的内膜、肌肉、骨骼、性器官和所有类型的结缔组织。
不同脊椎动物胚胎的性状分歧是在较晚时期才逐步出现的。它们的早期胚胎都有鳃裂，一切陆生脊椎动物都不例外，这证明它们共同起源于用鳃呼吸的鱼类祖先。都有相当长的尾，即使人类的胚胎也不例外。在两个月的人类胚胎中，可以分辨出5个尾椎，以后才停止生长转变为骶骨，这证明人类跟有尾的猿猴类有共同的起源。
利用胚胎学证据可以追溯动物的进化历程。例如脊索动物柱头虫幼虫跟棘皮动物的耳状幼虫相似：它们的口都不是发源于原口，而是在原口相反的一端由内外胚层紧贴穿孔发育而成，叫做后口，原口则都变为幼虫的肛门。这说明脊索动物是由原始的后口动物进化而来的。
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第二课时
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●教学目标
知识目标
1．复习巩固各种生物（包括动物、植物）的主要特征。
2．概述生物进化的主要历程。
3．形成生物进化的基本观点。
能力目标
根据各种生物的主要特征，要求学生排列出生物的进化顺序，进一步锻炼学生用比较的方法解决问题的能力。
情感目标
通过不同形式的教学方法，激发学生对生物的学习兴趣，培养其良好的学习态度。
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●教学重点
概述生物进化的主要历程。
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●教学难点
用比较的方法，利用各种生物的主要特征，排列出生物进化的主要历程。
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●教学方法
讨论、谈话、多媒体放映。
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●课时安排
1课时
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●教学过程
［复习旧课，导入新课］
教师：同学们，通过上节课的学习，我们了解到科学家们在研究生物进化过程时经常会用到一种方法，叫做——
学生：比较法。
教师：科学家们通过对不同年代化石的纵向比较，以及对现在生物种类的横向比较等方法，推断出了生物进化的大致历程。那么从地球上最初的生命形式到现在形形色色的生物，究竟经历了哪些进化环节呢？今天，我们就一起来探讨一下这个问题。
［讲授新课］
板书：二、生物进化的大致历程
教师：现在我这里有17个号牌，这17个号牌分别代表一种生物。一会儿发下去号牌后按4个人一小组进行讨论，最后小组内的一位成员拿过来你们组的号牌，放在我们的生物进化树上，放的时候一定要注意放得“恰到好处”。
（教师发放号牌。学生进行讨论，同时，教师在黑板上画出进化树。）
板书：生物进化树
教师：好了，既然同学们热烈的讨论结束了，我们就一起来帮我们的进化树结出“果实”吧。从第1组先来，依次往后。
（学生把自己的号牌贴在进化树上相应的位置。）
教师：我们大家的共同杰作进化树完成了，老师充当一名记者采访采访我们的小成员，把自己的号牌放在某个位置的理由。我们先来看1号牌——原生动物门。
（教师走下讲台，用课本卷起来充当话筒，开始进行采访。）
小组1：我们组经过商议后认为原生动物门应该位于动物的最下层。因为原生动物门是最原始、最低等的动物界类群，它的身体微小，结构简单，整个身体是由一个细胞构成的，属于单细胞生物。
教师追问：单细胞生物就应该放在最底层吗？
小组1：因为生物的进化过程是从单细胞生物进化到多细胞生物的。
教师：我们再来看一下3号牌——鸟纲，我想请问第3组为什么将鸟类放在了哺乳类和爬行类动物之间？
小组3：因为鸟纲的动物比起爬行类的动物来说有一个非常明显的进步，那就是具有了保温系统——羽毛。由于它通身被覆羽毛，所以体温变得恒定，不会再随着外界环境的变化而变化。
教师追问：你能不能告诉大家，恒温对生物体有什么重要意义？
小组3：恒定的体温，使动物摆脱了对环境的依赖性，它们具有较高而稳定的新陈代谢水平和调节产热、散热的能力，它们的体温都高于外界环境的温度。
教师：很好。那么现在请你来做一做小记者，去采访我们的5号牌——哺乳类小组的同学，好吗？
（第3小组同学走到第5小组同学边。）
小组3：我想请你们接着回答刚才提出的问题，为什么我们组将鸟类放在了哺乳类之下呢？说出理由。
小组5：哺乳类相对于鸟类来说有了许多优越的地方。比如说哺乳类动物的牙齿有了门齿、臼齿和犬齿的分化；体腔内出现了膈肌，把体腔分成了胸腔和腹腔两大部分。由于膈肌的节律性前后运动，使得胸腔的容积时大时小，从而迫使肺扩大或缩小，而完成呼吸过程；哺乳动物是完全用肺呼吸，不再靠气囊来辅助呼吸；在动物中哺乳类动物具有特有的生殖发育特点——胎生和哺乳，这样就能够大大提高后代的成活率，增强对陆上生活的适应能力。
小组3：接下来我们想采访第6小组，你们把自己的号牌——两栖类放在了鱼类和爬行类之间，这是为什么呢？
小组6：我们主要是从它们的生活环境方面来考虑的。鱼类只能用鳃来呼吸，用鳍游泳，只能适应水中生活的环境；而爬行类动物完全用肺呼吸，体内受精，陆上产卵，是在陆地上生活。位于二者之间的两栖类动物就不同了。它们的幼体生活在水中，用鳃呼吸；成体生活在陆地上，少数也有在水中的，一般都用肺呼吸，皮肤也有辅助呼吸的作用。所以，可以说它是水陆两栖的一种生物。
小组3：那也就是这三种动物的生活环境是从水生逐渐过渡到陆生的一个过程，是吧？
我们再来采访第9组的同学，谈谈你们当时把9号牌——苔藓植物安放在这个位置有什么理由呢？
小组9：其实，我们组认为大家在排列生物进化树时都有一个最基础的东西——主要特征，然后对主要特征进行了比较，最后排出顺序，我们组同样如此。像藻类植物的植物体有的是单细胞的，有的是多细胞的，但是没有根、茎、叶的分化，大都生活在水中，靠孢子繁殖后代；而苔藓类植物有的具有茎和叶，有的只是叶状体，但都只有假根，适于生活在阴湿的环境中，也是靠孢子繁殖后代；蕨类植物就有了明显的根、茎、叶，但不开花，没有果实和种子；蕨类以后的植物都有了根、茎、叶，不再靠孢子繁殖，而是依赖种子，只不过有的种子是有果皮包被的，有的没有罢了。
小组3：那也就是说你们组从其主要特征进行比较，按照从简单到复杂的顺序排列的。
小组9：是的。其中也体现出了从单细胞到多细胞、从水生到陆生、从低等到高等的排列顺序。
……
教师：我的采访工作结束了，同学们对自己选择的位置也都作出了合理的解释。那么哪位同学能给大家作出一个合理的概括呢？
学生A：我们都运用了比较的方法，根据它们的主要特征，按照由简单到复杂、由低等到高等、由水生到陆生的趋势进行排列的。
教师：回答得非常正确。一般来说，生物进化的总体趋势就是这样的。在漫长的进化过程中，既有新的生物种类产生，也有一些生物种类绝灭。下面我们来看一段影片。
（教师播放《侏罗纪公园》片段。）
教师：在这部影片中我们可以看到当时地球霸主——恐龙曾经兴盛一时，可现在却无影无踪。关于恐龙的灭绝，现在是众说纷纭，你能说出几种来吗？
学生B：有一种假说认为，在距今6500万年前，一个直径非常大的行星猛烈地撞击了地球，碰撞后卷起的尘埃笼罩了整个地球，使得地球黑云遮日，不见阳光，气温迅速降低，持续时间长达3～6个月。植物因为没有阳光不能进行光合作用大量死亡，植食性恐龙和其他动物相继死去，肉食恐龙也由于失去食物而相继死亡。
学生C：这里还有一种认为恐龙的灭绝是由于在6500万年前，地球上的气候由于某种原因发生了异常的变化，温度忽然升高。一些科学家认为这种变化使恐龙等散热能力较弱的变温动物不能适应环境的变化，造成雄性个体的生殖系统严重损坏，使恐龙无法繁殖后代，从而走向了最终的灭绝。
学生D：现在还有科学家认为，6500万年前，地球受到了一颗大彗星的撞击，产生了一个温度高达3000℃的大火球，这个大火球迅速地向外扩展，造成了北美洲和南美洲的森林大火，把生物都烧成了灰烬。
……
教师：大家现在注意仔细阅读57页的一些证据，看看这些证据支持了哪位同学的假说呢？
（学生阅读）
学生E：其中的1，2，3支持了B同学的行星撞击地球说，1的证据是最有力的。
学生F：4，5，6，7支持了C同学的气候骤变说，5的力度最大。
教师：科学家们在研究一些生物进化的过程中，往往根据已有的证据提出某种假说，然后进一步搜集证据证明他们的假说。当然，找到的证据，有的支持假说，有的却不支持假说。
［结束新课，巩固练习］
教师：关于生物进化的很多问题，到现在都还是个谜，化石方面的证据也不是很全面。不过随着一些新证据的不断发现，人们对生物进化过程的认识将越来越全面，越来越接近历史原貌。不过，现存的各种生物在进化过程中都已形成了各自适应环境的形态结构和生活习性，这也是通过漫长的进化适应环境的一种表现。
［巩固练习］
1．生物进化的趋势是什么？
答案：一般来说，生物进化的总体趋势，是由简单到复杂、由低等到高等、由水生到陆生。
2．列表比较生物进化树中涉及到的生物的主要特征。
生物种类 主要特征 原生动物门 身体微小，结构简单，整个身体是由一个细胞构成 环节动物门 身体由许多体节构成，具有刚毛和疣足 腔肠动物门 生活在水中；体壁由内胚层和外胚层以及中胶层构成；体内有消化腔，有口无肛门 节肢动物门 身体由许多体节构成，并且分部；体表都有外骨骼；足和触角分节 软体动物门 身体柔软，多数具有贝壳、外套膜；口腔内有颚片、齿、舌；具有各种形式的足 鸟纲 有喙无齿；被覆羽毛；前肢变成翼；骨中空，内充气体；用肺呼吸，并用气囊辅助呼吸；心脏分为四腔；体温恒定；生殖为卵生 爬行类 体表覆盖着角质的鳞片或甲；用肺呼吸；体内受精，陆上产卵；卵表面有坚韧的卵壳；体温不恒定 两栖类 变态发育，幼体生活在水中，用鳃呼吸；大多数成体生活在陆上，少数种类生活在水中，一般用肺呼吸；皮肤裸露；能分泌黏液，有辅助呼吸的作用；心脏为二心房一心室；体温不恒定 鱼类 终生生活在水中；身体表面大多覆盖着鳞片；用鳃呼吸；用鳍游泳；心脏有一心房和一心室 哺乳动物 体表被毛；牙齿有门齿、臼齿和犬齿的分化；体腔内有膈；用肺呼吸；心脏四腔；体温恒定；大脑发达；胎生，哺乳 藻类植物 植物体有单细胞的，也有多细胞的，但是没有根、茎、叶的分化；大都生活在水中，靠孢子繁殖后代 裸子植物 根、茎、叶都很发达；种子是裸露的，没有果皮包被 被子植物 具有根、茎、叶、花、果实和种子六大器官，并且种子不裸露，外面有果皮包被着 蕨类植物 植株只有根、茎、叶，不开花，没有果实和种子，靠孢子繁殖后代；多数生活于阴湿的环境中 苔藓植物 有的具有茎和叶，有的只是叶状体，但都只有假根，适于生活在阴湿的环境中，靠孢子繁殖后代 ?
●板书设计
第二节生物进化的历程
二、生物进化的大致历程——生物进化树
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●活动与探究
1．自制生物进化拼图板，要求准确表达出生物进化的历程，形式不限。
2．参观一些生物化石或恐龙展或生物进化的展览会，将自己的感受写出。
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●备课资料
1．达尔文的自然选择学说
达尔文在《物种起源》中阐述的生物进化论，可以概括地叫做自然选择学说，也就是生存斗争中的最适者生存。它的主要论点如下：
（1）变异和遗传
达尔文根据他对自然界生物和驯化动植物的考察，认为变异是极普遍的。从原则上说，他相信拉马克的用进废退和获得性遗传的理论，而不遗传的则是异常。他把变异分成两类。环境影响和用进废退使生物性状按一定方向发生的变异，叫做一定变异；但有时会看到同一物种不同个体在几乎一致的环境下所发生的不同变异，叫做不定变异。他认为不定变异往往起重要的作用。
（2）生存斗争
达尔文接受当时流行的马尔萨斯人口论的影响，注意到生物按级数繁殖的现象。任何一种生物如果以级数繁殖而不被消灭，那么若干世代以后一对生物的后代就会覆盖整个地球，因此生存斗争是不可避免的。生存斗争发生在同一物种的个体之间、不同物种之间，也发生在跟外界生活条件之间。例如食肉兽和食草兽之间的斗争中，一群狼追逐一群兔，狼跟兔、狼跟狼、兔跟兔都有竞争关系。对食肉兽来说，追得最快的是生存斗争的优胜者；对食草兽来说，逃得最快的是生存斗争的优胜者。对无机自然界之间的斗争可举出印度洋克格伦岛上的无翅昆虫为例。经常飞来飞去的有翅昆虫会被大风吹到海里淹死，而那些善于隐藏在石缝里的无翅或小翅的昆虫对生存斗争却是有利的。达尔文认为顽强的生存斗争是不断自然选择的原因。
（3）自然选择
达尔文在探索自然界生物进化和物种形成中，从人工选择得到启发。在人类文明的早期，人工选择的保留淘汰过程是在无意识的情况下进行的。自然界没有意识，但也默默无声地挑选每一个对生物本身生存有利的变异，而淘汰那些不利变异，所以自然选择也就是最适者生存。
（4）性状分歧和物种形成
达尔文在说明物种多样性的原因时，把自然选择和人工选择相比较。在人工选择中，根据人类的不同需要按不同方向选择，形成不同的品种。自然界原始物种处于不同自然条件下，自然选择按不同方向进行，就会产生不同的变种。变种的性状分歧在长期自然选择中累积增强，中间类型因淘汰而消失，变种就发展成独立的物种，例如北美卡次启尔山脉中狼有两个变种。其中一个以猎取鹿为主，身体比较轻，四肢发达而灵活；另一个常常攻击羊群，身体比较重、比较大，足短而力强。这些变种就是由于自然选择按不同方向所引起的性状分歧产生的。达尔文认为，进化过程具有性状分歧的性质，不仅一个属的全部物种都是一个原始物种的后代，而且每一个科、每一个目、每一个纲以至每一个门，也都是通过性状分歧产生的。
达尔文《物种起源》的发表，标志着进化论的确立，是生物科学的一次伟大变革。它的意义决不止于进化论本身，还在于以历史发展的观点改造了生物科学的各个分支。恩格斯把达尔文进化论誉为19世纪三大发现之一，决不是偶然的。但是，在真理发展的伟大长河中，没有也不可能有前无古人后无来者的顶峰，特别是因为生物进化总是要在遗传和变异的基础上才能实现，而达尔文和达尔文时代对这方面的了解还极为粗浅。随着本世纪细胞遗传学、群体遗传学和分子遗传学的兴起，遗传学不同学派的争论和发展，进化论的发展又历经了曲折的道路。
2．达尔文
达尔文（C．R．Darwin）是生物进化论的伟大奠基者。1809年生在英国土留兹巴利城的一个医生家庭。1818年进入小学后就产生对自然界的热爱，喜欢采集贝壳、鸟卵和植物，他对自然的知识是从实际观察中得来的。1825年他父亲送他去爱丁堡大学学医，他对背诵式的课程不感兴趣，两年后转入剑桥大学神学系，但也不喜欢神学。他热衷于阅读自然科学书籍，拉马克学说使他受到很大启发，又多次随同植物学家亨斯洛（Henslow）和地质学家塞维克（Sedgnick）旅行考察，从而得到野外调查的经验并训练了自己的忍耐力。
1831年毕业后，由亨斯洛介绍，以自然科学家身份搭上去南美考察的贝格尔号（Beagle）军舰，从1831年11月7日到1836年10月2日完成了长达五年的环球旅行。当猎犬号在沿途多次而且长时间停泊时，他便深入腹地进行地质和动植物考察，发掘古生物，采集各地动植物区系的代表。这使得达尔文得到丰富的自然界知识和材料，发现的许多事实都跟自然界永恒不变的传统观念相矛盾，从而奠定他的进化论思想。达尔文在环球旅行结束时，世界观已发生根本的改变，成为一个进化论者。回到英国后继续收集大量材料，并经常了解农牧和园艺的情况，了解家养动物的起源和人工选择。1842年迁居伦敦附近的道恩村，写了有关物种起源的初稿。又经过十多年，建立在大量材料基础上，并经过严密论证的进化论体系才大体告成。1858年11月24日，他发表了著名的论著《物种起源》，第一版1250册，一天之内就被抢购一空。他的进化理论受到许多自然科学家的支持，并译成各国文字。以后，达尔文又继续发表了大量著作，1868年出版了第二部巨著《动物和植物在驯化条件下的变异》，探讨了遗传变异的原因；1871年出版了《人类起源与性择》，论证了人类起源于动物界的高级猿类，并论证了性选择规律。1882年4月17日逝世，他把毕生精力都贡献于进化论事业。
3．生物进化和地质年代的划分
虽然早在32亿年前地层里就发现原核生物化石，但大量生物化石是在6亿年前地层里才骤然增加的。为了研究古代地质变化和生物进化，根据生命诞生和生物类群的发生发展，对照地层系统，可把整个地球约45亿年的地质历史分成六个代，代下分纪、世。距今45～34（？）亿年是冥古代，是地球诞生后的化学进化和生命起源。距今34（?）～27（?）亿年是太古代，是原核生物的起源和发展。距今27（？）～6亿年是元古代，是单细胞真核生物的起源发展和多细胞动植物的出现。距今6～2.3亿年是古生代，前期动植物分化，水产藻类植物、无脊椎动物和鱼形动物繁盛，后期生物登陆成功，蕨类植物和两栖动物繁盛。距今2.3～0.7亿年是中生代，真正陆生的爬行动物和裸子植物繁盛。距今七千万年到现在是新生代，被子植物和哺乳动物繁盛，后期是人类时代。
地质年代以前用间接方法估测，测定的地层年龄只是相对年龄，如根据河口或海底沉积的平均速度和某一沉积岩层的厚度，可估测它的相对年龄。还可以用分布广泛而又能标志某地层的标准化石来推断，如雷氏三叶虫可作距今6亿年寒武纪的标准化石，裸蕨可作距今4亿年泥盆纪的标准化石等。
1907年开始，波尔德乌特（B．B．Boltwood）首创利用放射性同位素衰变的原理来测定地球的年龄。放射性元素的衰变进行得缓慢而有规律，不受其他条件的影响，而且一定的放射性元素的半衰期又是一定的。例如铀238变成铅205的半衰期是45.1亿年，钾40变为氩40或钨40的半衰期是13.3亿年，碳14变成氮14的半衰期是5730年，根据不同岩层或化石中上述不同原生放射性元素的数量和衰变产物数量的比，可以分别推算出早期、中期或近期地层或化石的绝对年龄。
注：（？）表示年代不确定，不同资料可能有出入。
4．地质年代表
5．原核生物的进化
从微球体那样的原始细胞模型进化到简单的原核生物，无疑要经过漫长的、逐步复杂化和完善化的过程。好在原始大气是还原性大气，已经形成的生命小滴不会因氧化分解而被很快消灭，这就容许它们有时间来完善自己，并在亿万次自然选择过程中把最完善的体系保存下来，逐步构成原始的原核生物。关于原核生物的进化，现在都普遍同意异养生物起源说。
（1）原始厌氧的异养细菌
原核生物很难形成化石，迄今所发现最早的细菌化石是非洲南部德兰士瓦东部岩层里在极不平常条件下被保存下来的，被命名为单独曙细菌，距今32亿年。在早期的地球上没有游离氧，而周围环境里有有机物积累，因此最早的细菌类型是在无氧条件下获得外界有机物生存的，是异养的，它们可以从不需氧气的糖酵解中取得生命活动的能量，同时也是厌氧的。
（2）光合作用的出现
在现存细菌中还有能光能合成的自养类型，如绿色硫细菌、紫色硫细菌，它们的细胞质里有类似于叶绿素a的细菌叶绿素的分子，借助于环境里的硫化物作为电子供体，依靠阳光能量合成有机物。这类代谢可表示为：
这种光能合成细菌的出现，在有机物逐渐消耗的环境中，无疑是有利的，它们可能是蓝藻的直接祖先。蓝藻是跟细菌类似的原核生物，它的主要特点是细胞里有叶绿素a和藻青素、藻红素等光合色素，能依靠阳光的能量使水光解，放出氧气，并以氢为电子供体，合成有机物。出现了蓝藻这样的自养类型，它能从二氧化碳合成有机物，使早期地球上的有机物不致枯竭，早期地球还原性大气也因此逐步被氧所代替。
蓝藻和光合作用的出现是生物进化中一件大事。波克诺（Berkner）和马歇尔（Marshall）根据地质化学的证据，认为蓝藻的出现和兴盛大约在20亿年以前，这时原始大气中氧的浓度达到1%左右。这样，才为好氧类型的出现创造了条件。
（3）好氧原核生物的出现
好氧细菌的出现，也是生物异化功能的重大发展。因为厌氧类型通过糖酵解取得生活所需的能量是一种效率很低的能量利用方式，而好氧类型可以通过三羧酸循环和氧化磷酸化使葡萄糖彻底氧化成水和二氧化碳，从而取得最大的能量，它的效率比无氧发酵大得多。现在的真核生物，除了极少数厌氧类型并且可能是次生的适应现象外，全都是好氧的。这说明好氧类型的出现是生物进化的又一个重要阶段。
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