1地球的发展与演化.docx
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1地球的发展与演化
活动概述
名称:
古生秘境之地球的发展与演化
地球生命的历史经历了多个时期,生物有近6亿年的进化史,经历了多次大灭绝和无数次的优胜劣汰。
现存的动物,包括人类,都是适应变化的幸运儿。
时间、进化机制与机遇共同造就了就当今如此多样的物种以及那些已经成为化石的物种。
今天,我们来为地球制作一个时钟,梳理一下它的发展与演化。
主题关键词
地质年代古生代中生代新生代
活动目标
1、
了解地球生命发展的整体历程
2、了解古生代、中生代和新生代的代表性生物
基本信息
参与人群:
古生物爱好者(以初中高年级、高中生为主)
参与人数:
10—15人
活动时间:
60分钟
活动场所:
演化之道展区——演化历程主题区、生命长河
装备清单
序号
物品名称
数量(单位)
序号
物品名称
数量(单位)
1
书写工具
10—15套
2
“地球时钟”制作卡片
10—15套
3
时钟指针
10—15个
4
生物图片贴纸
30张
5
双面胶
3—4卷
6
恐龙3D纸模
10—15个
探秘寻宝计划书
关键概念
地质年代
包含两方面含义:
其一是指各地质事件发生的先后顺序,称为相对地质年代;其二是指各地质事件发生的距今年龄,由于主要是运用同位素技术,称为同位素地质年龄(绝对地质年代)。
这两方面结合,才构成对地质事件及地球、地壳演变时代的完整认识,地质年代表正是在此基础上建立起来的。
地质学家和古生物学家根据地层自然形成的先后顺序,将地层分为5代12纪。
即早期的太古代和元古代(元古代在中国含有1个震旦纪),以后的古生代、中生代和新生代。
古生代分为寒武纪、奥陶纪、志留纪、泥盆纪、石炭纪和二叠纪,共6个纪;中生代分为三叠纪、侏罗纪和白垩纪,共3个纪;新生代只有第三纪、第四纪两个纪。
在各个不同时期的地层里,大都保存有古代动、植物的标准化石。
各类动、植物化石出现的早晚是有一定顺序的,越是低等的,出现得越早,越是高等的,出现得越晚。
古生代
距今约5.7亿至2.3亿年前,包括早古生代的伊迪卡拉纪、寒武纪、奥陶纪、志留纪和晚古生代的泥盆纪、石炭纪、二叠纪。
古生代意为远古的生物时代,持续了约3亿年。
对动物界来说,这是一个重要时期。
它以一场至今不能完全解释清楚的进化拉开了寒武纪的序幕。
寒武纪动物的活动范围只限于海洋,但在古生代的廷续下,有些动物的活动转向干燥的陆地。
古生代后期,爬行动物和类似哺乳动物的动物出现,古生代以迄今所知最大的一次生物绝灭宣告完结。
早古生代是海生无脊椎动物的发展时代,如寒武纪的节肢动物三叶虫、奥陶纪的笔石和头足类、泥盆纪的珊瑚类和腕足类等。
最早的脊椎动物无颚鱼也在奥陶纪出现。
植物以水生菌藻类为主,志留纪末期出现裸蕨植物。
在晚古生代,脊椎动物开始在陆地生活。
鱼类在泥盆纪大量繁衍,并向原始两栖类演化。
石炭纪和二叠纪时,两栖类和爬行类已占主要地位。
植物也进入依靠孢子繁殖的蕨类大发展时期,石炭纪和二叠纪因有蕨类森林而成为地质历史上的重要成煤期。
中生代
距今约2.5亿年—6500万年,中生代名称是由英国地质学家J.菲利普斯于1841年首先提出来的,是表示这个时代的生物具有古生代和新生代之间的中间性质。
中生代从二叠纪-三叠纪灭绝事件开始,到白垩纪-第三纪灭绝事件为止。
自老至新中生代包括三叠纪、侏罗纪和白垩纪。
中生代也是板块、气候、生物演化改变极大的时代。
在中生代开始时,各大陆连接为一块超大陆-盘古大陆。
南部大陆分裂为南美、非洲、印度与马达加斯加、澳洲和南极洲,只有澳洲没有和南极洲完全分裂。
中生代的气候非常温暖,对动物的演化产生影响。
在中生代末期,已见现代生物的雏形。
中生代早、中期在陆地上是爬行动物的天下,但这时原始哺乳动物和原始的鸟类已经出现,繁盛的被子植物也在这时发展起来。
在侏罗纪中晚期,大量带羽毛的恐龙、早期鸟类、现代昆虫的祖先类群和被子植物的出现,表明这个时期是一个重要的变革时期。
而中生代晚期的白垩纪末大灭绝让繁盛一时的爬行动物走向了衰落,新的物种开始占据爬行动物空留下来的生态位,一个新的时代——新生代就此诞生。
新生代
距今约6500万年前至今,是地球历史上最新的一个地质时代。
新生代包括第三纪和第四纪,以哺乳动物和被子植物的高度繁盛为特征,由于生物界逐渐呈现了现代的面貌,故名新生代,即现代生物的时代。
第三纪分为老第三纪和新第三纪,老第三纪一直延续到二千五百万年前,那时的植被以森林为主,大地上漫步着一类巨大的食肉鸟类-不飞鸟,海洋中则以巨大的有孔虫为特征。
踝节目,钝脚目,恐角目,裂齿目,肉齿目和奇蹄目的早期种类雷兽,古兽,跑犀和两栖犀等,新大陆有焦兽目,异蹄目和闪兽目等。
还有很多现存哺乳动物的祖先类型也可以追溯到这时,如始祖马,始祖象等。
新第三纪包括中新世和上新世,当时海洋中大型的有孔虫已经灭绝,六射珊瑚大量发展,形成大型珊瑚礁。
陆地上则开始出现大草原,适应以禾草为食的新型食草动物开始繁盛,大地的面貌更加接近如今。
新第三纪时的动物种类是历史上最多的,各种犀牛和古象等在这时候达到全盛,森林中还有各种古猿。
第四纪有两件大事,一件是发生大规模的冰期,一件是人类和现代动物的出现。
新生代开始时,中生代占统治地位的爬行动物大部分绝灭,繁盛的裸子植物迅速衰退,为哺乳动物大发展和被子植物的极度繁盛所取代。
因此,新生代称为哺乳动物时代或被子植物时代。
哺乳动物的进一步演化,适应于各种生态环境,分化为许多门类。
到第三纪后期出现了最高等动物——原始人类。
背景知识
生物进化
生物进化是指一切生命形态发生、发展的演变过程。
“进化”一词来源于拉丁文evolution,原义为“展开”,一般用以指事物的逐渐变化、发展,由一种状态过渡到另一种状态。
1762年,瑞士学者邦尼特最先将此词应用于生物学中。
生物界的历史发展表明,生物进化是从水生到陆生、从简单到复杂、从低等到高等的过程,从中呈现出一种进步性发展的趋势。
一般说来,进化过程的进步具有如下特征:
1.在生物界的前进运动中,可以看到不同层次的形态结构的逐步复杂化和完善化;与此相应,生理功能也愈益专门化,效能亦逐步增高。
2.从总体上看,遗传信息量随着生物的进化而逐步增加。
3.内环境调控的不断完善及对环境分析能力和反应方式的发展,加强了机体对外界环境的自主性,扩大了活动范围。
生物进化的道路是曲折的,表现出种种特殊的复杂情况。
除进步性发展外,生物界中还存在特化和退化现象。
特化不同于全面的生物学的完善化,它是生物对某种环境条件的特异适应。
有些研究者对进化的进步性表示怀疑,认为进步性不是进化的基本特征,也不是进化的本质。
科学研究证明,进化不全都引起进步,进化过程中也有退化,但从有机界总的进化过程看,进步性发展是进化的主流和本质。
Ø生物界各个物种和类群的进化,是通过不同方式进行的。
物种形成(小进化)主要有两种方式:
一种是渐进式形成,即由一个种逐渐演变为另一个或多个新种;另一种是爆发式形成,即多倍化种形成,这种方式在有性生殖的动物中很少发生,但在植物的进化中却相当普遍。
Ø
Ø断续平衡论,也译为间断平衡说。
这个学说认为化石的不连续性是历史的真实反映,这正说明生物的进化是不连续的,新物种是短时间内迅速出现的,然后是长时间的进化停滞,直到另一次快速的物种形成出现。
Ø
Ø生物的进化既包含有缓慢的渐进,也包含有急剧的跃进;既是连续的,又是间断的。
整个进化过程表现为渐进与跃进、连续与间断的辩证统一。
Ø
Ø协同进化这一概念是科学家用来从一个群体的角度描述进化过程的,因为没有一个单一的物种独自完成了进化过程。
相反,随着时间的流逝,物种之间建立起了不同层次和类型的关系,对其各自的进化过程产生相互的、不断变化的影响。
自然选择和适应是每个物种迄今为止都经历过的两个进程,而这一切都依赖于这些相互关系。
Ø
Ø临界点——进化理论提出的一个重要问题就是新物种是如何诞生的。
有假说认为,如果某一群体与种群中的其他个体分离(比如这一群体生活的条件发生了变化,不同于其父辈的生活条件),并停止与其他个体互动,经过几代后,被孤立的个体将会产生遗传突变,这使它们发生与其过去所属种群完全不同的表型变化,它们发展处的性征过于独特,从而成为了一个新物种。
从进化的观点看来,这可以使我们理解为什么新谱系不断地出现,为什么生命多样性不断地增加。
Ø
自然选择
自然选择(Naturalselection)指生物在生存斗争中适者生存、不适者被淘汰的现象。
最初由C·R·达尔文提出。
达尔文虽借用了人工选择中的“选择”这个词,但这只是一种比喻,并非说有超自然的力量在进行选择。
按照达尔文的意见,自然选择不过是生物与自然环境相互作用的结果。
达尔文的自然选择学说,其主要内容有四点:
过度繁殖,生存斗争(也叫生存竞争),遗传和变异,适者生存。
过度繁殖——过度繁殖是达尔文的自然选择理论的基本条件。
达尔文认为,地球上的各种生物普遍具有很强的繁殖能力,都有依照几何比率增长的倾向。
达尔文指出,象是一种繁殖很慢的动物,但是如果每一头雌象一生(30~90岁)产仔6头,每头活到100岁,而且都能进行繁殖的话,那么到750年以后,一对象的后代就可达到1900万头。
因此,按照理论上的计算,就是繁殖不是很快的动、植物,也会在不太长的时期内产生大量的后代而占满整个地球。
如果没有过度繁殖,自然选择就不会进行。
生存斗争——生物的繁殖能力是如此强大,但事实上,每种生物的后代能够生存下来的却很少。
达尔文认为,这主要是繁殖过度引起的生存斗争的缘故。
任何一种生物在生活过程中都必须为生存而斗争。
生存斗争包括生物与无机环境之间的斗争,生物种内的斗争,如为食物、配偶和栖息地等的斗争,以及生物种间的斗争。
由于生存斗争,导致生物大量死亡,结果只有少量个体生存下来。
遗传和变异——达尔文认为一切生物都具有产生变异的特性。
引起变异的根本原因是环境条件的改变。
在生物产生的各种变异中,有的可以遗传,有的不能够遗传。
适者生存——达尔文认为,在生存斗争中,具有有利变异的个体,容易在生存斗争中获胜而生存下去。
反之,具有不利变异的个体,则容易在生存斗争中失败而死亡。
这就是说,凡是生存下来的生物都是适应环境的,而被淘汰的生物都是对环境不适应的,这就是适者生存。
达尔文认为,自然选择过程是一个长期的、缓慢的、连续的过程。
由于生存斗争不断地进行,因而自然选择也是不断地进行,通过一代代的生存环境的选择作用,物种变异被定向地向着一个方向积累,于是性状逐渐和原来的祖先不同了,这样,新的物种就形成了。
由于生物所在的环境是多种多样的,因此,生物适应环境的方式也是多种多样的,所以,经过自然选择也就形成了生物界的多样性。
拓展
生物大灭绝
Ø第一次:
4.4亿年前冰河期的生物大灭绝
Ø
大约4.46亿年至4.44亿年前(即奥陶纪末期)的200万年间,地球上发生了第一次大规模的物种灭绝事件,史称“奥陶纪灭绝事件”。
在这次灭绝事件中,全球约85%的物种灭亡,约27%的科与57%的属灭种,从灭种属的数量上看,这次物种灭绝事件在5次大灭绝事件中排名第3位。
古生物学家认为,这次生物灭绝是由全球气候变冷造成的。
当时的地球正经历安第斯-撒哈拉冰河时期,大片的冰川使洋流和大气环流变冷,全球温度下降,冰川锁住了水,导致海平面下降。
这些变化改变了生物的生存环境,沿海生物圈被严重破坏,最终导致大量物种灭绝。
Ø第二次:
3.75亿年前海洋生物遭到重创的生物大灭绝
Ø
在3.75亿年前至3.60亿年前,即泥盆纪至石炭纪过渡时期也发生了一次生物大灭绝,这次事件持续了1500万年左右。
期间有多次生物灭绝高峰期,海洋生物大量灭绝,而陆地生物受到的影响较小。
从规模上看,当时全球82%的海洋物种灭绝,浅海的珊瑚几乎全部灭绝,深海珊瑚也部分灭绝。
此次灭绝事件的规模在5次大灭绝事件中排名第4位。
关于此次灭绝事件的原因众说纷纭,有全球变冷、彗星撞击、新晋物种入侵等观点。
Ø第三次:
2.5亿年前巨型火山爆发导致的生物灭绝
Ø
在2.5亿年前的二叠纪至三叠纪过渡时期,地球上发生了迄今已知最大规模的物种灭绝事件,全球总共约57%的科、83%的属、约96%海洋生物的种与约70%陆地生物的种灭绝了。
在那个时代,火山频繁爆发,沉积下来的火山灰在掩盖了一切的同时,又为我们准确地记录下了当时的情景。
地球经历了一段全球范围的高温期,温度升高,气候干旱,森林野火不断直至燃烧殆尽,二氧化碳浓度升高,海洋生物也因缺氧而大批死亡。
究其罪魁祸首,就是当时大规模的火山活动,导致地表大量温室气体释放和快速的温室效应。
Ø第四次:
2.08亿年前原因不明的生物大灭绝
Ø
在距今2亿年前的三叠纪至侏罗纪过渡时期,地球上发生了第4次生物大灭绝事件,这次灭绝事件的影响遍及陆地与海洋,导致全球约23%的科与48%的属的生物灭绝,其规模在5次大灭绝事件中排名最末。
也正是这次灭绝事件,给恐龙提供广阔的生存空间,使得恐龙成为侏罗纪的优势陆地动物。
这次灭绝事件历时很短,不足1万年,其原因至今未有定论。
Ø第五次:
6500万年前恐龙时代的生物大灭绝
Ø
Ø距今6500万年前白垩纪末期,发生地球史上第五次生物大灭绝事件,约75%—80%的物种灭绝。
在五次大灭绝中,这次大灭绝事件最为著名,因长达14000万年之久的恐龙时代在此终结。
这次灾难来自于地外空间和火山喷发,在白垩纪末期发生的一次或多次陨星雨造成了全球生态系统的崩溃。
撞击使大量的气体和灰尘进入大气层,以至于阳光不能穿透,全球温度急剧下降,黑云遮蔽地球长达数年(零点几至几个百万年)之久,植物不能从阳光中获得能量,海洋中的藻类和成片的森林逐渐死亡,食物链的基础环节被破坏,大批的动物因饥饿而死。
Ø
核心问题
1、地球的发展演化经历了怎样的过程?
2、
3、请为所有生物找到对应的生活时期
4、
5、
6、
教师准备
站长准备不同颜色的即时贴,随机将参与者分为三组
制作“地球时钟”的材料,每人一套书写工具
安全须知
无
线上报名
在有限时间内正确回答所提出的问题,方可入选参加活动。
任务前瞻
1、科普短片:
地球生物的形成于发展
2、
(这不是活动内容,仅是参考资料,感兴趣的人可以自己观看,并不是剧透活动。
如科学老师有完整版可以替换此内容)
探秘寻宝
1.预热活动
站长拿出一个表盘,是已经做好的“地球时钟”,给大家做介绍:
这个表盘用12小时来表示地球从开始形成至今的时间跨度。
大家可以发现,第一种细菌生物体出现在大约9.5小时之前,第一种向海洋和大气层释放氧气的光合细菌大约出现在7小时之前,动物和菌类出现在过去的90分钟内,而人类则在几秒钟前才出现。
接下来请大家都来制作一个“地球时钟”,观察一下地球生命的历史。
2.制作“地球时钟”
准备好打印的卡纸,图案边缘切割好,方便获取图片,将钟表指针插入表盘中心,做好“地球时钟”的第一部分。
每人拿好地球时钟,旋转指针,与站长一同观察指针所指的时期及特点。
站长介绍:
5.35—4.88亿年前,发生了著名的寒武纪生命大爆发,也开启了古生代,之后是中生代和新生代。
我手中还有地球时钟的第二部分,就是5.35亿年以内的地球生命的演化。
但就在昨晚这一部分时钟坏了,演化顺序被打乱了,很多生物发生了时空错乱。
虾
海绵
我这里有三个盒子,分别装有这些生物的名牌和对应的贴纸,每组负责一个盒子里的生物。
请大家在展区中找到这些生物,对照展区化石和模型的形态,在盒子中找到与之对应的贴纸,将其贴在名牌上,并标注所属的时期,存在的时间。
怪诞虫
3.展区探秘
每个盒子里的动物在古生代、中生代和新生代中都有,数量均为10个。
在展区中找到名牌上的生物,对照展区化石和模型的形态,在盒子中找到与之对应的贴纸,将其贴在名牌上,并在学习单上记录该生物存在的时间和所属的时期。
将以下生物打乱放在A、B、C三个盒子里
古生代
寒武纪、奥陶纪、志留纪、泥盆纪、石炭纪、二叠纪
生物
奇虾(化石、动画视频)
蕨类植物(化石、图文)
三叶虫(化石、大视频)
鱼石螈(模型、图文、动画视频)
菊石(化石、大视频)
云南虫(化石、动画视频)
鹦鹉螺(化石)
古鳕鱼(化石)
震旦角石(化石)
长兴中国旋齿鲨(化石)
中生代
三叠纪、侏罗纪、白垩纪
周氏黔鱼龙(化石、动画视频)
胡氏贵州龙(化石、图文、动画视频)
创口海百合(化石、动画视频)
许氏禄丰龙(化石、图文、电子图文、动画视频)
双嵴龙(化石、模型)
暴龙(模型、图文、电子图文)
鹦鹉嘴龙(化石、模型、电子图文)
中华龙鸟(化石、电子图文)
小盗龙(化石模型、复原模型、电子图文)
风神翼龙(化石模型、电子图文)
新生代
第三纪、第四纪
柄杯鹿(化石、电子图文)
近无角犀(化石、电子图文)
孔子犬熊(化石、电子图文)
三趾马(化石、图文、电子图文)
铲齿象(化石、图文、电子图文)
鬣狗(化石、图文、电子图文)
库班猪(化石、电子图文)
剑齿虎(化石,电子图文)
猛犸象(化石、电子图文)
爪哇直立人(化石、电子图文)
4.“修复”时钟
每组完成10个生物的对照和记录后,回到站长集合处。
站长准备一个地质年代表图版,是“地球时钟”第一部分后90分钟的放大版,分为寒武纪、奥陶纪、志留纪、泥盆纪、石炭纪、二叠纪、三叠纪、侏罗纪、白垩纪、第三纪和第四纪,并标好每个时期的时间范围。
每组对照生物所属时间,将贴好贴纸的名牌贴在图版对应的时期内,丰富“地球时钟”。
站长总结:
生物进化的过程是复杂的,有特化和退化的产生,但不同层次的形态结构都逐步复杂化和完善化。
从古生代生物大部分生活于海洋中,到中生代称霸陆地,再到新生代统治水陆空,生物机体加强了对外界环境的自主性,活动范围扩大。
生物的进化反映了地球的发展与演化,大家可以运用这个“地球时钟”继续探索。
最后每人发一张纸卡,上面印有“地球时钟”的第二部分,按照划好的印痕,将图片取下,安装在之前做好的“地球时钟”的第一部分上。
位置对应11点—12点之间。
完整的地球时钟做好了,也作为活动留念。
5.你画我猜
站长准备几张生物的名称,是在刚才“时钟”内出现过的生物,分为古生代、中生代、新生代,每组猜的人抽签决定猜哪一组。
生物名称:
三叶虫、海百合
双嵴龙、风神翼龙
三趾马、铲齿象
每组同学一人一笔将其画出,最后一个同学来猜。
每组两个词,最快猜完的小组获胜,可获得小礼物一枚。
恐龙3D纸模
6.脑洞大开
通过展馆植物展品及搜集相关资料,探索古生代、中生代和新生代的植物发展与演化。
请将探索的发现和问题上传到平台上与大家共享和交流。
(活动之后的内容)
场馆资源
演化之道——演化历程
学习资源:
www.ucmp.berkeley.edu/cambrian/camblife.html
(加利福尼亚大学古生物博物馆)
www.geo.ucalgary.ca/~macrae/Burgess_Shale/
(卡尔加里大学布尔吉斯页岩)
www.burgess-shale.bc.ca/(布尔吉斯页岩地学基金会)
www.nmnh.si.edu/paleo/shale/index.html
(自然历史博物馆布尔吉斯页岩)
www.sdnhm.org/fieldguide/fossils/timeline.html
(圣地亚哥自然历史博物馆)
活动学习单
关键概念
地质年代
古生代
中生代
新生代
核心问题
1、地球生命发展经历了怎样的过程?
2、
3、请为所有生物找到对应的生活时期
4、
A组参与者姓名:
生物名称
生存时间
奇虾
寒武纪
蕨类植物
晚志留纪至今
三叶虫
寒武纪至二叠纪
周氏黔鱼龙
三叠纪
胡氏贵州龙
三叠纪
创口海百合
三叠纪
柄杯鹿
第三纪
近无角犀
第三纪
孔子犬熊
第三纪
长兴中国旋齿鲨
三叠纪
B组参与者姓名:
生物名称
生存时间
鱼石螈
3.67亿至3.62亿年前晚泥盆纪
菊石
志留纪晚期至白垩纪晚期
云南虫
晚石炭纪至二叠纪
许氏禄丰龙
侏罗纪早期
双嵴龙
侏罗纪
暴龙
白垩纪晚期
鹦鹉嘴龙
白垩纪早期
剑齿虎
第三纪
猛犸象
第三纪
爪哇直立人
第四纪
C组参与者姓名:
生物名称
生存时间
中华龙鸟
白垩纪早期
小盗龙
白垩纪早期
风神翼龙
白垩纪中、晚期
三趾马
第三纪
铲齿象
第三纪
鬣狗
第三纪
库班猪
第三纪
鹦鹉螺
奥陶纪
古鳕鱼
泥盆纪
震旦角石
奥陶纪
思维发散
在地球发展史上的分期与生物大灭绝有关,地球共发生过几次生物大灭绝?
对地球生物的发展演化产生了哪些影响?
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- 地球 发展 演化