师：同学们，这节课我们一起来学习初中生物学苏教版八年级上册第16章第三节生物进化的学说。大家看，这是影片《侏罗纪世界》《冰河世纪》中的情景。恐龙、剑齿虎、猛犸象这些曾在地球上称霸一时的动物，为什么现在销声匿迹了呢？在生物进化的漫长历史中，有些生物种类灭绝了，新的生物种类又不断产生。那么，推动生物进化的原因是什么？今天我们就一起来探索。
这里有一则生物进化的真实事例。18世纪的英国曼彻斯特地区，山清水秀，绿树成荫。树林里生活着一种桦尺蛾，它们夜间活动，白天栖息在长满地衣的树干上。1850年，生物学家来此考察，发现大多数桦尺蛾的体色是灰白色的，只有少数是深黑色的。100年后，这里变成工业城市，工厂林立，烟雾弥漫，煤烟杀死了地衣，树皮裸露并被熏成黑褐色。这时，又有生物学家来考察，惊讶地发现，深黑色桦尺蛾变成常见类型，而浅色桦尺蛾却成了少数。短短100年间，桦尺蛾由灰白色演化成深黑色。
桦尺蛾体色变化的原因是什么？这是本节课要探索的第一部分内容。针对桦尺蛾体色变化之谜，同学们可以大胆猜测。19世纪末20世纪初，许多生物学家相信拉马克主义的进化理论。拉马克认为生物进化的原因一是用进废退，二是获得性遗传，即环境引起的或由于用进废退引起的变异是可以遗传的。比如，拉马克认为器官用得越多就越发达，像食蚁兽的舌头之所以细长，是长期舔食蚂蚁的结果；他还认为器官废而不用就会造成形态功能上的退化，比如鼹鼠长期生活在地下，眼睛就萎缩退化。那利用拉马克的观点，怎么解释长颈鹿为什么脖子长呢？拉马克认为长颈鹿的进化是因为草地退化后要吃树叶，只有长颈才能吃到树叶，于是天天使劲伸长脖子，终于形成了现在的长颈鹿。
因此，很多科学家推测桦尺蛾的黑化是在污染物的刺激下产生的。当研究一个科学问题时，我们可以在观察大量现象和事实的基础上，通过联想和想象大胆提出猜想或假设，但一定要搜集证据来验证。当越来越多的证据能验证一个假设时，这个假设就可能发展成被广泛接受的理论体系。有一位生物学家用沾了煤烟成分的树叶喂养从非工业区抓来的桦尺蛾幼虫，发现有的变成了黑蛾。这似乎验证了拉马克主义的假说，可惜这个实验结果其他生物学家重复不出来，无法获得承认。我们知道做实验要设置重复实验，排除偶然因素对实验结果的影响，只有能重复出来的实验结果才可信。
此外，还有生物学家用煤渣喂养蛾子，或用硫化氢、氨气等有毒气体处理鳞翅目昆虫的幼虫，都没有发现昆虫体内的黑色素升高。基于多个实验证据，“黑化是在污染物的刺激下产生”这一假设最终被证明是错误的。另外，有一些生物学家认为，黑蛾变异并不是被煤烟成分诱发的，而是随机产生的变异类型。在非工业化地区，这些黑蛾因为不具有生存优势，因而很快被淘汰；但是在污染地区，黑化具有生存优势，因此黑蛾数量迅速升高。工业污染后，黑蛾真的具有生存优势吗？如果有，又是什么生存优势呢？同学们不妨仔细观察与比较。
大家看这两张图片，左边污染发生前长满白色地衣的树干上，浅色桦尺蛾很好地隐藏了自己；而在被煤烟熏黑的树干上，深色桦尺蛾则显得更加低调。根据这一现象，生物学家塔特提出假设：黑化是随机产生的变异类型，由于鸟类不容易发现和捕食停在被煤烟熏黑的树干上的黑蛾，因此黑蛾的数量逐渐增加。我们来看看科学家是怎么验证这个假设的。
凯特威尔是英国的生物学家，20世纪50年代，她在工业污染严重的伯明翰地区与未发生污染的多塞特地区进行野外实验。凯特威尔将大量的深色蛾和浅色蛾做了标记，然后释放。由于雌蛾很少飞翔，他只用雄蛾做实验。一周后，他用汞气灯和未交配的雌蛾作为诱饵，捕捉雄蛾。在工业污染区，重新捕获的深黑色蛾的比例大约是重新捕获的灰白色蛾的两倍；而在非污染地区，结果恰好相反。凯特威尔认为那些失踪的蛾是被鸟类等天敌捕食了，由此推测与环境颜色相似的蛾，其生存机会更高。后来，有几个其他实验室重复改进了凯特威尔的实验，都得到了相似的结果。不过凯特威尔的实验并没有直接观察到鸟类在野外有选择地捕食深黑色蛾或灰白色蛾，而是间接地推论。剑桥大学昆虫学教授迈克·马吉鲁斯用了6年时间弥补这一不足，他从2002至2007年用望远镜观察记录鸟类在他家花园的灰白色树干上捕食桦尺蛾的情况。据统计，6年时间里，被放置在无黑化的树干上的4864只飞蛾中，深黑色飞蛾的存活率平均只有灰白色飞蛾存活率的91%。因此，迈克·马吉鲁斯得出结论，鸟类有选择地捕食是2002 - 2007年剑桥的深色蛾比例下降的一个主要因素。
通过诸多科学家们的实验与观察，塔特的假设得到了验证，与环境颜色相似的桦尺蛾确实更具有生存优势。实际上，像桦尺蛾进化出的这种与周围环境相似的体色叫做保护色。自然界中许多动物都进化出了保护色，如雷鸟的羽毛颜色会随着季节变化而变化，不同环境的青蛙，其体色也有很大差异。我们可以在线上虚拟实验室中模拟动物保护色的形成，一起来看看。
同学们，我们今天通过这样一个模拟游戏来模拟在自然环境当中动物的保护色是怎样形成的。一开始，这里有一块草地，草地上有20只青蛙，其中10只是深绿色，10只是浅绿色。接下来我们要充当捕食者来捕食青蛙，游戏开始。现在草地上已分布着20只青蛙，我们来进行捕食，鼠标点击到哪只青蛙就代表把这只青蛙给吃了。好，系统提示，我们现在只剩10只青蛙了，记录一下，通过第一轮的捕食，深绿色的青蛙剩下4只，而浅绿色的青蛙剩下了6只。点击繁殖，我们看到深绿色的青蛙增加到8只，浅绿色的青蛙增加到12只，它们的数量都多了一倍。现在我们来进行第二轮捕食活动。
好，系统提示我们现在还剩下10只青蛙，经过第二轮的捕食之后，深绿色的青蛙剩下了2只，而浅绿色的青蛙剩下8只。记录下这个数据，点击繁殖按钮，所有青蛙数目增加了一倍。接下来再来进行捕食活动，这是第三轮捕食。
系统提示我们现在只剩下10只青蛙了，深绿色青蛙有1只，浅绿色青蛙有9只。记录下这个数据，点击繁殖按钮，这是第三轮繁殖活动。好，接下来我们要进行第四轮捕食活动。经过第四轮的捕食活动，我们发现深绿色的青蛙已经完全消失至0，而浅绿色的青蛙有10只。经过繁殖活动之后，在这片草地上就只剩下了浅绿色的青蛙。
关于这个模拟实验中的一些细节，同学们需要认真思考，一种青蛙有不同的体色在生物学中被称为什么现象？浅绿色蛙的后代还是浅绿色，深绿色蛙的后代还是深绿色，这是什么现象？
青蛙以及桦尺蛾等动物有不同的体色，这来源于生物的变异。浅绿色蛙的后代还是浅绿色蛙，这是遗传现象，可见青蛙的体色变化是可遗传的变异。根据游戏中我们记录的每一代不同体色蛙的幸存者数目，比较一下两种体色蛙的幸存者数量有什么变化规律，这与环境有什么关系？
经过一轮又一轮的捕食，深绿色蛙的数量逐代减少，浅绿色蛙的数量逐代增多，与环境颜色相似，也就是具有保护色的蛙最终存活下来。通过该模拟实验，你能推测青蛙保护色的形成过程吗？