自然选择：环境是怎样“选”出毛色的

进化不是某一只兔子“变白了”，是整个种群里白兔的比例慢慢升高。这个模拟让学生选环境、点繁殖，一代一代看比例条挪动，达尔文那四句要点，在几十次点击里就跑完了。

实验目的

这个模拟想让学生带走的是：

• 用“过度繁殖、遗传变异、生存斗争、适者生存”解释种群性状比例的变化；
• 说出环境对生物的选择作用；
• 理解变异是先有的、选择是后来的；
• 区分自然选择与人工选择。

如何操作

1. 初始有 12 只棕兔和 12 只白兔，环境是草地。
2. 反复点“繁殖一代”，观察下方两条比例条和世代数的变化。
3. 记录到第 5 代、第 10 代时两种毛色各占多少。
4. 点“重置”，把环境换成雪地，重复上面的过程，比较结果。
5. 想一想：如果中途环境突然从草地变成雪地（模拟气候变化），种群会怎样？

实验现象

对照一下学生的记录：

• 草地环境：棕色兔的比例逐代上升，白色兔逐渐减少甚至消失。
• 雪地环境：结果完全相反，白兔占据多数。
• 变化不是一步完成的，是一代代累积起来的；开始几代波动明显，之后趋势稳定。
• 被“淘汰”的毛色并不会立刻绝迹，只是越来越少。

实验原理

达尔文自然选择学说的四个要点：过度繁殖（生物产生的后代远多于能够存活的数量）→ 遗传和变异（后代之间存在可遗传的差异）→ 生存斗争（食物和空间有限，个体之间以及与环境之间存在竞争）→ 适者生存（更适应环境的个体留下更多后代）。

关键在顺序：变异是随机产生并先已存在的，环境只是从已有的变异中做筛选，并不能按需定向地制造有利变异。

毛色与背景接近的兔子不容易被天敌发现（保护色），存活率更高、繁殖机会更多，于是这一性状在种群中的比例逐代升高。自然选择改变的是种群中基因（性状）的比例，而不是某一个个体。

选择的方向由环境决定。同一个变异在不同环境中可能有利也可能有害，所以“适应”永远是相对于特定环境而言的。

时间尺度：模拟里几代就见效，真实的自然选择通常需要很多代。英国桦尺蛾在工业革命时期几十年内完成黑化，是因为环境变化剧烈、选择压力特别大。

人工选择与自然选择的区别在于“谁在选”：人工选择由人按需求选留个体（各种作物品种、宠物犬），方向明确、速度更快。

常见误区

• “用久了就发达、不用就退化，并且能遗传” —— 这是拉马克的“用进废退”观点，与现代生物学不符。
• “环境让生物产生了它需要的变异” —— 变异是随机的，环境只负责筛选。
• “适者生存就是强者生存” —— “适者”指适应环境的，未必是最强壮的；环境一变，原来的“强者”也可能被淘汰。

应用与延伸

• 滥用抗生素导致细菌耐药、长期使用同一种农药导致害虫抗药，都是人为造成的强选择压力，是自然选择正在眼前发生的例子。
• 保护色（枯叶蝶）、警戒色（毒箭蛙）、拟态（竹节虫）都是长期自然选择的产物。
• 育种工作（杂交水稻、各种蔬菜品种）靠的是人工选择，方向由人的需求决定。

理论上每一代应该剩多少

模拟里的规则是公开的：与环境同色的兔子每代存活率 92%，不同色的只有 32%，此外每只后代有 3% 的机会变成另一种毛色。按这条规则算出保护色个体的期望比例，可以和点出来的结果对照：

两处要指给学生看：第一，比例不会到 100%，因为每代都有 3% 的变异把另一种毛色“补”回来，这就是种群里总保留着少量不利性状的原因；第二，前三代变化最快，后面越来越慢，因为不利性状越少、可被淘汰的就越少。

一个真实案例：桦尺蛾

英国曼彻斯特周边的桦尺蛾原本以浅色为主，1848 年第一次记录到深色个体。工业革命让树干被煤烟熏黑，浅色蛾子在树干上变得显眼、更容易被鸟吃掉，到 1895 年当地深色个体的比例已经接近 98%。后来治理污染、树干变浅，深色比例又降了回去。把这段历史和模拟里“换一个环境、比例就反转”对照着讲，学生会明白选择的方向由环境决定，而不是由生物自己决定。

课堂上怎么用这个模拟

在草地环境下让学生先预测“几代之后白兔会全消失吗”，再连点十次繁殖看结果。接着换成雪地，重复一次，比例反转。把两次第 5 代的数据抄在黑板上，对照上面的期望比例表。最后讨论一个问题：如果兔子的毛色是后天晒出来的，这个结果还会出现吗？用它来区分可遗传的变异和不可遗传的变异。

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