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學測生物複習講義 第三章 (99課綱) - 賢賢沒事做 - 國立岡山高級中學數位學習系統

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第三單元 演化與生物多樣性

一. 生物的演化 1. 定義:生物的遺傳性狀(基因頻率/比例)隨時間持續地發生變化,以適應 環境(生存)。演化過程緩慢且經歷許多世代,而呈現多樣化的結果。 2. 單位:族群 (非個體)。 二. 演化論的發展 1. 神創論:早期並沒有生物演化的概念/理論,認為生物之間無親緣關係, 生物的特徵是固定不變,是由神賦予的一切  神創萬物 2. 拉馬克之用進廢退說 (1). 論點 A. 最早以化石紀錄推測生物的演化。 B. 相似的生物是源自相同祖先(龍騰版)。 C. 生物因環境而改變的性狀可遺傳給子代(獲得性的遺傳)。 (2). 例子:長頸鹿的脖子由短變長,子代均為長脖子。 (3). 反證:魏斯曼進行老鼠切尾實驗,發現子代的尾巴仍未變短/消失  後天獲得的性狀變化,無法藉由體細胞來遺傳給子代 (4). 影響/貢獻 A. 首位提出生物為適應環境,會產生性狀的變化。 B. 用進廢退論是最早較完整且有系統的演化理論。 3. 達爾文之天擇說 (1). 影響背景 人物/事件 內容 影響 拉馬克 物種並非固定不變 生物是有變異的 小獵犬號 藉由化石與生物(鷽鳥)間的差 異,發現生物地理分布與物種親 緣之間的關係 生物具有共同的祖先,因環境 資源不同,以及地理隔離的關 係,導致種化的形成 萊爾的《地 質學原理》 地球的地貌是經長期自然變化 而成(地質漸變) 現存生物與古代不同,是經長 期的變化而來(生物漸變)

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馬爾薩斯的 《人口論》 人口呈等比級數增長,食物供給 呈等差級數增長,供需失衡會限 制人口的過度成長(資源不足) 族群成長始終受環境限制,適 應能力較好的生物才能存留下 來(過度繁殖、生存競爭) 家鴿育種與 植物栽培 透過研究數據加強生物演化的 可信度 可藉由人為方式造成生物性狀 改變 華萊士 華萊士在東南亞地區的研究觀 察,與達爾文天擇說的概念相同 有助於「物種源始/物種起源」 之出版 (2). 天擇說之論點 A. 演化:生物體隨著時間產生性狀改變(達 sir 未使用此詞)。 B. 共同祖先:所有生物皆來自唯一的生命起源。 C. 物種增加:生物累積變異後,再演化為新種。 D. 漸變說:演化是經連續性的變化,而非突然改變而成新種。 E. 天擇:在環境條件的壓力下,造成能適應的生物存活,並將特徵遺 傳至子代,進而決定了演化的方向。 遺傳變異→資源有限/過度繁殖→生存競爭→適者生存 Ps. 演化的動力–個體差異 ; 演化方向–天擇 ; 演化結果–適應 (3). 拉馬克與達爾文演化理論之比較 達爾文 拉馬克 提出時間 十九世紀中葉(1859, 物種源始) 十九世紀初期(1809, 動物哲學) 主要學說 「天擇說」 物競天擇,適者生存 「用進廢退說」 器官用則進步,不用則退化 學說相同處 均認同生物演化論與漸變說 1.生物的形態、構造會因環境而發生變化,以適應生存的環境。 2.適應環境的性狀表徵可遺傳子代,而發生演化。 3.演化的過程是緩慢且漫長的。 學 說 相 異 處 物種來源 物種同源(樹形) 各自起源(平行) 變異產生 方式 突變和基因重組造成變異 (無方向性的變異) 環境影響特定變異的產生 (有方向性的變異) 變異如何 遺傳 生殖遺傳變異方可遺傳給子代 環境造成的變異可遺傳給子代 對演化的 解釋 環境提供選汰壓力,推動演化 的進行 環境促進變異產生而造成演化 演化單位 族群 個體 證據 化石、生物地理學、胚胎學、 解剖學、分子生物學等證據 長頸鹿伸頸、伸腿的證據

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4. 天擇與人擇的差異 例子 成因 天擇 昆蟲的抗藥性 殺蟲劑只讓具有抗殺蟲劑基因的個體存活,後來 再擴充族群數量,導致藥劑失去功效 昆蟲非突變來因應,而是該抗藥基因早已存在 人擇 人工育種 依人類需求而選擇培育出特定表徵之生物,使其 不同於原生種之性狀表現 (有方向性的篩選) 三. 生命樹–反映出親緣關係的分類系統,指出新物種從舊物種分支出來(演化的 概念),如同樹木生長的演化過程,即為生命樹,又稱為親緣關係樹、種系發 生樹。 1. 「種」的定義 (物種是生物分類的基本單位,龍騰版) (1). 形態種:形態相似之個體則視為同種(與模式標本做對比)。 (2). 生物種:不同的個體能相互交配並產生具有生殖能力的後代,則為同 一生物種。此為梅爾(Ernst Maym)提出之論點。 A. 馬與驢雖可交配,但其產生之子代[騾]並無生殖能力,所以馬、驢 不是同一生物種。 B. 化石種(只看到化石)、無性生殖(無交配過程)與孤雌生殖(個體僅有 雌性)等,則無法使用生物種的概念來定義「種」。 (3). 定義「種」的方式並非只有一種,需綜合討論與分析(從形態、遺傳、 分子生物等方法)。 (4). 生物種概念的新詮釋(修改自南一版) A. 利用核酸或蛋白質的序列(獨特性)建立遺傳標誌,整理出物種之間 的親緣關係,以作為界定物種的標準。(分子生物學的角度)。 B. 物種所扮演的角色及生態功能[生態地位]也應是物種概念的重要考 量。(生態學的角度)。 ☞ 物種概念不該是僵硬的統一標準,要視不同情況而定,可以把不同的物 種概念合併討論,找出最適切的物種概念。 (5). 物種基因的獨特性(修改自南一版) A. 交配產生的基因交流可增強對環境的適應力,但也流失了基因的獨 特性。 B. 藉由生殖隔離以確保族群的獨特性,維持「種」的存在。 (6). 形成新種/種化的條件 A. 生殖隔離(必要)。 B. 地理/空間隔離。 C. 時間隔離。

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2. 分類系統與歷史 (1). 階層式分類法(梯型): A. 林奈(現代分類學之父)將生物分為動物界和植物界,並在界以下設 立若干階層,形成階層式分類法。後人修改成界、門、綱、目、科、 屬、種,七階(林奈只提出五階,沒有科與門)。 Ps1.提出二名法(拉丁文斜體,屬名+種小名,僅屬名第一字母大寫)。 Ps2.無演化的概念,上帝創造萬物,生物間無親緣關係。 B. 特徵相似者則分於同一階層,越低階層(科、屬)所涵蓋的生物種類 越少,但其特徵相似度越高、親緣相關越近。 (2). 分類系統 (依先後年代排序) 提出者 分類 圖示 二界系統 林奈 植物 動物 三界系統 海克爾 原生生物 植物 動物 五界系統 懷塔克 原核生物 原生生物 真菌 植物 動物 六界系統 渥西 細菌 古菌 原生生物 真菌 植物 動物 三域系統 渥西 細菌 古菌 真核生物 3. 演化的證據 (1). 化石的證據 A. 研究生物演化最直接的證據(龍騰版)。 B. 提供生物的生存年代 a. 相對年代:沉積岩中化石的不同位置,顯示物種出現之先後順序。

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(2). 解剖學的證據 A. 藉由生物之間不同構造/器管之發育來源、型態與功能上的比較,來 推論物種間之親緣關係。 同源器官 痕跡器官 同功器官 例子 人的手、蝙蝠的 翅、鯨的前肢 鯨魚後肢、kiwi 翅、闌尾、智齒 蝙蝠、鳥、蜻蜓的 翅膀 來源 共同祖先之構造 共同祖先之構造 不同祖先之構造 胚胎發育 相似 相似 不同 構造 相似 相似 不同 分類依據 可 可 不可 功能 不同 退化 相同 演化方向 趨異演化 趨異演化 趨同演化 (3). 胚胎學的證據 A. 重演說:海格(Emst H. P. Haeckel)提出。不同脊椎動物的胚胎發育 過程中,會重新展現他們共同祖先時期的狀態。 B. 依胚胎發育時的型態比較,可推論不同物種間的演化過程及親緣關 係。分類階層越大(門、綱)之特徵,會越早出現;屬、種之特徵最 後才會出現  親緣關係越近者,胚胎發育之型態會越相似。

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(4). 生物地理學的證據 A. 探討物種的地理分布、氣候變遷及大陸漂移過程,並配合化石證據 與生物化學的技術,可推論生物的共同祖先向外遷徙和散播而分布 於不同地區的演化歷程。 B. 某類生物的祖先由「物種起源中心」(簡稱「種源中心」)開始往外 擴張,再因種種因子(板塊運動、海平面高度改變等)之影響,再演 化出多類物種。 C. 地理隔離之影響,對移動/遷徙能力較差之物種,有較明顯的效應。 D. 各環境之特性不同,造成天擇條件的差異,而有不同的演化方向。 (5). 生物化學/分子生物學的證據 A. 藉由具有種別性的物質,例如 DNA、RNA(核苷酸序列)與蛋白質(胺 基酸序列)等,來判斷生物之間的親緣關係。 B. 序列可能因演化過程而產生變化;越相似者,其親緣關係越近。 4. 親緣關係的重建 (1). 因不同分析技術與証據之開發,導致原本之親緣關係得以重新建立。 (2). 爬蟲類與鳥類親緣關係之重建 分類 原因 傳統 分成爬蟲綱、鳥綱 兩類 鳥類恒溫、體表有保暖構造,爬蟲類均無 現今 鳥類是爬蟲類演化 中的一小分支,屬 爬蟲綱 a. 始祖鳥同時具有爬蟲類與鳥類的特徵 (a) 鳥類特徵:體覆羽毛 (b) 爬蟲類特徵:口中有牙、前肢有爪、具 有尾椎骨的長尾 b. 顳窩數量的差異(鱷魚、鳥類均 2 個;哺乳 類 1 個)

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5. 病毒與生命樹的關係 (1). 病毒並無歸入任何分類系統之中,其原因如下 A. 無細胞構造(核、質、膜)。 B. 無生命現象(無完整的酵素系統,但部分種類具有酶;沒有代謝反 應,亦不生成 ATP)。 C. 絕對寄生:僅於宿主細胞內時方有生命表現(複製、繁殖)。 (2). 大小:以奈米(nm)為單位,約 10-400nm,需以電子顯微鏡觀察。 A. 構造: a. 核心–核酸(DNA 或 RNA,不會同時存在)。 b. 外殼–蛋白質,具有保護及協助感染宿主的功能(專一性)。 c. 套膜–或稱膜套/被膜,並非所有種類均有;來自宿主細胞的膜(細 胞脂或是核膜),亦有協助感染宿主細胞之功能。 B. 分類 a. 依宿主類型 種類 動物病毒 植物病毒 細菌病毒 宿主 動物 植物 細菌 例子 流感病毒 菸草鑲嵌病毒 噬菌體 形狀 球狀 桿狀 蝌蚪狀 b. 依核酸類型 例子 DNA 病毒 B 型肝炎病毒、腺病毒、噬菌體、水痘病毒、牛痘病毒、天花 病毒、皰疹病毒、乳突病毒(子宮頸癌)

RNA 病毒 小兒麻痺病毒、流感病毒、HIV 病毒(AIDS)、A/C 型肝炎病毒、 冠狀病毒(SARS)、腸病毒、狂犬病毒、菸草鑲嵌病毒(TMV)

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(3). 病毒的生活史。指病毒從對宿主細胞的感染、入侵、複製,以及離開 細胞的過程 噬菌體 動物病毒 植物病毒 附著 以蛋白質外殼與宿主細胞膜上特定受體結 合  病毒對宿主細胞有專一性 藉由傷口或是昆蟲 啃咬 穿透 藉溶菌酶分解細菌的 細胞壁,僅核酸注入 細菌體內 藉由胞飲作用進入 從傷口進入  病毒為整個構造皆進入細胞內 合成/ 複製 以病毒自身的核酸為藍圖,利用宿主細胞的成分與酵素,合成病 毒的核酸與蛋白質(外殼或酵素) 組合 將合成之核酸與蛋白質外殼組合成病毒 釋出 造成宿主細胞破裂 造成宿主細胞破裂 或是 出芽方式 藉由原生質絲感染 鄰近的細胞 (4). 對人類的益處:做為載體,將外源基因/目標基因轉植至其他細胞內。

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四. 生物多樣性/歧異度 個體間遺傳基因的差異,與各種生活環境長期交互作用,而形成多樣性的 結果。分成三個層面 1. 基因多樣性,又稱遺傳多樣性 (1). 同一物種的個體間,因等位基因的差異,導致遺傳性狀呈現多樣化 (例如,虹膜的顏色、膚色、髮質等不同性狀的差異) (2). 遺傳多樣性較高的物種,對環境的變動具有較高的適應力 Ps. 野生種 比 人工育種 具有較高的多樣性/適應力 (3). 有性生殖與突變,均有增加遺傳多樣性的可能 (4). 個體數較大的族群,並不代表具有較高的遺傳多樣性(人工稻田) (5). 基因池,又稱基因庫 (南一版) A. 定義:同一族群所有不同等位基因的總和 B. 基因池愈大→等位基因種類愈多→個體間的基因型差異性高 → 族群適應不同環境的能力也相對愈高。 2. 物種多樣性 (1). 群集中,不同物種所佔比例之分配狀況 (2). 以物種之豐富度與均勻度來做為多樣性之指標 A. 豐富度:群集內,所有物種的種數;種數∝豐富度 B. 均勻度:每一物種之數量於群集中所佔之比例;平均∝均勻度 甲地 乙地 丙地 丁地 圖示 豐富度 3 種 1 種 4 種 4 種 均勻度 最低 最高 多樣性 第 3 名(?) 第 4 名 第 1 名 第 2 名(?) (3). 物種多樣性高的地區,生物間的交互作用複雜,此地區生態系的調節 能力較強,生態系較容易維持平衡/穩定。 3. 生態系多樣性,又稱棲息環境多樣性 / 棲地多樣性 (1). 環境中能供給不同生物棲息的場所(棲所),連帶影響生物物種之組成; 生態系多樣性包括了環境特性與生物組成的多樣化。 (2). 生態系多樣性越高,會反映出較高的物種多樣性(環境影響生物); 熱帶雨林環境因子複雜,提供多樣的棲息場所,導致物種多樣性較高。

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4. 生物多樣性的危機 (1). 每種生物具有獨特的生態棲位/地位,在環境中扮演無法取代之角色; 若某一物種滅絕,將經由種種關係(食物網等),影響其他生物之生存。 (2). 人類對環境的利用造成棲地破碎化導致 族群變小,遺傳多樣性 降低。 (3). 人類栽種經濟作物造成特定物種大量生產導致 基因多樣性下 降,物種多樣性下降。 5. 生物多樣性公約:(翰林版) (1). 1992 年,巴西里約簽訂 A. 經由有計劃的利用生物資源,促進經濟及社會福利的永續發展。 B. 保育並永續使用生物多樣性,公平、合理分享遺傳多樣性所產生的 利益。

參考文獻

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