參考資料：生物學概述
1. 地球上的自然史
a. 地球上的生物是自然界在特定條件下演化(evolution)的結果。根據科學調 查，演化過程仍在持續中。
b. 人類目前所觀察到的宇宙，大約產生於 120 億年前發生的一次“大爆 炸＂(Big Bang) [R2-1]。我們所居住的太陽系大約出現於 49 億年前。截 至今天為止，我們只知道這個小小的地球在極有限的歷史裏產生了奇妙 的生命現象。大約在36~38 億年以前，地球海洋裏出現了類似藻類的原 始生物。藍藻類靠光合作用來維持生命機能。這種過程使得大氣中的氧 含量逐漸增加，也在其中形成了臭氧層。初期的臭氧層還不足以保護地 面上的生物免於紫外線的輻射傷害，所以最初的生命活動只限於海洋 裏。地球上的海洋不僅提供生命現象所需的各種元素，也提供外來傷害 的保護。一直到大約7 億年左右，各種多細胞生物逐漸演化成形，包括 許多無脊椎動物。其中有相當多的物種在演化過程中沒有被保護下來而 滅絕了。Figure 2-1 就是在大約 5 億年前所消失之三葉蟲(trilobite)的化 石。
Figure 2-1
c. 大約在 5.3 前， 有過一次“寒武紀大爆發＂[R2-2]。約在 1500 萬年的短 短時間哩，海洋裏突然出現了極其眾多的物種。最早的實例是在加拿大 境內發現的Burgess 動物群。1984 年以後，中國大陸雲南省澄江縣境內 也發現了時間略早而蘊藏更豐富的澄江動物群(見 Figire2-3)。近年來在 貴州省境內更發現了軟組織依稀可見的化石[R2-3]。
Figure 2-2
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d. 大約在 4.3 億年前發生了“志留紀大爆發＂，那時大氣中的氧含量已達 現代含量的10%，地球上空的臭氧層開始發揮對生命體的保護作用，因 此這一次物種大爆發的特點就是生命活動從海洋擴展到陸地。物種的大 爆發和滅絕，在漫長的地質史中至少有五次紀錄，但寒武紀以來的主要 趨勢是物種的減少。
e. 恐龍的大量滅絕大致是 6500 萬年前的事。鳥類動物的起源與出現大約與 恐龍大規模的滅絕同時期。古脊椎動物中，猩猩科(Pongidae)與人科 (Hominidae)的分離不過是 600 ~ 700 萬年前的事。50 萬年前生活在今日 中國大陸周口店地區的“北京猿人＂屬於直立人(Homo erectus)。75 000
~ 35 000 年前分佈在西歐和中亞ㄧ帶的尼安德塔人(H. Neanderthalesis)目 前被認為是早期的智人。今天分佈在地上的人類雖然膚色各有不同，但 卻 是 屬 於 同 樣 的 人 種 ， 其 在 生 物 學 上 面 的 專 有 學 名 是 智 人(Homo
sapiens)。
2. 生物的分類
a. 生物分類體系是由瑞典博物學家林奈(Carolus Linnaeus，1707 – 1788)建立 的。
他把一切觀察得到的生物分成界(kingdom)、門(phyla)、綱(class)、目(order)、
科(family)、屬(genera)和種(species)七個等級。一個具體物種的學名是由屬名 和種名兩個拉丁字組成。例如，動物界(Animalia)脊椎動物門(Chordata)哺乳 綱(Mammalia)食肉目(Carnivora)貓科(Felidae)豹屬(Panthera)的金錢豹，其學 名是 Panthera pardus。
b. 所有的生物可以分成兩大種類，即原核生物和真核生物。
Figure 2-3 原核生物和真核生物
原核生物(prokaryotes)多為單細胞或聚集成絲狀。它們的 DNA 沒有用膜包裹 起來的細胞核，而是聚集在稱為擬核的區域裏。它們沒有微管蛋白、肌動蛋 白和組蛋白，細胞裡面也沒有粒線體或葉綠體之類的胞器。
真核生物(eukaryotes) 有用膜包裹起來的細胞核。單細胞的酵母菌和人類同屬 於真核生物。攜帶遺傳資訊DNA 分子則被保護在細胞核裏。DNA 分子非常 規整地纏繞在組蛋白上(見 Figure 2-5)，形成多個染色體。染色體再由雙層磷 脂膜包裹在細胞核內，細胞核核膜上開有以蛋白質鑲嵌好的孔洞。從 DNA 轉錄出來的信使RNA (mRNA) ，經過加工之後，由核孔送到細胞質裏去。
100 A。
DNA 形成線絲，
纏繞在組蛋白 (Histone) 上。
Figure 2-4
真核生物又分為原生生物、真菌、植物和動物等“界＂。(見 Figure 2-6)
Figure 2-5
c. 目前在地球上棲息的生物，盡管在形態上和生活方式上有許多差別，但 是遺傳密碼的統一性和生化過程的一致性，使得人們相信，它們都是由一個 共同的祖先演化而來。根據生物形態學作出的分類，以及古生物化石的研究，
我們可以粗略地建構出各物種間的親緣關係。而分子生物學的進展，特別是 大量核酸和蛋白質數據的累積，我們更可以從分子層次來追溯親緣關係，並 建構演化樹。這也是生物資訊學的另一項重要內容。
3. 模式生物
地球上生物的種類有許多不同的估計，一般總認為是在500 萬到 3000 萬種之 間。科學家們不可能對如此多樣的物種逐一進行研究。底下列出一些經常被 選擇為研究對象的典型模式生物。通過對這些模式生物的研究，我們可以對 豐富的生命現象作深入的觀察與理解。
a. 噬菌體(bacteriophage)
這是細菌的病毒，例如Φχ174、λ、T4、T7 噬菌體等等，它們會把自己的 DNA 接到細菌的 DNA 裏進行繁殖。
Figure 2-6 (“Biology” by Solomon, Berg, Martin and Villee)
b. 病毒(virus)
如猿猴病毒SV40、人類愛滋病毒 HIV 等。病毒和噬菌體是高度發展的寄
生生物。它們裏面的物質除了為著遺傳的 DNA 或 RNA 以外，只保留了 極少數的蛋白質來幫助保護自己和宿主。它們的 DNA 與宿主的 DNA 有 較多的關係，有些可能是在演化過程中直接從宿主裏頭“偷取＂過來的，
形成共生體。
c. 大腸桿菌(Escherichia coli)
這是被研究得最為徹底的一種模式生物。它只有一個染色體，體長只有 1.6µm，是一種可以迅速繁殖的單細胞生物。這些特徵使其成為實驗室內 和基因工程的重要工具。
Figure 2-7 (“Biology” by Solomon, Berg, Martin and Villee)
d. 酵母菌(Saccharomyces cerevisiae)
或稱為 yeast。這個屬於真菌界的單細胞真核生物，有 16 個染色體，在某 些方面已經與人類的 DNA 有不少的共同之處。它的完整基因組在 1996 年已測定完成。
e. 線蟲(Caenorhabitidis elegans)
這是一種透明的生物，生活在海灘泥沙中，身體上的細胞數目固定。在發 育過程中，總細胞數可以超過 1000，但成蟲只有 959 個細胞，其中包括 302 個神經原，一些細胞因著過程中的調控而死亡，是近年來熱門的研究 課題之ㄧ。線蟲體內的6 個染色體，一共有 9700 萬個核苷酸，其排序工 作已在1998 年年底完成。
Figure 2-8 (“Biology” by Solomon, Berg, Martin and Villee)
f. 果蠅(Drosophila melanogaster)
果蠅的繁殖很快，也容易誘發基因變異，在遺傳學的研究上很有價值。果 蠅的基因組一共有1.8 億個核苷酸，在 2000 年已完成所有測序工作。
g. 擬南芥(Arabidopsis thaliana)
這是一種生活周期只有六週的十字花科小草，由於生活周期短，便於觀 察，是一種理想的模式植物。
Figure 2-9 (“Biology” by Solomon, Berg, Martin and Villee)
h. 水稻(Oryza sativa)
水稻是亞洲人民主要的食物，其基因組計畫是亞洲國家的研究重點。水稻 的基因組只有小麥的1/37，所以成為禾本科穀類植物首選的測序對象。
i. 非洲爪蟾(Xenopus lavias)
它的一粒受精卵在24 小時內就可以分裂到各種器官初具雛形的程度，在 研究上很便利。
j. 斑馬魚(Danio rerio)
它是一種通體透明的小魚，生命週期約為三個月，是研究脊椎動物發育過 程的良好對象。
k. 小鼠(Mus musculus)
小鼠大約有30 億個核苷酸對，其基因組大小與人類相近。小鼠的細胞核 內有 19 對染色體，有些生理機能與人類相似。
l. 人類(Homo sapiens)
參考資料 [R2-1] Science 279(1998) 981
[R2-2]《澄江動物群，寒武紀大爆發的見証》陳均遠等著，國立科學博物館(1996) 台中市，台灣
[R2-3]S. Xiao et al., Nature 391(1998) 553; C.W. Li et al., Science 279 (1998)879.
