生物總複習

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BIOLOGICAL

SCIENCES

2013/07/15

第三單元 演化與生物多樣性

 生物的演化

 生命樹

 生物多樣性

第三單元 演化與生物多樣性

 生物的演化

 生命樹

 生物多樣性

達爾文

演化理論的發展

 達爾文之前

 生物於繁衍過程中，是否會發生遺傳上 的改變

 達爾文

 在生物會發生遺傳改變的基礎上，解釋 演化的原理和機制

 現代

 整合達爾文的演化學說及孟德爾的遺傳 學，以族群為基礎來探討演化現象

達爾文演化理論的發展

 19 世紀初法國 拉馬克—用進廢退說

 英國地質學者賴爾所著地質學原理

 隨小獵犬號航海之啟發

 英國學者馬爾薩斯所著人口論

 與英國學者華萊士論文的共鳴

拉馬克的演化理論

達爾文小獵犬號航海之旅

加拉巴哥群島

加拉巴哥群島上的雀鳥

吃種子的 吃蟲的 挑蟲吃的

天 擇

族群中的個體有變異 自然環 境選擇

最適應環境的個體 才得以生存並繁衍子代

( 子代會傳承其親代之遺傳特性 )

遺傳學的發展

遺傳變異來自於基因突變和有性生殖

演化的機制

 基於麥爾的觀察，達爾文天擇說可分析為三 項推論：

 環境資源有限，個體間產生競爭，僅有部 分個體能生存且繁殖，維持族群穩定

 成功繁殖者，具有能適應環境的性狀，非 隨機選擇

 成功繁殖者具有的性狀遺傳至子代，經數 個世代的繁衍，逐漸改變基因庫內的基因 頻率，進而推動族群的演化

達爾文天擇說

 遺傳變異是演化的原動力

 族群中的變異個體愈多，則可供環境篩選的 機會愈多，生物適應環境的能力也就增強

天擇的模式

原族群 演化後族群

穩定天擇 定向天擇 分歧天擇

遺傳漂變

遺傳漂變 死亡

遭逢災變

遺傳漂變

海鳥隨機攜帶紅花的種子至 遙遠且隔離的島嶼

遺傳 漂變

物種的形成

 物種的定義：

在自然狀態下能相互交配，且可產生有正常生 殖能力子代的族群

 白種人 ( 高加索人種 ) 、黃種人 ( 蒙古人種 ) 、黑種人 ( 非洲人種 ) 及棕種人 ( 澳洲原住

民 ) 均屬智人 Homo Sapiens

 馬和驢雖可交配且產生騾，但騾沒有生殖力

，因此馬與驢為不同的物種

智人

馬、驢、騾

馬 驢 騾

物種的形成

遺傳 變異

地理 隔離

生殖 隔離

形成 新種 形成

亞種

棲地屏障 行為隔離 機械^屏障 配子^屏障

合子後^屏障

化石的證據

 化石—保存於地層中的生物遺跡

 生物體的硬殼、骨骼

 腳印、排遺

 包埋的生物遺體

 比較不同年代的化石以推論演化的過程 ( 結 果通常與其他證據符合 )

 例如：脊椎動物的演化

化石推論脊椎動物的演化

 與生物化學、型態學的推論符合

在 5 億多年前的地層中魚類化石 兩生類化石

在 4 億多年前的地層中 爬蟲類化石

在 3 億多年前的地層中 哺乳類、鳥類化石

在 1~2 億多年前的地層中

馬的演化

漸新馬 始新馬 中新馬 上新馬 現代馬

前肢四趾，後肢三趾 體型如獵犬大小

單蹄，適合草原奔跑 大型臼齒，適合草食 體型變大

始祖鳥的化石

 爬蟲類的特徵：口中有齒 翅端有爪

尾椎長

 鳥類的特徵：羽毛 翅膀

長有羽毛的爬蟲類化石

在中國發現

化石的證據

 優點：直接看到生物的演化過程

 限制：化石常殘缺不完整 難以挖出所 有已消失物種的化石

 有些重要的分歧演化位置仍存在失落的環 節，如：兩生類→爬蟲類

棘 螈 魚石螈 古兩生類

現生爬蟲類

？

比較解剖學

對各種動物的器官和系統進行解剖和比較

 同源器官

 指來源同、構造相似而形態和功能不同的 器官

 是趨異演化的結果

 如：脊椎動物的前肢

 痕跡器官

脊椎動物的前肢

人 貓 鯨 蝙蝠

具有同源器官的動物來自共同的祖先

比較解剖學

對各種動物的器官和系統進行解剖和比較

 同源器官

 痕跡器官

 生物的器官或構造有時會發生失去功能或 消失的現象

 人的盲腸、闌尾、尾椎骨、智齒、體毛和 動耳肌…

 鯨和蛇的後肢

古鯨後肢的化石

胚胎學的證據

 親緣關係相近的物種，會經過相似的胚胎發 育過程

 如：脊椎動物早期胚胎皆有鰓裂和尾

雞胚胎 人類胚胎

鰓裂 尾

重演說

個體在胚胎發育的過程中重演種族的演化過程

魚

蠑螈

龜 雞 豬 牛 兔 人

生物地理學的證據

 生物自 種源中心 向四周散布

生物的起源只在某一時間、地區出現一次

，再逐漸向外擴散，直遇障礙而停止

 天然障礙：山脈、海洋、沙漠…

 氣候障礙：溫度過高或過低

 生物障礙：食物、空間的缺乏，或天敵

某種 ( 類 ) 生物的起源地

適應性輻射

大陸島嶼與海洋島嶼的比較

大 陸 島 嶼 海 洋 島 嶼

起源 自大陸塊分出 海底火山噴出物 或珊瑚礁所形成

物種來源 來自原來相連的大陸塊 相鄰大陸遷入或外力攜入

物種特色

1. 有原生種

2. 與原大陸所產的物 種　

相近，其差異程度依 分離的時間長短而定

1. 缺乏兩生類和陸棲哺乳 類

2. 易產生輻射演化

例子 澳洲 加拉巴哥群島

生物化學的證據

 比對不同物種某一蛋白質的胺基酸或核苷酸 序列，序列愈相似，親緣關係愈近

 比較脊椎動物間血紅素的胺基酸數目、排序 的結果，和根據化石、解剖學的推論大致相 符

人類、大猩猩、紅毛猩猩的親緣關係

人類 大猩猩 紅毛猩猩

紅毛猩猩 大猩猩 人類

時間

 比較 mtDNA 的 NAD 脫氫酶基因前 75 個核苷酸序列

比較脊椎動物的血紅素胺基酸序列

與人 類血 紅素 相比

，不 同胺 基酸 的數 目

第三單元 演化與生物多樣性

 生物的演化

 生命樹

 生物多樣性

 生物多樣性（ biodiversity ）：指地球所 有生命不同層次的差異性，亦稱為生物歧 異度

遺傳多樣性 物種多樣性 生態系多樣性

每一種生物個體之間的基因型式差異 人類的膚色與身高

玫瑰花的顏色

遺傳多樣性

遺傳多樣性

物種多樣性 物種多樣性

 一地區的生物種類愈多且數量愈均勻，則 物種多樣性愈大

 評估指標

物種豐富度

物種均勻度

物種 甲 乙 丙 A 23 60 29 B 22 27 41 C 18 11 22 D 17 9 28 E 19 11 0 F 21 2 0 總數 120 120 120 甲 = 乙 >

丙

甲 > 乙

 一地區的棲地類型若多樣且有變化，則 其生態系多樣性高

 熱帶雨林＞針葉林 岩岸＞沙岸

森林＞沙漠

生態系多樣性

生態系多樣性

原核生物 真核生物

五界的分類

生理作用構造或

原核生物 真核生物

原核生物界 原生生物界 菌物界 植物界 動物界

圖示

核膜 無 有 有 有 有

粒線體 無 有 有 有 有

葉綠體 無 有些種類有 無 有 無

單細胞或多細胞 大多為

單細胞 大多為

單細胞 大多為

多細胞 多細胞 多細胞

營養方式 自營（光合 或化學）或異

營

光合自營

或異營 異營 光合

自營 異營

2-3 病毒

 外部：由蛋白質所構成的 外殼可保護其內的遺傳物質

 內部：由核酸所組成的 核

心為其遺 傳物質

人類免疫缺乏病毒（

人類免疫缺乏病毒（

） ）

被膜蛋白 被膜

RNA 核心

蛋白質外殼

病毒增生歷程

病毒的生活史

流行性感冒病毒

造成人類及動物患流行性感冒的 RNA病毒 屬於正黏液病毒科

侵襲的目標是呼吸道粘膜上皮細胞，偶有侵襲腸粘 膜的病例，則會引起胃腸型流

流行性感冒病毒在免疫力較弱的老人或小孩及一些 免疫失調的病人會引起較嚴重的症狀，如肺炎或 是心肺衰竭等。

流行性感冒病毒

病毒最早是在 1933年由英國人威爾遜·史密 斯（ Wilson Smith ）發現的，他稱為

H1N1 。

H 代表血凝素； N 代表神經氨酸酶。數字代 表不同類型。

下列有關病毒之敘述，何者不正確？

(A) 病毒必須寄生於活的細胞內才能繁殖 (B) 病毒寄生後能迅速代謝、吸收營養，並大 量繁殖

(C) 病毒與寄主之間具有專一性

(D) 病毒具有蛋白質外殼且中心一定有核酸。

ANS ： （ B ）

細菌構造模式圖

細菌構造模式圖

 壁厚，耐高溫、乾 旱以及各種化學藥 品， 以休眠狀態 渡過惡劣的環境。

內　孢　子 內　孢　子

 完全滅菌：高壓滅菌（ 121℃ ， 15 分鐘）

乾熱法（ 160 ℃ ， 2 小時）

 人體的共生菌：可和病原菌競爭，保護宿主 的健康

 產生疾病：麻瘋病、鼠疫、炭疽病、霍亂、

結核病

 工業：乳酪、優酪乳、泡菜、製造酵素

 生態系：促進物質循環

 環保：細菌可分解石油外漏或重金屬汙染的 土地

細菌與人類的關係

細菌與人類的關係

有關細菌構造與功能配對，何者正確？

(A) 質體─攜帶許多與細菌生長有關的基因 　

(B) 線毛─幫助細菌附著於宿主細胞　 (C) 莢膜─管制物質出入細菌細胞　

(D) 類核區─含有一條單股環狀的 RNA (E) 核糖體─協助蛋白質的複製與輸送

ANS ： (B)

有關細菌的敘述，何者正確？（多選）

(A) 鞭毛是某些細菌的胞外附加物 (B) 細菌可以其內孢子來繁殖子代 (C) 細菌的原生質膜會產生 ATP (D) 細菌藉減數分裂的方式繁殖 (E) 細菌不具核膜

ANS ： (A) (C) (E)

藍綠藻（藍綠菌）

藍菌、藍細菌、藍綠菌、藍藻、藍綠藻

已存在約 30 億年，是最早的光合放氧生物

螺旋藻

唸珠藻 色球藻

 真核生物，大部分為單細胞，構造簡單

 依營養方式可分為三大類群 　 1. 原生動物

　 2. 原生菌類 　 3. 藻類

 眼蟲：地位特殊

2-5 原生生物

 單細胞生物，沒有細胞壁，有運動構造 　

原生動物 原生動物

(a) 變形蟲

(d) 瘧疾原蟲 (b) 草履蟲

(c) 鞭毛蟲

 具細胞壁，不具葉綠體，異營，擔任分解者

 黏菌：具變形蟲時期，行吞噬作用

 水黴菌：具有鞭毛的游走細胞

原生菌類 原生菌類

 具葉綠體，無維管束，未分化出根、莖、葉

 藻類依其構造與色素的不同，可歸類為綠藻

、矽藻、紅藻、褐藻等

藻　類 藻　類

 矽藻的種類繁多，為單細胞或群體，在 其細胞壁外會堆積矽質的幾何圖案外殼

矽　　藻 矽　　藻

 各式各樣的矽藻

(a) 脆桿藻 (b) 橋彎藻 (c) 蛛網藻

麒麟菜、龍鬚菜 麒麟菜、龍鬚菜

 龍鬚 菜

 麒麟 菜

 有類似根、莖、葉構造的分化

昆 布

昆 布

 多數的種類為陸生

 具幾丁質細胞壁，不具葉綠體

 異營：分泌酵素將有機物分解成小分子後

，以吸收的方式進入體內

 真核細胞：具細胞核

菌物的特徵

菌物的特徵

單細胞的酵母菌

孢子──

具有菌絲的黴菌

可形成子實體的蕈類

多細胞且

可行酒精醱酵：

C₆H₁₂O₆ → 2C₂H₅OH + 2CO₂ + 能量

地　　衣 地　　衣

地衣對空氣品質非常敏感

--- 「空氣汙染指標生物」

冬蟲夏草

中華冬蟲夏草真菌寄生於 蝙蝠蛾的幼蟲體內所形成

青黴素（即盤尼西林）

抗生素，由一種真菌所產生，可以抑制細菌的生長

茭白筍

菰草莖的基部受菰黑穗菌的感染而刺 激嫩莖薄壁細胞生長及分裂，使莖部 膨大可供食用

植物演化樹 植物演化樹

蘚苔植物 ( 地錢、土馬騌 )

裸子植物 ( 蘇鐵、銀 杏 )

蕨類植物 ( 滿江紅、筆筒樹 )

被子植物 單子葉植物 雙子葉植物

維管

束 種 子、 花粉 管

花、 果實

o

o

o x x

x

蘚類 蘚類

地錢 地錢

苔類 苔類

土馬騌 土馬騌

蕨類 蕨類

筆筒樹 筆筒樹 海金沙 海金沙

真蕨 真蕨

稀有的水生蕨類，僅產 於陽明山的夢幻湖，

是臺灣的特有植物。

植株高約 7 ～ 25 cm

，外型呈草狀，葉叢 生，纖細而翠綠。葉 片具有儲存空氣的氣 室，葉基部膨大似匙

，呈白色，為孢子囊 著生之處。

臺灣水韭

松 杉 松 杉 柏 柏

 針葉樹（裸子植物）。 (a) 臺灣鐵杉及 其

毬果 ； (b) 大型神木紅檜及其毬果

(a) (a)

 花粉散布多樣化：風力、昆蟲、鳥類、蝙蝠 等動物傳媒

 種子受果實保護：受精卵在子房中，隨著果 實的成熟過程而發育，可受到保護，最後並 可藉由果實吸引動物取食來協助散布

被子植物興盛的因素

被子植物興盛的因素

單、雙子葉植物比較 單、雙子葉植物比較

特 徵 子葉 葉脈 花瓣數目 根 單子葉植物 ^{單片 平行} 3n 鬚根

雙子葉植物 ^{雙片 網狀} 4n 、 5n 軸根

被子植物

少數行寄生生活，如：水晶蘭和菟絲子 有些具有特化的捕蟲構造，以補充氮元素

食蟲植物，例如：毛氈苔、豬籠草等。

a

b

c d

a

b

c d

動物界

海綿動物

刺絲胞動物

組織

o

輻射對稱

x

原口 扁形動物

兩側對稱

環節動物 軟體動物 圓形動物 節肢動物 棘皮動物

後口 脊索動物

輻射對稱 輻射對稱

兩側對稱 兩側對稱

　　動物的受精卵在細胞分裂多次成為一個空心的 胚胎。胚胎一端凹陷形成囊胚孔（ blastopore ）。

這個凹陷持續延伸到胚胎內部，並在胚胎的另一端 再產生第二個開口。凹陷的部位即是動物的消化道

（胃、腸）。

原口與後口

刺絲胞動物門

刺絲胞動物門

 最簡單的兩側對稱動物

 消化道為僅有單一開口的簡單空腔

扁形動物門

扁形動物門

 身體明顯有分節（外表、內部）現象

環節動物門

環節動物門

 外套膜包在臟器外，可分泌殼

 具有特化肌肉所構成的足 1. 腹足類：蝸牛

2. 斧足類：蚌、牡蠣 3. 頭足類：烏賊、章魚

軟體動物門

軟體動物門

圓形動物門 圓形動物門

 美麗線蟲美麗線蟲 -- 近年來常使用的實驗動物，是生-- 物學中研究胚胎發育很好的材料

線蟲 − 研究胚胎發生學的最佳模式動物

1. 大小僅有 0.1 cm ，全身透明、細胞數量少、容易培養、

生長快速、生活史短、容易誘發突變。

2. 受精卵發育成一隻線蟲，總是在某一時期含有細胞數量最 多達 1,090 個，但成蟲卻只有 959 個細胞，成長過程須減 少 131 個細胞。這 131 個細胞如何決定？如何死亡？這就 是細胞凋亡的調控機制。

3. 1998 年，科學家已經完成線蟲的基因定序，是最早完成 基因定序的多細胞動物，成為科學界的熱門動物。

4. 2002 年諾貝爾生理醫學獎就頒給三位用線蟲當材料，研 究細胞發生與細胞凋亡的科學家。

圓形動物

寄生性的線蟲：如血絲 蟲會寄生在淋巴結中

，阻礙淋巴管中淋巴 液的流動，導致下肢 臃腫肥大，稱為象皮 病。

 種類最多的動物門

 身體和附肢有分節，且附肢有關節

 具幾丁質的外骨骼

節肢動物門 節肢動物門

昆蟲綱：蝗蟲、蝴蝶 蛛形綱：蜘蛛

唇足綱：蜈蚣 倍足綱：馬陸

甲殼綱：蝦、蟹、寄居蟹，多數活於水中

(e) (b)

(c) (d)

 全生活在海水中

 幼體為兩側對稱，成體為輻射對稱

棘皮動物門

棘皮動物門

下列各項生物特徵分屬於何類的動物：

(1) 最早具頭部專化的動物 甲、節肢動物

(2) 身體柔軟，具外套膜 乙、棘皮動物 (3) 身體分節，器官重複 丙、軟體動物 (4) 身體分節，關節具附肢 丁、環節動物

(5) 具水管系，外表具棘 戊、扁形動物

ANS ： (1) 戊 (2) 丙 (3) 丁 (4) 甲 (5) 乙

脊索動物門 脊索動物門

 海 鞘

 文昌魚

 脊索逐漸退化，由脊椎骨取代脊索

 神經管分化為腦和脊髓

 盲鰻綱、八目鰻綱

脊椎動物亞門

脊椎動物亞門

 多生活在海水中

 現存軟骨魚的骨骼都是由軟骨構成

軟骨魚綱 軟骨魚綱

 脊椎動物中種類最多的一綱

 多有魚鰾

硬骨魚綱 硬骨魚綱

 成體用肺與皮膚呼吸

兩生綱 兩生綱

1. 具有保護受精卵與胚胎的構造 2. 防止水分散失的表皮角質層構造

爬蟲綱 爬蟲綱

 飛行上的適應：具有羽毛、牙齒消失骨骼數 目減少、骨骼中空、部分內臟器官退化

鳥綱 鳥綱

 毛髮：有保暖和協助感覺的功能

 乳腺：可分泌乳汁

 種類 1. 卵生：鴨嘴獸及針鼴 2. 胎生：有袋類以及真獸類

哺乳綱 哺乳綱

找出具有下列特性的對應生物：

(1) 可引起象皮病 甲、鱉 (2) 能飛的哺乳類 乙、血 絲蟲

(3) 不能飛，但能游泳的鳥類 丙、鯊魚

(4) 具骨板的外溫動物 丁、企鵝 (5) 軟骨、無鰾、有鰭的有顎類 戊、蝙蝠

ANS ： (1) 乙　 (2) 戊　 (3) 丁　 (4) 甲　 (5) 丙

下列何組動物屬於同一類動物？

(A) 鮑魚、鱷魚、山椒魚　 (B) 海膽、海參、海扇　 (C) 蝗蟲、蝴蝶、蜘蛛

(D) 蝸牛、寄居蟹、田螺　 (E) 絛蟲、蛔蟲、血絲蟲

ANS ： (C)

The End