3-2 生命樹 歸類系統一 分類階層 1. 18 世紀瑞典自然學家林奈依照生物的特徵, 依相似程度低到高分為界 綱 目 屬 種 林奈認為生物皆是神創造的, 故生物不會演化, 將生物分類是為了彰顯神的美好 此分類階層忽略不同物種間的整體相似性 林奈又被稱為現代分類學之父 2. 現被修改為域 界 門 綱 目 科 屬 種階層 階層越往上 : 生物種類越多 相似特徵較少 親緣關係較疏遠 階層越往下 : 生物種類越少 相似特徵較多 親緣關係較接近 3. 以現代人階層為例 : 真核域 動物界 脊索動物門 哺乳綱 靈長目 人科 人屬 智慧種二 分類系統 1. 分類系統演進系統年代提出者歸類內容歸類依據兩界說 1735 林奈植物動物運動能力三界說 1866 海克爾原生生物植物動物細胞數目四界說 1956 柯普蘭原核生物原生生物植物動物細胞核有無胞內構造及五界說 1969 懷塔克原核生物原生生物菌物植物動物營養方式六界說 1977 渥易斯古菌細菌原生生物菌物植物動物生化組成三域說 1990 渥易斯古菌域細菌域真核生物域 1
2. 生物六界的特徵 細菌界 古菌界 原生生物界 菌物界 植物界 動物界 細胞類型 原核細胞 原核細胞 真核細胞 真核細胞真核細胞真核細胞 葉綠體 無 無 有或無 無 有 無 細胞壁營養方式 有有有有有或無無 ( 肽聚糖 ) ( 非肽聚糖 ) ( 幾丁質 ) ( 纖維素 ) 自營或自營或自營或異營自營異營異營異營異營 單細胞或單細胞或生物體構造單細胞單細胞多細胞多細胞多細胞多細胞 三 生命樹 1. 達爾文之後的生物分類強調分類系統與演化論的結合, 其中包含以下概念 a. 生物存在共同祖先, 生命的演化過程就如成長中的樹木 b. 新物種如新生樹枝般不斷從舊物種分支出來, 但大部分的分支都滅絕 c. 生物在演化的過程中累積變異, 差異越大者親緣關係越遠 2. 生命樹 : 最早由 1879 年德國動物學家海克爾繪製, 具生物演化及分類的簡單概念 可簡化為較簡單的形式, 其中判斷的重點有 : a. 分支處 (xyz) 為過去的共同祖先 b. 最上面一列 (ABCD) 為現存物種 c. 現存物種間沿分支線的最短距離為其親緣關係的遠近, 如 BC 的親緣關係較 AD 近 2
生物的命名一 俗名 1. 指各國對某物種約定成俗所使用的物種命名法 2. 容易造成 : a. 同物異名 : 蟑螂又稱油蟲 b. 同名異物 : 杜鵑可指杜鵑花或杜鵑鳥 c. 俗名所產生的誤解 : 如章魚 鱷魚 娃娃魚皆非魚類二 學名 ( 二名法 ): 1. 十六世紀法國生物學家包興認為植物命名方式過於混亂, 首先提出二名法, 並由林奈發揚光大 2. 學名應包括屬名及種小名 : a. 屬名 : 名詞, 用來說明物種位於哪一屬, 代表親緣關係 b. 種小名 : 形容詞, 形容該物種的某一特徵 3. 是專有名詞, 故屬名字首大寫, 且書寫時應使用斜體字或加上私名號 如現代人學名寫為 Homo sapiens 或 Homo sapiens, 其中 Homo 為 人屬, sapiens 是 有智慧的 4. 因為每種生物只有一個學名, 故可讓全球的人正確的交流 但因所使用的文字為拉丁文, 一般民眾不易理解生物的特徵 演化證據一 化石的證據 1. 化石是研究生物演化最直接的證據 2. 化石是古代生物留下的構造或活動痕跡, 依形成方式可分為 : 空模化石生物死亡後被掩埋, 而後被分解, 於掩埋處留下被掩埋 ( 鑄模化石 ) 生物的外型空膜生物死亡後被掩埋, 其分解後空膜被岩層中的物質取代鑄型化石或填滿, 形成類似石頭的化石, 又稱為石化作用 恐龍蛋化石 三葉蟲化石古代生物死亡後, 身體構造未經石化作用而形成的化石遺骸化石 琥珀中的昆蟲化石 雪地中的長毛象化石古代生物活動時留下的腳印 爬痕 排泄物及巢穴等生痕化石 恐龍腳印化石演化上非常原始的生物種類, 至今仍可發現的現存生物活化石 腔棘魚 鸚鵡螺 銀杏 非真正的化石 3
3. 化石定年 a. 相對年代 : 化石在沈積岩中的相對位置, 通常沈積岩底層的化石較早形成, 表層的化石較晚形成 b. 絕對年代 : 利用化石內放射性同位素的相對含量 4. 化石的功能 a. 根據化石出現的年代不同, 可推出生物的起源時間 滅絕時間及存在時間 b. 根據各年代出現的化石數量及物種多寡的統計, 可推知古代生物大爆發及大滅絕的時間, 並依生物大滅絕的時間, 將地球歷史劃分出不同的地質時間 c. 由化石證據可知古環境的改變 板塊移動的證據 1912 年德國韋格納提出板塊漂移學說時, 便利用化石證據拼湊古代盤古大陸的原貌 5. 地球地質時代的劃分 a. 地質年代的界線 : 發生大滅絕或產生許多新物種 b. 地質年代的劃分 : 元 代 紀 世 c. 地質年代表 :( 時間單位 : 百萬年前 ) 4
代 紀 開始時間 生物演化 始生代 3800 最早的生命出現 3500 已知最古老的化石 前寒武紀 2700 大氣中開始中滿氧氣 原生代 2200 最古老的真核生物化石 700 動物的起源 寒武紀大爆發 : 現生所有的 門 皆於此時出現 寒武紀 543 藻類歧異 三葉蟲繁盛大部分無脊椎動物門起源 奧陶紀 510 魚類 陸生綠色植物出現海中藻類繁盛 原始維管束植物出現志留紀 439 古生代植物及節肢動物往陸地發展 泥盆紀 409 裸子植物 兩生類 無翅昆蟲出現 原始爬蟲類出現, 兩棲類優勢 石炭紀 360 維管束森林繁茂 種子植物出現 類似哺乳動物的爬蟲出現 二疊紀 290 大部分海生無脊椎動物滅絕 盤古大陸形成 二疊紀 三疊紀滅絕事件 :90%~95% 海洋生物滅絕 三疊紀 248 恐龍 卵生哺乳類出現 始祖鳥出現 恐龍優勢 中生代 侏儸紀 206 裸子植物成為優勢植物 形成北大陸及南大陸 白堊紀 144 被子植物興起六大洲形成 白堊紀 第三紀滅絕事件 古新世 65 靈長類出現 始新世 57 哺乳動物 鳥類時代的開始種子植物優勢 第三紀 漸新世 35 單子葉植物興起 中新世 23 大部分哺乳動物的興起新生代人類的人猿祖先出現上新世 5 直立人出現 台灣形成 冰河期 第四紀 更新世 1.8 許多植物及大型哺乳動物滅絕智人出現 全新世 0.01 智人時代, 人類開始紀錄歷史 5
二 解剖學的證據 1. 比較脊椎動物的解剖構造, 可由同源器官及痕跡器官推論共同祖先 2. 各種器官比較 : 同源器官痕跡器官同功器官胚胎發生來源相同的構造退化 功能不顯著的外型 功能相似, 但來源定義構造器官不同的器官演化來源趨異演化變異累積趨同演化雖然功能不同 外型差雖然功能不顯著, 但構造器官來源不同, 故無法作意義異大, 但演化來源相與位置與某類群生物相為分類依據同, 推論來自共同祖先似, 可推論來自共同祖先 1. 鯨豚的前肢 蝙蝠的翼 貓的前肢 1. 人類的盲腸 動耳肌 人的手例子尾椎骨 智齒昆蟲的翅膀和鳥類翅膀 2. 洋蔥的鱗葉 仙人 2. 鬚鯨及蟒蛇的後肢骨掌的針狀葉 豌豆的卷鬚葉 盲腸 & 闌尾動耳肌 & 智齒尾骶骨 人類的痕跡器官 三 胚胎學的證據 1. 重演說 :1866 年德國博物學家海克爾提出, 認為脊椎動物胚胎發育時, 會 重現祖先演化的過程 6
2. 脊椎動物胚胎發育階段 : a. 早期 : 外觀都很相似, 皆具有鰓裂及尾巴 b. 中期 : 爬蟲類 鳥類和哺乳類胚胎外型相似, 魚類及兩生類明顯不同 c. 晚期 : 各種脊椎動物的胚胎外型逐漸不同 四 生物地理學的證據 1. 生物地理學主要研究生物在地球上分佈的範圍及原因, 藉此推論生物的演化過程 2. 一物種最早出現的地方稱為種源中心, 而後族群向外擴散, 在不同的環鏡中各自適應, 逐漸演化出不同的物種 3. 來自共同祖先的物種, 越靠近種源中心的差異越小, 物種數量越少 五 生物化學的證據 1. 物種可藉由分析 DNA RNA 蛋白質序列的相似度判定親緣關係, 演化的過程中, 核苷酸及胺基酸的序列會發生改變 ; 兩個物種序列差異數目越多, 代表兩物種的親緣關係也越疏遠 2. 目前的研究多比對兩生物的 DNA 序列以確認親緣關係 7
東海附中高一基礎生物講義 第三章 演化與生物多樣性 親緣關係的重建 一 親緣關係重建的證據 同源器官 痕跡器官 生物化學證據 二 鳥類及爬蟲類的親緣關係重建 1. 過去分類學將爬蟲類 鳥類分為兩綱 演化學則認為爬蟲類為鳥類的祖先 2. 近代學者比對爬蟲類及鳥類型態構造 生物化學證據 爬蟲類及鳥類歸為 同一綱 3. 1861 年出土的始祖鳥化石同時具有爬蟲類及鳥類的特徵 證明爬蟲類與鳥 類的親緣關係 a. 爬蟲類特徵 有齒 前肢有爪 具脊椎骨的長尾 b. 鳥類特徵 有翅且有羽毛 4. 其他證據 a. 美國出土的暴龍化石內膠原蛋白與鳥類膠原蛋白相似 b. 阿根廷出土的氣腔龍具有氣囊狀呼吸系統 與鳥類呼吸系統相似 c. 部份恐龍具有羽毛痕跡 病毒 一 發現 1. 1886 年 荷蘭科學家梅耶發現菸草鑲嵌病毒會從患病的植株傳染給健康的 植株 此時仍無法培養出致病的病原體 2. 1892 年 俄國微生物學家伊凡諾斯基發現患病菸草植株的汁液利用過濾細 菌用的細瓷濾器過濾後 其濾液仍會使健康的植株染病 8
二 特徵 1. 大小 : 約為 20~400 奈米 2. 構造 : 中心核酸為 DNA 或 RNA, 且只具其中一種, 不會同時具備 1. 由許多蛋白質小單元 ( 殼粒 ) 組成蛋白質外殼 2. 殼粒的種類及數目不同會組成不同形狀的外殼 決定病毒的大小 1. 部份動物病毒最外側有套膜 2. DNA 病毒的被膜來自宿主核膜 RNA 病毒被膜來自宿主細胞膜套膜 套膜由雙層磷脂質組成 3. 套膜可用來辨識特定宿主並與之結合進入細胞中 與病毒感染的專一性有關 三 病毒的種類 1. 依遺傳物質區分腺病毒 呼吸道感染 支氣管炎 DNA 病毒疱疹病毒 腦膜炎 水痘 鼻咽癌大部分噬菌體腸病毒 中樞神經系統感染 腸胃炎小兒麻痺病毒 小兒麻痺 RNA 病毒黃病毒 登革熱 腦炎 黃熱病肝炎病毒 A C D 型肝炎 肝炎病毒 B 型肝炎痘病毒 天花 ( 已絕跡 ) 人類乳突病毒 子宮頸癌 HIV 愛滋病流行性感冒病毒冠狀病毒 SARS 菸草鑲嵌病毒 2. 依宿主區分植物病毒植物細胞有細胞壁, 病毒無法直接感染 ( 桿狀 ) 藉植物傷口進入, 由原生質絲傳染到鄰近的植物細胞動物病毒經由口 鼻 消化道等黏膜進入體內, 整個病毒經由胞飲 ( 球狀 ) 作用進入細胞中, 增殖後藉出芽方式或破壞細胞而釋出 感染細菌, 構造分為頭部及尾部噬菌體 1. 頭部 : 球狀多面體, 內含 DNA ( 蝌蚪狀 ) 2. 尾部 : 具螺旋對稱的纖維, 用以附著在細菌表面 9
四 病毒的特性病毒缺乏酵素系統, 無法進行代謝作用, 離開宿主細胞就絕對寄生失去存活能力 1. 一病毒只能感染一種或幾種親緣構造相似的宿主 2. 只能感染某些特定的細胞專一性 流感病毒 : 上呼吸道皮膜細胞 B 型肝炎病毒 : 肝細胞 五 病毒與生命樹的關係 1. 目前生物界普遍認為病毒為介於生物與非生物之間的物體, 其原因有 : a. 病毒無細胞構造 b. 病毒缺乏酵素系統 c. 病毒無法自行表現生命現象 但可在宿主細胞內表現生殖現象 2. 病毒的起源不前仍不清楚, 但有些學者認為病毒可能是來自宿主細胞核中逃逸的核酸片段 10