达尔文与生物的进化达尔文‘物种起源’的主要论点与其贡献课件

1、地球演化生物的進化種種是生物集團中一群可以自由交配的族群，能夠產生常的後代並且繼續繁衍，換言之，異種間在生殖上是互相隔離，無法交配。種的特性1. 是一生殖集團，同種間可互相交配。2. 是生態上的一個單位，種有其棲所及需求。3. 為一遺傳單位，代代相傳。4. 種確實存在。5. 佔據一個四度空間，時間、經、緯度及高度。目前已知生物種類約有140萬種，生物學家將其分類為動物界植物界真菌界：真菌、黏菌原生生物界：原生動物、鞭毛藻、矽藻原核生物界：藍綠藻類、細菌類濾過性病毒、噬菌體生物的種類生命的起源最初生物的進化指標要有自製養分的能力，即以光合作用為主。先形成需氧性或嫌氧性細胞。要有細胞分裂的能力，可

2、以提供進化的途徑。某些細胞具有減數分裂的形式，產生了性別。單細胞聚集而成團體化、組織化及系統化，有分工合作的特化現象細胞產生了核膜，由原核細胞進化為真核細胞。達爾文物種起源與生物的進化1.物種趨向於多產子孫的能力這個觀念可以說是源於馬爾薩斯的人口論。即生物為了確保其生命的延續，只有多產子孫來抵銷環境不利的壓力。例如許多魚類，一次可產下數百萬個卵，但真正能夠孵化成魚的只有其中極少數而已。2. 生存競爭生物在有限的條件下，為了生存及繁衍後代，總是競相爭取有利的空間、棲所、食物及異性等。3.同一物種的個體與個體之間，均有變異存在最明顯的例子莫過於同一父母生下的子女，其形態、相貌均有所差別。4族群中每

3、個個體的差異，在生物進化過程中，扮演重要的角色。套句俗話說，就是適者生存、優勝劣敗之謂。5親代的遺傳變異的形質，可以傳給後代。6能夠適應生存的變異形質，受了時間及環境種種條件的限制，遂在遺傳形質及遺傳組成上異於原來的族群，如果再加上生殖隔離，新的種類於焉產生。種的形成之步驟與因素生物進化之基本步驟：1.基因的突變。2.染色體型的改變，包括染色體數目和形態之改變。3.染色體或基因的重組。4.自然選汰亦即天擇作用。5 .隔離機制之形成。假如自然環境是恆定不變的，則所有生物的突變均毫無意義，因而生物就沒有進化可言。但今天我們看到的種類及種內的變異這麼多，就是自然環境時常在改變的一種結果。各種不同的突

4、變型基因或野生型基因各有其所適，才能夠產生生物進化的現象。突變是其中最重要的一項，在遺傳學上的解釋是除了基因重組以外，一切遺傳結構的改變均謂之。突變可以分為兩大類，一為基因的突變，一為染色體的突變。基因的突變又稱為點的突變，其意義就是一對遺傳因子或對偶因子產生了改變。而染色體的突變包括染色體數目及形態之改變和染色體的重新排列。除了生物進化的五個基本步驟外，另外還有三個重要的輔助因素來完成新種的產生。1.生物的移棲和擴散。2.不同遺傳組成的族群間之雜交。3.隨機性的結合與改變。生物的移棲和擴散，能夠增加生物族群所佔有的空間及棲所環境的複雜性，以便族群能夠適應繁雜的環境，並在自然選汰的壓力下增加遺

5、傳組成之複雜及產生新種的機會。一個族群可分成中央部分及邊緣部分，居住在中央部分的族群(個體)擁有較充裕的食物，生存力量也較強並趨於穩定;而邊緣部分的族群(個體)在食物上較為匱乏，以致屢要移棲，找尋自己能夠適應的生態棲所，最後便脫離了原來的母族群，如果遺傳組成改變的大多，生殖上的隔離一旦形成，新種就產生了。如果有兩個遺傳結構不太相同的族群，受了環境影響，在其一段期間互相重疊棲息在同一環境時，也許意外地產生雜種個體出來，如果這些雜種個體能夠自行交配而繁衍下去，再與兩個母族群隔離開來，就又自成一種。總結了五個基本步驟和三個輔助因素所描繪出來形成新種，我們可以簡單地分成三段過程來加以說明。1.產生複雜

6、的遺傳構造：這可由基因突變、染色體重組、生物的棲息環境、擴散、雜交等來達成，基因池的複雜即為增加新種產生機會的先決條件。2.自然選汰：自然選汰的作用，有如一個篩網，選汰出適合當時環境的基因型出來，以便種族之繁衍。3.生殖隔離：可以造成許多小的族群，佔據各個不同的空間或生態地位，使得遺傳組成之差異日漸累積，分道而馳，於是生物就產生分歧，新種就產生了。種的形成新種的形成可以分成兩方面，一是種的轉換，另一是種的分歧。1.種的轉換是指一個物種隨著時間的運行，逐漸改變成另一個新的、不同的遺傳構造。種的轉換可分為自發性和異發性兩大類。自發性轉換係由於基因或染色體的突變、重組再加上自然選汰的作用，使原來的族

7、群之遺傳結構產生改變，於是後代之遺傳結構和最原始的親代之遺傳結構差異加大到相當的程度，而成為不同遺傳組成的新種。異發性種的轉換則是由於其他族群中的少數個體移入本族群，使得本來的族群之遺傳組成受到汙染而產生改變。不管是自發性的或異發性的種的轉換，均非一朝一夕可完成，新種的產生是幾十萬代、幾百萬代累積的結果。2.種的分岐:種的分歧可使一個物種分化成兩個或兩個以上的物種，其原因可以分為兩大類，一為速成進化，一為漸次進化。速成進化是指基因或染色的突變、染色體數目的改變(如三倍體、四倍體之形成)或因雜交的方式，很快就與母種分化成為新種。而漸次進化則指生物先有地理上的隔離或生態上的隔離，漸漸使各小族群之遺

8、傳組成產生改變而分化為兩個或兩個以上的種。生物的隔離機制隔離可以分成兩種類型。第一是地理上的隔離，這通常是指某一物種的基因池受到環境或自發性(如移棲)的因素，使此基因池一分為二隔離開來。第二是生殖隔離，每一物種均保有其獨特的基因池，為了避免混雜，即使有兩個或兩個以上的物種同域共存，其間必然產生各種機制來防止被其他物種的基因池侵染。這也就是現今所謂的隔離機制真正涵蓋的意義。隔離機制的步驟與其分類一、防止種與種之間交配的機制(受精前的隔離作用)1.無法遇到異性個體(地理隔離、習性隔離) 2.雖然能夠遇到異性體，但不能交配(行為隔離、機械隔離)3.雖然能夠交配，但精蟲無法生存(生理隔離)二、減低種與

9、種之間交配後的成功率(受精後的隔離作用遺傳隔離)1.精蟲雖然能生存，但無法與卵行受精作用配子死亡2.雖然能夠受精，但卵不能分裂發育成胚胎接合子死亡3.雖然可以產生下一代，但部分沒有生殖能力雜種不育4. 雜種可能有活力，但部分沒有生殖能力，如能再產生雜種第二代時，雜種第二代無生殖能力雜種去勢生物進化諸學說及其變遷(一)單因說單元性進化學說(A)外因說由於環境因子之影響而使生物改變 (a)逢機性之影響:如放射線之影響而使生物改變遺傳形質 (b)適應性之改變:如拉馬克之第三說用進廢退說 (C)平衡中斷說:謂生物一下子滅亡，如恐龍之滅亡(B)內因說由於生物體內之需求而改變 (a)終極目的之解釋:如定向

10、進化說 (b)內在需求說:生物體內不斷之需求而產生新器官或新組織 (c)突變說：遺傳突變乃產生新種之因 (d)新生源說：生物體乃由簡單趨向於複雜之定向進化說(C)逢機性因子說生物進化並無一定之方向，只是逢機性地改變 (a)自然變異說:遺傳物質產生自然變異而改變生物體之形像 (b)染色體重組說:細胞分裂時，染色體形成交叉而重組，致使子代之基因組成與親代不同(D)自然淘汰說如達爾文的優勝劣敗適者生存說(E)中性變異說或稱為非達爾文學說，有一些變異是存在於基因池裡面，平常並不表現於外表型，如果表現出來時，並非自然淘汰之結果，而是逢機性的(二)多因說多元性進化學說，綜合進化理論拉馬克學說：Ab+Ba+

11、Bb新拉馬克學說：Ab+Bb+Bc+D新達爾文學說：Ab+C+D早期的多元(綜合)進化學說或晚期的達爾文學說：C+D現代的多元進化 學說:：Aa+Bc+Bd+C+D+E第二節 非生物環境之組成與變遷環境即是能影響生物體或群落之生存或發展之所有外在因子(或條件)的總和。地球主要是由四種主要環境組成，為大氣圈、岩石圈、水圈和生物圈。大氣圈即是包圍地球的空氣層;岩石圈是由固態無機的岩石組成，即是地殼;地表上的海洋、湖泊、河川及冰川都是由水組成的，故名水圈;生物圈則是指上述三圈中所有的生物而言，包括人、動物、植物及各種微生物。基本而言，上述四圈是相互關連的。例如水圈固然是很大的水體，但是其中有許多的魚

12、類及其他水中生物。即使在岩石圈中，土壤雖是由許多礦物質組成，但是它仍然包含許多生物、水及空氣在內。大氣之組成及其近年變遷地球的大氣圈和太陽系中其他行星的大氣圈不同，其中最大的差異，即在組成的氣體不同。太陽系各行星的大氣成分水星無金星二氧化碳地球氮、氧、氬及其他火星極稀薄(以二氧化碳為主)木星氦、氫、氨、甲烷土星氨、氫、氨、甲烷天王星甲烷、氫海王星甲烷、氫冥王星未知 地球的大氣是許多氣體的混合物，其密度在海平面為最大，然後其密度隨高度的升高而急遽遞減。大約97%大氣是集中在25公里至地面之間的低層大氣中。在地面到80公里高之大氣層中，大氣的化學成分相當一致，這一層稱為大氣均質層。在均質層之上，大

13、氣的成分就變得不一致了，這一層名為大氣非均質層。在均質層中，乾空氣主要是由氮和氧兩種氣體組成，氮占大氣總體積的78.084%，氧占20.948%。大氣中剩下的主要氣體有氫，氫占大氣總體積的0.934%。此外地球大氣中還有氖、氦、氪、氫等，其量均很微小。大氣中還有水汽及二氧化碳等，因為水汽及二氧化碳等氣體因時因地而有很大的組成變化，所以稱它們為變動氣體。地球大氣的重要成分氣體 乾空氣體積 (ppm) 氣體 乾空氣體積 (ppm) 永久氣體氮78.084 氧20.948氬0.934 氖0.00182(18.2)氦0.00052(5.2) 氪0.00011(1.1)氫0.00005(0.5)重要變動

14、氣體水汽04 二氧化碳0.0353(353)一氧化碳100 臭氧2甲烷1.1 二氧化硫1氮氧化物 CF2Cl + ClCl + 03 - ClO + O2 O + ClO - Cl + O2從上面化學式可知，臭氧已遭到破壞，但是氯卻仍然存在，而且它還會繼續參與反應。因此氟氯碳化物對大氣臭氧層的破壞極大，這也是為什麼要限制氟氯碳化物的主要原因。在南極地區，冬天是長夜，所以夜間溫度很低。在南極上空20公里高度附近，溫度會下降到80，形成極區平流層雲。氯化合物在這個冰晶雲的表面放出氯氣，氯氣在初春陽光照射下，將迅速進行臭氧還原作用，因而造成南極上空每年春季即會出現臭氧洞。在北極上空，冬天也會出現極區

15、平流層裏，但是由於北極不是大陸，所以冬季的溫度比南極高，因此北極的極區平流層雲持續的時間短，而且出現的頻率也比較低，所以北極上空的臭氧洞規模遠比南極的小。為了保護地球上空的臭氧層，聯合國於1985年在維也納召集各國共商對策，達成了保護臭氧層的協議，並於1987年9月16日在加拿大簽署蒙特婁公約。公約中規定氟氯碳化物的產二在十年內應減低至1986年的50%;但目前已修正而且更嚴格規定，氟氯碳化物應在公元1996年時完全禁止生產。三、酸雨的形成酸雨是現代大氣汙染後的一項副產品。在沒有受到人為汙染的正常情況下，天空的降水具有弱酸性質，它的pH值大約為5.6。但是在工業革命以後，人類排放了大量的硫氧化

16、物、氮氧化物等至大氣中，這些物質在大氣中受陽光及其他粒狀汙染物之作用產生其他汙染物，有些更進而與水氣結合生成硫酸、硝酸等酸性物質，因而使得雨水的pH值降低，大都低於5.6，所以我們定義天空的降雨，其pH值小於5.6以下者為酸雨。通常所謂的酸雨，應該包含雨、雪、雹、和霧等，它的正確名稱是酸性降水。不過酸雨一詞目前已普遍為人應用。酸雨可分成 溼沉降和乾沉降兩大類。溼沉降就是指所有的氣態或粒子汙染物，隨著雨、雪、霧或雹等而降落到地面者。乾沉降是指大氣中的各種汙染物及氣懸膠(aerosols)，透過各種物理作用而直接降落到地面者。在過去，空氣汙染是局部地區性的問題，但在1960年及1970年代，人們致

17、力於改善此種汙染狀況，但不幸反而造成了酸雨問題。例如鋼鐵廠及火力發電廠將煙囪加高，反而加快了汙染物的排出速率，並且將它們排入更高空的大氣中。這項措施雖然減少了局部地區的汙染問題，但卻使這些汙染物更長時期的滯留在大氣中，使其轉變成酸雨的可能性增加。酸雨對生態環境及建築物或古蹟文物的影響非常大。酸雨會使森林生長減緩，並且危害其表皮和葉面角質層，妨礙植物的光合作用，並削弱抵抗病蟲害的能力。當酸雨進入河川、湖泊或水庫後，會造成河水或湖水的酸化。若河水或湖水的pH值降到4以下時，除少許藻類外，幾乎所有的有機體(包括微生物)都將死亡。目前德國約有三分之一的森林已遭到酸雨危害。在加拿大，1980年發現安大略

18、省的一百四十多個湖泊因為酸雨已沒有魚，而且還有成千上萬的湖泊正在面臨著魚類消失的命運。岩石圈的組成與變遷岩石通常都具有一定的強度，當它受到外力超過它的強度時，會發生位置、形狀、體積甚至組成礦物的變化。地球上最先形成的岩石是火成岩，它是地下高溫熔融的物質-岩漿冷卻和固態化後形成的岩石。岩漿可能噴出地面，噴出的岩漿名叫熔岩。熔岩流動時，其周圍的溫度比熔岩溫度低得多，因而熔岩冷卻，再固化變成岩石，這種火成岩稱為噴出岩或火山岩，如安山岩、流紋岩、玄武岩等。岩漿若在地底下漸漸冷卻再結晶變成的火成岩叫做侵入岩，或深成岩，如花岡岩、閃長岩、輝長岩等。深成岩都在地下，只有當它上面的岩石都被侵蝕去後，深成岩才會

19、露出地表。火成岩形成後，即受到風化作用影響。風化作用是指岩石與空氣和水接觸，或受到生物的作用，而產生的化學或物理變化。在長時間的風化作用下，岩石將會破碎。破碎的岩塊或碎屑又會受到重力、流水、冰川、風和波浪等作用影響，而從一個地方搬運到另一個地方堆積，這些堆積物稱為沉積物。沉積物最後都流到海中，然後呈水平的堆積，在巨大沉積物的堆積下，下層的沉積物在高壓及有膠結礦物物質的作用下，即會固化形成沉積岩。重要的沉積岩有砂岩、頁岩石灰岩等。火成岩是由高溫熔融狀態下冷卻形成，所以其組成礦物在高溫時才安定; 沉積岩是在地表環境下形成，所以其組成礦物在低溫時才安定。當火成岩或沉積岩所處的環境有改變而和原來迥然不

20、同時，其組成礦物即會產生變化，這種變化稱為變質作用。岩石經過變質作用，其原有礦物即重新改組，這種重新改變組成的岩石叫變質岩。如板岩是由頁岩、泥岩、粉砂岩等變質而成;片麻岩是由花岡岩變質而成;大理岩(或大理石)是由石灰岩變質而成。在野外常可看見高山有海洋生物化石，這表示原來沈積於海底的岩石，經過了地殼的變動後，目前已經隆起變成高山。同樣，在海底下也可發現許多陸生植物化石，這又表示原來生長於陸地上的植物，經過地殼變動後，已沈降於海中。所以地殼變動會使陸地發生上升、下降、或水平移動等移動。在地球的歷史中，科學家根據海洋中和陸地上的生命演化過程，可將之區分為前寒武紀、古生代、中生代及新生代四個代，每個

21、代又可再細分為數個紀，紀下面可再分為數個世。這些代、紀和世即組成了地質年代表(表13)。在地質年代中，最重要者是新生代，因為現今我們所看見的全球陸地和海洋及各地的地形幾乎部是在這個時代形成的。此外，人類也是在新生代中的上新世時才出現的。現在地球上雖有七大洲和三大洋，但是這些陸地和海洋位置、形狀及相對關係卻是古今不同。大約在二億年前(古生代末期的石炭紀和二疊紀)，地球的原始陸塊祇有一個超級大陸，稱為盤古大陸。韋格納根據大西洋兩岸之南美洲和非洲的形狀相互吻合而提出超級大陸理論，認為世界各大陸是連在一起的。最近英國劍橋大學學者利用電腦來併合全球大陸，他們以海水深度900公尺的大陸坡中點為基準，結果發

22、現全球大陸像拼圖一般可以完全併合在一起。從此韋格納的大陸漂移理論更為人信服。到了二億年前，也就是中生代的二疊紀時，盤古大陸逐漸分裂，變成兩個大陸，為北半球的勞拉西亞大陸和南半球的剛瓦納大陸，其間為古地中海。到了中生代侏羅紀末期，大約是一億四干萬年前，大西洋地殼分裂，北美洲與歐洲分離，南美洲與非洲分裂，印度也自非洲分離。到了新生代第三紀初期，大約距今六千萬年前，澳洲與南極洲分開，非洲擠壓歐洲造成了阿爾卑斯山，印度碰撞亞洲形成了喜馬拉雅山。大陸為何漂移?主要原因是地球的外殼是由許多剛性的板塊 所組成，這些板塊均漂浮在高溫且可塑性大的地函 之上，這正像冰山漂浮在海洋之上一般。當板塊受到地函內對流作用而漂移時，彼此相撞擠壓就會形成山脈、海溝及島弧等大的地貌。水圈之變遷全球海平面的上升海平面上升由來已久，從一萬年前，上一個冰河時代結束以後，海平面已經開始上升。不過在過去這段時間中，海水上升的速率非常緩慢。但是從本世紀開始，大氣溫室效應加強，全球溫度顯