一、化石形成的過程

能說明生物演化的現象並不少,其中最直接的證據就是埋藏在地層中的化石。化石的形成相當不容易,古代生物的遺體或遺跡,在被掩埋前大部分會腐敗、分解或被破壞,少數未被破壞而埋藏於地層中,經漫長的過程才能形成化石。而且在形成化石之後又有可能遭受環境的影響或破壞,例如火山爆發、地震、洪水和生物的破壞等,最後留存下來並經挖掘而得到的化石數量比起當時生物之數量是少之又少,而現今之科學家即是根據這些出土的化石,來還原地球的歷史,並推論從前生物的生活狀態。
生物體的堅硬部分,如骨骼、牙齒、細胞壁等較容易形成化石,目前科學家所發現的化石大多數是由這些構造所形成的。而化石形成的過程除了需要具有堅硬的構造之外,還需要以下幾個條件的配合,才有機會形成化石。

(1)生物死亡的地點必須為沈積的泥質或砂質環境。

(2)生物死亡後必須經過快速之掩埋,降低被分解與破壞的機會。

(3)生物體的堅硬部分經過漫長的時間與複雜的作用後,遺骸才能形成化石。

 

二、化石的種類

依據目前所挖掘出來的化石進行歸類,化石的種類可包括以下幾類:

1.空模化石(鑄模化石)由下圖貝殼化石形成的過程來說明,若貝殼經掩埋後其貝殼部分被溶解而形成一空模,若此時即被挖掘出來,就形成空模化石,此化石只是貝殼的模子而已。

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圖片來源:國立編譯館

2.鑄型化石
以上圖貝殼為例,若貝殼之空模被岩層中之物質填滿或取代(此過程稱為石化作用),而形成類似石頭的化石,稱之為鑄型化石。
例如:恐龍蛋化石、三葉蟲化石等。

3.生物遺骸化石
古代生物死亡後,身體構造未經過石化作用而形成的化石種類。
例如:琥珀中的昆蟲化石、雪地中的長毛象化石。

4.生物痕跡化石
古代生物活動時留下的腳印、爬痕等痕跡也可稱為化石。
例如:恐龍腳印化石。

5.活化石
演化上非常原始的生物種類,直至今日仍然可以發現的原始生物即稱為活化石。
例如:腔棘魚、中國鱟、鸚鵡螺、銀杏等現存之原始生物。

 

三、化石的功能

科學家依據化石的證據,可以用來推論地球曾經發生過的歷史,其主要之功能有以下幾點:

1.依據化石出現年代之不同,可以推知生物出現的早晚順序,用以決定物種演化的順序。

例如:脊椎動物的演化過程由魚類-兩棲類-爬蟲類<鳥類及哺乳類

2.依據化石出現的年代不同,可以得知哪些年代中出現過哪些生物,並由此推知生物起源的時間、滅絕時間以及存在於地球的時間。

3.依據各年代所出現化石數量及物種多寡的統計,可以推知古代生物大繁衍與大滅絕的時間,並依據生物大滅絕之時間,將地球46億年之歷史劃分出許多不同的地質時代。

例如:古生代、中生代及新生代

4.依據化石對環境依存的特性,可以推知古環境的改變過程。

例如:可由珊瑚化石推知生物當時生活環境為乾淨溫暖之淺海。由古代樹木年輪化石可以推測當時環境與氣候之變化。

5.藉由化石的分布位置,可以作為地質學上板塊移動的證據。

例如:由南美洲東緣與非洲西緣的化石群相對照,可以推知此二個大陸板塊相互分離之時間。

6.有些生物化石因特徵明顯且數量龐大,並廣泛分佈於某一時代的岩層中,形成該岩層的代表化石,稱之為標準化石。如:古生代的三葉蟲化石、中生代的菊石及恐龍化石、新生代的鳥類及哺乳類化石。而科學家依據各地質時代中的標準化石,即可判斷出岩層所相對的年代。

7.透過相同種類化石的比較,可以得知某種生物演化的過程及其生活環境的改變等。

例如:科學家在北美洲已經挖掘出一系列馬的化石,根據此化石之比較後發現,馬的體型由小逐漸變大、馬前後肢的腳趾由四趾變成單趾(如下圖所示)且其牙齒之咀嚼面越來越大,科學家根據這些差異及配合相關之證據推論出馬的演化過程中,由生活於叢林中吃嫩葉的類型,演化至今日生活於草原中吃草的類型。

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四、生物的演化過程

科學家根據不同時代化石所提供的訊息發現,地球曾經歷了數次的大變動,每一次的變動都造成生物的群集大量的改變。當地球上的環境穩定時,生物開始大量繁衍出各式各樣的生物種類,而後因環境劇烈變動,生物種類大量滅絕消失,大滅絕之後存活下來的生物種類,又因環境恢復穩定而重新適應新的環境並開始下一階段的大繁衍,如此週而復始,形成了今日地球上的生物風貌。

目前發現的化石中,最早出現的生物是大約生活於35億年前的藍綠藻,藍綠藻生活於海洋中,構造簡單,細胞型態與今日之細菌類似,均屬於原核生物界的生物。但科學家根據化石的證據得知,絕大部分的化石,都出現在5.45億年前之後,而主要的生物演化現象也大多發生在此之後,於是科學家將此後的地球歷史時期分為古生代、中生代和新生代三個地質時代,而於5.45億年前之時代劃分為原生代、太古代與冥王代。

科學家依據化石所提供之證據,推論生物演化大致依循著以下幾個方向:

1.由構造簡單的生物演化到構造複雜的生物。

2.由低等生物演化到高等的生物。

3.由單細胞生物演化到多細胞生物。

4.從水生演化到陸生(大多數生物依循此方向演化)

5.脊椎動物的演化方向
魚類->兩生類->爬蟲類->鳥類及哺乳類

6.植物的演化方向
蘚苔植物->蕨類植物->裸子植物->被子植物

 

五、地球地質時代的劃分

科學家依據化石的證據發現,主要的生物演化現象發生於5.45億年前之後,於是科學家將此後的地球歷史時期分為古生代、中生代和新生代三個地質時代,以下將針對此三個時代之生物特色與環境進行介紹。

1.古生代(5.45億年前~2.45億年前)
※古生代初期

(1)海洋中出現各種藻類、無脊椎動物(如三葉蟲、海百合、水母等)及原始魚類。

(2)藻類演化成蘚苔植物而首先登陸生活。

(3)植物登陸後,大型昆蟲與兩生類相繼出現於陸地上。

補充:根據化石推測,兩生類的四肢是由魚類的胸鰭與腹鰭演變而來。

※古生代末期

(1)蘚苔植物演化出具有維管束構造的蕨類植物,而後蕨類植物再演化成裸子植物。

(2)兩生類演化成早期的爬蟲類。

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圖片來源:國立編譯館

2.中生代(2.45億年前~0.65億年前)

(1)海洋中出現各種的菊石,為海洋中的優勢種類。

(2)陸地上出現許多蕨類植物與裸子植物,是陸地上的優勢植物。同時裸子植物亦演化形成被子植物,但其數量並不多。

(3)陸地上是大型爬蟲類(恐龍)的天下,此時爬蟲類也演化成鳥類與哺乳類,但因恐龍興盛佔據了食物資源,其數量與種類並不多。

(4)中生代末期,因地球環境發生巨變,使恐龍無法適應而滅絕。

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圖片來源:國立編譯館

3.新生代(0.65億年前~現在)

(1)恐龍滅絕後,鳥類與哺乳類得以利用環境的資源而開始大量繁衍成為新生代的代表生物。

(2)會開花的被子植物因更能適應陸地的生活,而大量出現各式各樣的種類,是新生代的優勢植物。

(3)人類的始祖約出現在200萬年前,而現代人類約在數萬年前出現。現代人類因具有發達的大腦及靈活的雙手,使之興盛於地球上。

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圖片來源:國立編譯館

 

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