主題9:生物體的演化

單元壹:演化的學說

 

一、物種的演變過程

藉由科學家所挖掘出來的同種化石來進行比較,可以發現在不同年代出現的同種生物間具有外型特徵上的不同,我們將此改變稱為「變異」,而生物經長時間而不斷發生變異的過程,稱之為生物的演化。
若以鯨魚的化石來探討鯨魚演化的過程,可以發現在4900萬年前鯨魚的祖先具有蹼狀的四肢,生活於河口沼澤區中,而後至1500萬年前的鯨魚祖先,其後肢退化消失,前肢變化成槳狀,身體呈現流線型,生活於海洋的環境中,與現在的鯨魚相似,由此鯨魚化石的演變過程可以證明生物確實不斷地在進行演化。

而科學家對生物演化的看法與解釋,主要有拉馬克所提出的「用進廢退說」與達爾文所提出的「天擇說」。以下將針對此二種說法進行介紹。

 

二、拉馬克的「用進廢退說」

法國博物學家拉馬克提出「用進廢退說」來解釋生物的演化過程,此說法主要論點如下:

(1)生物個體會隨著生存環境的變化而改變。

(2)生物體經常使用的器官會越來越發達,反之不用的器官則漸漸退化,且這些後天的改變將會一代一代地遺傳給下一代,造成生物的演化。
此說法剛提出時被認為很適合用來解釋生物的演化,但是後來隨著生物遺傳知識的發展,認為「發生於體細胞的改變是不會遺傳給下一代的,只有發生於生殖細胞的基因改變,才會遺傳下去」,所以拉馬克的「用進廢退說」就逐漸被淘汰了。

 

三、達爾文的「天擇說」

英國博物學家達爾文於1831年搭乘軍艦「小獵犬號」進行為期五年的環球航海,並進行全球性的物種資料收集,其中於加拉巴哥群島上發現的鷽鳥變異,引發了達爾文對於生物演化的看法,經整理並歸納各類型鷽鳥的鳥喙與食性上的差異後,提出「天擇說」的觀點來解釋生物發生演化的原因。主要的觀點如下:

(1)個體差異:
任何物種,其性狀在個體間有時會有差異,而由於此性狀的不同,使得每一個體適應環境的能力也不相同。

(2)過度繁殖:
相同物種若其族群的個體數過多時,其生活所需的食物、水或空間便感到不足。

(3)生存競爭:
此時個體為了求生存,彼此間會產生競爭,來獲得足夠維持生活的資源。

(4)適者生存、不適者淘汰:
而競爭的結果,使得較能適應環境的個體生存下來,並有較高的機會產生後代。傳承若干代後,物種就因為經歷這個不同的選擇而發生改變。

圖片來源:國立編譯館

現今地球上的多數物種都是經過大自然的選擇而適應下來,大自然對物種中不同適應能力的個體進行選擇,反應在物種上,就造成了物種的改變。而這種經由大自然的選擇作用即稱為「天擇」。此觀點成為廣泛被接受的生物演化觀點,此後達爾文被稱為「生物演化學之父」。

 

四、「人擇」與「性擇」的演化

大多數的生物遵循著「天擇說」的過程不間斷地進行演化的歷程,造就現今各式各樣的生物百態。但是其中有少數生物利用不同的方式來進行演化,以下將針對此「人擇」與「性擇」的不同觀點來解釋演化的發生。

1.「人擇」的演化過程
人類依據自身的喜好,刻意篩選生物的特徵,並將此特徵保留下來,而造成生物性狀上的變化,讓生物依循人類的選擇來進行演化,這種方式稱為「人擇」。

例如:現今觀賞用的金魚,即是從鯽魚逐代產生變異的特徵中篩選並透過育種的方式,逐代改良而成為今日漂亮的金魚。

2.「性擇」的演化過程
生物體通常需要經過求偶的過程,來讓異性選擇以求得交配的機會,此時求偶的一方所展現的特徵即會依據異性的喜好而被選擇,具有符合異性喜好特徵的生物,就會因為可獲得交配機會,而有較大的機會將此特徵遺傳至下一代,經逐代不斷的遺傳而造成生物的演化。

例如:公孔雀長著色彩鮮豔的長尾羽,此特徵若以天擇說的觀點來檢驗,羽色過於鮮豔,會讓公孔雀暴露於天敵的攻擊之下,而且羽毛過長造成飛行不便,更使得公孔雀難逃天敵的攻擊,此長尾羽的特徵應該是被自然界選擇淘汰的,但是此特徵卻因為母孔雀的偏愛,而經由性擇的過程而被保留下來。

 

五、延伸學習

個體如何產生性狀的變異

達爾文說明了物種的既存性狀會經天擇的過程而被保留在後代族群中。至於既存性狀如何產生則沒有說明。達爾文往後近百年的遺傳學研究中,才發現原來基因的突變和重組、染色體的互換是造成遺傳性狀產生變異的主要原因。

基因的突變使得後代性狀的變異增大,導致物種對變動的環境之適應能力增強。染色體的互換和基因的重組是指生物體進行有性生殖時,親代兩者的遺傳物質傳遞到子代,形成新的組合;它可使後代的性狀組合增多,在適應多變的環境上更為有利。

而這些基因上的突變、重組與染色體交換,在任何細胞內都可能發生,但只有發生在生殖細胞(配子)內時,改變後的基因與染色體才會遺傳給下一代。

「有利性狀」與「有害性狀」

基因突變後所產生的性狀變異,對生物體究竟是有利或有害,通常又與環境的變動與否有關;有時原來是有害的或中性的基因,在環境發生變化後,卻可能成為適應新環境的有利基因,例如英國的胡椒蛾原本的體色為淺色,經突變後產生深色型的蛾類個體,此深色蛾在原本淺色的樹幹環境中較易被鳥類捕食,以致於在數量上遠低於淺色蛾。但是經過工業革命之後,工廠林立並排放出許多黑煙污染了樹幹,使樹幹環境由淺色變為深色,而使得原本不利生存的深色蛾獲得環境的保護,在數量超越淺色蛾,而成為優勢的種類。由此可知,性狀是否有利與有害,須視環境而決定,能夠適應環境的性狀就是有利的性狀。

 

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