主題9:生物體的演化

單元貳:演化的證據

 

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。


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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