课本-生物(演化)

第3章演化3-1化石3-2演化的学说3-3生物的演化架构表演化化石演化的學說化石的形成化石的意義用進廢退說天擇說提出者主要內容遺傳差異過度繁殖生存競爭適者生存生物的演化地質年代脊椎動物與植物的演化古生代中生代新生代咦～这是宝石雕刻成的木头，还是木头伪装成宝石呢？其实答案都对了一半，这可是化石的一种，称为硅化木。

远古时期的树木在倒榻死亡后，经过特定的环境温度及压力之下，土壤的矿物逐渐取代树木原本的物质，最后产生了坚硬、美丽的硅化木。

由于特殊的形成过程，无论是树木的年轮或是细部构造都能完整的保存下来，因此提供了古代植物研究许多珍贵的线索。

P663-1化石3-1纲要化石的形成活化石化石与生物演化的关系古代生物可能的外貌及构造岩层及其所包埋化石物种的年代生物可能的演化历程古代生物的生存环境图3-1化石形成与被发现的过程示意图恐龙是许多人小时候最喜爱的生物之一，虽然没有人看过真正的恐龙，但各式的展览、书籍和电影等，都详细的描绘出各种恐龙的样貌与习性，让我们对牠的认识不亚于现今的各种生物，然而我们是如何得知这些事情的呢？1化石的形成生物死亡后，遗体大多会被分解或破坏，若遗骸被包埋在泥沙中，随着时间推移，上方的泥沙层层堆栈，会逐渐形成坚硬的岩层，将遗骸保存在里面。

在此过程中，如果有矿物质渗入这些遗骸的骨骼或牙齿等坚硬部位，经过结晶及压力等作用，这些遗骸就会渐渐形成化石（图3-1）。

生物死亡后，遗体被分解或破坏部分遗骸被包埋在泥沙中有时候，在一些特殊环境下，生物遗骸可较完整的被保留下来而形成化石，例如：近年来，科学家在西伯利亚的冰原中，陆续发现了保存良好的长毛象化石，这些化石虽然被冰封达数万年之久，但却仍保有鼻子、双眼、肌肉和毛发等完整的样貌，具有极高的研究价值。

其他像琥珀中的昆虫化石，也有保存较为完整的情形（图3-2）。

a 在西伯利亚冰原上露出的长毛象牙b 长年被冰封的幼年长毛象c 琥珀中完整的昆虫化石图3-2各种保存较完整的化石骨骼慢慢形成化石，泥沙也形成坚硬的岩层地表遭侵蚀后，化石露出而被发现图3-3恐龙遗留下来的脚印化石a 腔棘鱼除上述两种情形之外，生物的遗迹也可能形成化石，例如：生物的脚印（图3-3）、爬痕、洞穴及粪便等。

由于化石的形成通常要经过漫长的时间，过程中有时会遭遇到地震、洪水或火山爆发等环境的改变，而造成毁损，因此，能形成并保存至今的化石弥足珍贵。

2活化石有些生物在经过漫长岁月之后，身体构造及外貌仍与其远古时代的祖先相似，且由其祖先所演化出的其他物种多已灭绝，这一类的生物，称为活化石，例如：腔棘鱼、银杏和鲎（鲎）（图3-4）。

科学家推测，活化石形成的主要原因，可能是长久以来，其生存环境的变化不大或适应力很强，因此，这些后代在构造及外貌上的改变也就不多。

b银杏c鲎图3-4活化石3化石与生物演化的关系推测生物演化的证据有很多，其中化石是最直接的证据。

透过化石的研究，可以了解现代生物与其古代祖先的差异，这些差异是代代累积而形成的，我们将这种逐渐改变的过程称为演化。

另外，藉由对化石的研究，还可以获得以下关于时间、演化历程和环境等一系列的信息。

古代生物可能的外貌及构造许多曾经生存在地球上的物种，已在环境变迁的过程中灭绝了，科学家只能藉由化石的研究，推测其可能的外貌及构造，例如：三叶虫（图3-5）及恐龙等。

图3-5三叶虫化石与想象图岩层及其所包埋化石物种的年代如果我们知道某岩层形成的时间，便可以推知包埋在此岩层中化石物种的生存年代；反之，如果了解化石物种的生存年代，也可以推估其所在岩层形成的概略时间。

有些生物的化石广泛分布在某一特定时期的岩层中，数量很多，而且特征极为明显，便可称此类化石为该时期的指标化石（或标准化石），如古生代的三叶虫化石、中生代的恐龙化石与菊石化石（图3-6）。

图3-6菊石化石与想象图英国莱姆里杰斯海岸地层具有许多中生代的菊石化石，因此被列为世界遗产。

生物可能的演化历程在不同年代的地层中，如果发现了同一类生物的相关化石，便可推测此类生物的演化情形，如科学家在北美洲不同年代的地层中，分别挖掘到许多马的化石，由这些化石发现：马在演化的过程中，体型由小变大；前肢的脚趾由适合在森林活动的四趾，演化为三趾，最后变成适合在草原快速奔跑的单趾；牙齿的构造也由适合吃嫩叶的形式，演化为适合磨碎青草的形式（图3-7）。

图3-7现代马的演化过程示意图（约5000万年前）●肩高约40cm●前肢具四个脚趾●齿冠较短，适合吃嫩叶（约3000万年前）●肩高约65cm●前肢具三个脚趾●齿冠较短，适合吃嫩叶古代生物的生存环境各种生物都有其适合的生存环境，因此可以藉由化石的种类，推测该地区古代的环境，例如：在垦丁国家公园的山上发现许多珊瑚礁的化石，便可推测该区在古代原本是淹没在海洋中，经过地层的变动，才逐渐隆起成为陆地。

想想看若在某一海底岩层中，发现到大量蕨类植物的化石，这代表什么意义呢？例题3-1目前科学家常以马作为推测生物演化的例子，其主要的原因为何？(A)现代马的种类很多(B)在许多不同年代地层中发现一系列马的化石(C)马的构造简单，容易研究(D)发现到许多和马血缘关系相近的生物（约2000万年前）●肩高约100cm●前肢两侧的脚趾渐渐退化●齿冠逐渐变长，齿面变大，可磨碎青草（约1000万年前）●肩高约120cm●前肢为单趾●齿冠较长，齿面变大，适合吃青草（约200万年前）●肩高约150cm●前肢为单趾●齿冠最长，齿面最大且凹凸痕迹最复杂，适合吃青草补充资料有趣的化石蕨类植物，具羽状复叶，叶脉也为羽状，中脉明显。

在晚石炭纪至二叠纪最盛。

菊石体外有硬壳，与鹦鹉螺的外型很类似，是重要的地层年代指标化石。

菊石最早是在大约四亿年前的泥盆纪早期出现，在中生代兴盛，壳有直、有卷，用来保护自己，不过在六千五百万年前，已经完全灭绝。

第一次发现这种恐龙化石的时候，是在一窝被认为是原角龙的蛋旁边，科学家认为牠们正在偷吃原角龙的蛋，所以取名为窃蛋龙，后来证明那些蛋是牠们自己的蛋，牠们不是在偷蛋吃而是在保护自己的后代。

三叶虫生活于古生代的海洋中，因为其身体由上或下皆可分为三部分而得名。

曾称霸于寒武纪的三叶虫，经过奥陶纪一度繁盛之后，到志留纪明显衰落。

在局部地区和层段仍常见，并具有重要的地层对比意义。

海百合为二亿四千多万年前生活在海洋深处的一种棘皮动物。

其生存年代比恐龙早，故具有很高的科学研究价值。

海胆种类繁多，而且从古生代到现在都一直生活在地球上，或许是因为牠们习惯生活在海床的洞穴里，所以躲过了几次生物大灭绝一直存活到今天，是杂食性动物。

补充资料许氏禄丰龙由中国大陆恐龙之父杨锺键于公元1941年在云南禄丰所发现，为第一具由中国人自行挖掘、研究与装架的恐龙化石，为纪念杨锺键的德国籍老师，因此取名为许氏禄丰龙。

禄丰龙大约生存于侏罗纪，其身长约有6公尺，以银杏、苏铁、蕨类等为主食，性情温和。

三尖齿兽是一类早期的哺乳动物，生存于三叠纪至白垩纪期间。

三尖齿兽的特征就是牙齿上有三个圆锥。

牠们也符合早期哺乳动物的形态特征，包括体型小、有毛、具四肢及尾巴。

牠们有可能是夜行性的生物，以避开恐龙等掠食者。

分布于欧亚大陆及北非，体型极大，可重达250公斤。

具有粗大的犬齿，发达而向外凸出的下颚，科学家因而推测其为一种具有强烈撕咬能力的肉食动物，可轻易咬碎猎物的骨骼。

粪便在古生物的研究上是非常的重要，科学家可由粪便化石的大小与形状来判断这是何方生物所遗留的粪便，且由内含物来判断当时生物所吃的食物种类与生活情形。

暴龙是一种大型的肉食性恐龙，身长约12公尺，臀部高度约4.5公尺，体重约15吨，拥有大型的头颅，以强壮的后肢行走，并藉由尾巴来保持平衡，然而暴龙的前肢已经严重退化、极其细小，可用来维持头部的平衡。

蛇颈龙属于大型海生爬行动物，身长约3到5公尺。

头部小、牙齿锐利、颈部细长、短尾巴以及具有鳍状的四肢。

在海中以捕食箭石、鱼或是其他猎物维生。

3-2演化的学说3-2纲要用进废退说天择说人择自古以来，有关物种的起源有各种不同的看法，例如：神创论、女娲造人等。

直到十八世纪，才有学者提出了较有系统的演化理论，其中最具代表性的为拉马克的用进废退说与达尔文的天择说。

1用进废退说用进废退说由法国学者拉马克（Jean–Baptiste Lamarck，1744～1829）所提出，拉马克认为生物的器官会愈用愈发达，不用则会渐渐退化，而且这种后天所获得的性状会遗传给子代，造成生物的演化。

以用进废退说解释长颈鹿脖子的演化情形（图3-8），认为古代的长颈鹿脖子较短，为了食用高树上的叶子，长颈鹿会经常伸长脖子，久而久之，这些长颈鹿的脖子便会变长，而且其所生出的后代，也会具有较长的脖子。

然而，这种理论经过科学家实验之后，发现后天所获得的性状并不会遗传给子代，因此用进废退说无法正确解释生物如何进行演化。

虽然如此，但他所提出生物会随着时间逐渐演化的观念，却为演化理论的发展奠定了基础。

图3-8用进废退说的长颈鹿演化过程示意图2天择说科学家小传天择说由英国博物学家达尔文（Charles Darwin，1809～1882）所提出，他年轻时曾随军舰小猎犬号航行五年，对许多物种进行仔细的观察与记录。

达尔文发现相似的生物个体间常具有不同的性状表现，这些差异有时会影响到个体的适应与生存。

以生活在南美洲加拉巴哥群岛上的鷽（ㄒㄩㄝˊ）鸟为例，在不同环境的小岛上居住着不同嘴型的鷽鸟，摄取的食物种类也不相同（图3-9），由于牠们很类似南美洲大陆的鷽鸟，因此达尔文推论：这些鷽鸟应该有来自南美洲大陆的共同祖先。

但令达尔文困惑的是，这些后代鷽鸟，为何会具有各种不同的嘴型呢？科学家小传达尔文曾随小猎犬号航行长达五年，期间在加拉巴哥群岛观察到各种有趣的生态现象，对他的启发很大，最终提出了著名的演化学说──天择说。

其相关事迹与航行路线请见本章p94。

图3-9加拉巴哥群岛鷽鸟嘴型与食物种类对照图想想看请同学试着依据达尔文天择说的内容，解释造成下列现象可能的原因。

1. 在加拉巴哥群岛不同环境的小岛上，鷽鸟的嘴型为何不同？2. 现代长颈鹿的脖子较古代长颈鹿的脖子长，可能的原因为何？加拉巴哥群岛上尚有象龟和海鬣蜥等生物达尔文认为生物个体之间存在着可遗传的变异，当生物繁殖的数量超过环境所能负荷时，会造成食物及生活空间不足，导致个体之间为了生存而竞争。

竞争的结果造成无法适应环境的会逐渐被淘汰，能适应环境的个体，不仅可以生存下来，而且有机会繁衍出更多的后代。

这种大自然对生物所进行的选择，称为天择，后人便称此理论为天择说，而此学说也较为现在学者所认同。

随堂笔记演化学说的比较演化学说提出者学说主要内容用进废退说天择说生物个体间的遗传变异是来自于基因突变，或有性生殖时基因的重新组合，造成个体间性状的不同，而对环境具有不同的适应能力。